廣播電視發(fā)射臺基于IP網(wǎng)絡(luò)的安全播出技術(shù)保障系統(tǒng)介紹

史小琴

（作者單位：瀘州廣播電視發(fā)射臺）

隨著“三網(wǎng)融合”（電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）的推進(jìn)和廣播電視數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的加速發(fā)展，愈來愈多的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、在線檢測技術(shù)等被應(yīng)用在廣播電視行業(yè)中，較好地保證了節(jié)目的傳輸質(zhì)量，也使得行業(yè)對于廣播電視安全播出的質(zhì)量和效率有了更高的要求。

傳統(tǒng)的發(fā)射臺監(jiān)控方式需要投入大量的人力、物力，但管理效果并不理想?；诖?，瀘州廣播電視發(fā)射臺對安全播出系統(tǒng)進(jìn)行了基于網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）網(wǎng)絡(luò)的升級改造，使得整個系統(tǒng)更加自動化、智能化。廣播電視發(fā)射臺安全播出系統(tǒng)主要由信號監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、電力系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)的安全可靠運行是安全播出的前提。

1 信號監(jiān)控系統(tǒng)及其邏輯實現(xiàn)

信號監(jiān)控系統(tǒng)首先需要采集發(fā)射系統(tǒng)中各種格式的節(jié)目信號數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號變換成系統(tǒng)能夠識別的信號。其中，模擬射頻信號經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)成視頻、音頻信號接入采集卡，數(shù)字射頻信號則通過解擾封裝設(shè)備把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成IP網(wǎng)絡(luò)信號，并接入與監(jiān)測服務(wù)器同網(wǎng)段的交換機(jī)上，監(jiān)測服務(wù)器再將接入的信號進(jìn)行解碼處理成圖像和聲音后，經(jīng)高清晰度多媒體接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)送到多畫面大屏顯示。通過一臺控制機(jī)可以控制任意一臺多畫面處理器，并且大部分的前端設(shè)備都可以使用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol，UDP)，通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件NMS進(jìn)行控制，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。信號監(jiān)控系統(tǒng)包括信源監(jiān)控系統(tǒng)和播出信號監(jiān)測系統(tǒng)。信號監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 信號監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 信源監(jiān)控系統(tǒng)

瀘州廣播電視發(fā)射臺的前端信號源有3 m衛(wèi)星天線3副，分別接收中星6A、中星6B、亞太6號的信號，數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)解碼作為第一信號源；有一條4芯光纜把有線數(shù)字電視信號傳輸?shù)缴缴?，?shù)字電視機(jī)頂盒解碼信號作為各頻道的第二信號源；另有一條微波發(fā)射接收通道，用微波解碼器解碼信號作為第三信號源。改造前，信源的控制是以矩陣切換器為核心，需要人工判斷信源質(zhì)量和內(nèi)容，出現(xiàn)異常需進(jìn)行手動切換，這無疑會造成判斷失誤或者延長停播、錯播時間。改造后的信源系統(tǒng)有光纖、衛(wèi)星和微波三種信號源，可以將多路信號源輸入應(yīng)急切換器，利用振動升降指標(biāo)（Accumulation Swing Index,ASI）切換器判斷信號質(zhì)量。當(dāng)主信號出現(xiàn)異常時，其能以毫秒級的速度自動切換到最佳信號，通過ASI自動切換器常用的UDP協(xié)議，可以使用一個基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol,SNMP）的管理軟件NMS對信號切換器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)看和控制[1]。同時，切換器將各種源信號并行接入采集卡后送到多畫面大屏進(jìn)行節(jié)目顯示和聲光報警，值班人員在監(jiān)看畫面時可以直觀了解到每路信號情況，及時發(fā)現(xiàn)故障，采取相應(yīng)措施進(jìn)行手動或自動切換，保證信號傳輸正常。

1.2 播出信號監(jiān)測系統(tǒng)

播出信號包括模擬調(diào)頻信號和數(shù)字射頻信號，在機(jī)房樓頂安裝有接收天線，系統(tǒng)對收到的播出信號進(jìn)行變換。其中，多路調(diào)頻解調(diào)器可以對空收調(diào)頻信號進(jìn)行采集和監(jiān)聽，通過采集卡立體聲輸出至多畫面監(jiān)測服務(wù)器?？帐諗?shù)字電視地面廣播（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）信號經(jīng)過1：4功分器送至綜合解碼接收機(jī)（IntegratedReceiver/De-coder，IRD），將DTMB射頻信號解調(diào)成傳送流（transport stream，TS流），并通過解擾模塊實現(xiàn)節(jié)目解擾功能，最后將接收的傳輸TS流信號進(jìn)行IP封裝[2]。封裝后，再將IP信號拷貝到組播地址和端口號224.2.2.1:1234至224.2.2.4:1234，通過組播的方式傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測軟件則根據(jù)IP組播地址和端口號，即可掃描出該組播源所發(fā)送的節(jié)目信息，然后在控制臺上進(jìn)行多畫面分割顯示。監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測每個節(jié)目的視音頻狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)播出中的傳輸流、碼流和視音頻等的錯誤信息時，會對該信息進(jìn)行解碼、存儲、顯示，并按照IP組播接收到的節(jié)目信息進(jìn)行明顯的聲光報警。同時，系統(tǒng)會將所有的報警信息、操作記錄等錄入數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存，以供后續(xù)查看[3]。

IRD的設(shè)置是最重要的部分，通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件NMS可以很方便地實現(xiàn)IRD的配置和管理。在NMS里添加設(shè)備，正確填寫IRD的設(shè)備類型、IP地址和端口號，并保證IRD的IP地址和管理軟件所在計算機(jī)IP地址在同一個網(wǎng)段，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。然后，在節(jié)目設(shè)置里輸入需要解碼的頻點、符號率、星座模式等進(jìn)行解析并解擾。最后，設(shè)置IP組播輸出，建議按順序排布組播地址和端口號。同時，可以在網(wǎng)上下載安裝一個VLC播放器，選擇打開網(wǎng)絡(luò)串流，選擇UDP協(xié)議，輸入設(shè)置的組播地址和端口號可以驗證組播流的正常與否。

1.3 信號監(jiān)控的邏輯實現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)測軟件、文件查詢服務(wù)器、錯誤集中處理、數(shù)據(jù)庫、控制臺等組成，監(jiān)測軟件可以對視音頻進(jìn)行解碼、顯示、編碼、故障檢測等，故對中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的要求較高。當(dāng)節(jié)目數(shù)量較多時，需要部署多臺多畫面監(jiān)測服務(wù)器，本系統(tǒng)部署了3臺多畫面監(jiān)測服務(wù)器。文件查詢服務(wù)器可以實現(xiàn)文件查詢、流媒體發(fā)送；錯誤集中處理可以實現(xiàn)系統(tǒng)錯誤信息的處理，包括語音報警、錯誤信息顯示。監(jiān)測軟件、文件查詢服務(wù)器、錯誤集中處理都部署在監(jiān)測服務(wù)器上，而系統(tǒng)配置信息、報警信息等保存在數(shù)據(jù)庫中?？刂婆_的功能主要是對多個監(jiān)測服務(wù)器的系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，整個系統(tǒng)在啟動和運行過程中均需要訪問數(shù)據(jù)庫，所以在系統(tǒng)運行過程中必須確保網(wǎng)卡處于工作狀態(tài)，保證監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)暢通（見圖2）。

圖2 信號監(jiān)控邏輯

2 發(fā)射設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)射設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以對發(fā)射設(shè)備的工作參數(shù)和機(jī)房環(huán)境如溫濕度、煙感等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，所有數(shù)據(jù)匯聚到交換機(jī)，經(jīng)監(jiān)控服務(wù)器處理后上大屏顯示，如圖3所示。

圖3 發(fā)射設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 發(fā)射設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

瀘州廣播電視發(fā)射臺現(xiàn)有5臺調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，6臺地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，一臺應(yīng)急廣播發(fā)射機(jī)。以前并沒有對發(fā)射機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，出現(xiàn)故障只能靠發(fā)射機(jī)自帶的聲光報警，有時候并不能在第一時間發(fā)現(xiàn)故障，造成值機(jī)人員工作量大，停播時間長。各發(fā)射機(jī)又來自于不同的廠家，有的發(fā)射機(jī)是新裝的，有的發(fā)射機(jī)已經(jīng)運行了十幾年，為了實現(xiàn)對不同種類和型號的發(fā)射設(shè)備進(jìn)行集中管理，SNMP提供了很好的解決方案?，F(xiàn)在的固態(tài)發(fā)射機(jī)一般都自帶控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行機(jī)器狀態(tài)量的采集，并預(yù)留了遠(yuǎn)程監(jiān)控接口，通過此接口可以監(jiān)測到發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率、反射功率、駐波比等重要參數(shù)，所以技術(shù)人員只需要在此接口后串接一個數(shù)據(jù)采集控制器，根據(jù)發(fā)射機(jī)的接口形式，配置好物理層參數(shù)，按照發(fā)射機(jī)廠家提供的數(shù)據(jù)接口通信協(xié)議，就可以完成發(fā)射機(jī)各種參數(shù)的采集[4]。然后，將其包裝成IP格式，匯集到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，再由安裝有相應(yīng)監(jiān)控管理程序的服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理。管理平臺會將所有發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率、反射功率等參數(shù)進(jìn)行直觀顯示，并可定義報警門限值，出現(xiàn)錯誤時不僅能進(jìn)行聲光報警提醒值機(jī)人員及時處理，并且配有的GSM調(diào)制解調(diào)器可以通過短信的形式發(fā)送報警數(shù)據(jù)，從而可以一目了然地進(jìn)行故障提示和分析，快速、準(zhǔn)確地解決故障[5]。

2.2 機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

高山臺站環(huán)境惡劣，大功率電器密集，一旦出現(xiàn)高溫、水侵，不僅會影響機(jī)房設(shè)備的正常運行，還可能危及人身財產(chǎn)安全。因此，對機(jī)房的環(huán)境情況進(jìn)行實時的監(jiān)控管理極其重要。機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)兩部分。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是環(huán)境安全的一個重要組成部分，它通過攝像頭及其輔助設(shè)備采集機(jī)房實時畫面，通過網(wǎng)線或光纖接入到交換機(jī)，經(jīng)高清解碼器進(jìn)行解碼并傳至大屏顯示；同時，通過錄像機(jī)把被監(jiān)控的機(jī)房圖像記錄下來，能方便進(jìn)行查詢和取證，為事后的調(diào)查提供重要的依據(jù)。

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測機(jī)房的水侵、溫濕度、煙感等情況。技術(shù)人員在發(fā)射臺站的樓頂和地下室安裝了水侵監(jiān)控器和檢測繩，當(dāng)發(fā)生浸水時，監(jiān)控器將檢測到的水侵信息經(jīng)微處理器處理后傳至監(jiān)測系統(tǒng)，并聲光報警，以便值班人員及時處理。在機(jī)房內(nèi)各區(qū)域安裝多個RS485總線式一體化溫濕度傳感器，傳感器數(shù)據(jù)接入溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)畫面實時顯示溫濕度數(shù)據(jù)，并且根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定溫濕度報警的閾值（高限值和低限值），一旦溫濕度達(dá)到設(shè)定的閾值就會進(jìn)行報警。在發(fā)射機(jī)房、電力機(jī)房和室外配電柜都安裝了煙霧傳感器，其可以監(jiān)測機(jī)房是否出現(xiàn)煙霧火災(zāi)，一旦檢測到煙霧就會即刻報警。各種傳感器的數(shù)據(jù)通過RS232或者485匯聚到環(huán)境監(jiān)測主機(jī)并上傳到顯示大屏，可以實時顯示漏水、煙感、溫濕度、圖像采集等設(shè)備的工作狀態(tài)和各運行參數(shù)，確保設(shè)備運作環(huán)境的安全。

3 電力系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是發(fā)射系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，一個安全、穩(wěn)定、可靠的供電系統(tǒng)對播出系統(tǒng)的安全運行有著強(qiáng)有力的支撐作用。瀘州廣播電視發(fā)射臺作為地市級發(fā)射臺站，為減少因電源故障、市電停電等供電原因?qū)е碌耐２?，按照《廣播電視安全播出管理規(guī)定》的要求配備了兩路外電電源，兩路外電選擇人工進(jìn)行切換，以防止加電對設(shè)備造成沖擊。若兩路外電都不能正常使用，則啟動200 kW的柴油發(fā)電機(jī)為備用電源供電，并為信源系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)提供不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS），電池后備負(fù)荷工作時間可達(dá)90分鐘。冗余的電力系統(tǒng)設(shè)計達(dá)到二級保障要求，可確保供電系統(tǒng)的安全。對于電力系統(tǒng)的監(jiān)控則采用三相電量測控儀，實時監(jiān)測市電、發(fā)電機(jī)、UPS電源電路的三相交流電壓、三相電流、有功功率、無功功率等參量，同樣，各種數(shù)據(jù)通過RS232或者485匯聚到環(huán)境監(jiān)測主機(jī)并上傳到顯示大屏，可以實時顯示市電、發(fā)電機(jī)、UPS的工作參數(shù)，以保證用電安全。

4 結(jié)語

瀘州廣播電視發(fā)射臺安全播出系統(tǒng)升級改造后，投入使用了一段時間以來，廣播電視的監(jiān)測能力和處理突發(fā)異態(tài)能力得到切實提升，故障率和停播時間大大降低，值班人員的工作量也大大減輕，有效保證了臺站設(shè)備的正常運行和廣播電視安全播出。