发射机房播出信号监控系统及改进思考

时间:2022-10-15 12:44:58

发射机房播出信号监控系统及改进思考

由于广播电视播出领域自动化系统的普遍应用,增强了广播电视传媒业的竞争力,在提高工作效率的同时,减少了安全播出事故,确保使安全播出得到技术保障,下面以一个实施的广播电视机房播出监控系统为例,介绍原理及应用,并就完善系统提出改进的若干建议及思考,以期抛砖引玉。

广播电视机房

播出监控系统的构成及原理

本系统为广东省农村中央广播电视无线覆盖工程所实施项目,实施系统的广播电视转播台地处高海拔气候恶劣的边远山区,发射设备种类多,播出节目套数多,播出时间较长,值班工作强度大,由于原有设备难以满足多套播出节目的监控需要,故实施该系统,旨在完善信号监控手段,以提高效率,减轻工作强度,有效地监控3套调频广播和4套电视节目播出信号源的质量,确保安全播出。

1.系统的构成

本系统由广播电视监控硬件设备和监控应用软件构成,包括视音频监控仪、信号分配器、信号源智能切换器、电视及广播信号调谐器、GSM短信模块(含短信发送器)、大屏幕监视器、监听音响等设备、RS232串口服务器等设备,监控软件运行在系统核心的视音频监控仪中,系统具有较高的可靠性、稳定性和安全性,系统各模块可相互独立工作,具有较高的可靠性、稳定性和安全性,系统组成见图1。

2. 系统工作原理

本系统连接示意图见图2,系统在节目信号源(信号分配器输出)、前端设备(信号源智能切换器输出)、天线接收调谐解调器输出等3个监测节点,获取电视、调频发射机各自的前端、发射机输入信号、开路回收信号共6个通道的监测信号,由RS232接口将数据送入视音频监控仪处理,对信号源实时监测,检测节目信号源质量状态,如检测出视频丢失、静帧、黑场、音频丢失、静音等故障状态时,系统将实施报警(声、光、发报警短信) ,同时智能判定和处理自动切换信号源,以达到对3套在播调频广播节目共18路模拟音频立体声信号和4套在播电视节目共24路视音频信号及上述7套在播节目的开路回收信号(模拟视频/单声道音频)的监测、监看和报警目的,以保证优质安全无间断的播出,监控系统独立于发射机播出和其他播出设备系统工作,当监控系统不工作时,将不影响正常播出。

广播电视机房

播出监控系统功能

1. 多画面监控,支持多屏(双屏、三屏、四屏)显示技术,对采集的视频信号以屏幕分割的方式显示,对音频信号采用图形化显示,具有信号监测、前端设备控制(主备切换器)、录像/回放功能。

(1) 信号监测,对在播的4路电视、3路广播每套节目信号源(每套有4路节目信号源)、前端设备输出、电视调频开路接收调谐器输出3个节点、6个通道路信号进行监测。

(2) 前端设备控制,指系统通过RS232串行接口控制信号前端设备(主备切换器)。

(3)进行电视节目实时录像/回放,每路信号以70~4096kbps的码率进行录像,录像分辨率最高可达704*576。

2. 信号源智能切换,实时监测有无信号、视频黑场、图像静帧、音频幅值检测、静音异态后,经过判断,由RS232接受来自系统的控制指令,可靠、智能地切换信号源。

3. 报警,使用声、光、GSM短信三种方式,对信号源发射机异常或故障情况进行报警。

系统核心―视音频监控仪

视音频监控仪是系统的核心,它控制各模块的信号监测、信号源的智能切换和报警等各功能模块协调工作。视音频监控仪具有独立、完整的监控功能,它既可与智能切换器、电视解调器和调频解调器形成独立的信号监控系统,又可为系统今后提供扩展接口。

1. 软硬件构成

(1) 硬件设备:采用工业级主板的工控机,配备高性能的采集卡,支持64路的视音频实时采集,CPU为主频3.0G的奔腾4 处理器,内存为DDR2.0G;SATA硬盘容量640G,硬盘主要保存录像和音频数据,录像采用H.264压缩格式,音频采用OggVorbis格式,在保证高质量下实现更大的压缩比。640G可满足存储以800kbps码率,对8路信号进行20小时连续7天的录像数据;主要视频音频输入每16通道采用两个DB15和一个DB25作为输入接口;图像输出包括VGA、DVI接口,RS232与前端设备连接实现自动控制;预留以太网与网络连接接口,可实现远程监管。

(2) 软件环境:工作在WINDOWS XP操作系统平台,安装MSMQ3.0(微软消息队列),GSM发送模块和数据库, 系统有用户管理,报警、GSM、历史记录等软件功能模块,数据库SQL SERVER2005作用为记录录音录像信息、记录报警信息,所有信息被写入数据库,方便查询、分析,生成报表。为了系统安全运行,实现实现用户验证和分权限管理,合法用户在系统上进行的所有操作将自动记录。

2. 信号监测和录像显示

系统信号监测为多画面监控,由视音频监控仪、多路电视解调器、多路调频解调器、大屏幕监视器组成单元完成,电视视音频信号的显示如图3所示,广播节目信号的显示如图4所示,音频幅度值来自于音频监视功能。

3. 监控仪对异常信号的检测控制

视音频监控仪根据设定的视频监 测、音频监测参数,实时与每路信号的参数比较判断是否正常。对视频信号进行有无信号、同步丢失、黑场、静帧的检测;音频根据报警门限值进行有无信号判断,如异常则启动报警程序开始报警,并控制前端设备做相应处理。为了防止误报,用户进行参数设置(见图5),根据实际正常播出可能有短暂黑场、静帧和静音,设置检测参数的门限值。

4. 监控仪对异常信号的报警及控制

(1)报警:当信号被检测到异常时,视音频检测仪自动以多种方式报警,报警按影响播出质量程度分为一、二、三级,一级为最严重,视音频监测仪将保存所有报警信息,

(2)控制:视音频监控仪通过RS232通信接口对前端设备(主备智能切换器)进行控制,方式分手动和自动两种。手动方式:视音频监控仪提供远程遥控人工切换面板,其操作与设备实际面板一样;自动方式:当信号检测发现异常时视音频监控仪报警,同时根据报警情况判断后,向信号前端设备(智能切换器)发出控制指令,自动进行通道切换。

5.监控仪检测信号

判断及相应处理形式

(1)报警但不对前端做任何处理的情况

节目的4路信号源同时无信号或者无同步状态,说明不属于系统节目源端出问题;节目四路信号源同时出现静帧、黑场或者静音报警状态,可能是属于误报。

(2)自动切换到正常的信号源情况

节目当前使用输出的信号源如被监测到出现无信号、视频黑场、图像静帧、音频幅值检测、静音异态后,系统判定为异常状态,系统将按照已预设的“主->备1->备2->备3”的顺序搜索正常的信号源,搜索后,视音频监控仪向智能切换器发送切换指令,自动切换到正常的信号源输出。

(3)切换直通状态的情况

切换器输出异常,但系统监测到输入节目信号源正常,系统自动判定属于智能切换器设备的故障,视音频监控仪向主备切换器发送断电直通指令,使智能切换器工作在断电直通状态下,保证节目的正常播出。

6. 可靠性保障

为了保证监控系统运行可靠性,系统设备使用了UPS后备供电。

系统不足的改进思考

作为一个机房播出监控系统,如果只是具备监控信号质量和倒换播出信号,这些功能仍然存在不完善和不足,仅满足播出信号监控要求,作为广播电视机房播出使用的监控系统还必须监控广播电视发射机的状态和自动控制发射机,增加扩展接口,为今后组成完善的自动化监控系统做准备,以下就如何改进完善本系统提出了建议和若干思考,供大家交流。

1.系统的改进

本系统实施的转播台目前使用的广播电视发射机多数都是没有计算机通信接口的老设备,即使一些有通讯接口,但是也很简单,而且发射机内部结构种类不一,如果将这些旧式发射机自身的控制保护功能集成到监控系统中比较困难,并且改造后的可靠性和稳定性也差强人意,为了今后自动化发展,所以我们必须从系统构造框架入手,来完善改进目前使用的系统。

(1)主机系统架构的改进

本例系统在1千多米的高山环境中工作,受制于环境因素,基于此,目前仍无法使用互联网搭建一个广播电视远程监控管理系统。只能在现有基础上进行系统扩充和延展,构成一个基于pc机的广播电视自动监测控制系统。为了保证系统完成对信号源监控和发射机控制的实时数据采集处理,必须采用功能强大的主机,系统主机通过以太网获取发射机、信号源状态,完成自动巡检、自动开机,倒换开主备机、切换信号源、分级声光信报警、用户管理、历史查询、GPS校时等任务,实现对机房内部播出设备的自动控制,另一方面,对信号源监控功能进行进一步改进,增加音频、视音频信息内容的对比监测等功能,实现系统对两个不同传送途径的信号源进行内容信息的对比,如微波传输与信号卫星传输来的信号源相互比较,输入视音频分配器、立体声分配器的信号与调谐器开路接收的信号相互比较,完成对动态图象信号或者动态音频信号等合法性鉴别的智能分析,以期快速识别正确信号源,提高系统监控信号可靠性。这样的系统扩充延展,实用性强,而且性价比高。本系统改进设想架构如图6示

(2) 关于RS232接口的改进

本监控系统使用RS232接口进行系统各设备的通讯,通过RS232与各设备连接,完成数据交换和指令传达。RS-232作为PC机与通信工业中早期普遍应用的一种串行接口。它是一种在低速率串行通讯的单端标准RS-232。时至今日,其缺陷非常明显,无法满足大信息量数据快速传送的要求,RS-232采取不平衡传输方式,单端方式通讯, RS-232点对点通讯(即只用一对收、发设备),传送最大距离和最高速率只有15米、20Kbps,所以RS-232仅适合作为本地设备之间少量数据、慢速通信的通信接口。为此,有必要采用RS-485串行数据接口标准替代RS-232,它最大传输距离约为1200米,最大传输速率为10Mbps,采用平衡发送和差分接收,半双工工作方式,具有抑制共模干扰的能力,适用于多点互连,节省许多信号线,应用RS-485 可以联网构成分布式系统。因此,我们建议在升级系统时,选择有RS-232与RS485这两个串行接口的系统配套设备,尽量使用RS485设备接入网络,对原来只有RS232串口的设备采用转换接口方法,使用高性能隔离转换器透明地将RS-232信号转成隔离的RS-485信号,在无需改动连接设备的任何软硬件情况下,将RS232设备接入RS-485网络,为今后组建升级的远距离大系统打下基础。

(3) WINDOWS XP平台的改进升级

严格来说,作为对广播电视播出信号源实施监控这样一个专业应用软件系统,实时性和可靠性要求比较高,应该使用WINDOWS SERVER服务器作为软件运行平台,因为应用软件在WINDOWS SERVER服务器操作系统平台上运行,稳定性好,安全风险也比较低,可靠性将得到保证,当然,使用WINDOWS SERVER操作系统,监控系统的主机系统也相应提升为服务器设备。

2. 系统软件的使用维护

本监控系统软件运行在WINDOWS XP操作系统平台,它是成熟的操作系统平台,实现以较低配置流畅地运行各类应用软件,兼容性好,但是目前使用的WINDOWS XP操作系统平台,系统相对比较脆弱,常面临着系统崩溃、病毒入侵的风险,为了解决稳定性问题,首先必须做好操作系统的日常维护工作,及时修补漏洞及升级服务,提高系统抵御病毒入侵。对投入播出设备的系统软件制定管理制度,加强管理系统,严禁在pc机系统上运行其他与播出无关的其他软件,另一方面加装使用包括操作系统和数据库、杀毒的正版软件,对WINDOWS XP 操作系统和监控软件要定期维护升级,定期查杀毒,定期备份数据,做好历史数据的存盘备份工作,以备不测。

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