广播电视智能监控系统

罗映辉

【摘要】 在广播电视领域，安全播出是一项至关重要的要求。本文作者根据广播电视特点，提出了广播电视监控系统的设计方案。该方案通过网络将电视制作系统内部的各个关键部件联络起来，实时监控各关键设备的状态及系统信号指标，发现异常则进行报警，从而实现了智能质量监控。

【关键词】 安全播出 智能监控 SNMP（simple network management protocol）

随着电视系统得日益复杂，规模越来越大，利用传统的监测手段已经无法保障播出安全的需求，这就迫切需要有一种智能监控系统，对电视播出系统进行智能监测。

一个典型的播出系统的原理图如图1所示：

可以从图中看到，信号都是由左方流向右方的，不存在反方向信号，即信号流向是单向的。如果系统内有一个设备出现问题，那么，我们可以使用以下几个方法来判断故障出现位置：

1）该设备的输入端的信号是否正确？

2）该设备的输出端信号是否是错误的？

3）该设备本身的状态指示灯有无异常情况？

4）该设备的工作环境有无异常？例如：温度、电压、电流、气味等。

在设计智能监控系统时，我们只需在系统关键设备处安装监控器，通过监控器来了解系统设备的工作状态以及经过该设备处理的信号状况。如果系统出现问题，我们就可以很方便地判断出问题出现在系统中的哪个环节，从而帮助我们快速解决问题。智能监控系统的基本原理图如图2所示：

系统包括软、硬件两部分，硬件部分包括：控制主机、交换机、监控器、声光报警装置等设备。

一. 硬件构成

监控器：监控器是智能监控系统与电视系统设备的信息交换接口，设备的状态信息以及设备控制指令都是通过它来进行的。当前，许多大型设备提供商都为他们的产品提供了较好的监控器。

下面，我们以加拿大EVERTZ公司的7700FC为例来进行介绍。

EVERTZ 7700FC是一块网络监控卡，它插在EVERTZ 7700系列机箱中，可对机箱内的所有设备进行监控。它可作为7700机箱内所有设备的网关，收集机箱内所有设备的信息，并通过10BASE-T/100BASE-T以太网接口，以简单网络管理协议（SNMP ：simple network management protocol）与外部设备进行通讯。外部设备可通过信息内容对机箱内设备的状态进行检查，并可发出控制指令来对相应的设备进行控制。下面是该监控卡的外观及原理图：

该板卡安装在7700机箱内，它内部有一个中央处理器，中央处理器不停地检测机箱的工作状态（例如：温度、电压等），同时它还通过USB HOST Controller 接口与机箱内的其他设备进行通讯，了解机箱内其他板块的状态，并可对它们进行控制。中央处理器根据机箱以及机箱内其他设备的信息来驱动相应的状态指示灯。该板卡的一些设置功能（例如：IP地址）可通过RS-232串行接口来设定的，同时它还提供了以太网接口，支持SNMP协议，通过以太网接口，该板卡可与智能监控主机进行通讯。

其他公司提供的监控卡都具有类似的功能，他们普遍使用的协议标准都是SNMP简单网络管理协议。

当然，也有少量设备并不支持SNMP协议，例如UPS电源、温度传感器等，但几乎所有设备都具有RS232串行接口。对于这些设备，我们可以通过一台通讯转换服务器来完成RS232串行接口与以太网接口的转换。例如：利用基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平台，我们就可以将串行设备连接到以太网上来。其原理图如图5所示。

串行口与以太网转换器通过以太网接口接入以太网，它可将以太网上的通讯信息转换为RS232串行口信号发送到监控口设备，同时，它也可将从监控器串行口发来的信息转换成以太网网络协议信息，通过以太网发送到控制主机。

控制主机：控制主机是智能监控系统的心脏，系统的所有功能都是由它来控制执行的。它由一台系统较强的计算机构成，计算机配有以太网卡来和监控器通讯。

交换机：交换机为智能监控系统的信息交换枢纽，所有的信息都是经过它来分配传输的。

声光报警装置：该装置与控制主机相连。它配有报警音箱、报警灯、手机短信平台等设备。当接收来自控制主机的报警通知后，它就可以根据预先设定的要求，进行相应形式的报警。

二.软件结构

智能监控软件的结构如下图所示，它由以下几个模块：网络通讯模块、监控分析模块、交互界面模块、报警模块、数据统计模块。

1. 网络通讯模块

网络通讯模块负责智能监控主机与广播电视制作播出系统内的关键设备之间的信息通讯。它通过局域互联网与各关键设备的监控口进行通讯。目前大部分关键设备都支持简单网络管理协议（SNMP），故通讯模块也使用SNMP协议。

简单网络管理协议（SNMP：Simple Network Management Protocol）是由互联网工程任务组（IETF：Internet Engineering Task Force ）定义的一套网络管理协议。该协议基于简单网关监视协议（SGMP：Simple Gateway Monitor Protocol）。利用SNMP，一个管理工作站可以远程管理所有支持这种协议的网络设备，包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告等。SNMP被设计成与协议无关，所以它可以在IP，IPX，AppleTalk，OSI以及其他用到的传输协议上被使用。

SNMP采用了Client/Server（代理/管理站）模型的特殊形式。对系统内设备的管理与维护是通过管理工作站与SNMP代理间的交互工作完成的。每个SNMP从代理负责回答SNMP管理工作站（主代理）关于MIB定义信息的各种查询。

代理是与网络管理控制台通信的软件或硬件，在我们的智能监控系统中就是那些支持SNMP协议的网络控制卡。它们在这个网络“链路”上可以执行以下任务：

网络管理工作站可以从代理中获得关于设备的信息。

网络管理工作站可以修改、增加或者删除代理中的表项，例如在由代理所维护的数据库中的路由选择表表项。

网络管理工作站可以为一个特定的自陷设置阈值。

代理可以向网络管理工作站发送自陷。

控制主机与监控口之间定义了5个请求/响应原语：

get-request：从代理进程处提取一个或多个参数值

get-next-request：从代理进程处提取一个或多个参数的下一个参数值

set-request：设置代理进程的一个或多个参数值

get-response：返回一个或多个参数值。这个操作是由代理进程发出的。它是set-request的相应操作

trap：代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某些事情发生

智能监控系统管理工作站可以把感兴趣的变量值提取到其应用程序中，只要发出get-request或get-next-request报文即可。前者是指定对象的读操作，后者则提供了一个树遍历操作符，便于确定一个代理进程支持哪些对象。智能监控系统管理工作站可以修改代理进程中的变量值，只要发出set-request报文即可。

如果没有发生错误，代理进程可以用get-response原语回答这些请求。另外，利用trap原语，代理进程可以异步地发送告警给网络管理工作站，告诉它发生了某个满足预设条件的事件。

智能监控网络系统中的控制主机就是通过SNMP协议来完成与各被控代理网络控制器之间通讯的。控制主机通过从各被控代理网络控制器得到的信息来了解系统内设备的工作状态，并发出相应指令来对具体设备进行控制。

下面，以EVERTZ的SNMP协议为例来介绍智能监控主机怎样与监控口进行通讯的：

根据Evertz 7700的SNMP协议中MIB的结构，我们可以得到EVERTZ 7700的数据结构。例如：EVERTZ 7700的参数intancetalbe的对象识别树OID（OBJECT IDENTIFY）就是：7700的IP地址.1.4.6827.100.2.1，它的读取指令就是

snmpget（host IP，‘public， 1.4.6827.100.2.1，int timeout [， int retries]] ）；

2. 监控分析模块

监控分析模块负责对网络通讯模块得到的信息进行分析处理，将其和数据统计模块预存的参考数据进行比较，根据广播播出制作播出系统的结构图，了解当前系统所处于的状态。一旦异常情况就向报警模块发送报警指令，并同时将相关信息发给数据统计模块进行统计处理。

监控分析模块的原理如下：

我们将广播电视系统对节目信号的处理环节按水平方向分出处理级数，而按垂直方向分为处理通道。即以需要处理环节最多的信号输入端为级数1算起，每经过一个环节，则其环节级数增加1，直到最后信号输出端，统计出总共需要经过的最多环节（例如：根据下图，我们可以定出处理级数为n）。而系统具有的处理通道就是指系统内有几条平行的输入通道。如下图所示，该系统的处理级数为n，处理通道为m。

由于信号都是从左流向右边的，当系统产生故障时，级数小的处理环节出现的故障很有可能引起级数高的环节报警。为了准确判断出故障所在位置，智能监控系统将会将自动追溯到处理级数最低的故障环节。如果信号处理通道有交叉或公用情况，智能系统可很快将故障定位到信号汇聚环节。智能监控系统可根据系统出现故障的不同形式，做不同形式的报警。例如：当路由中任一设备有信号级的报警产生，或有相关的信号监测报警时时，整条路由成红色显示，如图10所示。

而当路由中设备有报警产生的时候，这个设备成红色显示，如图11所示。

另一方面，当播出制作系统在不同的制作模式之间进行转换时，监控分析模块可从统计分析模块中提取相应制作模式的参数设置，对系统内设备进行调整，实现进行快速制作模式转换。

3. 交互界面模块

交互界面模块负责操作人员与智能监控软件之间的人机交流。它有以下功能：

可以根据播出系统内的关键设备的具体属性（例如：输入输出信号属性、允许范围、温度、电流、电压等）定制组件。

可方便地根据实际的广播电视制作播出系统的流程图将定制组件摆放在智能监控流程图上。

当监控系统发现异常情况时，代表故障点的组件应有醒目的提示，方便技术人员进行故障定位。

对出现故障进行分级提示，将最危险的故障（例如：供电电压、电流问题）放在首要需要处理的位置，其表示应最醒目（例如：红色），而将相对对系统影响较小的故障（例如：某一信号的技术指标有点超标）放在较次要的位置，颜色也可较柔和点。

为了实现监控图与广播电视系统的对应关系，我们可以采用网格矩阵（如图12所示）的办法。我们将广播电视系统内的设备按其系统位置设定其在智能监控系统矩阵图上的编号。例如：第一个通道的第一级处理设备的设备矩阵号为（1，1）；然后我们将所有设备输入输出端口的类型做出分类，例如：数字视频信号为1，数字音频信号为2，等等；接着我们把每一设备的输入输出端口按信号种类进行排序，例如：矩阵的第一路数字视频输入信号可分为（in，1），第五个数字音频输出信号为（out，5）。

这样我们就根据广播电视系统绘出智能监控系统框图，并建立起设备连接关系表。例如：EQ（1，1，OUT，1，2）--〉EQ（1，2，IN，1，1）--〉EQ（1，2，OUT，1，5）--〉EQ（2，3，IN，1，1）表示设备 （1，1）的第2个数字视频输出接到设备（1，2）的第1个数字视频输入口，然后又经过它的第5个输出口输入到设备（2，3）的第1个数字视频口。

需要指出的是，由于我们广播电视系统的结构不可能想矩阵那样规整，我们并不需要为智能监控矩阵图的所有设备（即MxN个设备）设定它们与广播电视系统的对应关系，没有的设备不进行设定就行了。

4. 报警模块

当监控系统发现异常情况时，报警模块就会进行多种形式的报警，例如：驱动外置音箱发出报警声音、打开报警灯甚至拨打电话等。不同重要级别的故障可以有不同的报警声。报警声可以事先录入到监控系统中，或者使用计算机模拟发音技术将出现的故障播报出来。

5. 数据统计模块：

数据统计模块包括一个数据库，数据库存储系统内设备的属性参数的正常值范围，向监控分析模块提供参照值。

另外，广播电视制作播出系统内主要设备的设置参数也可存储在数据库中，当系统需要在不同制作模式之间进行转换时，监控分析模块可调用数据库数据对相应的设备进行设置。

第三，数据统计模块可对系统的运行状态进行统计，指出经常出现问题的环节，方便技术人员进行判断。

通过以上软、硬件的配合，智能监控系统就可以对广播电视系统进行安全监控，从而保障播出安全。

三..结论

在本文中，本人提出了一个智能监控方案，为实现安全播出智能监控做了一点尝试，希望能够为广播电视界的同行提供一点帮助。由于本人理论水平与这些学科本身所要求的差距，研究还处在一个比较初级的阶段，请各位专家批评斧正。

参考文献

[1] 《计算机网络》（第四版），谢希仁编著，电子工业出版社

[2] 《智能控制技术》，易继锴、侯媛彬 编著，北京工业大学出版社

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[8] 《面向对象的系统分析》，邵维忠、杨芙清著，清华大学出版社

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