模数同播时期发射台监测系统设计方案与实施

高明会

安徽广播电视台 安徽省 合肥市 230066

随着中央广播电视节目数字化覆盖工程的推进，电视调频发射台所发射的广播电视节目套数越来越多，信号播出模式也从简单的模拟过渡到模数同播状态。监测对象大量增加，监测参数形式更加复杂，现有发射台监测系统已不能满足监测要求。安徽广播电视台宣城发射台对监测系统进行了重新设计改造，通过改造实现对信源系统、发射系统、空开接收系统及电力、机房环境等重要参数的实时监测及告警。方案充分考虑到技术先进性和可扩展性及与现在数字化网络化的充分结合。

1 监测系统需求

为保障安徽广播电视台宣城发射台信号传输安全及用户收听收视质量，根据发射台现有的播出内容结合新业务扩展，经过充分的分析，具体如下：

1.1 模拟电视节目监测，故障查询

监测6套模拟电视节目的信号源、开路信号。

1.2 调频广播节目监测，故障查询

监测13套调频广播节目的信号源、开路信号。

1.3 数字地面电视（DTMB）节目监测，故障查询

监测7路ASI信号源（内包含56套电视节目）、开路信号。

1.4 数字音频广播（CDR）节目监测，故障查询

监测2路CDR信号节目信号源、开路信号。

1.5 应急信号切换

建立一套完整的视音频智能切换系统，既可远程设定任意信号源主备状态，又能生成故障日志。有远程强制直通功能和断电直通功能。在监控软件界面设置切换器的控制界面，可通过软件界面对切换器进行手动、自动的信源切换，同时在软件界面上可实时监看信源信号状态。

1.6 环境及发射机智能监控

对发射台的动力环境监测、发射机状态监测做整合升级，将现有的视频监控和温湿度、烟感、市电、UPS电源等设备的监测功能进行改造。要求不仅对发射机的相关工作数据进行采集，而且做到可以定时开关机，主备倒换等控制功能，同时融合到检测软件内。

1.7 系统视音频实时显示、故障报警、查询、存储录制及远程监控

所有信号多画面显示监测报警主机，通过多画面实时显示、监测、报警，立体声音频彩色音量柱多窗口组合显示输出，可连接等离子大屏幕显示设备，多画面分割方式呈现多路视频信号，视频可以任意组合，方便实时监看，对节目故障可以录制查询，实时报警。

2 总体方案设计

2.1 系统结构拓扑图

系统结构拓扑，如图1所示。

图1 智能监管总控系统拓扑

2.2 系统结构流程

系统中有7个频点数字电视信号，6套模拟电视信号（主备），13路调频广播信号（主备），一套CDR广播监测，根据系统需要，需对主备信源进行技术监测，择优切换播出、信源发射前端及所有回传信号进行全方位监测，如图2所示。

图2 系统流程图

该系统的模式为监测设备，监测包括回传信号在内的所有信号节点的信号质量，然后将监测采集的数据信息通过局域网传递给总控分析查询并上大屏显示。另外，多画面监测分割显示系统也会对各路上墙显示信号进行监测并报警，从而达到双重监测功能。

系统中配备的监测设备为高精度信号质量监测设备，监测精度为金帆级。多画面监测能在显示大屏上直接显示各节点的信号状况，如果信号质量出现任何问题时，它都能及时的报警提醒机房工作人员查看。

2.3 信源信道监测子系统

2.3.1 FM监测系统

FM无线信号由天线接收送入射频端口监测模块，监测模块对FM的信号连续性、空中接收电平值等关键指标进行实时监测形成监测指标数据。同时，对接收的调制音频进行解调、数字IP化，最终将监测指标数据与IP节目内容送入后级交换机，如图3所示。

图3 FM监测系统图

后级交换机中数据送往后级数据显示系统，可以为本地发射台站，也可以为远程监控中心。数据显示系统包含：监测计算机、多画面屏幕墙及监听音响。所有广播信号的监测指标以动态柱状图表征，若干个柱状图可以拼接在一个屏幕中。当出现信号中断、电平异常告警时，柱状图发出告警、音响发出声音告警，提醒维护人员及时处理。

2.3.2 模拟电视监测系统

模拟电视监测系统与FM类似，通过天线接收无线模拟电视信号，监测模块对信号连续性、空中接收电平值等关键指标，进行实时监测形成监测指标数据，同时对接收的调制电视信号进行解调、H.264编码数字IP流，最终将监测指标数据与IP节目内容送入后级交换机。模拟电视监测系统，如图4所示。

图4 模拟电视监测系统图

在后级数据显示系统中，首先可以实现多画面视频分割，实时观看直播电视节目，并在视频边缘叠加了音量电平动态柱状图；其次实时监测伴音、调制电平、接收场强、视频连续、音频连续、静帧、彩条、黑场等指标。当出现以上告警时，监测系统会及时发出声光告警通知维护人员，并将告警记入数据库中。

2.3.3 数字电视监测系统

2.3.3.1 IP/ASI信源监测

数字电视信号源监测包括：信号源接入、信号解码、监测录制、ASI码流监测、多画面监测等子系统。数字电视节目源经解扰后清流进入信号解码，以ASI串行流进入节目监测录制，在后级实现ASI码流层面的TR101 290三级错误监测，实现对上游信号源的质量评价。为了更方便的实现监控节目汇聚及多画面显示，再将ASI打包成TS OVER IP传输格式，在电视墙中实现多画面分割显示，所有的配置管理及告警均在系统管理平台中完成设置，如图5所示。

图5 IP/ASI信号监测流程图

2.3.3.2 RF信道监测

空中接收的国标地面数字电视信号，在此环节进行解调、信道解码，依据GB20600-2006标准对RF信号的信号锁定状态、信号强度、误码率、调制模式、载波模式（单载波、多载波）、星座图、PN序列、交织类型等多项指标进行监测，当出现告警时，及时以声光方式通知维护人员。

RF射频信号由对应射频监测模块DTMB模块接入，模块内置解调单元与CA解扰单元，完成对信号的接入、解调、解扰及TS OVER IP码流打包输出，供后续环节进行节目质量，如图6所示。

图6 RF射频信号监测流程图

2.3.4 CDR广播信号监测

完成CDR数字音频广播信号的接收、信道指标监测、音频异态监测、音频压缩编码、TS over IP输出功能。

2.4 多画面分割及显示子系统

为了让值班人员能够实时监看多路前端监测节目信息，系统配备了一个多画面分割监测系统，在值班室工作人员监看节目信息同时可以知道当前节目有无异常，如有异常还会实时显示是何种安全故障并报警。基于IP传输的TS（包括SPTS及MPTS）输入：可通过网络接收解扰后的MPTS码流数据，实时进行解复用、解码、组合及显示等操作。支持从ASI接收的TS（包括SPTS及MPTS）流的实时解复用、解码、组合及显示等操作。支持标清(16路)和高清（6路以上）数字电视（DVB）节目，支持MPEG-2及H.264格式。支持节目定时分组轮显功能。例如，接收24/32套节目后，可分成两组（每组12/16套节目），通过遥控面板控制切换显示，也可支持定时自动切换轮巡。具备大量窗口布局模板供用户选择，并可任意指定子窗口与节目的对应。每个窗口均可实时显示多声道VU表、频道名称、窗口序号以及当前监听等标识。

LED电子屏由像素管Φ3.75mm（RED）、像素点间距≤4.76mm、像素密度≥40000点/M2的室内单基色模块组成；根据本项目尺寸要求，LED电子屏外框尺寸为：4100mm（宽）×244mm（高）；控制方式与计算机显示器同步，能集成显示预警平台信息，以及日期、时间和其他可改写自编信息。

2.5 发射机自动监控子系统

发射台对于发射机的工作状态采集是非常必要的。由于发射机存在新老共存、品牌众多等实际特点，因此，本监控部分在设计是可以采用无采集接口方式、模拟接口方式、数字接口方式进行信号采集，这三种方式涵盖了所有类型发射机的信号采集。

发射机监控系统中每部发射机安装的采集器实时监测各种状态量，将含有监测地址的数据传给RMT-100管理器进行监测信号的翻译、解释、显示等功能，如图7所示。

图7 发射机监控系统整体结构图

发射机监控根据整体和部分的关系可以进行整机指标、放大器指标、激励器指标三个级别的指标监测。

2.5.1 整机指标

发射频率、发射功率、反射功率、不平衡功率、输出驻波比、工作温度、风机、电源。

2.5.2 放大器指标

发射功率、工作电压、不平衡功率、反射功率、工作温度、工作电流以及过激励、过载、过热情况。

2.5.3 激励器指标

发射频率、输出功率、频率偏移、反射功率、工作温度、输入信号状态、输出信号状态。

2.6 报警系统

当发射台技术系统出现告警时，有两种报警方式。

2.6.1 短信报警方式

当发生紧急情况时，可将报警信息以短信方式发至维护人员和台站领导的手机上。通过报警管理系统可以对报警源进行配置，如发射机故障报警、信源故障报警、烟雾报警、浸水报警、停电报警等，可以对报警手机号码进行配置。所有的报警记录和短信发送情况均记录在服务器中。

2.6.2 多路远程智能报警

此系统采用工业串行控制总线RS485与监测系统相连，真正做到监测与报警分离，可以将该设备安装在距离监测设备150米远处实现报警。

在实际应用中，可以将监测设备安装在机房内，而将报警器安装在工作室，方便用户监测信号，不用在机房与工作室之间来回穿梭。本系统可以自定义铃声或语音报警，只须将系统中的播放文件更换为自定义文件即可。

结束语

工作人员配合设备集成商，在保证日常安全播出的同时，利用晚间的停播时间完成了系统的安装调试，并对各种软件进行了调试配置。2017年12月，系统试运行三个月后通过了安徽广播电视台科技委组织的验收。验收组认为该项目设计理念先进，完全满足现有模数同播期发射台站安全播出监测要求，同时兼具扩展性。设备的选型及项目实施完全达到了设计要求，对于其他台站的监测系统改造具有很好的参考意义。