【摘要】為更好地提升廣播電視發(fā)射臺信號傳輸?shù)臅r效性和穩(wěn)定性，可以使用IP化的設(shè)計(jì)方式，展開對廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)的改造。本文以某省廣播電視衛(wèi)星地球站的IP化改造項(xiàng)目為例，提出了一種廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)的IP化改造方案。在簡單說明IP化改造的技術(shù)要求、基本準(zhǔn)則以及總體設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，從信號采集分析、信號通信、信號監(jiān)測、信號綜合顯示及報(bào)警等方面入手，著重闡述了基于IP化改造的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建要點(diǎn)，旨在搭建起IP架構(gòu)視域下的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)，滿足廣播電視衛(wèi)星地球站的實(shí)際運(yùn)行需求。

【關(guān)鍵詞】廣播電視發(fā)射臺；信號傳輸與監(jiān)測；IP化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TN929" " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.21.009

在廣播電視領(lǐng)域的發(fā)展中，受到信息技術(shù)、智能化技術(shù)逐步深化應(yīng)用的影響，對信號傳輸?shù)臅r效性以及穩(wěn)定性提出了更高要求。基于此，搭建并應(yīng)用穩(wěn)定性更強(qiáng)的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)極為必要。在當(dāng)前的實(shí)踐中，可以依托IP化改造，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)功能的增加，滿足現(xiàn)實(shí)工作要求。因此，本文主要圍繞某省廣播電視衛(wèi)星地球站的實(shí)際情況和工作需求，提出了一種廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)IP化設(shè)計(jì)與改造的方案。

1. 項(xiàng)目背景

某省廣播電視衛(wèi)星地球站主要經(jīng)營衛(wèi)星信號上行下行傳輸，結(jié)合對數(shù)字壓縮技術(shù)的使用，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，高質(zhì)量地把地方廣播電視信號覆蓋多個地區(qū)。該省廣播電視衛(wèi)星地球站配備了直徑16米的大口徑衛(wèi)星單收天線，可接收更大范圍內(nèi)的在軌同步衛(wèi)星信號?，F(xiàn)階段，該廣播電視衛(wèi)星地球站中所設(shè)置、應(yīng)用的上行系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IP化建設(shè)，需要進(jìn)一步搭建起可以更好適應(yīng)新上行系統(tǒng)的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)。具體而言，就是要同時針對現(xiàn)有的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)落實(shí)IP化設(shè)計(jì)與改造。

對于原有的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)而言，其主要在基帶監(jiān)測平臺上完成搭建，內(nèi)部所投放的單機(jī)設(shè)備數(shù)量相對較多，總體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性明顯，且智能化管理水平偏低，所呈現(xiàn)出的監(jiān)測功能較少，也難以實(shí)現(xiàn)更好擴(kuò)展?；诖饲闆r，以上行系統(tǒng)的IP化建設(shè)為契機(jī)，組織展開了對原有廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)的IP化配套改造，基于現(xiàn)有成熟、先進(jìn)技術(shù)的使用，結(jié)合對IP架構(gòu)的應(yīng)用，重新設(shè)計(jì)對應(yīng)的信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)。在此過程中，設(shè)置IP架構(gòu)系統(tǒng)，并在其中引入具有更低運(yùn)行能耗的集成嵌入式設(shè)備，以此完成對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的全面性采集；同時，依托IP格式封裝模塊的設(shè)計(jì)、配置、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對傳輸流質(zhì)量數(shù)據(jù)的提取，提升廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性與效率。

2. IP化改造的總體思路分析

2.1 技術(shù)需求

現(xiàn)階段，該省廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間，每日持續(xù)不間斷地上行多套立體聲廣播、標(biāo)清衛(wèi)視。實(shí)踐中，結(jié)合IP化處理的方式針對信號采集過程進(jìn)行調(diào)整與變更，能夠?qū)P信號直接應(yīng)用于信號復(fù)用等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，以此完成監(jiān)控作業(yè)。其間，存在部分信號源保留對原有基帶信號的使用形式，而針對一些特殊節(jié)點(diǎn)，主要基于對調(diào)制射頻信號的應(yīng)用完成信號輸出作業(yè)。此時，就必須要確保系統(tǒng)可以針對多樣性格式的信號展開有效的采集作業(yè)[1]。從信號展示的角度來看，需要在主控室的電視墻中，采用分屏呈現(xiàn)的方式，展現(xiàn)出不同電視節(jié)目、廣播節(jié)目，并在主控臺監(jiān)控器的作用下，確保相關(guān)工作人員可以在全屏幕內(nèi)完成對所有節(jié)點(diǎn)節(jié)目的監(jiān)管，支持全面記錄和后期回放。圍繞系統(tǒng)的信號分析作業(yè)，在系統(tǒng)內(nèi)引入監(jiān)控報(bào)警功能單元，增加系統(tǒng)功能，確保當(dāng)前的廣播電視節(jié)目安全播出的更多功能需求得到切實(shí)滿足。

2.2 IP化改造設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在本項(xiàng)目中，要求在落實(shí)對廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)的IP化改造中，滿足以下功能需求：①設(shè)置可以切實(shí)滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)需求、安全需求的主信源以及備信源。②重點(diǎn)保證整個系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)制始終維持在協(xié)調(diào)一致的狀態(tài)下，能夠在改造后，有效滿足整機(jī)系統(tǒng)與發(fā)射系統(tǒng)之間的時間同步。③在實(shí)時監(jiān)測信號傳輸?shù)娜我庖粋€環(huán)節(jié)，均可以做到全面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、信號源、設(shè)備。④能夠?qū)崿F(xiàn)對所有故障信息、隱患問題的采集，并基于多種渠道的應(yīng)用及時完成對告警信息的有效推送。⑤強(qiáng)化系統(tǒng)智能化建設(shè)，創(chuàng)設(shè)并引入智慧運(yùn)維模塊，促使數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備管控、報(bào)表生成等主要功能的智慧化成為現(xiàn)實(shí)。

2.3 系統(tǒng)IP化改造的總體設(shè)計(jì)

在本次對廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)的IP化改造中，引入了分布式處理機(jī)制，整個系統(tǒng)可以劃分為平臺界面、平臺后臺、檢測服務(wù)器、采集監(jiān)測卡、采樣信號這幾個層次。其中，在采樣信號部分，包含IP組播數(shù)據(jù)、基帶信號、調(diào)制射頻信號等；在采集監(jiān)測卡部分，包含調(diào)制射頻監(jiān)測以及IP格式打包、基帶信號監(jiān)測及IP格式打包、IP碼流監(jiān)測；在監(jiān)測服務(wù)器部分，包含信號鏈路監(jiān)看服務(wù)器、視音頻監(jiān)測服務(wù)器、內(nèi)容一致性對比監(jiān)測服務(wù)器、TS碼流監(jiān)測服務(wù)器；在平臺后臺，主要運(yùn)行Agent（sop）；在平臺界面部分，主要展示安全運(yùn)維系統(tǒng)所發(fā)出的信息，如報(bào)警提示等。同時，所有服務(wù)器監(jiān)測軟件均可以在監(jiān)測平臺（安全運(yùn)維系統(tǒng)）的支持下，作為上位機(jī)控制。

依托信號采集監(jiān)測卡的應(yīng)用，系統(tǒng)可以采集、監(jiān)測分析各個節(jié)點(diǎn)的所有信號，包括基帶信號、IP信號等，以此實(shí)現(xiàn)對原始碼流的質(zhì)量數(shù)據(jù)的獲?。辉诎蹇ù虬K的支持下，利用原始碼流的質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對分析數(shù)據(jù)和音視頻數(shù)據(jù)的打包處理，并將其轉(zhuǎn)化為基于IP組播形式所傳輸?shù)腎P碼流數(shù)據(jù)；在交換機(jī)的支持下，在不同的監(jiān)測服務(wù)器內(nèi)，分別完成對IP碼流數(shù)據(jù)的對應(yīng)分發(fā)，并由各個監(jiān)測服務(wù)器迅速展開門限監(jiān)測、專項(xiàng)展示；基于Agent的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)向安全運(yùn)維系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測結(jié)果，由安全運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫處理，并及時發(fā)出報(bào)警提示；在安全運(yùn)維系統(tǒng)的Web界面內(nèi)，可以完成對相關(guān)信息的綜合展示，也支持相關(guān)工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與配置。

3. 基于IP化改造的廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 信號采集分析

信號采集分析部分主要由基帶碼流監(jiān)測及IP打包卡、射頻信號監(jiān)測及IP打包卡、IP碼流監(jiān)測卡構(gòu)成。

（1）基帶碼流監(jiān)測及IP打包卡。在系統(tǒng)運(yùn)行中，基帶碼流監(jiān)測及IP打包卡主要承擔(dān)著多路基帶信號接收、碼流分析以及TSoverIP輸出的任務(wù)。實(shí)踐中，針對各路基帶信號（8路）實(shí)施均衡處理，并合并為一路信號，同時基于IP格式完成封裝作業(yè)；在千兆網(wǎng)口的支持下，將完成IP封裝處理后的信號以組播的形式輸出；監(jiān)測、分析碼流，依托百兆網(wǎng)口的作用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。完成對有效帶寬、空包率、總帶寬的監(jiān)測以及基于碼流表格的深度解析，TS流實(shí)時TR 101 290三級錯誤監(jiān)測，解析EPG信息和數(shù)據(jù)廣播[2]?？梢允褂镁W(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置板卡，整個板卡的內(nèi)部處理流程主要設(shè)定為：基帶傳輸信號均衡及串/并轉(zhuǎn)換；碼流數(shù)據(jù)打包；部分信號直接基于千兆網(wǎng)口輸出，部分信號進(jìn)一步落實(shí)碼流監(jiān)測以及分析數(shù)據(jù)打包，隨后利用百兆網(wǎng)口輸出。

（2）射頻信號監(jiān)測機(jī)IP打包卡。在系統(tǒng)運(yùn)行中，射頻信號監(jiān)測機(jī)IP打包卡主要承擔(dān)著監(jiān)測、打包輸出調(diào)制射頻信號的任務(wù)。實(shí)踐中，單塊板卡需要接收、調(diào)制多路射頻信號（8路），同時進(jìn)行TSoverIP格式轉(zhuǎn)化處理，進(jìn)一步落實(shí)合并處理，依托對千兆網(wǎng)口的設(shè)置與使用，實(shí)現(xiàn)輸出；針對射頻信道的指標(biāo)和碼流展開實(shí)時性監(jiān)測作業(yè)；依托對百兆網(wǎng)口的配套設(shè)置與使用，順利輸出所得到的所有監(jiān)測分析數(shù)據(jù)。整個板卡的內(nèi)部處理流程主要設(shè)定為：使用通道RF輸入信號，實(shí)施衛(wèi)星信號調(diào)諧與解調(diào)；碼流數(shù)據(jù)打包；部分信號直接基于千兆網(wǎng)口輸出，部分信號進(jìn)一步落實(shí)信道指標(biāo)監(jiān)測、碼流監(jiān)測以及分析數(shù)據(jù)打包，隨后利用百兆網(wǎng)口輸出。

（3）IP碼流監(jiān)測卡。在系統(tǒng)運(yùn)行中，IP碼流監(jiān)測卡主要承擔(dān)著對多通道IP信號的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測的任務(wù)。將板卡的數(shù)據(jù)輸入口設(shè)定為千兆以太網(wǎng)口（4個），控制任意一個輸入網(wǎng)口監(jiān)測的IP流路數(shù)量為8路，支持基于IP封裝的MPEG-2格式、H.264格式、AVS格式的輸入信號[3]；在千兆以太網(wǎng)口（4個）的支持下，輸出監(jiān)測分析信號，并將百兆以太網(wǎng)口（4個）設(shè)定為控制口，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測分析信號的輸出。在板卡運(yùn)行期間，全面分析、監(jiān)測所有傳輸?shù)?2路TSoverIP流，為測量MDI（RCF4445）指標(biāo)作業(yè)的有效展開提供有力支持，同時也促使監(jiān)測碼流的TR101 290作業(yè)的落實(shí)成為現(xiàn)實(shí)。整個板卡的內(nèi)部處理流程主要設(shè)定為：單一一個千兆網(wǎng)口支持8路IP流的流入；IP數(shù)據(jù)接收；MDI測量、碼流監(jiān)測以及分析數(shù)據(jù)打包輸出；由百兆網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)輸出。

3.2 信號通信

信號通信部分主要由數(shù)據(jù)交換機(jī)、管理交換機(jī)構(gòu)成。在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行階段，信號通信部分經(jīng)過采集監(jiān)測板卡的信號轉(zhuǎn)換處理后，基于應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信與控制語言，調(diào)整TS數(shù)據(jù)流并監(jiān)控分析數(shù)據(jù)流，即實(shí)施了IP格式轉(zhuǎn)化；將經(jīng)過IP化的數(shù)據(jù)流傳遞至通信樞紐（由管理交換機(jī)、數(shù)據(jù)交換機(jī)構(gòu)成），利用數(shù)據(jù)交換機(jī)下發(fā)視音頻IP信號、利用管理交換機(jī)下發(fā)或上傳設(shè)備通信數(shù)據(jù)以及信號監(jiān)測分析數(shù)據(jù)。在靜態(tài)組件配置的支持下，交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)端口綁定組播組功能；在Vlan的支持下，交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)隔離廣播功能；在telnet配置的支持下，交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程管理功能。

3.3 信號監(jiān)測

信號監(jiān)測部分主要由多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)、TS碼流分析監(jiān)測系統(tǒng)、音頻對比監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。在TSoverIP技術(shù)的支持下，多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)能夠監(jiān)測廣播電視節(jié)目的視音頻異常情況，并組合顯示多畫面。在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行期間，面向收流模塊，主要在上游設(shè)備的作用下實(shí)現(xiàn)推流作業(yè)，基于對解碼模塊的設(shè)置與應(yīng)用，針對IP信號，主要以HDMI 2.0格式的形式落實(shí)轉(zhuǎn)化處理；基于對視頻合成輸出模塊的設(shè)置與應(yīng)用，應(yīng)用編碼后處理的模式，安排對解碼的廣播電視節(jié)目的處理，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)畫面的有機(jī)合成，并以合成畫面的形式完成節(jié)目輸出；針對單一一臺1U設(shè)備，在其中也完成對板卡的合理布設(shè)，數(shù)量設(shè)定為2塊，主要使用上下層結(jié)構(gòu)的形式實(shí)現(xiàn)設(shè)置，以此為4路HDMI輸出的實(shí)現(xiàn)提供支持；針對每一路輸出，均能夠自定義多畫面分割顯示[4]。在本項(xiàng)目中，切實(shí)參考系統(tǒng)實(shí)際需求、現(xiàn)實(shí)工作需要，將多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的投放數(shù)量設(shè)定為5套，基于不同多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的作用，針對所有標(biāo)清電視節(jié)目信號、廣播節(jié)目信號進(jìn)行分屏處理與顯示。同時，在多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行期間，可以面向相關(guān)工作人員及時完成對采樣信號監(jiān)測視頻內(nèi)容故障問題及有關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，涵蓋多種異常問題與故障，常見的有臺標(biāo)異常、視頻丟失、視頻解碼不正常等；可以結(jié)合對多畫面顯示監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用，完成對音頻故障問題與異?，F(xiàn)象的實(shí)時監(jiān)測，常見的有音頻丟失等。在此基礎(chǔ)上，基于與存儲單元的共同作用，有效監(jiān)測、記錄包含主備天線接收、異地接收、自環(huán)、調(diào)制、復(fù)用、信號源等在內(nèi)的多個重要節(jié)點(diǎn)。

（2）TS碼流分析監(jiān)測系統(tǒng)。集中分析來源于信號采集監(jiān)測卡的信道碼流指標(biāo)，具體而言，就是匯總并對比分析不同類型的信號，包括各個節(jié)點(diǎn)的QAM、ASI、QPSK等等，并在此基礎(chǔ)上監(jiān)測任意一組信號的TS碼流，促使PSI/SI分析、PCR分析、模板對比、帶寬監(jiān)測、TR 101 209監(jiān)測等功能得以實(shí)現(xiàn)。

（3）音頻對比監(jiān)測系統(tǒng)。主要在本系統(tǒng)的信號接入層內(nèi)，展開對采集監(jiān)測卡的投放，使用IP化轉(zhuǎn)化的方式，實(shí)施對音頻信號分析數(shù)據(jù)的有效處理，并將其傳遞至音頻對比系統(tǒng)內(nèi)；在該對比系統(tǒng)中，利用報(bào)警邏輯匯總、分析有關(guān)于信號質(zhì)量水平的監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷是否存在異常，生成報(bào)警信息，完成對所有節(jié)點(diǎn)信號質(zhì)量狀況的精準(zhǔn)分析與判斷。

3.4 信號綜合顯示及報(bào)警

信號綜合顯示及報(bào)警部分主要由終端管理主機(jī)語音告警服務(wù)器、操作顯示器等部分構(gòu)成，主要為相關(guān)工作人員提供信號數(shù)據(jù)顯示與查詢服務(wù)，同時實(shí)現(xiàn)即時告警。為實(shí)現(xiàn)上述功能，在本項(xiàng)目中，圍繞信號綜合顯示及報(bào)警部分的構(gòu)建，重點(diǎn)完成了以下幾項(xiàng)任務(wù)：①合理設(shè)置主控室內(nèi)的電視墻。引入多畫面監(jiān)測系統(tǒng)，以此分割展示大屏幕，將勾選的已采樣信號的任意一個節(jié)目設(shè)定為不同線路的展示內(nèi)容，參考相關(guān)值班人員的監(jiān)看習(xí)慣調(diào)整排列方式。②合理設(shè)置主控臺監(jiān)視器。引入高清KVM，促使音頻對比監(jiān)測系統(tǒng)、碼流監(jiān)測系統(tǒng)、所有多畫面監(jiān)測系統(tǒng)之間的界面切換成為現(xiàn)實(shí)，促使重點(diǎn)節(jié)目的全屏監(jiān)看成為現(xiàn)實(shí)[5]。同時，還支持相關(guān)工作人員完成詳細(xì)參數(shù)查閱、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整、高清錄像調(diào)取與回看等任務(wù)。③配置監(jiān)測終端。引入多個便攜式監(jiān)測終端，在便攜式監(jiān)測終端的實(shí)際運(yùn)行期間，可以基于對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，向相關(guān)工作人員提供各類日志查詢服務(wù)、多畫面視音頻的遠(yuǎn)程實(shí)時同步監(jiān)看服務(wù)。

4. 結(jié)束語

為更好地適應(yīng)新上行系統(tǒng)的運(yùn)行，基于IP架構(gòu)設(shè)計(jì)、搭建起廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)是必然選擇。實(shí)踐中，依托分布式處理機(jī)制的引入，將系統(tǒng)可以劃分為平臺界面、平臺后臺、檢測服務(wù)器、采集監(jiān)測卡、采樣信號這幾個層次，結(jié)合信號采集分析、信號通信、信號監(jiān)測、信號綜合顯示及報(bào)警等功能單元的規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)充了系統(tǒng)功能，推動了廣電信號監(jiān)測系統(tǒng)的升級。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡偉.廣播電視發(fā)射臺信號傳輸與監(jiān)測系統(tǒng)IP化設(shè)計(jì)改造[J].廣播電視信息，2023，30（12）：74-76.

[2]黃展剛.IP架構(gòu)下廣電衛(wèi)星傳輸信號監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].影視制作，2023，29（07）：75-79.

[3]林柏青.傳輸發(fā)射臺信號監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東南傳播，2022（12）：145-148.

[4]江大忠.調(diào)頻廣播信號傳輸鏈路監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字通信世界，2022（10）：18-20.

[5]林展加.無線廣播電視發(fā)射傳輸臺的自動化信號監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].西部廣播電視，2022，43（17）：227-229.