地面数字发射机自动倒备控制系统及应用

曾昭彤

（漳州芝山转播台 福建省漳州市 363000）

当前广播电视无线数字化的全覆盖，使得大部分地区都已经实现了数字无线传输，为了确保在进行广播的过程中不会出现停播事故，自动倒备控制系统应运而生。自动倒备控制系统的主要作用时当地面数字发射机出现运行故障时，通过该系统实现对备用设备的控制，并利用备用设备完成相应的工作任务，当主机设备恢复正常运行状态时，自动恢复到主机完成播出[1]。北京崇远信达科技有限公司自1998年成立以来专业从事广播电视自动化监控系统。在公司发展的近20年中，公司最早在国内从事发射机主备机倒换系统。取得了很好的应用，部分产品在用时间达10年以上，系统的稳定性经受了时间的考验。2006年在国内率先建设了全国第一个“无人值守”电视调频广播电视台自动化监控系统（广西应用）。并在同年研发主备发射机自动化倒备系统（河南、内蒙应用）。2007年在国内率先提出了AB机互为主备自动化倒备系统（广东、内蒙、福建、青海、甘肃、新疆应用）。2014年建设3+1调频发射机自动倒备系统。当前自动倒备系统已经得到了广泛的应用，并且取得了一定的应用成果。为了进一步促进自动倒备系统的快速优化和升级，确保其在实际应用中具备更高的控制效率，降低停播事故的产生，本文开展地面数字发射机自动倒备控制系统及应用研究。

1 地面数字发射机自动倒备控制系统硬件设计

1.1 系统控制器选型

首先将倒备控制器作为本文系统的核心硬件结构，主要完成对地面数字发射机控制、ASI码流切换控制以及天线倒换控制[2]。基于上述系统运行需要，本文选用CYK-16+2型号控制器作为本文系统中的倒备控制器，该型号倒备控制器内含4个独立监控模块，采集控制4部发射机；具备16路发射机和2路备机开关机状态实时显示；16路发射机和2路备机发射功率的柱状图显示(LED/LCD)；具备本地和遥控备机切换功能以及从备机状态恢复功能；具备本地与遥控开关机功能；控制器上安装了自动、本地切换及本地控制按钮；能够对本地LCD/OLED液晶屏状态进行显示；16个发射机选择按键和16个发射机功放状态灯；4个功能状态灯和一个功能切换键；一个手自动切换键和一个手自动指示灯；24路状态量采集和24路控制量输出；24路模拟量采集。图1为本文系统中CYK-16+2型号控制器结构图。

结合CYK-16+2型号倒备控制器的上述性能优势，采集多个地面数字发射机的传输功率，并实现对地面数字发射机运行状态的实时监控[3]。当监测到的数据结果出现了输出功率低于事先在系统当中设定的门限或出现输出功率持续超出预设范围时，则CYK-16+2型号倒备控制器控制切换器完成自动倒备切换。

1.2 信源切换器选型

图1：CYK-16+2型号控制器结构图

表1：HT16235I型号信源切换器其他技术参数表

表2：两种控制系统实验结果对比表

由于大部分地面数字发射机所连接的ASI输出线路均为两路，因此在选择本文系统中使用的信源切换器时，应当遵循以下几点原则。首先，确保切换过程中ASI信号的输出功能；其次，实现对ASI输出线路的远程遥控切换；再次，信源切换器输出的两路ASI信号都能够进入到地面数字发射备机的激励器当中，并为另一路预留监测信号的接受线路；最后，实现对ASI输出信号的多种格式兼容。基于上述四点不同原则，本文选用HT16235I型号信源切换器，该型号信源切换器具备一个远程32端口和一个本地16端口，能够实现近距离和远距离的信源切换。HT16235I型号信源切换器其他技术参数如表1所示。

HT16235I型号信源切换器支持Microsoft Windows，Netware Unix与Linux；通过USB接口可实现对iMAC，Power MAC与Sun Micro Systems等各类计算机运行机制，能够满足本文上述对信源切换器提出的各项要求，确保本文地面数字发射机自动倒备控制系统的正常运行。

2 地面数字发射机自动倒备控制系统软件设计

2.1 自动倒备控制流程设计

为实现对地面数字发射机的自动倒备，在系统当中采用TCP/IP通讯方式，将整个台站数据通过运营商专用网络传输到县平台。结合上述选择的硬件结构，将其作为基础，利用控制器当中的采集模块，对每一台地面数字发射机的状态数据和信号数据进行采集，并利用其完成对发射机的工作状态监测和故障报警。将分布式控制结构作为本文系统参数采集基础，针对每一个地面数字发射机，分别设置一个监控单元，以此避免在某一监控单元出现故障时造成系统整体运行瘫痪的问题。利用采集控制器当中的精度时钟，脱离上位机独立完成系统发出的控制指令，并确保其他连接设备对其不会造成影响。当主控制器发现某一地面数字发射机出现故障问题时，通过对其输出功率的变化进行检测，及时找出故障原因，并发出相应的报警信号，当信源切换器接收到控制信号后，尤其完成对故障倒机操作，将备用机投入运行。针对多台地面数字发射机同时出现故障问题，需要进行倒备时，可按照如下公式计算得出倒备控制指令发出的顺序：

公式（1）中，Fm表示为某一发射机在运行状态下的综合控制指数；CFm表示为某一发射机的综合输入特征量；Mn表示为专家软件分析给出的顺序评价指令；Cm1和Cm2表示为综合输入控制量；Mm1和Mm2标后四位本文系统给出的倒备控制顺序评价指标，以此实现每一台发射机的平稳运行，保证播出质量。

2.2 地面数字发射机运行状态展示

完成上述操作后，为了实现本文系统对地面数字发射机的实时监测和控制，并方便系统用户管理员对其进行观察，还需要确保本文系统能够具备实现对地面数字发射机运行状态的展示功能。在系统上位机界面当中，对倒备自动控制系统中需要控制的主机设备和备机工作状态进行详细列出。在上位机界面当中，利用数字的形式将各个地面数字发射机输出功率、反射功率等参数进行显示。首先，播出时段：用来表示该节目当前时刻是否位于播出时段内，指示灯绿色为位于播出时段内，反之指示灯为灰色，播出时段可通过“参数设置”项设置。播出时段外的故障不报警。其次，自动开关：用来指示该节目定时开关机功能开启与否，指示灯绿色为定时开关机功能开启，反之指示灯为灰色，可通过“参数设置”项设置。若自动开关机功能开启，则系统会自动控制发射机定时开机、关机。再次，自动倒备：用来指示该节目自动倒备功能开启与否，指示灯绿色为自动倒备功能开启，反之指示灯为灰色，可通过“参数设置”项设置；自动倒备功能前提是当前位于播出时段内，否则无法实现自动倒备。倒机故障：用来指示该节目主机故障与否，指示灯绿色为主机无故障，反之指示灯为红色，表示该主机整机输出功率低于倒机门限，需要备机代播，该标志需要使能“自动倒备”；通信故障：用来指示CYK-16+2倒备控制器与该节目主机采集控制模块通信故障与否，指示灯绿色为通信正常，反之指示灯为红色。

3 对比实验

本文从软件和硬件两个方面实现了对地面数字发射机自动倒备控制系统的理论设计研究，为进一步验证该系统在实际应用中是否能够有效解决传统倒备控制系统出现的控制效率低的问题，开展如下对比实验：

选择以某地区广播站作为实验背景，在对两种控制系统实验运行环境进行设计时，遵循电视视频通道测试方法GY/T3659-1983的相关规定，在确保需要进行广播的图像满足中文图文电视广播规范GB/T14219-1993的前提条件下，利用H.264:ISO/IEC 14496-10视频编码标准，对广播内容图像视频进行编码。首先利用地面数字发射主机对广播内容进行播放。在其播放的过程中，随机引入多个不同类型的故障节点，并向两种控制系统同时发出倒备指令，记录两种控制系统在确保顺利播出的条件下，完成倒备的用时，并绘制成如表2所示。

从表2中得出的实验结果可以看出，在地面数字发射机发生五次故障中，本文系统倒备用时明显小于传统系统倒备用时。在进行第四次倒备控制时，传统系统并无法确保备用机的投入使用，造成了严重的播出事故，因此无法得到实验数据，并且对该广播站带来不利影响。通过本文上述实验及结果进一步得出结论：本文提出的地面数字发射机自动倒备控制系统在实际应用中具有更高的倒备控制效率，能够实现地面数字发射机与备用机的快速转换，从而避免出现广播事故，进一步提高台站安全播出水平。

4 结束语

针对当前地面数字发射机运行过程中存在的问题，本文开展对其自动倒备控制系统的设计研究，并通过实验验证的方式，证明了该系统在实际应用中能够有效提高倒备控制效率，为播出提供有力保障。在研究过程中发现，通过整个发射台自动化管理系统的建设，能够为覆盖工程项目圆满播出提供技术保障，大大提升台站安全播出水平。自动化管理系统在实时掌握发射台站各发射传输设备的运行状态的同时，可以及时发现故障，应急自动倒备。在后续的研究中，还将针对不同类型地面数字发射机的自动倒备控制进行设计，以此进一步扩大本文系统的应用范围，提升其适应性。