基于无线技术的广播电视实时监测系统的设计

谭跃聪

（陕西省安康市岚皋县融媒体中心<岚皋广播电视台> 陕西 安康 725400）

0 引言

移动互联网的发展让人们的工作和生活更加便携化，新媒体层出不穷，社交媒体呈现高速发展的节奏。移动办公的普及率大大增加，让广播电视领域也得到了新的发展。广播电视监控系统的设计需要充分考虑到网络的安全性，通过移动化的设计原则，基于广播电视的新媒体掌上终端业务，让网络电视得以高速发展，通过开放性的软件平台，提高软件的操作能力，还有利于习惯的培养，更加方便上手和操作。随着新兴媒体的不断发展，广播电视迎来了新媒体的浪潮，由近年来广播电视的发展状态可以分析出，一些不法分子通过新媒体散播不利于社会发展的谣言，给我国的无线广播带来了严重的不良影响。因此，为了防止出现非法信号干扰的问题，保证节目的正确播放，提高广播电视监测系统的实时性和稳定性非常关键。

1 基于无线技术的广播电视实时监测系统设计原则

1.1 可靠性

广播电视监测工作最大的要求就是可靠性，因此在进行系统的硬件设计和软件设计上，更需要选择成熟的产品。为了避免器件出现高低温和老化现象，所有的产品都需要进行严格的环境试验，保证所有的系统软件都要在出厂之前保证经过专业的软件测试[1]。

1.2 先进性

当系统在进行数据的采集时，要保证信号处理分析与数据传输的先进性，同时更要保证系统的性能指标在国内先进水平生产线上，以确保系统的整个运行周期的稳定。

1.3 实用性

根据广播电视的使用方式与频率，在对前端进行监测之前，要保证管理的协调与统一，以完成在复杂电磁环境下的测向功能稳定。

1.4 扩充性

采用模块化的设计结构，当监测任务增加或者网络规模扩大，需要通过增加相应的系统模块扩充系统的性能。

2 广播电视监测系统架构设计

广播电视监测系统的设计主要针对广播电视节目的安全播出进行设计，可以进行收听收看、网络视听等功能，对有线数字电视进行监管，实现一个综合监管系统的设计，该系统具有技术先进、功能齐全、高度自动化的优势。广播电视监测行业在经历了自动化到人工智能化的发展阶段之后，现在已经成为各级广播监测中心的重点，通过各级广播监测中心，了解广播电视频道的播出情况，并不断完善广播电视运营系统的自我监控机制。广播电视监测智能化系统的设计与建立，需要建立在硬件交互的基础上，具体设计如图1所示[2]。

图1 广播电视监测系统架构设计

传统的广播电视监测系统由监测站点、遥控监测站、数据管理中心构成，并针对不同的需求采用了不同的体系架构，对于前端检测，需要多名员工进行不同地点的同时监听与查看，方便客户端进行操作，其交互性较强。采用B/S体系可以满足多对多的检测需要，对于数据管理中心而言，在进行大量的数据检测时，要保证数据的安全性与准确性，选择C/S体系更能够满足准确性和实时性的需求。

3 基于空间谱估计测向技术的无线广播电视监测系统设计

3.1 空间谱估计测向的基本原理

由于监测的宽频带内信号多，每一个信号频点分布的方式不同，且随时发生着变化，影响无线传播的环境，最常用的测向方式主径信号较强，影响同频干扰的获取。当同时存在多个信号时会发生同频干扰问题，解决的办法就是利用空间谱估计，该方法具有多信号分离功能，常见的干涉仪测向方法主要针对的是存在同一个方向上的信号[3]。

空间谱估计测向技术存在多个相干波，对于同一个信道中的信号而言，需要进行多个信号的测向，以实现超分辨测向的功能。利用最少的信号方式获取最佳精准的测向，这种测向更加适用于跳频信号中，也可以应用在高测向中，可以获取更加精准的灵敏性与准确度。测向对于场地环境的要求不高，只需要完成天线阵元的方向特性即可。选择灵活的阵元位置，使用空间谱估计可以对接收的信息进行运算，从而实现目标的准确还原。通道与阵元在作用下并不是互相照应的，而是通过空间组成的，最常见的方式是将阵元与通道进行一一对应，以保证空间场的实时性。空间谱估计技术利用复杂的数据形式进行特征参数的提取，以构建目标空间的电磁场，空间谱估计算法利用最具代表性的多重信号分类算法，对阵列的数据进行数学分解，以实现对天线阵的接收信号进行特征分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间。

3.2 系统设计

3.2.1 安全设计

基于无线技术的广播电视实时监测系统，其安全设计极为重要。内网和外网通过安全通道隔离技术，让网络之间实现隔离，将内外网的路由网络更改为不可用，从而抵御来自外界的攻击。通过专业的通信硬件和安全协议，实现访问控制和身份认证，以此来提高内外网络的隔离等级，从而保证数据的安全性与完整性。

利用防火墙，实现与服务器的连接，通过模拟登录的方式接入网络，利用防火墙定制高强度的安全策略，从而保证模拟登录服务器的连接有效性，通过关闭其他的服务和端口，实现更加便捷的数据传输。监测数据服务器通过外网模拟服务器的方式进行数据发送，外网对接收到的内网数据完成处理后一并存入到数据库中，服务器通过客户端完成监测数据服务，可信用户管理通过无线发射机完成对移动用户的监测。针对专业知识的特定用户，无线发射机移动监测系统会对用户的管理机制进行认定，认定通过后方可进行注册。

3.2.2 系统概述

系统在设计过程中，要坚持方便管理维护、稳定运行、经济的设计原则，同时还要保证系统的实用性、可靠性与先进性，确保整个系统的稳定运行。系统要兼备更好地升级和兼容能力，使用先进的技术，实现对调频广播与数字电视节目的监测，实现对数字电视多套节目画面的有效组合显示，以便更好地实现编码转换、节目解密、网络监测等功能，从而更加适用于广播电视播出的质量管理[4]。

整个系统采用嵌入式的设计方式，可以实现对复合同步视频广播信号、数字视频广播、地面数字电视的监测，同时还可以实现对卫星广播、模拟视频/音频/射频的监测，还需要具备以下特点：

基于IP架构下，通过用户数据报协议进行组网，让所有的设备实现数据共享，所有的监测都需要通过系统网络获取流量，实现对计算机的监测。通过对数据进行集中调用，实现对系统的设置部署，以更好地适应信号规模的拓展。为了解决系统维护困难的问题，采用UDP传输协议、TS封装格式进行设计，加入多种音视频解码功能，实行两个频点和多套调频广播的发射，让系统可以对这些节目信号进行快速处理，同时对音频信号进行特定的形式显示。

提供音视频监测。实现无视频/音频的监测，针对视频静止、黑屏等故障情况进行监测，划定监测区域，实现对视频故障的有效监控，完成对视频的精准监测。同时，还可以进行噪音的识别，实现对单声道的判断。支持信号源地址变更，完成对视频PID的变更，分别对音频PID和视频PID进行监测，还可以对分辨率和色彩格式的变化进行故障监测。此外，系统还提供多种报警方式，通过不同形式的报警方式，结合广播电视的实际情况，制定完整的报警标准，对故障进行循环播报，对于故障进行人工审核，并对事故画面进行突出显示。

灵活的监测方式。系统除了可以对特定节目进行监测之外，还可以对其他节目进行监测，通过各种板卡之间的频点实现对其他节目的轮流监控和巡查，不会影响各个窗口的监控画面，巡查的画面可以来回切换，不会出现黑屏故障。每一台设备都具有多种输出接口，方便与相关的设备进行连接，通过调整屏幕分辨率，让画面的组合更加灵活，同时还可以对屏幕进行分割，实现对模板文件的导入和导出。

3.2.3 系统设计

该系统由接收机、监测天线、测向天线阵、放大器等部件组成，并配有电源系统、GPS、电子罗盘等设备，系统的原理框架如图2所示[5]。

图2 监测系统原理图

根据实际的工作需要，要想实时的控制射频的天线阵元与放大器，需要根据接收的信号幅度进行工作状态的选择。接收机负责接收天线的信号，利用处理单元进行运算，以完成空间谱估计的测向。根据监测环境的复杂性，对于接收数据中所包含的信号特征与空间环境，可以使用空间阵列与传输路径的方式实现。当系统需要通过校准信号进行内部消极影响的消除时，测向接收机所传输的信号会与测向处理单元的信号进行共同计算，从而得到目标源所需要的相关参数。相同的硬件系统需要通过不同的方式进行天线阵的布置，以保证每层天线的排列均匀，将射频切换矩阵统一安装在天线阵中，让每一层的天线都具有充分的考虑，以消除天线之间的耦合影响，并将其统一集成在天线阵中，在不影响测向天线性能的基础上加强集成效果，以方便用户的使用。

为了使天线阵的形状发挥出最大的效率，需要以每条基线作为原则，因为当前涉及的天线阵以圆阵为主，阵元数的每条基线利用率较高，阵元数的多少需要与天线的阵孔径相对应。本系统采用五阵元测向天线阵技术，采用多层五阵元天线阵，每一层的天线都均匀排列，连成圆形阵，所连接的射频都包括在天线阵中，每一层的天线都需要充分考虑如何消除天线之间的耦合与反射情况，并将其都集成在测向天线阵中，在不影响天线的性能情况下，要加强集成效果，以方便用户的使用。

根据图3可以得到，天线接收的信号存在波程差是测向的基础，测向的天线包括垂直极化五阵元、水平极化五阵元[6]。

图3 测向天线示意图

该系统所配置的信道监测测向接收机，可以实现信号的接收。该接收机选择高动态的二次变频技术，该技术的抗干扰能力强，利用DDS技术可以实现更快的换频，其频率的稳定性更高。校准的信号源采用梳状谱发生器，使用更加方便。

天线阵元接收无线电信号在输入接收机后信号变为中频，该信号经过转换后输出的数字信号会直接送至测向处理单元进行分析，以实现对空间信号的数目，方便其他信号的到达。空间谱估计测向方法通过测向算法可以在信号处理的终端上得到更好的实现。

4 广播电视监测系统的实现流程

监测系统的实现流程如图4所示。用户在登录后，需要判断广播电视的类型，通过选择频道和站点对节目进行监测，发现异常后，值班人员通过语音报警的方式进行提醒，通过查看表格列表显示节目的报警详情。

图4 前端实时监测流程

广播电视监测系统可以无时无刻监控电视频道的播出状态，将选择的视频画面回传，实时查看视频、录像、频谱等指标，并对指标进行监测和扫描。支持多画面组合显示，一旦发现异常，会及时报警并通知值班人员[7-8]。广播电视监测系统按照季度或年度的方式生成各类数据报表，方便值班人员随时进行查看。并对监测前端和情况进行分析，通过核对异常信息，采取相对应的行动。另外，系统还可以自动生成地理信息系统，通过地理信息系统发现故障设备，并及时显示设备的状态信息，从而方便检修人员及时进行处理。

5 结语

本文基于空间谱估计测向技术所设计的一种新型广播电视监测系统，满足了对大数据的操作需求，可以实现对多用户的监测。通过简单的数据查询，完成复杂业务的需要，从而有利于系统的开发。在此硬件环境的基础下，采用兼容性较好的设计语言，实现较好的交互性。实现节目的实时监测，当发现播出异常后及时进行处理，保证节目频道的安全播放。