广播电视移动监测系统
常龙尉,许余川| 广播与电视技术| 2019-12-02
【流媒体网】摘要:本文梳理了江苏省广播电视移动监测系统的总体架构。该系统通过结合大数据、人工智能、互联网等新技术和新模式,实现质量监测、内容监测、干扰信号监测、黑广播监测、与监测中心协同工作等一系列功能。

  0 引言

  江苏省中波、调频、数字广播,开路模拟、地面数字电视等各项技术迅速应用,节目套数、播出时间大幅度增加,传输覆盖网和用户规模也不断扩大,实现全省广播电视事业高质量发展。与此同时,发展也带来了监测需求。如省内发现多起不法分子私设电台播出虚假广告的事件,仅2018年,全省广电系统发现黑广播线索294件,所以,广电监测部门急需一套移动监测系统对黑广播进行排查、定位,有力打击利用黑广播传播低俗虚假内容的违法行为。

  1 设计思路

  1.1 背景介绍

  2003年,江苏省广播电视监测台建立了全国省级广电第一套移动监测测向系统,目前该系统已超过使用寿命。为保证广播电视监测工作的可持续发展,满足监测工作的扩展性和延伸性,省广播电视监测台决定建设一套新的移动监测系统。该系统要实现五个目标,一是在重保期时,保障全省广播电视信号的安全播出;二是核查广播电视的覆盖效果,改善和提高广播电视的发射质量;三是快速发现干扰信号,维护空中无线电波秩序,保护频谱资源;四是准确地定位非法电台,并对播出内容进行录音取证,协助公安、无线电管理部门及时取缔这些非法电台;五是为各级领导了解、掌握实际播出质量、覆盖效果提供信息来源,为广播电视事业合理规划、科学决策提供可靠依据。

  1.2 系统特性

  建成集信号监测、指标测试、覆盖测试,以及非法广播信号(黑广播)查找、定位等功能于一体的智能化移动监测平台。同时,具备以下特性。

  1.2.1 先进性

  系统在音视频采集、编码压缩、监测分析、预测报警、测向定位、系统监控等各个方面都采用先进的监测设备和应用软件,保证在相当长的时间内,系统各项指标具有一定的领先优势,提高整个系统的生命周期。

  1.2.2 实用性

  将接口模块和功能模块进行封装分离,以后增加硬件或升级设备时,只需更新系统功能模块。并适应广播电视监测的技术特点,满足广播电视监测的实际业务需要,方便实用。

  1.2.3 智能化

  根据监测任务的优先级,实现预警监测、自动监测、智能监测,降低工作人员劳动强度,提高其工作效率。

  1.2.4 安全性

  车体和设备均选用成熟产品,在车体改造时,充分考虑电器安全性、设备减震、防潮散热,以及在复杂路况下运行的稳定性和信息传输的安全性。系统平均故障间隔时间(MTBF)超过15000小时。

  2 总体架构

  2.1硬件架构

  江苏省广播电视移动监测系统在硬件上,主要由五个分系统组成,包括车载系统、天馈系统、信号传输系统、收测和控制系统、计算机系统。车载系统承载全部监测设备,负责设备的电力供应,天馈系统接收信号后,传输给收测和控制系统,对信号高精度分析后,再由计算机系统进行信息处理。

  2.1.1 车载系统

  安全始终要放在第一位,监测车是承载设备的移动运行平台,因此其设计和改造需遵循严格的安全标准,需充分考虑系统电气安全性、物理安全性、以及信息安全性。关键设备采用冗余设计,保障系统可靠运行。对整车油路、电流、电压等都设置了安全监测及信息告警,便于工作人员迅速反应,避免发生安全事故。

  2.1.2 天馈系统

  天馈系统包括所需的各种监测天线、天线升降杆、以及放大器、功分器、选择器等高频器件,具体来说,配有中短波调频监测天线、电视监测天线、对数周期天线、以及双锥监测天线,如图1所示。馈线采用宽频带低损耗电缆,并经测试,计入天线校正因子。

  2.1.3 信号传输系统

  信号传输系统包括车体内传输走线、机架联网布线、车载4G传输系统,以及车载取力发电机馈电系统。走线布局时考虑高温、潮湿、震动等环境因素,保证后期使用、维护简单明了。采用专业级的低损耗馈线和电缆,对各种信号的传输线缆做好屏蔽,强弱电信号分开,避免电磁信号相互间干涉。通过4G网络向监控中心回传数据时,采用加密协议,保证信息安全。

  2.1.4 收测和控制系统

  选配稳定性好、精确度高、易操作的电视信号分析仪,并通过现场可编程逻辑门阵列(FPGA)方式,在电视信号分析仪上集成高精度收测和快速分析功能。除此之外,还配置音频信号发生器、MPEG码流发生和录制器。

  2.1.5 计算机系统

  计算机系统配置有控制计算机、监控中心服务器、存储设备等。能对系统中各部件进行控制,并能接收、显示、分析、存储各种监测数据。 

  2.2 软件架构

  软件为六层架构,分别是网络层、设备层、控制层、执行层、管理层、决策层。如图2所示,金字塔形的分层体系结构,将硬件与软件相隔离,在满足当前底层硬件多样性的同时,也在未来为新增硬件提供支持接口。智能化监测软件会对同一采集样本进行多方位处理,满足实时监测和自动监测任务的需求,采用先进的监测测向算法和数据处理技术,减少网络传输中的冗余,提高了数据传输速率。

  3 系统功能  

  3.1 质量监测

  通过全频段天线收测各路信号,结合射频信号分析设备,对中波、调频广播、地面数字电视、模拟电视等信号的频偏、相偏、电平、场强、功率、发射带宽、频谱占用度、载噪比、调制度、调幅度、平均功率电平、调制误差率MER、比特误码率BER等参数进行实时测量。确认各信号发射质量、覆盖范围和覆盖效果。

  3.1.1 频段扫描

  首先根据不同天线选择起止频率、中心频率、带宽、扫描点数、极化方式等,来扫描某个频段的频谱数据。其次及时发现频段内的信号,记录每个频点的最大电平、平均电平,出现次数,出现时间等,并计算频率占用度和频段占用度。最后使用雨点图记录任意时刻的频段扫描结果,以便观察频段内各个频点的发射情况,判断是连续发射还是断续发射。

  3.1.2 中频频谱分析

  对信号进行中频频谱显示,测量信号的占用带宽、发射功率等参数,用于监测、分析信号频谱的情况。提供的三维频谱曲线,供用户查看测量信号的频谱变化情况,如图4所示。频谱显示支持最大值保持、最小值保持、平均值、瞬时刷新等四种频谱显示模式。

  3.1.3 场强值测量和场强图绘制

  广播电视移动监测系统在行进过程中,对指定频率的场强进行测量,利用分布测量的结果,进行场强中值统计计算和抽样区间数据处理后(即线性回归分析),根据场强大小,结合电子地图,以不同颜色绘制该频率的场强分布图,如图4所示。场强分布图为广电行政部门管理处罚提供了可靠依据,对广播电视信号覆盖效果的评估具有很大意义。

  3.2 内容监测

  实时解调中波、调频广播,模拟、数字电视等信号,包括MPEG、H.264、HEVC、AVS、AVS+的实时解码,加密频道的解扰等,配置大容量存储,实现节目内容实时监听监看和录音录像。文字、声音、图像与数据库中敏感信息进行自动比对之后,系统发送告警,交由人工处理。

  3.3 干扰信号监测

  预设监测软件的门限阀值,对广播电视频段的频谱进行快速扫描和高效分析,结合本省台站数据库信息,迅速发现干扰信号和未知的频率、频道,并标记和报警。对干扰信号进行移动跟踪测向、单车多地址测向、以及结合固定监测站交叉定位。目前,国家工信部门推进5G(3000〜5000MHz)基站建设,未来可能对卫星地球站等无线电台(站)造成干扰,该功能有助于开展相关干扰协调工作,及时排除干扰信号,确保广播电视信号发射和传输安全。

  3.4 黑广播监测

  黑广播不仅推销假药等违法物品,也对航空安全造成极大威胁,给社会造成了很大的危害,所以打击治理黑广播刻不容缓。

  3.4.1 扫描识别

  设定电平门限参数,识别超过门限参数的调频频点。对于合法信号频率列表(白名单)内的频点,自动排除。对于可疑频点的调频广播进行实时解调,形成音频的波形图、频谱图,自动监听音频,并对音频进行自动录音、存储。

  3.4.2 语音转文字

  通过人工智能技术识别音频,将语音转化为文本文件,并以word形式存储文本。将文本文件与预设关键词库进行自动比对。对匹配的关键字高亮标注,并显示关键字匹配次数、位置信息等。

  3.4.3 智能监测

  在系统中预设频段(88〜108MHz)、执行时间,轮播监测每一个频点。在自动监测中,同步进行语音转文字,将音频文件(5分钟一个文件)连续的传输给语转文中心,按时间顺序来提供文本信息、关键字发现信息等。通过云计算和大数据分析,在界面上以醒目方式提示预警信息。工作人员可对预警信息进行操作,并据此作出最后判断,输入处理意见,以上信息能够保存6个月。智能监测功能旨在减轻工作人员工作量,提高工作人员效率。

  3.5 与监测中心互联

  移动监测系统通过电信、移动双4G路由,与监测中心互联,保证链路的可靠性和安全性,实现移动监测系统与监测中心双向通信、协调开展工作,如图5所示。移动监测系统会将自身工作位置、测量信号、解调图像、参数分析等信息实时回传监测中心。所以路测过程中,监测中心大屏在1:10000比例的电子地图界面中,将同步展示移动监测系统的GPS位置、行车路线、解调后的音视频信息、以及监测信号在沿途的电平、场强信息,用不同颜色表示沿途信号的强弱,同时显示所在位置的经纬度。为监测中心指挥人员、观看人员提供真实、详尽的第一手资料。除此之外,移动监测系统也与移动终端(手机、平板)互联,在移动终端展示相同信息,方便相关人员在外地实时查看监测信息。

  3.6 系统管理功能

  采用模块化的结构设计来实现用户管理功能。整个系统采用统一的权限和角色管理,监测中心保存系统中所有用户信息、以及权限信息(包括各监测站的用户),并按统一的管理策略进行管理和限制。

  3.6.1 用户日志

  记录每一个系统用户的操作过程和操作结果,对各项操作数据进行分类记录,方便查询和厘清责任,并自动、定时备份日志数据。

  3.6.2 数据分析

  对所有访问、操作记录进行大数据分析,识别恶意、非法的访问和操作,并发出告警信息,通知网络管理员及时处理,提高系统的整体安全性。

 

  4 技术优势和社会效益

  4.1 技术优势

  4.1.1 双中心互联

  双中心,一个是车载中心系统,另一个是监测中心系统。双中心互联破除了信息孤岛,使移动监测系统和监测中心协同开展工作。台内外工作人员实现资源共享、信息共享,提高了即时信息获取能力。在关键任务中,能够对非法广播电视信号更加高效的定位、查找和取证,监测中心指挥人员能够更加快速、科学地决策和部署。同时,移动监测系统也与移动终端互联,相关人员可以在外地上实时查看监测信息。

  4.1.2 移动场强测试和场强等值图绘制

  为有效监测广播电视信号发射传输质量、以及覆盖范围、覆盖效果,系统配置移动场强测试和场强等值图绘制功能,即以任意广播电视发射台站为中心,在不同方位上对其发射信号进行移动场强测试,采集大量数据后,通过归一化处理软件和算法软件,绘制出某发射台站信号的场强等值覆盖图,并用不同的颜色标识不同场强等值域区,该功能保证了数据的可视性、直观性。

  4.1.3 充分的灵活性

  一是统一布局监测测向系统和其它监测设备,留有充分的扩展接口,未来可将任意广电监测设备接入本系统,实现一体化工作。二是装载灵活、拆卸便利,一方面大大提高了昂贵设备的使用效能。另一方面测什么信号带什么设备,确保行车的轻便性和安全性。

  4.2 社会效益

  4.2.1 有力维护空间电磁波秩序

  通过对广播电视信号的精确分析,实现对省内电磁信号的准确侦测,一是快速识别合法频率频点、非法频率频点,作为维护空间电波秩序的可靠依据。二是未来可能配合工信部门开展5G信号对广电设施干扰协调工作。三是配合空管部门开展机场全向信标导航台干扰排查。

  4.2.2 发射信号覆盖的测量

  协助广播电视发射台进行信号的覆盖测试工作,通过侦测不同区域的信号强弱,判断信号在不同区域的覆盖效果,准确反馈人民群众收听收看效果。

  4.2.3 黑广播的查找

  移动监测系统是对江苏省调频广播监测系统的有效补充,可以实现对覆盖薄弱环节的移动监测。例如对城市中低功率黑广播的侦测,通过与固定监测站的有效配合,使用干扰定向分析仪,对隐藏在小区、楼宇中的黑广播进行定点查找,协助公安部门、无线电管理部门清理非法广播信号,维护社会安定和谐。

  5 结束语

  智能化移动监测系统采用先进的广播电视综合测量技术、信号处理技术、信息传输技术。深化了广播电视与新一代信息技术融合创新,推动移动监测从数字化向网络化、智慧化发展。提供了安全、高效的监测手段,进一步增强我省广播电视监测能力,使有限的广播电视频谱资源得到充分利用,为保证广播电视安全播出担任巡航卫士。


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责任编辑:王楠

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