校區(qū)公共顯示屏管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李濤，葉昭

（華南理工大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)工程研究中心，廣東廣州 510640）

1 引言

公共空間是指對(duì)公眾開(kāi)放的社會(huì)行為的場(chǎng)所[1]。出于各種目的，學(xué)校會(huì)在教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、行政樓、圖書(shū)館、飯?zhí)煤退奚岬刃@公共空間安裝布置眾多顯示器，用以播放音視頻內(nèi)容。但是目前大部分是廠商已有的系統(tǒng)，無(wú)論是戶外廣告媒體、營(yíng)業(yè)廳屏幕管理系統(tǒng)還是針對(duì)企業(yè)顯示管理設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)，均不能完全解決高校公共空間顯示屏的管理需求。為此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高校校區(qū)級(jí)別的公共空間顯示屏管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用成熟的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用分級(jí)管理權(quán)限，可管理包括消費(fèi)級(jí)別智能電視、智能電視盒子、以PC為外部信號(hào)源的電子顯示屏等各類(lèi)顯示終端，有效地解決了高校公共空間顯示屏的安全統(tǒng)一管理的問(wèn)題。

2 相關(guān)工作

我國(guó)自20世紀(jì)90年代就已經(jīng)出現(xiàn)了紅藍(lán)雙基色的公共空間電子顯示屏，時(shí)至今已經(jīng)經(jīng)歷了成長(zhǎng)形成期、迅速發(fā)展期、穩(wěn)步提升期、創(chuàng)新期、規(guī)?；掀谖鍌€(gè)階段[1]。2013年，漢諾威國(guó)際信息和通信技術(shù)博覽會(huì)（CeBIT 2013）業(yè)界即提出“顯示即服務(wù)”（Display as a Service,DaaS）概念。企業(yè)界開(kāi)發(fā)進(jìn)一系列顯示管理系統(tǒng)，將圖像、視頻等顯示資源作為一種單獨(dú)的IT資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。比較有代表性的包括：戶外廣告媒體（樓宇電梯廣告媒體）管理系統(tǒng)[2-4]、營(yíng)業(yè)廳廣告管理系統(tǒng)[5]、企業(yè)顯示管理系統(tǒng)[6]等?；驹O(shè)計(jì)思路是利用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將顯示資源推送至管理范圍內(nèi)的顯示終端，包括但不限于智能液晶電視、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒、PC等。不同的服務(wù)場(chǎng)景決定了不同系統(tǒng)的顯示終端和調(diào)度策略各不相同。戶外廣告一般具有專(zhuān)門(mén)定制的顯示終端，更新頻率周期性強(qiáng)；營(yíng)業(yè)廳廣告管理系統(tǒng)大多需嵌入企業(yè)自助服務(wù)終端實(shí)現(xiàn)與用戶的交互功能；企業(yè)顯示管理系統(tǒng)則對(duì)建設(shè)成本及可維護(hù)性有較高的要求?？偟膩?lái)說(shuō)，市場(chǎng)上的顯示管理系統(tǒng)基本上是由統(tǒng)一管理部門(mén)垂直管理的顯示內(nèi)容管理系統(tǒng)，內(nèi)容發(fā)布呈星型結(jié)構(gòu)。

在高校場(chǎng)景下，公共空間具有綜合性、開(kāi)放性和資源共享等特點(diǎn)，并且在社會(huì)人文環(huán)境、高校校園文化、現(xiàn)代教育思想等多種因素影響下，高校公共空間主要用以滿足大學(xué)生對(duì)休閑活動(dòng)和學(xué)習(xí)活動(dòng)的使用需求，同時(shí)也是傳遞和展現(xiàn)高校獨(dú)特的校園文化及人文精神的重要途徑[7]。作為高校公共空間一部分的電子顯示屏，承擔(dān)“環(huán)境”與“事件”功能。對(duì)于身處校園公共空間的師生來(lái)說(shuō)“屏幕即空間”[8]。在管理上，校園公共空間顯示屏的管理與戶外廣告、企業(yè)內(nèi)部顯示管理系統(tǒng)及客戶服務(wù)大廳顯示管理系統(tǒng)等商業(yè)管理系統(tǒng)存在明顯的區(qū)別：

1）應(yīng)用場(chǎng)景多元化

2020年，我國(guó)普通高等學(xué)校校均規(guī)模11982人。校區(qū)公共空間包括：校區(qū)戶外展示、師生服務(wù)中心、樓宇大堂、電梯媒體、校園餐廳、實(shí)驗(yàn)室、辦公樓、圖書(shū)館等，幾乎涵蓋了上述各類(lèi)顯示管理系統(tǒng)涵蓋的所有場(chǎng)景。

2）管理權(quán)限層級(jí)化

目前中國(guó)高校多采用二級(jí)管理制度，學(xué)院、行政職能部門(mén)、直屬單位都對(duì)各自管理的公共空間擁有相對(duì)獨(dú)立的管理權(quán)，建設(shè)、維護(hù)經(jīng)費(fèi)來(lái)源豐富。二級(jí)管理制度，導(dǎo)致顯示屏終端的管理碎片化，發(fā)布展示內(nèi)容的多元化。

3）安全環(huán)境復(fù)雜

由于多層級(jí)管理，導(dǎo)致信息管理人員眾多，安全審核、安全控制復(fù)雜，同時(shí)各場(chǎng)景的屏幕信息化條件、環(huán)境不一致，安全影響因素更多，難以掌控。

4）育人功能

育人是校園環(huán)境最主要的功能。作為校園環(huán)境的一部分，公共空間展示屏也需要服務(wù)整個(gè)學(xué)校的育人方針。為此，在二級(jí)管理制度上的基礎(chǔ)上需要納入全校統(tǒng)一管理。

5）智慧校園建設(shè)需求

顯示服務(wù)作為一種單獨(dú)的IT資源，需要納入學(xué)校智慧校園建設(shè)的總體建設(shè)，與安防系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、校園直播系統(tǒng)、統(tǒng)一消息推送系統(tǒng)等其他校園IT系統(tǒng)互聯(lián)互通，以實(shí)現(xiàn)以大屏為載體，面向網(wǎng)絡(luò)展示、面向業(yè)務(wù)展示、面向服務(wù)展示、面向用戶展示。

綜上所述，校園公共空間顯示屏管理系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)校園特殊應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，基于校園現(xiàn)有IT資源的，適應(yīng)學(xué)校二級(jí)管理體制的，統(tǒng)一可管理的大屏幕信息推送系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)校園公共空間應(yīng)用場(chǎng)景需求，本文設(shè)計(jì)了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的公共空間顯示屏管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由統(tǒng)一后臺(tái)管理模塊對(duì)顯示素材、推送策略、終端環(huán)境進(jìn)行管理，客戶端則提供安卓App及H5終端兩種方式，以滿足不同空間顯示屏終端的需求。大屏幕終端設(shè)備分布在校區(qū)的不同地方，根據(jù)放置位置的不同，各大屏幕終端設(shè)備會(huì)有各自的內(nèi)容展示需求，可以根據(jù)實(shí)際使用要求，讓大屏幕終端設(shè)備展示不同信息，展示信息包括公共安全警示、校園文化展示、重要事項(xiàng)提醒等信息。該系統(tǒng)可以幫助高校實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）建設(shè)統(tǒng)一可管理的大屏幕信息推送系統(tǒng)，支持各類(lèi)適用于Android系統(tǒng)的泛大屏幕終端系統(tǒng)，通過(guò)公共空間展示屏幕管理系統(tǒng)，解決展示終端使用碎片化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)各大屏幕終端的統(tǒng)一管理，又能滿足多元化場(chǎng)景應(yīng)用的需求。

2）建設(shè)多層級(jí)的管理權(quán)限分配系統(tǒng)，普通管理員可以管理各自的大屏幕終端以及播放內(nèi)容；高級(jí)管理員可對(duì)下級(jí)管理員的屏幕、推送素材、推送時(shí)間進(jìn)行授權(quán)統(tǒng)一配置相關(guān)資源；中央管理員可根據(jù)需要接管部分或全部大屏幕終端，緊急發(fā)布推向終端的播放內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)的設(shè)備和內(nèi)容管理。

3）建設(shè)有效的系統(tǒng)安全體系，構(gòu)建面向多屏投放的網(wǎng)頁(yè)防篡改專(zhuān)項(xiàng)保護(hù)策略，切實(shí)保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，防止各大屏幕終端的推送信息和存儲(chǔ)的后臺(tái)數(shù)據(jù)被篡改，建設(shè)強(qiáng)有力的系統(tǒng)安全體系和安全策略。

4）支持與中央管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)間按照既定的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證業(yè)務(wù)的正常流轉(zhuǎn)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和及時(shí)性。

整個(gè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖1所示，包括客戶端與管理端兩個(gè)子系統(tǒng)?？蛻舳俗酉到y(tǒng)除支持PC瀏覽器外，專(zhuān)門(mén)針對(duì)安卓電視和電視盒子開(kāi)發(fā)了設(shè)備管理App，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備硬件的管理。管理端子系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，展現(xiàn)層采用HTML5+CSS3前端框架及異步刷新機(jī)制實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用層則包含整個(gè)平臺(tái)的各個(gè)功能模塊以及與之對(duì)應(yīng)的管理后臺(tái)；服務(wù)層提供了面向應(yīng)用層的系統(tǒng)級(jí)服務(wù)；底部則是數(shù)據(jù)庫(kù)以及支持平臺(tái)運(yùn)行的支撐層。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)包括客戶端及管理端兩個(gè)子系統(tǒng)?？蛻舳俗酉到y(tǒng)提供安卓公共屏App及瀏覽器訪問(wèn)的WebApp兩個(gè)版本。公共屏App可安裝在安卓智能電視或安卓電視盒子上，負(fù)責(zé)與管理端互聯(lián)并保證推送素材在顯示屏硬件環(huán)境下正確顯示；采用外部PC信號(hào)輸出的顯示設(shè)備，可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)WebApp進(jìn)行設(shè)備綁定及推送顯示。管理端子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)用戶、素材、推送、設(shè)備、監(jiān)控及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行統(tǒng)一、集中式管理服務(wù)。

4.1 客戶端子系統(tǒng)

客戶端子系統(tǒng)負(fù)責(zé)在顯示終端上正確顯示管理端推送的各種素材。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，校區(qū)會(huì)采購(gòu)各種不同品牌、型號(hào)和操作系統(tǒng)的顯示屏幕。本方案經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，總結(jié)出兩類(lèi)顯示設(shè)備：一類(lèi)是以外界PC信號(hào)輸出的顯示設(shè)備；另一類(lèi)則是基于安卓系統(tǒng)的智能電視與機(jī)頂盒。為此客戶端子系統(tǒng)提供面向PC的WebApp客戶端及安卓客戶端。

1）WebApp客戶端

在基于PC信號(hào)源的公共屏展示終端上，設(shè)備管理員可通過(guò)校園網(wǎng)登錄WebApp客戶端網(wǎng)址。登錄后，設(shè)備管理員可在系統(tǒng)界面上將該P(yáng)C綁定至管理系統(tǒng)內(nèi)的相應(yīng)設(shè)備資源編號(hào)上。完成綁定后，選擇瀏覽器全屏顯示，后臺(tái)系統(tǒng)將接管該屏幕的內(nèi)容顯示。

2）安卓客戶端

在基于安卓系統(tǒng)的智能大屏電視、電視機(jī)頂盒環(huán)境下，設(shè)備管理員可安裝公共屏App。安裝后，設(shè)備管理員登錄App進(jìn)行與PC客戶端相同的綁定操作后，系統(tǒng)將接管屏幕的所有顯示。與PC客戶端不同的是，在播放素材期間如需對(duì)智能電視或機(jī)頂盒進(jìn)行操作，需在屏幕中輸入解鎖屏幕密碼后方可操作。

4.2 管理端子系統(tǒng)

管理端子系統(tǒng)，面向管理員提供整個(gè)系統(tǒng)的管理服務(wù)。子系統(tǒng)功能模塊包括：權(quán)限管理、推送素材、素材庫(kù)、推送管理、推送審核、實(shí)時(shí)投屏管理、接管模式、設(shè)備管理、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、操作日志、統(tǒng)一認(rèn)證登錄對(duì)接、系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接。

1）用戶與權(quán)限管理

各部門(mén)的權(quán)限分配各不相同，平臺(tái)管理員難以同時(shí)管理，所以系統(tǒng)提供權(quán)限管理功能，根據(jù)系統(tǒng)欄目進(jìn)行權(quán)限拆分，細(xì)致到欄目的按鈕權(quán)限，根據(jù)不同使用場(chǎng)景建設(shè)不同權(quán)限組，再把權(quán)限組分配給對(duì)應(yīng)管理員，降低了管理成本，更加貼合工作實(shí)際。如圖2所示，超級(jí)管理負(fù)責(zé)系統(tǒng)整體資源及推送策略管理，并且在需要的時(shí)候直接接管終端顯示內(nèi)容。用戶主要負(fù)責(zé)上傳推送素材及推送策略。一級(jí)、二級(jí)管理員則負(fù)責(zé)推送內(nèi)容的審核。通過(guò)不同策略權(quán)限的劃分，既滿足了內(nèi)容安全的整體把控，又減輕了安全管理工作量。

圖2 系統(tǒng)操作權(quán)限流程圖

2）推送管理

用戶在進(jìn)行消息推送時(shí)，需要指定消息的基礎(chǔ)信息、類(lèi)型、推送進(jìn)度、播放狀態(tài)、播放次數(shù)。推送期間，可實(shí)時(shí)查詢推送管理記錄，就能跟進(jìn)消息推送情況。系統(tǒng)提供以下五種推送策略：

默認(rèn)推送：指日常循環(huán)播放，為優(yōu)先級(jí)最低的第一級(jí)隊(duì)列；

定時(shí)推送：指的是到了指定時(shí)間范圍則開(kāi)始播放對(duì)應(yīng)素材，過(guò)了指定時(shí)間自動(dòng)重新播放默認(rèn)推送隊(duì)列的素材，為優(yōu)先級(jí)中等的第二級(jí)隊(duì)列；

緊急插播：指當(dāng)前設(shè)備只播放緊急插播隊(duì)列的素材，直到緊急插播隊(duì)列里面沒(méi)有素材，才重新播放定時(shí)推送和默認(rèn)推送隊(duì)列的素材，為優(yōu)先級(jí)最高的第三級(jí)隊(duì)列；

接管：指的是高級(jí)管理員對(duì)屏幕設(shè)備進(jìn)行接管，接管后設(shè)備的普通管理員無(wú)法再對(duì)設(shè)備進(jìn)行推送素材、停止推送、編輯、刪除等操作，直到高級(jí)管理員取消接管，普通管理員才恢復(fù)對(duì)設(shè)備的操作權(quán)限；

實(shí)時(shí)投屏：即視頻流的素材庫(kù)，用于提前錄入攝像頭相應(yīng)信息，推送時(shí)直接選擇攝像頭即可進(jìn)行推送。

3）設(shè)備管理

如圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，校區(qū)會(huì)采購(gòu)各種規(guī)格顯示屏幕。公共空間展示屏管理系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備接入方式，各式各樣的大屏幕終端設(shè)備都能通過(guò)統(tǒng)一的方式接入展示屏管理系統(tǒng)，從而進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時(shí)，還可以對(duì)設(shè)備的基礎(chǔ)信息進(jìn)行修改?？梢越⒉煌脑O(shè)備組，給不同管理員分配不同的設(shè)備組，從而把設(shè)備管理的工作分?jǐn)偨o不同人，大大減少管理人員的工作負(fù)擔(dān)。對(duì)公共空間展示屏終端設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)監(jiān)控，監(jiān)控每臺(tái)大屏幕終端設(shè)備的情況，例如設(shè)備是否在線、是否順利接收推送信息等。對(duì)于出現(xiàn)故障的設(shè)備，能馬上發(fā)現(xiàn)并及時(shí)排除設(shè)備故障。

圖3 實(shí)際應(yīng)用中的各種終端

4）素材管理

管理人員可以在后臺(tái)管理端進(jìn)行推送消息的編輯、發(fā)布推送，也可選擇素材庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速填充編輯。擁有相關(guān)權(quán)限的用戶，編輯完推送消息后可以直接發(fā)布到公共空間展示屏大屏幕終端設(shè)備。如圖4所示，推送素材的類(lèi)型形式多樣，包括但不限于文字、圖片、PDF、視頻、鏈接等。

圖4 圖片素材

4.3 安全與防篡改保障

如上文所述，客戶端在展現(xiàn)層采用HTML5的異步刷新的WEB機(jī)制，該機(jī)制提供高度定制的顯示模板，且擁有成熟的安全及防篡改機(jī)制提供安全保障。本文設(shè)計(jì)的公共屏幕管理系統(tǒng)在傳輸上采用HTTPS加密傳輸，在展現(xiàn)層采用符合國(guó)家《信息安全技術(shù)網(wǎng)頁(yè)防篡改產(chǎn)品安全技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)（GA/T 1358-2018）防篡改機(jī)制以提供安全保障，主要包括：

內(nèi)容管理端與發(fā)布分離：系統(tǒng)管理端內(nèi)的素材內(nèi)容在完成審核后將發(fā)布至單獨(dú)的內(nèi)容發(fā)布服務(wù)器。管理服務(wù)器與內(nèi)容發(fā)布服務(wù)器采取不同的管理策略，管理員可通過(guò)VPN從校外訪問(wèn)管理服務(wù)器進(jìn)行屏幕展示內(nèi)容，而內(nèi)容發(fā)布服務(wù)器則僅能在校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的特定IP地址的特定端口訪問(wèn)。

數(shù)字水?。合到y(tǒng)對(duì)所有發(fā)布素材生成數(shù)字水印，在每次客戶端訪問(wèn)時(shí)檢查數(shù)字水印。如果數(shù)字水印不一致，則從管理服務(wù)器將對(duì)應(yīng)資源恢復(fù)至內(nèi)容服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容防篡改防護(hù)。

終端安全巡檢：系統(tǒng)安全除了軟硬件系統(tǒng)支持外，必須輔以完善的管理制度及維護(hù)。為此，對(duì)于顯示終端的安全巡檢也是重要的環(huán)節(jié)，如定期對(duì)PC進(jìn)行安全防護(hù)和訪問(wèn)控制，定期升級(jí)智能電視/機(jī)頂盒，對(duì)設(shè)備暴露在外的USB接口上鎖等。

5 實(shí)際運(yùn)行效果

本文提出并實(shí)現(xiàn)的公共空間屏幕管理系統(tǒng)已在華南理工大學(xué)廣州國(guó)際校區(qū)部署運(yùn)行。截至2022年4月，系統(tǒng)對(duì)華南理工大學(xué)廣州國(guó)際校區(qū)內(nèi)超過(guò)200臺(tái)室內(nèi)智能顯示屏及12臺(tái)室外大屏設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)運(yùn)行良好，在不增加任何人員投入的前提下，校區(qū)對(duì)所有公共空間顯示屏實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理，所有顯示素材實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理，大大提高了內(nèi)容更新的效率和頻率。

6 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)校作為一個(gè)承載教學(xué)、科研和生活功能的特殊社區(qū)組織形式，擁有數(shù)量眾多的公共空間及與之配套的顯示屏幕。由于學(xué)校場(chǎng)景的復(fù)雜多樣性，市場(chǎng)上的相關(guān)類(lèi)似產(chǎn)品都無(wú)法滿足其需求。本文提出并實(shí)現(xiàn)的學(xué)校公共空間展示屏管理系統(tǒng)，采用了成熟技術(shù)路線和通用設(shè)備，設(shè)計(jì)靈活的分級(jí)權(quán)限架構(gòu)和適合各種場(chǎng)景的推送策略，在安全防護(hù)上綜合了多種手段的安全防護(hù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，該系統(tǒng)較好地解決了校區(qū)公共顯示屏的內(nèi)容管理問(wèn)題，具有一定的參考價(jià)值。在未來(lái)，公共顯示屏作為聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的智能終端，在添置網(wǎng)絡(luò)攝像頭等外設(shè)后，可作為校區(qū)公共空間環(huán)境感知設(shè)備向系統(tǒng)提供信息反饋。顯示屏幕如何與環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，將是本系統(tǒng)進(jìn)一步研究的方向。