甘肅省廣電微波網視頻監(jiān)管平臺建設實踐

金曉霞

（作者單位：甘肅省廣播電視局微波傳輸中心）

廣播電視是黨輿論宣傳的重要陣地，廣播電視微波傳輸網絡是廣播電視節(jié)目安全播出的重要傳輸手段，為確保甘肅省廣播電視微波傳輸網安全播出和可管可控，甘肅省廣播電視局微波傳輸中心根據(jù)《全國廣播電視與視聽新媒體監(jiān)測監(jiān)管總體發(fā)展規(guī)劃（2019年～2025年）》，以智慧廣電工程為牽引，深化廣播電視與新一代信息技術融合創(chuàng)新，打造智慧廣電媒體，發(fā)展智慧廣電網絡，推動媒體融合發(fā)展。以廣播電視播出傳輸機構為依托的融媒體建設不斷提速，打造推出一批各具特色的融媒體中心、融媒體產品、融媒體服務，媒體融合傳播力大幅提升。大數(shù)據(jù)、云計算、5G、人工智能、超高清、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality, VR）/增強現(xiàn)實（Augmented Reality, AR）等技術在廣電領域應用更加廣泛，全媒體制播端到端流程再造、體系重構加速推廣。5G高新視頻系列技術標準不斷健全，研發(fā)應用更深融入制作傳播體系。甘肅省廣播電視微波傳輸網監(jiān)測監(jiān)管平臺通過全面規(guī)劃設計，有效提升了全省廣播電視數(shù)字微波網絡的運行效能、管理能力和安全性能，同時為今后高山微波臺向智能化、無人化值守奠定堅實基礎，助力甘肅省廣電事業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展[1]222。

1 微波網視頻監(jiān)管平臺建設的需求分析和作用

1.1 需求分析

1.1.1 原微波傳輸網監(jiān)管體系存在不足

2006年，甘肅省采用“DVB+PDH”（數(shù)字視頻廣播+準同步數(shù)字傳輸）對原有模擬微波傳輸網在利舊的基礎上進行準數(shù)字化改造升級，建設線路總長2 115.89 km，改造完成53個臺站。全系統(tǒng)采用正反向1+0配置，傳輸容量45 Mbps。然而，隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在看該網存在傳輸能力低、網絡安全性能差、監(jiān)測監(jiān)管落后等問題。

（1）監(jiān)管方式方法落后。由于數(shù)字技術和業(yè)務的發(fā)展，原系統(tǒng)所用監(jiān)管技術不能滿足發(fā)展的需要，急需對已有的監(jiān)管系統(tǒng)進行改造升級，以實現(xiàn)全程、全網的實時監(jiān)管。

（2）監(jiān)測信息孤島化。全網各臺站各自開展監(jiān)管業(yè)務，造成監(jiān)管單一分散，沒有統(tǒng)一規(guī)劃，監(jiān)管效率低下。急需整合監(jiān)測監(jiān)管資源，建設統(tǒng)一共享和智能協(xié)作的監(jiān)管平臺①。

（3）監(jiān)管技術落后。隨著廣播電視微波傳輸技術快速發(fā)展，IP傳輸、云計算、互聯(lián)共享廣泛應用，業(yè)務信息處理和分析能力無法有效滿足全網高效安全運行的需求，必須充分運用IP、人工智能（Artificial Intelligence, AI）、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術，建立智能高效的微波網監(jiān)管平臺，確保廣播電視微波傳輸網網絡安全和節(jié)目安全播出。

（4）監(jiān)測監(jiān)管設施老舊落后。

1.1.2 甘肅省廣電微波傳輸網現(xiàn)狀

甘肅省IP數(shù)字微波網線路總長度為3 235.44 km，共有86跳電路。采用IP接口技術，數(shù)據(jù)傳輸采用自動發(fā)信功率控制（Automatic Transfer Power Control, ATPC）、自適應功能、聚合技術，大跨距臺站采用混合分集技術，以確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＞W絡重要節(jié)點組成環(huán)網備份，提高了傳輸可用度，網管設備實現(xiàn)對網元在線設備、電路端口智慧監(jiān)控[1]223。

[3] 李思田，楊士恭，程守田.中國東部及鄰區(qū)中新生代裂陷作用的大地構造背景[A]//中國及鄰區(qū)構造古地理和生物古地理[C].武漢：中國地質大學出版社，1990:109-204.(論文集)

1.1.3 網絡安全體系建設需求

廣電IP數(shù)字微波網絡安全體系建設包括物理安全、技術安全、數(shù)據(jù)安全建設。甘肅省廣電IP數(shù)字微波網建成運行兩年以來，網絡安全體系建設成為網絡建設的重點課題，特別是甘肅省廣播電視局將微波網作為全省廣播電視節(jié)目傳輸和網絡視聽監(jiān)測監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)回傳的重要通道，微波網安全監(jiān)管體系建設勢在必行。

基于上述分析，甘肅省廣播電視微波傳輸網監(jiān)管平臺是為了改變落后的監(jiān)測監(jiān)管方式，運用網絡IP化解決方案與當前所有網絡IP安防設備有效對接，建設功能更加完備的監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對全網各臺站特別是無人值守臺站環(huán)境和設備設施全域、全程、全網實時監(jiān)管，有效提升全省廣播電視數(shù)字微波網絡運行效能、管理能力和安全性能。該平臺既能充分滿足和適應甘肅省現(xiàn)有廣電微波鏈路傳輸設備安全運行監(jiān)管要求，又能為今后廣播電視微波網絡發(fā)展、擴建和改造等情況留有擴充余地，同時還能夠有效提高設備使用效率，延長使用周期。

1.2 主要作用

1.2.1 有效對接現(xiàn)有設備，提升其運行性能

微波網視頻監(jiān)管平臺的所有設備均采用網絡IP化方案，實現(xiàn)對當前所有網絡IP安防設備的有效對接，從而搭建功能更加完備的監(jiān)管平臺，有較強的適應性。

1.2.2 有效節(jié)省和優(yōu)化帶寬資源

針對廣電微波傳輸設備在傳輸各臺站實時高清視頻監(jiān)控畫面時占用微波傳輸帶寬方面的問題，采用H.265視頻編碼格式，對監(jiān)控視頻傳輸網的組網進行優(yōu)化，組網優(yōu)化的主要原則是盡量減少分發(fā)，優(yōu)化路徑以減少中間環(huán)節(jié)，降低時延，確保視頻的流暢。同時，對各環(huán)節(jié)監(jiān)控視頻設備的諸多性能參數(shù)進行不斷調整、設置，探索能夠更好地提升整個監(jiān)控視頻傳輸帶寬利用率的有效方案，從而盡最大可能為現(xiàn)有微波傳輸鏈路節(jié)省寶貴的帶寬資源[2]38。

1.2.3 提升實時監(jiān)控、管理和處理突發(fā)事件能力，并有效提升系統(tǒng)安全性能

該平臺在微波傳輸網上搭建使用以來，設備運行穩(wěn)定，監(jiān)控畫面清晰流暢，安防設備各項功能均能夠實時啟用運行，設計方案的合理性、有效性和穩(wěn)定性得到了很好的驗證。因此，該設計方案在省級微波臺站推廣應用具有積極意義。

2 同類平臺的功能比較

結合甘肅省廣電微波電路傳輸特點與實際運行情況，因地制宜、因時制宜、前瞻考慮、綜合分析，搭建的甘肅省廣電微波傳輸網監(jiān)管平臺和同類平臺功能相比，在不增加中心機房機架設備與運行費用的同時，實現(xiàn)對微波新舊和多類設備的良好兼容和有效監(jiān)控，具有運行費用低、操作規(guī)范便捷、新舊設備兼容、運行穩(wěn)定與效果良好等綜合優(yōu)勢。

3 平臺設計

根據(jù)各微波臺站環(huán)境監(jiān)測的不同情況分別裝配紅外球形和數(shù)字紅外槍式攝像機，對微波臺站機房、走廊等重點區(qū)域使用高清、廣視角的廣角鏡頭，對微波臺站周邊環(huán)境的監(jiān)控則安裝廣視角變焦鏡頭。同時依據(jù)前期對各臺站環(huán)境的實地考察，在各臺站機房、房屋過道、院門等重點部位依據(jù)實際情況設計加裝煙感器、聲光一體機、監(jiān)測探測器、紅外識別等智能探測設備。

設備全部采用IP接入方式，接入到各臺站中心機房交換機，并將各監(jiān)控設備采集視頻數(shù)據(jù)一并送入網絡硬盤錄像機進行統(tǒng)一信息編碼、存儲、處理發(fā)布，并生成視頻監(jiān)測圖像。各臺的核心交換機分別接入各自的網絡路由設備，由網絡路由設備負責將其接入現(xiàn)有的微波傳輸鏈路，并將數(shù)據(jù)傳輸至首臺中心機房的客戶端電腦上，值班員通過系統(tǒng)網管和客戶端的操作即可實現(xiàn)對全省各臺站傳回數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測和指揮調度[2]40。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 實時圖像點播與視頻控制

支持多用戶對監(jiān)控點進行圖像的實時點播及圖像的顯示、抓拍和錄像、多畫面監(jiān)控、呼叫、錄像、報警監(jiān)控，以及權限內的遠程運維等功能；在電視墻、視頻會議室實時對視頻觀看和控制?？蓪崿F(xiàn)GB/T28181規(guī)定的多格式、多碼率、多形式的圖像瀏覽顯示、控制切換、抓拍、輪巡和監(jiān)控的圖像縮放、中心定位、預置點位等設置，以及告警處理和預案設置等功能?？蛻舳思瓤商峁┰歧R的基本控制，也支持平臺以自定義方式對云鏡的高級控制。

4.2 多畫面輪巡和瀏覽

客戶端PC機上可以實現(xiàn)對多個監(jiān)控點的分屏顯示，可以選擇最多1/36分屏瀏覽，還可進行自定義窗格大小和布局的多格式、多分辨率瀏覽，也可以全屏顯示。還可支持點對點切換和分組輪切的輪巡監(jiān)控，可對瀏覽的前端設備列表和輪巡間隔自主進行設置。

支持按照指定時間、監(jiān)測點、報警信息等要素及多個攝像機的歷史圖像的檢索、回放、下載、抓拍控制等功能；對于重要的視頻提供錄像文件鎖定功能。

4.3 自主預案設置

系統(tǒng)支持用戶按照需求，通過點位輸入、電子地圖框選、圈選等進行自主預案設置，以實現(xiàn)重要、突發(fā)事件的自動存儲、建檔和多臺攝像機的自動聯(lián)動等功能，能夠以方便快捷的方式調用相關圖像資料，確保安全可靠。

4.4 語音多功能

系統(tǒng)提供對前端各監(jiān)控點一對一或一對多的面對面語音廣播功能?？梢詫崿F(xiàn)各監(jiān)控中心與各監(jiān)控點之間的任意雙向通話，支持雙向語音的錄制①。

4.5 球槍聯(lián)動、云臺控制和動態(tài)可視域

在無須進行全景拼接的重要開闊區(qū)域，系統(tǒng)可以實現(xiàn)球機與槍機的聯(lián)動。通過槍機進行全景通覽，聚焦整幅畫面。球機可對畫面上每個細節(jié)進行操作，實現(xiàn)快速放大和聚焦。攝像機云臺可不通過專用的云臺控制版面實施操作，方便快捷。

攝像機支持點位可視域、場景與地圖可視域方向同步，可便捷了解各點位實際的監(jiān)控場景區(qū)域。

4.6 異常巡檢和系統(tǒng)運行狀態(tài)管理

支持監(jiān)看網絡實時運行狀態(tài)；能準確、快速地發(fā)現(xiàn)網絡資源，實時展示設備和鏈路狀態(tài)拓撲，對前端設備的屬性進行編輯和管理。

平臺支持自主配置巡檢計劃，使系統(tǒng)按配置的計劃執(zhí)行巡檢任務，自主選擇巡檢時間、對象等。可對系統(tǒng)內的全部前端監(jiān)控點和系統(tǒng)設備自動巡檢，從而展現(xiàn)異常設備的相關狀況信息，并將異常設備信息導出到EXCEL電子表格日志。

系統(tǒng)具有完備的告警流程和故障管理機制。能夠自動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常和設備故障，并發(fā)出告警信息，同時能夠自動匯總全網故障設備，形成故障設備列表；自動分類匯總全系統(tǒng)狀態(tài)情況，形成狀態(tài)分類列表，幫助管理員清晰快速地掌握全系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

5 監(jiān)管平臺解決的技術問題

5.1 新舊設備、轉換問題、網絡安全兼容

路由設備是微波網視頻監(jiān)控組網的核心設備，為了使該平臺既能夠很好地在現(xiàn)有微波設備運行，又能夠在后期設備改造升級后順利地過渡到IP微波設備，選用H3C MSR 36系列網絡路由設備。該網絡路由設備支持2個半導體集成電路（Semiconductor Integrated Circuit, SIC）可擴展模塊插槽，通過對該插槽添加E1協(xié)議轉換卡后，可以實現(xiàn)將微波、衛(wèi)星傳輸網絡的E1接口信號轉換為10/100 M數(shù)據(jù)，設備數(shù)據(jù)通道支持一對一、多對一、多對多功能。在不增加其他設備、對原有視頻監(jiān)控網絡拓撲結構保持基本不變的情況下，依然可以做到同時在不同的網絡上的順利移植、過渡。該路由設備同時具備多樣化VPN技術，支持路由器協(xié)議安全防護及多種地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol, ARP）攻擊防范機制，通過VPN建立的虛擬數(shù)據(jù)隧道配合對設備自身安全防范功能機制的有效啟用，可以很好地解決當前視頻監(jiān)控管理平臺通過廣電微波路由網訪問外網帶來的網絡安全性問題②。

5.2 網絡帶寬問題及其解決方案

考慮到微波傳輸網鏈路對傳輸帶寬的特殊性要求，針對網絡監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)回傳占用大量網絡帶寬問題設計解決方案。為進一步降低視頻數(shù)據(jù)對網絡傳輸帶寬的占用率，在不影響原有傳輸畫面質量，保持各原有傳輸數(shù)據(jù)性能的前提下，視頻監(jiān)管平臺在設計解決網絡視頻數(shù)據(jù)帶寬方案時主要做了以下工作：

在監(jiān)控前端設備攝像頭性能使用方面，優(yōu)先考慮選用支持H.256視頻編碼標準的高清數(shù)字網絡攝像頭，同等圖像質量下，H.265傳輸數(shù)據(jù)量只有MPEG2的6%，MPEG4的16%，H.264的50%，大大降低了監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)占用的傳輸網絡帶寬。在保證數(shù)據(jù)傳輸質量的同時，按照不同網絡攝像頭的實際使用情況對網絡碼率的輸出作相應的限定規(guī)劃，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)帶寬占用的穩(wěn)定性。

6 結語

微波網視頻監(jiān)管平臺，選用運動補償時間濾波（Motion-compensated Temporal Filtering, MCTF）降低了噪聲。借助該技術分析采集每一幀數(shù)據(jù)中每個像素的時空域信息，通過過濾靜態(tài)和動態(tài)噪聲，過濾后的畫面圖像更加清晰，提高了圖像壓縮率，避免了對噪聲的編碼，提高了監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量。此外，通過智能分析技術觸發(fā)傳輸、存儲的方式，減少了前端圖像向中心傳輸?shù)膸捪?。為使以上技術能夠在設備上得到更好的應用，建設實施中根據(jù)微波臺使用環(huán)境，對前端攝像頭和報警探測設備性能參數(shù)進行了高效化調整，使設備功能最大化發(fā)揮。

注釋：

①《全國廣播電視與視聽新媒體監(jiān)測監(jiān)管總體發(fā)展規(guī)劃（2019年 -2025年）》。

②《甘肅省廣播電視與視聽新媒體監(jiān)測監(jiān)管總體技術規(guī)劃》。