可視化運維指揮系統(tǒng)設(shè)計

陳偉 梁宸瑜

【摘要】本文針對河北廣播電視微波傳輸中繼站分布廣，既有干線又有支線，設(shè)備可以集成網(wǎng)管管理，但運維隊伍的技術(shù)和操作沒有便捷的統(tǒng)一途徑等特點，設(shè)計完成了一套基于河北省內(nèi)SDH數(shù)字微波干線網(wǎng)絡(luò)的IP可視化運維指揮系統(tǒng)。該指揮系統(tǒng)可以實時高效地傳送各種視訊數(shù)據(jù)等融合業(yè)務(wù)，有效地完善了廣播電視臺站的統(tǒng)一管理，極大地提升了廣播電視安全播出的效率。

【關(guān)鍵詞】廣播電視信源；SDH數(shù)字微波傳輸；視訊指揮系統(tǒng)

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.07.014

當(dāng)前，廣播電視信號傳輸主要有三種方式，分別為衛(wèi)星通信、光纖通信和微波通信。其中，微波通信是高山傳輸發(fā)射臺站廣播電視信號的主要傳輸手段。SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字系列）微波傳輸是目前主要的數(shù)字微波傳輸機制，SDH微波傳輸與IP有很高的融合性，可以實時高效地傳送視音頻節(jié)目、圖像、通訊數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。

同時在社會科技迅猛發(fā)展的今天，發(fā)射臺站依然是廣播電視無線覆蓋的主要力量，大部分發(fā)射臺站分布在不同的市縣，且地處海拔較高，在技術(shù)運維方面很不方便，一些重要的會議也不能及時傳達，隨著廣播電視技術(shù)發(fā)展的信息量越來越大，在安全播出方面存在一定的瓶頸、隱患。本地安播指揮中心與遠(yuǎn)方的播出機房建立連接，可實時進行技術(shù)交流或視訊指揮故障處理。隨著指揮要求越來越高，簡單的電話語音或手機視頻已無法滿足高效率的運維要求，所以先進的會議指揮控制系統(tǒng)是當(dāng)今各行業(yè)溝通運行的必備系統(tǒng)。廣播電視在發(fā)展中加速運維管理智慧化建設(shè)和臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控建設(shè)，本文基于SDH數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計完成了一套IP可視化運維管理指揮系統(tǒng)，為臺站集中技術(shù)保障、故障視訊快速處置提供了技術(shù)支撐。

1. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

廣播電視微波傳輸可視化運維指揮系統(tǒng)設(shè)計遵循原則：“功能強大、穩(wěn)定可靠、操作方便、經(jīng)濟實惠、集成性高、兼容性和擴展升級性強”。

該指揮系統(tǒng)為二級傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。微波總站是指揮管理中心，是系統(tǒng)主會場，分會場由各微波站會議系統(tǒng)構(gòu)成?？梢暬\維指揮系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

微波總站是指揮系統(tǒng)的調(diào)度和指揮中心，首先設(shè)計了指揮系統(tǒng)主服務(wù)器（MCU），主服務(wù)器部署在微波總站核心機房的設(shè)備機柜內(nèi)，并連接全省微波傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的核心管理、運行，指揮中心本地系統(tǒng)的終端設(shè)備與主服務(wù)器并接入微波傳輸網(wǎng)絡(luò)。微波總站指揮中心具備系統(tǒng)中最完備的功能及最高的管理權(quán)限。

1.1 主、分會場的結(jié)構(gòu)

在微波總站指揮中心設(shè)計主終端一臺，部署在會議室會議平板處，高清攝像機一臺部署在會議平板上方，全向麥克風(fēng)一臺部署在會議室會議桌中間位置，會議平板或電視機一臺。在主會場利用一臺計算機安裝指揮控制系統(tǒng)軟件，可實現(xiàn)對各分微波站終端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能（前提是分會場設(shè)備必須實時通電，電源插座保證實時開啟狀態(tài)），控制其他微波站中的任意一個微波站加入指揮中心會場（或移除會場），控制是否讓某個微波站發(fā)言、聽取會議和觀看會議現(xiàn)場的視頻圖像。指揮中心可選擇與某個微波站單獨交流單獨召開會議?？蓪崿F(xiàn)文件實時傳輸功能，在召開會議、故障處理時實時傳輸所需程序、文件、圖片等。

各微波站分系統(tǒng)通過SDH微波鏈路與微波總站主系統(tǒng)級聯(lián)，完成技術(shù)運維工作的可視化交流指導(dǎo)及各種會議的召開和安播文件的傳達。在各微波站設(shè)計安裝高清會議終端一臺，高清攝像機一臺，全向麥克風(fēng)一臺，會議平板或電視機一臺。

1.2 結(jié)構(gòu)中各設(shè)備功能描述

1.2.1 MCU（多點通信單元）

該設(shè)備為Linux嵌入式系統(tǒng)。支持多碼流全速率適配，支持高清標(biāo)清雙碼流輸出，多布局模板適配，支持自適應(yīng)模板尺寸編碼；支持合訊硬終端/H.323終端/SIP終端/PC/Android/iOS多終端接入適配；支持自動會控和手動會控會場情景適配；支持多畫面布局；支持將網(wǎng)絡(luò)屏幕采集做為雙流輸入；在服務(wù)器集群/級聯(lián)模式下，中心會控端可以統(tǒng)一管控各級統(tǒng)一視訊上面的每臺終端設(shè)備；前期工程系統(tǒng)設(shè)計最大支持12個會場同時在線。

1.2.2 主、分會場終端

該終端為高清視訊終端，主要承擔(dān)視訊任務(wù)的復(fù)用、接收、解碼等。該終端在主、為保證穩(wěn)定性及同步性，分會場設(shè)計為同型號。支持1路HDMI+1路USB高清視頻輸入；2路高清解碼顯示輸出；1路音頻輸入；支持1路音頻輸出；支持雙顯輸出；支持H.323及H.239雙流顯示；支持遙控器操作終端支持在線會議錄像、離線或終端獨立作業(yè)時本地錄像、錄像回放及課件點播。

1.2.3 指揮中心、各微波站攝像機

指揮中心攝像機主要參數(shù)為：1/2.8" type Exmor CMOS，約320萬（16：9），20倍光學(xué)變焦鏡頭，通過YpbPr、HDMI、HD-SDI、VBS多種高質(zhì)量圖像進行同時傳輸，分辨率最高支持1080P60，超寬的視角（55.4°），355°水平旋轉(zhuǎn)，俯仰范圍210°；最大水平轉(zhuǎn)動速度80度/秒，垂直轉(zhuǎn)動速度60度/秒；可設(shè)255個預(yù)置位，7個地址可設(shè)；RS-232C/422串口控制；

各微波站攝像機主要參數(shù)為：1/2.8" type Exmor CMOS，約207萬（16：9），12倍光學(xué)變焦鏡頭，通過USB接口進行高質(zhì)量圖像傳輸，分辨率最高支持1080P，超寬的視角（55.4°），355°水平旋轉(zhuǎn)，俯仰范圍210°；最大水平轉(zhuǎn)動速度80度/秒，垂直轉(zhuǎn)動速度60度/秒；可設(shè)255個預(yù)置位，7個地址可設(shè)；RS-232C/422串口控制。

1.2.4 全向麥克風(fēng)（所有會場都可用）

采用1+1無線級聯(lián)型全向麥克風(fēng)。360度全向高靈敏度拾音，3米半徑內(nèi)可自由走動通話，收音無死角，平臺會議溝通時，不用一直對著或靠著麥克風(fēng)講，可維持講話者最自然的溝通方式。USB免驅(qū)即插即用，在指揮系統(tǒng)中提供聲音采集、處理及回放，全向拾音無死角，音質(zhì)清晰悅耳絕無聲反饋現(xiàn)象，完全代替小型會議室的音箱和MIC，輕松溝通，擺脫話筒或耳麥的束縛，是視訊系統(tǒng)應(yīng)用最理想的選擇。

1.2.5 拼接屏幕、電視機等視頻呈現(xiàn)設(shè)備

視頻呈現(xiàn)設(shè)備因各微波站場所大小不同、參與人數(shù)不同而不必要求尺寸，技術(shù)需要為可以支持HDMI視頻接入，具有1080P及以上分辨率的顯示參數(shù)即可。

2. 組網(wǎng)設(shè)計

本指揮系統(tǒng)是基于SDH數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)，利用Nimbra S80型時分復(fù)用設(shè)備以太網(wǎng)接口進行連接的IP化傳輸方式，廣播電視信號和指揮視訊信號在同一微波通道內(nèi)傳輸。為保證廣播電視信號正常運行，在微波總站指揮中心及各微波站采用三層交換機劃分VLAN的方式處理多種不同的信號，對不同的信號數(shù)據(jù)以不同的VLAN區(qū)分，劃分出的不同VLAN信號通過Trunk類型端口匯聚至微波S80時分復(fù)用設(shè)備，廣播電視信號及指揮視訊信號由SDH數(shù)字微波設(shè)備經(jīng)天饋系統(tǒng)傳輸至各微波站。同時，為節(jié)省系統(tǒng)帶寬，避免對廣播電視信號主業(yè)務(wù)的影響，在微波S80時分復(fù)用設(shè)備中劃分時隙時，保證各站點最低網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于2m來傳輸指揮視訊信號。

2.1 微波總站指揮系統(tǒng)組成

在微波總站中，指揮中心系統(tǒng)由MCU設(shè)備、錄像服務(wù)器（根據(jù)需要可選配）、三層交換機、高清攝像頭、全向陣列麥克風(fēng)或?qū)I(yè)會議麥克風(fēng)、音響、控制計算機、拼接屏及SDH數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)等組成，如圖2所示。

整個指揮系統(tǒng)的核心設(shè)在微波總站，通過指揮中心不僅可以實現(xiàn)各微波站之間的實時視訊溝通，二期工程設(shè)計還可以連接省廣播電視局監(jiān)管中心乃至國家廣播電視總局監(jiān)管中心，為廣播電視安全播出調(diào)度指揮及應(yīng)急管理提供了很好的解決方案。除此之外，微波總站指揮中心系統(tǒng)具有輔流傳輸?shù)裙δ?，可以實現(xiàn)各類電子文檔、程序數(shù)據(jù)隨指揮系統(tǒng)實時傳送。

2.2 各微波站系統(tǒng)組成

在各微波站視訊系統(tǒng)中，信號從天饋系統(tǒng)傳輸至SDH數(shù)字微波設(shè)備后，通過Nimbra S80時分復(fù)用設(shè)備將信號接收。各微波站指揮系統(tǒng)由RP-W70高清視頻攝像頭、視訊系統(tǒng)終端、全向麥克風(fēng)音響一體機、Nimbra S80時分復(fù)用設(shè)備及數(shù)字微波系統(tǒng)組成，如圖3所示。

指揮視訊信號在Nimbra S80時分復(fù)用設(shè)備中采用單獨組播，在各微波站與本站的二層交換機相連，其他設(shè)備分別與二層交換機相連，端口設(shè)置為Access端口。每個微波站的交換機設(shè)定了不同IP地址，這樣可以在任何臺站通過Telnet的方式對任何站點的交換機進行訪問維護，提高了設(shè)備的維護效率。另外，與微波總站核心機房一樣，在Nimbra S80時分復(fù)用設(shè)備IP業(yè)務(wù)端口建立1個2M帶寬的ETS通道，以此實現(xiàn)本地指揮視訊信號與其他微波站的實時視訊。

3. 系統(tǒng)主要功能

MCU是本指揮系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)對來自不同微波站的視訊數(shù)據(jù)等進行轉(zhuǎn)發(fā)處理。若某微波站要發(fā)言，則它的視訊信號便會傳送到MCU，MCU作信號處理后將連接轉(zhuǎn)發(fā)到其他微波站的終端設(shè)備。本系統(tǒng)具有人性化的指揮控制功能，包括廣播式指揮、多點互動式交流、點與點單獨連接溝通等；具備實時多畫面呈現(xiàn)和選擇功能；支持輔流媒體播放和文件傳送解碼功能；實現(xiàn)終端錄播和點播功能，指揮故障處理或會議授課結(jié)束后能根據(jù)用戶需要自動或手動將錄播的文件加密后上傳至錄播服務(wù)器（錄播服務(wù)器需單獨搭建來承載錄播任務(wù)）。

3.1 指揮控制功能

指揮中心控制系統(tǒng)常用的控制方式有：主席臺控制、導(dǎo)演控制、自動輪詢以及語音激勵等。多種控制方式構(gòu)成了人性化的指揮功能。

系統(tǒng)搭建后采用較多的控制方式是主席控制方式。指揮中心設(shè)置在微波總站，采用這種控制方式時，各個微波站會場都可以充當(dāng)主席會場。主席會場發(fā)言時，其余各會場均收看的是主席會場畫面；某微波站發(fā)言時，其他各會場會顯示正在發(fā)言的畫面，分會場的發(fā)言要經(jīng)過主席會場的通過才可以進行發(fā)言。

導(dǎo)演控制方式是指揮中心控制臺的操作人員對系統(tǒng)進行控制，操作人員決定哪個微波站成為發(fā)言人，此方式適用于有嚴(yán)格流程且經(jīng)過彩排的會議。故障處理適宜主席控制方式，統(tǒng)一服從指揮中心調(diào)度。

自動輪詢方式啟用時，MCU按設(shè)定的順序?qū)⒏魑⒉ㄕ緯龅漠嬅鎻V播到整個指揮系統(tǒng)中，MCU通過自動控制其他的會場處于觀眾狀態(tài)，此時，為了保證系統(tǒng)會議秩序，各微波站收到的仍是發(fā)言人的聲音。

語音激勵方式一般用于小組討論、評選發(fā)言等會場數(shù)量較少的情況。MCU會自動比對各路視訊信號，自動選擇有語音輸入的會場作為發(fā)言人，同時將畫此視訊信號分發(fā)到其他各會場。

3.2 數(shù)字橫幅、字幕功能

本指揮系統(tǒng)可根據(jù)實情需要設(shè)置數(shù)字橫幅，橫幅的顏色、字體可實時調(diào)整，快速切換。在遇重要會議時不需要制作會議橫幅，設(shè)置速度快同時也節(jié)約了經(jīng)費，還可以實現(xiàn)會議臺標(biāo)、滾動字幕、翻頁字幕等多樣的字幕顯示，切實增強了指揮系統(tǒng)的實用性。

4. 結(jié)束語

廣播電視微波傳輸指揮系統(tǒng)的搭建，有效地利用了SDH微波干線網(wǎng)絡(luò)時鐘同步傳輸延時低、可靠性強的特點，同時通過Nimbras80型時分復(fù)用設(shè)備可以將IP信號與SDH微波傳輸完美融合。指揮系統(tǒng)的搭建實現(xiàn)了各微波站與總站的技術(shù)同步、政治精神傳達同步、故障困難互助，提高了廣播電視安全播出效率，同時節(jié)約了出差時間和大量的人員經(jīng)費，縮短了領(lǐng)導(dǎo)的決策時間，便于隨時舉行技術(shù)培訓(xùn)，給廣播電視在加速發(fā)展運維管理智慧化建設(shè)和臺站遠(yuǎn)程監(jiān)控建設(shè)中帶來了變革，同時也為省級應(yīng)急指揮系統(tǒng)的搭建提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

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