基于移動通信的廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

徐 毅

（武城縣融媒體中心 山東 德州 253300）

0 引言

廣播電視安全播出是基本保障，各級廣播電視臺均完成了對廣播電視節(jié)目監(jiān)控系統(tǒng)的建構(gòu)。其中廣播電視監(jiān)測工作是確保播出質(zhì)量的重要手段，是廣播電視全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重要標志。加強廣播電視發(fā)射臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)是提升廣播電視信息站的需要，是保證公眾良好視聽權(quán)益的需要，要加強監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)保證廣電主管部門獲取有用信息，確保行政主管部門對廣電發(fā)射臺科學(xué)有效監(jiān)測管理［1］。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控解決方案由于受到地理環(huán)境制約，使得視頻監(jiān)控范圍受到很大限制，難以滿足政府部門針對公共突發(fā)應(yīng)急事件應(yīng)急指揮對現(xiàn)場實時監(jiān)控的要求，通信技術(shù)的發(fā)展，為移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建構(gòu)提供了基本條件。本文應(yīng)用通信移動技術(shù)，完成對廣播電視綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建構(gòu)，進而滿足廣播電視安全播出需求。

1 移動通信在廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 移動通信技術(shù)的發(fā)展和特點

移動通信技術(shù)發(fā)展共經(jīng)歷以下幾個階段，相應(yīng)特點為：第一代移動通信技術(shù)（1G），這一階段移動通信技術(shù)是通過模擬信號實現(xiàn)通信傳輸，相對通信質(zhì)量不高，干擾因素較多，通話質(zhì)量不穩(wěn)定；第二代移動通信技術(shù)（2G），這一階段移動通信技術(shù)是采用數(shù)字信號傳輸，有效提升了通信質(zhì)量穩(wěn)定性，且具備更高通信容量，能夠?qū)崿F(xiàn)語音通信以及短信傳輸；第三代移動通信技術(shù)（3G），這一階段移動通信技術(shù)引入了高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以初步實現(xiàn)移動互聯(lián)，提升了通信速率，能夠?qū)崿F(xiàn)語音通信、短信傳輸以及基本互聯(lián)網(wǎng)訪問；第四代移動通信技術(shù)（4G），這一階段移動通信技術(shù)進一步提升了通信速率和容量，具備更低的延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)高清視頻通話、高速移動互聯(lián)以及大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；第五代移動通信技術(shù)（5G），這一階段移動通信技術(shù)顯著提升了通信速率、容量以及連接密度，能夠支持更多終端設(shè)備，應(yīng)用在更復(fù)雜場景中，例如虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實以及自動駕駛等［2］。

1.2 移動通信技術(shù)在廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用和限制

移動通信自無線電發(fā)明后產(chǎn)生，目前是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的通信領(lǐng)域之一。移動通信技術(shù)在上世紀初得到初步應(yīng)用，隨著移動通信無線傳輸?shù)燃夹g(shù)的成熟，無線電話等移動通信系統(tǒng)相繼問世［3］。隨著互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，人們迫切希望在移動中方便快速從互聯(lián)網(wǎng)獲取信息服務(wù)，移動互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生對移動通信技術(shù)提出較高的要求，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，可承載高速率傳輸?shù)囊苿油ㄐ偶夹g(shù)應(yīng)運而生。廣電監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)包括Web 服務(wù)， 可擴展標記語言（extensible markup language， XML）等。Web 是通過統(tǒng)一資源定位符（uniform resource locator，URL）標識的軟件應(yīng)用程序，通過XML 消息及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與其他程序直接交互。服務(wù)的功能可以通過發(fā)布、查找和調(diào)用的方式在Web 上實現(xiàn)［4］。Web 體系架構(gòu)包括服務(wù)提供者、請求者與注冊代理功能，支持網(wǎng)絡(luò)通信操作，以邏輯方式為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)服務(wù)，其他應(yīng)用程序可發(fā)現(xiàn)調(diào)用其部署的服務(wù)。相應(yīng)的廣播電視傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 廣播電視傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

移動通信技術(shù)在廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)中也存在一定應(yīng)用限制，主要體現(xiàn)在：第一，廣播電視監(jiān)控設(shè)備是處于移動狀態(tài)，移動速度過快，則可能會導(dǎo)致帶寬出現(xiàn)波動，如果是在高帶寬視頻監(jiān)控過程中，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包、可靠性降低問題。針對這一問題，還需要進一步加大對視頻編碼算法以及提升視頻傳輸重新糾錯能力等的研究；第二，和有線傳輸方式相比，開放無線傳輸方式下，信息被竊取難度有所降低，在廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)中能夠應(yīng)用數(shù)據(jù)加密方法提升傳輸安全性，但是這些均受到加密算法強度以及密鑰的影響，一旦遇到惡意攻擊，也就容易出現(xiàn)被篡改的風險等，因此還需要設(shè)置更多的安全防護措施；第三，廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)中，部分模塊需要不停機工作，相應(yīng)的會產(chǎn)生巨大數(shù)據(jù)量，也會出現(xiàn)高昂流量費用，在高昂流量成本的限制下，也會對其監(jiān)控范圍產(chǎn)生限制；第四，雖然當前網(wǎng)絡(luò)成本有所降低，但是網(wǎng)絡(luò)實時預(yù)覽、監(jiān)控視頻回放等，流量成本依舊相對較大，因此大部分移動監(jiān)控依靠的是無線網(wǎng)絡(luò)，但是我國部分區(qū)域還沒有實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，對于廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展也產(chǎn)生了一定的限制作用［5］。

2 基于移動通信的廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計原理

廣電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)由識別信息插入設(shè)備、遠程監(jiān)控信息回傳網(wǎng)絡(luò)等部分組成，系統(tǒng)功能包括監(jiān)測節(jié)目信號中斷與信號質(zhì)量。系統(tǒng)原理是利用播出前端識別信息插入設(shè)備，在視頻信號場逆程加入相關(guān)密碼，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處遠程可控監(jiān)控器對播出節(jié)目進行密碼驗證判斷合法性，對電視網(wǎng)中傳輸情況實時監(jiān)測。電視網(wǎng)中出現(xiàn)非法插入時向監(jiān)控中心報警，指揮遠程監(jiān)控器對非法頻道實施干擾［6］。保證廣播電視安全正常運行，監(jiān)測系統(tǒng)自動將正常頻道轉(zhuǎn)換為空頻道監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)停播后向監(jiān)控中心報警確保正常播出頻道安全?？蓪⒈O(jiān)測頻道音視頻經(jīng)過數(shù)字壓縮方法回傳網(wǎng)絡(luò)，最后傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控系統(tǒng)包括臺內(nèi)子系統(tǒng)、遠程數(shù)據(jù)通信與監(jiān)管系統(tǒng)，遠程監(jiān)管系統(tǒng)負責發(fā)射臺遠程宏觀管理，實時監(jiān)控臺內(nèi)子系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)對發(fā)射臺的有效監(jiān)測管理。臺內(nèi)子系統(tǒng)主要任務(wù)是面向發(fā)射臺全面監(jiān)控統(tǒng)籌管理，負責發(fā)射臺日常運行數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計，負責報警信息分級分類處理等工作［7］。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)和功能模塊

2.2.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)包括主服務(wù)器與節(jié)點設(shè)備，監(jiān)測系統(tǒng)核心主服務(wù)器使用SIM7600CE 芯片實現(xiàn)基礎(chǔ)信息傳輸功能，軟件由監(jiān)控數(shù)據(jù)處理程序、數(shù)據(jù)庫程序等組成，Web 服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控節(jié)目的展示，消息隊列遙測傳輸（message queuing telemetry transport，MQTT）服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)節(jié)點與設(shè)備間的通信。系統(tǒng)功能框架如圖2 所示。節(jié)點設(shè)備是監(jiān)測系統(tǒng)分布在臺站部分的設(shè)備，遠程控制程序用于執(zhí)行用戶命令。系統(tǒng)主要技術(shù)包括MQTT 協(xié)議與Flask 框架等。

圖2 系統(tǒng)功能框架

2.2.2 系統(tǒng)功能模塊

（1）系統(tǒng)操作功能模塊設(shè)計。廣電發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)是綜合實時監(jiān)控的高度集成系統(tǒng)，結(jié)合業(yè)務(wù)特點可以將其功能需求總結(jié)為多方位分析系統(tǒng)功能，在功能模塊設(shè)計中，面向操作員相應(yīng)的系統(tǒng)功能模塊主要為：發(fā)射機與電力監(jiān)控、報警數(shù)據(jù)中心與系統(tǒng)設(shè)置用戶登錄等［8］。運用先進計算機數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等設(shè)計發(fā)射臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)射機及供電系統(tǒng)自動監(jiān)控。廣電發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)是長期全天候運行遠程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)對性能方面的需求體現(xiàn)在性能參數(shù)指標、報警響應(yīng)與故障處理等方面。廣電發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)和普通管理系統(tǒng)存在一定差異，前者需要與各種設(shè)備聯(lián)系，系統(tǒng)擴展必須具備橫向性，確保實現(xiàn)系統(tǒng)硬件升級。根據(jù)設(shè)計目標與原則設(shè)計面向用戶角色的監(jiān)控系統(tǒng)，可以從控制成本、穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)靈活性等多方面因素綜合比較甄選設(shè)計方案［9－10］。瀏覽器/服務(wù)器（browser/server， B/S）模式系統(tǒng)框架是快速部署系統(tǒng)的最優(yōu)方案。通過確立系統(tǒng)設(shè)計目標明確系統(tǒng)所需實現(xiàn)關(guān)鍵功能，由上到下，使系統(tǒng)從概念模型轉(zhuǎn)化為具體功能，對數(shù)據(jù)庫表單進行詳細描述完成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。主服務(wù)器工作流程如圖3 所示。

圖3 主服務(wù)器工作流程

（2）系統(tǒng)安全模塊設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計階段是將需求轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖硎具^程，需要設(shè)計軟件系統(tǒng)模塊層次結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)功能模塊、系統(tǒng)安全設(shè)計等方面設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)實現(xiàn)階段是軟件產(chǎn)品從技術(shù)設(shè)想到實際搭建的生成步驟。軟件設(shè)計完成過程性描述，編碼階段任務(wù)是為模塊編寫程序，根據(jù)系統(tǒng)軟件特點結(jié)合程序設(shè)計語言選取準則選用C＋＋語言。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)核心概念，系統(tǒng)開發(fā)在Windows 操作平臺上完成，開發(fā)工具使用C＋＋，開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)為Visual C＋＋6.0，瀏覽器選用Explorer 6.0 以上版本。軟件開發(fā)工具包括分析設(shè)計與編碼調(diào)試工具，編碼工具使用Visual C＋＋6.0。遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括權(quán)限認證管理與設(shè)備校時及聲光短信報警功能等。系統(tǒng)高級管理用戶利用通知公告發(fā)布功能向臺內(nèi)子系統(tǒng)發(fā)布通知公告。系統(tǒng)測試是軟件開發(fā)流程中的重要環(huán)節(jié)，驗證軟件需求功能是否得到實現(xiàn)。系統(tǒng)試運行階段以實際搭建系統(tǒng)為軟件測試環(huán)境，發(fā)現(xiàn)軟件缺陷及時糾正。

3 技術(shù)支持

3.1 移動通信技術(shù)

在系統(tǒng)運行中，分布在周圍的通信基站可以實現(xiàn)對大部分臺站的覆蓋，一旦光纖發(fā)生故障，可以在移動通信技術(shù)的應(yīng)用下直接實施通信，不必通過當前的回傳光纖，也可以成功判斷故障。

3.2 MQTT 協(xié)議

MQTT 協(xié)議則是當前所采用的即時通信協(xié)議之一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，主要特點為通信模型以及交互機制具備動態(tài)性、耦合特性，同時也具備異步、多點通信功能，就算是在苛刻環(huán)境下也可實現(xiàn)通信，因此在廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中具有重要應(yīng)用價值。在本次系統(tǒng)設(shè)計過程中，是在這一技術(shù)的應(yīng)用下為服務(wù)器和客戶端之間提供通信服務(wù)。

3.3 Flask 框架

在本次系統(tǒng)設(shè)計中，主服務(wù)器的Web 服務(wù)程序架設(shè)是基于Flask 框架，采用Python 語言完成輕量級Web 框架設(shè)計，具備比較強的可拓展性，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活前端渲染模板，通過Jin-ja2 引擎的應(yīng)用可以取得良好的呈現(xiàn)效果。本次系統(tǒng)設(shè)計中，則是在Flask 框架的應(yīng)用下，完成主服務(wù)器Web服務(wù)程序的基本功能設(shè)計，用戶能夠在Flask 渲染的前端頁面應(yīng)用下對主服務(wù)器進行訪問，并獲取相應(yīng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)運行效果和評估

以某廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的運行效果實施評估，主要是分析帶寬、延遲以及丟包率等相關(guān)指標。結(jié)果發(fā)現(xiàn)某節(jié)點存在有嚴重帶寬擁堵問題，容易導(dǎo)致多個頻道傳輸質(zhì)量出現(xiàn)降低。結(jié)合這一問題，依照監(jiān)控系統(tǒng)運行監(jiān)測結(jié)果增加了節(jié)點帶寬容量，且對相關(guān)設(shè)備實施了優(yōu)化，最終廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)傳輸質(zhì)量得到顯著提升，也有效改善了用戶觀看監(jiān)控體驗，取得了良好的監(jiān)控效果。

5 結(jié)語

廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)在移動通信應(yīng)用下，可以實現(xiàn)前端信息源監(jiān)控、同軸倒換控制等分項系統(tǒng)內(nèi)容。系統(tǒng)具備安全可靠的自動化監(jiān)測功能，具備分級控制結(jié)構(gòu)與分層管理權(quán)限，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器管理與一體化監(jiān)控等功能。在移動通信技術(shù)、MQTT 協(xié)議以及Flask 框架的應(yīng)用下，可以有效確保廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，進而取得良好的監(jiān)控效果，針對本次系統(tǒng)運行效果實施評估，可以進一步提升系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，并改善用戶使用效果，值得推廣。綜上，廣電發(fā)射臺監(jiān)控管理系統(tǒng)是廣電監(jiān)控智能化的重要環(huán)節(jié)，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控管理系統(tǒng)將全面普及，廣電數(shù)字化將快速全面實現(xiàn)，將會進一步提升系統(tǒng)監(jiān)控質(zhì)量和通信傳播效果。