基于移動通信的廣播電視監控系統設計

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目監控系統的建構。其中廣播電視監測工作是確保播出質量的重要手段，是廣播電視全面協調可持續發展的重要標志。加強廣播電視發射臺遠程監控系統建設是提升廣播電視信息站的需要，是保證公眾良好視聽權益的需要，要加強監控系統建設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射臺科學有效監測管理［1］。傳統視頻監控解決方案由于受到地理環境制約，使得視頻監控范圍受到很大限制，難以滿足政府部門針對公共突發應急事件應急指揮對現場實時監控的要求，通信技術的發展，為移動視頻監控系統的建構提供了基本條件。本文應用通信移動技術，完成對廣播電視綜合監控系統的建構，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控系統中的應用現狀

1.1 移動通信技術的發展和特點

移動通信技術發展共經歷以下幾個階段，相應特點為：第一代移動通信技術（1G），這一階段移動通信技術是通過模擬信號實現通信傳輸，相對通信質量不高，干擾因素較多，通話質量不穩定；第二代移動通信技術（2G），這一階段移動通信技術是采用數字信號傳輸，有效提升了通信質量穩定性，且具備更高通信容量，能夠實現語音通信以及短信傳輸；第三代移動通信技術（3G），這一階段移動通信技術引入了高速數據傳輸技術，可以初步實現移動互聯，提升了通信速率，能夠實現語音通信、短信傳輸以及基本互聯網訪問；第四代移動通信技術（4G），這一階段移動通信技術進一步提升了通信速率和容量，具備更低的延遲，能夠實現高清視頻通話、高速移動互聯以及大規模物聯網應用；第五代移動通信技術（5G），這一階段移動通信技術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備，應用在更復雜場景中，例如虛擬現實、增強現實以及自動駕駛等［2］。

1.2 移動通信技術在廣播電視監控系統中的應用和限制

移動通信自無線電發明后產生，目前是發展最快、應用最廣的通信領域之一。移動通信技術在上世紀初得到初步應用，隨著移動通信無線傳輸等技術的成熟，無線電話等移動通信系統相繼問世［3］。隨著互聯網的應用發展，人們迫切希望在移動中方便快速從互聯網獲取信息服務，移動互聯網的產生對移動通信技術提出較高的要求，傳統數據通信技術數據傳輸速率較慢，可承載高速率傳輸的移動通信技術應運而生。廣電監控系統技術包括Web 服務， 可擴展標記語言（extensible markup language， XML）等。Web 是通過統一資源定位符（uniform resource locator，URL）標識的軟件應用程序，通過XML 消息及互聯網協議與其他程序直接交互。服務的功能可以通過發布、查找和調用的方式在Web 上實現［4］。Web 體系架構包括服務提供者、請求者與注冊代理功能，支持網絡通信操作，以邏輯方式為其他應用程序提供數據服務，其他應用程序可發現調用其部署的服務。相應的廣播電視傳輸系統結構見圖1。

圖1 廣播電視傳輸系統結構

移動通信技術在廣播電視監控系統中也存在一定應用限制，主要體現在：第一，廣播電視監控設備是處于移動狀態，移動速度過快，則可能會導致帶寬出現波動，如果是在高帶寬視頻監控過程中，容易出現數據丟包、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，在廣播電視監控系統中能夠應用數據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，也就容易出現被篡改的風險等，因此還需要設置更多的安全防護措施；第三，廣播電視監控系統中，部分模塊需要不停機工作，相應的會產生巨大數據量，也會出現高昂流量費用，在高昂流量成本的限制下，也會對其監控范圍產生限制；第四，雖然當前網絡成本有所降低，但是網絡實時預覽、監控視頻回放等，流量成本依舊相對較大，因此大部分移動監控依靠的是無線網絡，但是我國部分區域還沒有實現無線網絡全面覆蓋，對于廣播電視監控系統的應用和發展也產生了一定的限制作用［5］。

2 基于移動通信的廣播電視監控系統設計

2.1 設計原理

廣電網絡監控系統由識別信息插入設備、遠程監控信息回傳網絡等部分組成，系統功能包括監測節目信號中斷與信號質量。系統原理是利用播出前端識別信息插入設備，在視頻信號場逆程加入相關密碼，通過網絡節點處遠程可控監控器對播出節目進行密碼驗證判斷合法性，對電視網中傳輸情況實時監測。電視網中出現非法插入時向監控中心報警，指揮遠程監控器對非法頻道實施干擾［6］。保證廣播電視安全正常運行，監測系統自動將正常頻道轉換為空頻道監測，發現停播后向監控中心報警確保正常播出頻道安全。可將監測頻道音視頻經過數字壓縮方法回傳網絡，最后傳至監控中心。監控系統包括臺內子系統、遠程數據通信與監管系統，遠程監管系統負責發射臺遠程宏觀管理，實時監控臺內子系統運行情況，實現對發射臺的有效監測管理。臺內子系統主要任務是面向發射臺全面監控統籌管理，負責發射臺日常運行數據報表統計，負責報警信息分級分類處理等工作［7］。

2.2 系統架構和功能模塊

2.2.1 系統功能架構

系統包括主服務器與節點設備，監測系統核心主服務器使用SIM7600CE 芯片實現基礎信息傳輸功能，軟件由監控數據處理程序、數據庫程序等組成，Web 服務程序實現監控節目的展示，消息隊列遙測傳輸（message queuing telemetry transport，MQTT）服務程序實現節點與設備間的通信。系統功能框架如圖2 所示。節點設備是監測系統分布在臺站部分的設備，遠程控制程序用于執行用戶命令。系統主要技術包括MQTT 協議與Flask 框架等。

圖2 系統功能框架

2.2.2 系統功能模塊

（1）系統操作功能模塊設計。廣電發射臺監控系統是綜合實時監控的高度集成系統，結合業務特點可以將其功能需求總結為多方位分析系統功能，在功能模塊設計中，面向操作員相應的系統功能模塊主要為：發射機與電力監控、報警數據中心與系統設置用戶登錄等［8］。運用先進計算機數據通信網絡技術等設計發射臺遠程監控系統，實現對發射機及供電系統自動監控。廣電發射臺監控系統是長期全天候運行遠程監控系統，系統對性能方面的需求體現在性能參數指標、報警響應與故障處理等方面。廣電發射臺監控系統和普通管理系統存在一定差異，前者需要與各種設備聯系，系統擴展必須具備橫向性，確保實現系統硬件升級。根據設計目標與原則設計面向用戶角色的監控系統，可以從控制成本、穩定性與結構靈活性等多方面因素綜合比較甄選設計方案［9－10］。瀏覽器/服務器（browser/server， B/S）模式系統框架是快速部署系統的最優方案。通過確立系統設計目標明確系統所需實現關鍵功能，由上到下，使系統從概念模型轉化為具體功能，對數據庫表單進行詳細描述完成系統總體結構設計。主服務器工作流程如圖3 所示。

圖3 主服務器工作流程

（2）系統安全模塊設計。系統設計階段是將需求轉變為軟件表示過程，需要設計軟件系統模塊層次結構，從系統功能模塊、系統安全設計等方面設計系統架構。系統實現階段是軟件產品從技術設想到實際搭建的生成步驟。軟件設計完成過程性描述，編碼階段任務是為模塊編寫程序，根據系統軟件特點結合程序設計語言選取準則選用C＋＋語言。面向對象程序設計語言支持面向對象技術核心概念，系統開發在Windows 操作平臺上完成，開發工具使用C＋＋，開發環境操作系統為Visual C＋＋6.0，瀏覽器選用Explorer 6.0 以上版本。軟件開發工具包括分析設計與編碼調試工具，編碼工具使用Visual C＋＋6.0。遠程監控系統包括權限認證管理與設備校時及聲光短信報警功能等。系統高級管理用戶利用通知公告發布功能向臺內子系統發布通知公告。系統測試是軟件開發流程中的重要環節，驗證軟件需求功能是否得到實現。系統試運行階段以實際搭建系統為軟件測試環境，發現軟件缺陷及時糾正。

3 技術支持

3.1 移動通信技術

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

3.2 MQTT 協議

MQTT 協議則是當前所采用的即時通信協議之一，物聯網技術的應用比較廣泛，主要特點為通信模型以及交互機制具備動態性、耦合特性，同時也具備異步、多點通信功能，就算是在苛刻環境下也可實現通信，因此在廣播電視監控系統設計中具有重要應用價值。在本次系統設計過程中，是在這一技術的應用下為服務器和客戶端之間提供通信服務。

3.3 Flask 框架

在本次系統設計中，主服務器的Web 服務程序架設是基于Flask 框架，采用Python 語言完成輕量級Web 框架設計，具備比較強的可拓展性，能夠實現靈活前端渲染模板，通過Jin-ja2 引擎的應用可以取得良好的呈現效果。本次系統設計中，則是在Flask 框架的應用下，完成主服務器Web服務程序的基本功能設計，用戶能夠在Flask 渲染的前端頁面應用下對主服務器進行訪問，并獲取相應的監控數據。

4 系統運行效果和評估

以某廣播電視監控系統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指標。結果發現某節點存在有嚴重帶寬擁堵問題，容易導致多個頻道傳輸質量出現降低。結合這一問題，依照監控系統運行監測結果增加了節點帶寬容量，且對相關設備實施了優化，最終廣播電視監控系統傳輸質量得到顯著提升，也有效改善了用戶觀看監控體驗，取得了良好的監控效果。

5 結語

廣播電視監控系統在移動通信應用下，可以實現前端信息源監控、同軸倒換控制等分項系統內容。系統具備安全可靠的自動化監測功能，具備分級控制結構與分層管理權限，同時也能夠實現數據服務器管理與一體化監控等功能。在移動通信技術、MQTT 協議以及Flask 框架的應用下，可以有效確保廣播電視監控系統的數據傳輸，進而取得良好的監控效果，針對本次系統運行效果實施評估，可以進一步提升系統傳輸質量，并改善用戶使用效果，值得推廣。綜上，廣電發射臺監控管理系統是廣電監控智能化的重要環節，隨著計算機網絡通信技術的發展，監控管理系統將全面普及，廣電數字化將快速全面實現，將會進一步提升系統監控質量和通信傳播效果。