基于移动通信的广播电视监控系统设计

徐 毅

（武城县融媒体中心 山东 德州 253300）

0 引言

广播电视安全播出是基本保障，各级广播电视台均完成了对广播电视节目监控系统的建构。其中广播电视监测工作是确保播出质量的重要手段，是广播电视全面协调可持续发展的重要标志。加强广播电视发射台远程监控系统建设是提升广播电视信息站的需要，是保证公众良好视听权益的需要，要加强监控系统建设保证广电主管部门获取有用信息，确保行政主管部门对广电发射台科学有效监测管理［1］。传统视频监控解决方案由于受到地理环境制约，使得视频监控范围受到很大限制，难以满足政府部门针对公共突发应急事件应急指挥对现场实时监控的要求，通信技术的发展，为移动视频监控系统的建构提供了基本条件。本文应用通信移动技术，完成对广播电视综合监控系统的建构，进而满足广播电视安全播出需求。

1 移动通信在广播电视监控系统中的应用现状

1.1 移动通信技术的发展和特点

移动通信技术发展共经历以下几个阶段，相应特点为：第一代移动通信技术（1G），这一阶段移动通信技术是通过模拟信号实现通信传输，相对通信质量不高，干扰因素较多，通话质量不稳定；第二代移动通信技术（2G），这一阶段移动通信技术是采用数字信号传输，有效提升了通信质量稳定性，且具备更高通信容量，能够实现语音通信以及短信传输；第三代移动通信技术（3G），这一阶段移动通信技术引入了高速数据传输技术，可以初步实现移动互联，提升了通信速率，能够实现语音通信、短信传输以及基本互联网访问；第四代移动通信技术（4G），这一阶段移动通信技术进一步提升了通信速率和容量，具备更低的延迟，能够实现高清视频通话、高速移动互联以及大规模物联网应用；第五代移动通信技术（5G），这一阶段移动通信技术显著提升了通信速率、容量以及连接密度，能够支持更多终端设备，应用在更复杂场景中，例如虚拟现实、增强现实以及自动驾驶等［2］。

1.2 移动通信技术在广播电视监控系统中的应用和限制

移动通信自无线电发明后产生，目前是发展最快、应用最广的通信领域之一。移动通信技术在上世纪初得到初步应用，随着移动通信无线传输等技术的成熟，无线电话等移动通信系统相继问世［3］。随着互联网的应用发展，人们迫切希望在移动中方便快速从互联网获取信息服务，移动互联网的产生对移动通信技术提出较高的要求，传统数据通信技术数据传输速率较慢，可承载高速率传输的移动通信技术应运而生。广电监控系统技术包括Web 服务， 可扩展标记语言（extensible markup language， XML）等。Web 是通过统一资源定位符（uniform resource locator，URL）标识的软件应用程序，通过XML 消息及互联网协议与其他程序直接交互。服务的功能可以通过发布、查找和调用的方式在Web 上实现［4］。Web 体系架构包括服务提供者、请求者与注册代理功能，支持网络通信操作，以逻辑方式为其他应用程序提供数据服务，其他应用程序可发现调用其部署的服务。相应的广播电视传输系统结构见图1。

图1 广播电视传输系统结构

移动通信技术在广播电视监控系统中也存在一定应用限制，主要体现在：第一，广播电视监控设备是处于移动状态，移动速度过快，则可能会导致带宽出现波动，如果是在高带宽视频监控过程中，容易出现数据丢包、可靠性降低问题。针对这一问题，还需要进一步加大对视频编码算法以及提升视频传输重新纠错能力等的研究；第二，和有线传输方式相比，开放无线传输方式下，信息被窃取难度有所降低，在广播电视监控系统中能够应用数据加密方法提升传输安全性，但是这些均受到加密算法强度以及密钥的影响，一旦遇到恶意攻击，也就容易出现被篡改的风险等，因此还需要设置更多的安全防护措施；第三，广播电视监控系统中，部分模块需要不停机工作，相应的会产生巨大数据量，也会出现高昂流量费用，在高昂流量成本的限制下，也会对其监控范围产生限制；第四，虽然当前网络成本有所降低，但是网络实时预览、监控视频回放等，流量成本依旧相对较大，因此大部分移动监控依靠的是无线网络，但是我国部分区域还没有实现无线网络全面覆盖，对于广播电视监控系统的应用和发展也产生了一定的限制作用［5］。

2 基于移动通信的广播电视监控系统设计

2.1 设计原理

广电网络监控系统由识别信息插入设备、远程监控信息回传网络等部分组成，系统功能包括监测节目信号中断与信号质量。系统原理是利用播出前端识别信息插入设备，在视频信号场逆程加入相关密码，通过网络节点处远程可控监控器对播出节目进行密码验证判断合法性，对电视网中传输情况实时监测。电视网中出现非法插入时向监控中心报警，指挥远程监控器对非法频道实施干扰［6］。保证广播电视安全正常运行，监测系统自动将正常频道转换为空频道监测，发现停播后向监控中心报警确保正常播出频道安全。可将监测频道音视频经过数字压缩方法回传网络，最后传至监控中心。监控系统包括台内子系统、远程数据通信与监管系统，远程监管系统负责发射台远程宏观管理，实时监控台内子系统运行情况，实现对发射台的有效监测管理。台内子系统主要任务是面向发射台全面监控统筹管理，负责发射台日常运行数据报表统计，负责报警信息分级分类处理等工作［7］。

2.2 系统架构和功能模块

2.2.1 系统功能架构

系统包括主服务器与节点设备，监测系统核心主服务器使用SIM7600CE 芯片实现基础信息传输功能，软件由监控数据处理程序、数据库程序等组成，Web 服务程序实现监控节目的展示，消息队列遥测传输（message queuing telemetry transport，MQTT）服务程序实现节点与设备间的通信。系统功能框架如图2 所示。节点设备是监测系统分布在台站部分的设备，远程控制程序用于执行用户命令。系统主要技术包括MQTT 协议与Flask 框架等。

图2 系统功能框架

2.2.2 系统功能模块

（1）系统操作功能模块设计。广电发射台监控系统是综合实时监控的高度集成系统，结合业务特点可以将其功能需求总结为多方位分析系统功能，在功能模块设计中，面向操作员相应的系统功能模块主要为：发射机与电力监控、报警数据中心与系统设置用户登录等［8］。运用先进计算机数据通信网络技术等设计发射台远程监控系统，实现对发射机及供电系统自动监控。广电发射台监控系统是长期全天候运行远程监控系统，系统对性能方面的需求体现在性能参数指标、报警响应与故障处理等方面。广电发射台监控系统和普通管理系统存在一定差异，前者需要与各种设备联系，系统扩展必须具备横向性，确保实现系统硬件升级。根据设计目标与原则设计面向用户角色的监控系统，可以从控制成本、稳定性与结构灵活性等多方面因素综合比较甄选设计方案［9－10］。浏览器/服务器（browser/server， B/S）模式系统框架是快速部署系统的最优方案。通过确立系统设计目标明确系统所需实现关键功能，由上到下，使系统从概念模型转化为具体功能，对数据库表单进行详细描述完成系统总体结构设计。主服务器工作流程如图3 所示。

图3 主服务器工作流程

（2）系统安全模块设计。系统设计阶段是将需求转变为软件表示过程，需要设计软件系统模块层次结构，从系统功能模块、系统安全设计等方面设计系统架构。系统实现阶段是软件产品从技术设想到实际搭建的生成步骤。软件设计完成过程性描述，编码阶段任务是为模块编写程序，根据系统软件特点结合程序设计语言选取准则选用C＋＋语言。面向对象程序设计语言支持面向对象技术核心概念，系统开发在Windows 操作平台上完成，开发工具使用C＋＋，开发环境操作系统为Visual C＋＋6.0，浏览器选用Explorer 6.0 以上版本。软件开发工具包括分析设计与编码调试工具，编码工具使用Visual C＋＋6.0。远程监控系统包括权限认证管理与设备校时及声光短信报警功能等。系统高级管理用户利用通知公告发布功能向台内子系统发布通知公告。系统测试是软件开发流程中的重要环节，验证软件需求功能是否得到实现。系统试运行阶段以实际搭建系统为软件测试环境，发现软件缺陷及时纠正。

3 技术支持

3.1 移动通信技术

在系统运行中，分布在周围的通信基站可以实现对大部分台站的覆盖，一旦光纤发生故障，可以在移动通信技术的应用下直接实施通信，不必通过当前的回传光纤，也可以成功判断故障。

3.2 MQTT 协议

MQTT 协议则是当前所采用的即时通信协议之一，物联网技术的应用比较广泛，主要特点为通信模型以及交互机制具备动态性、耦合特性，同时也具备异步、多点通信功能，就算是在苛刻环境下也可实现通信，因此在广播电视监控系统设计中具有重要应用价值。在本次系统设计过程中，是在这一技术的应用下为服务器和客户端之间提供通信服务。

3.3 Flask 框架

在本次系统设计中，主服务器的Web 服务程序架设是基于Flask 框架，采用Python 语言完成轻量级Web 框架设计，具备比较强的可拓展性，能够实现灵活前端渲染模板，通过Jin-ja2 引擎的应用可以取得良好的呈现效果。本次系统设计中，则是在Flask 框架的应用下，完成主服务器Web服务程序的基本功能设计，用户能够在Flask 渲染的前端页面应用下对主服务器进行访问，并获取相应的监控数据。

4 系统运行效果和评估

以某广播电视监控系统的运行效果实施评估，主要是分析带宽、延迟以及丢包率等相关指标。结果发现某节点存在有严重带宽拥堵问题，容易导致多个频道传输质量出现降低。结合这一问题，依照监控系统运行监测结果增加了节点带宽容量，且对相关设备实施了优化，最终广播电视监控系统传输质量得到显著提升，也有效改善了用户观看监控体验，取得了良好的监控效果。

5 结语

广播电视监控系统在移动通信应用下，可以实现前端信息源监控、同轴倒换控制等分项系统内容。系统具备安全可靠的自动化监测功能，具备分级控制结构与分层管理权限，同时也能够实现数据服务器管理与一体化监控等功能。在移动通信技术、MQTT 协议以及Flask 框架的应用下，可以有效确保广播电视监控系统的数据传输，进而取得良好的监控效果，针对本次系统运行效果实施评估，可以进一步提升系统传输质量，并改善用户使用效果，值得推广。综上，广电发射台监控管理系统是广电监控智能化的重要环节，随着计算机网络通信技术的发展，监控管理系统将全面普及，广电数字化将快速全面实现，将会进一步提升系统监控质量和通信传播效果。