系统技术特点

2.2.8　系统技术特点

该系统具有规模大、监测范围广、技术先进、自动化程度高、监测功能全、实施难度大等特点。

由于系统规模庞大,应用数字网络交互通信、大型网络数据库分布式管理与维护、远程控制与维护、信号电平实时监测、监测数据自动统计分析、音视频采集压缩、流媒体信号远程实时显示、流媒体信号远程存储查询、广域网节点分布等先进技术,可使监测网可以准确、及时地掌握各地有线电视播出情况。建立有线广播电视监测网,将提高监测的准确性、客观性和工作效率,真正实现使我国的有线广播电视监测工作进入一个全新的阶段,具有划时代的意义。

(1)指标异态自动报警

监测前端设备采用全数字化异态监测,具有对有线电视播出异态产生告警、告警数据保存并回传、系统日志自动记录及回传数据统计分析功能。

(2)流媒体信号远程采集、回传、存储

音视频信号硬压缩、录音、自动处理及实时回传功能,可在有线广播电视监测中心机房实时监测到来自全国各地级以上城市的有线电视播出情况。

(3)高效压缩算法的应用

监测网系统中,有线电视监测前端到各省分中心的带宽为2M,远远不能满足有线电视一路模拟信号占用8M带宽的要求。为了解决这个问题,在实际监测网系统采用了基于MPEG4的H.264压缩方式,对数字化的视音频数据进行压缩,压缩后的数据传输时占用带宽接近1M,保证了流媒体文件在仅有的2M带宽下清晰、顺畅地传输。

监测网系统采用全新的编码技术,如帧内预测、可变大小的图像分块、多预测参考帧,1/4和1/8像素精度的运动估计,基于内容的自适应二值算术编码,残差图像的整数变换编码,去除方块效应滤波器等。它能够实现在1Mbit/s的速率下清楚流畅的播放各个前端的视音频信号。图2.8是编码算法的基本流程图。

(4)流媒体播放插件的应用

在全国有线广播电视监测网系统中,实时视音频节目的传输及自动录像文件的回传使用的是流媒体技术,在流式传输的实现方案中,采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时视音频数据。

在有线监测网客户端中,使用微软MediaPlayer进行视频播放,但如果使用微软提供的基于MediaService的流媒体传输协议,客户端延时会达到10秒以上,这对于前端视频的实时查看工作影响很大。可重新定义流媒体传输协议,同时在微软Media Player播放器中实现插件Plug-in,用以识别并播放有线监测网前端上传的流媒体信号。

图2.8　全国有线广播电视监测网系统编码算法流程

通过使用专用流媒体传输技术,可成功地将客户端播放延时减少到2～3秒以内,大大提高实时视频查看的响应速度。

(5)应用层多播的应用

在全国有线广播电视监测网系统中,监测前端与分中心之间为2M带宽的连接,每路实时视频流媒体传输占用带宽为1M。在此网络条件下,无法满足多个客户端同时向一个监测前端请求实时视频流的需求,为解决这个问题,系统采用了多播技术。

现在大多数多播技术均采用IP层多播(又称为IP组播),但IP层多播具有以下局限性:IP层多播体系结构缺乏可扩展性;路由器需要为每个活动的组维护路由状态信息,而且这些多播地址不能聚合,网络中大量的活动组将需要路由器巨大的存储和处理开销;此外,多播组成员的动态使网络必须动态维护路由状态,更增加了层多播路由器的处理开销。

开放的IP层多播模型在开放的互联网环境中难以支持有效的管理和控制机制。标准的IP层多播业务模型是一种anysource、anyreceiver的开放模型,任何节点都可以创建组,可以向组发送数据,节点可以加入任何感兴趣的组接收数据,发送节点不知道具体的单个接收节点,接收节点也不需要知道发送数据的节点。在这种模型下,接入控制、组管理、组地址的协调机制一直没有有效的解决方案。

在全国有线电视监测网系统中采用支持应用层多播协议的媒体网关作为对上述问题的一个解决方案,可实现跨路由的多播应用。

通过专门研发专为IP流媒体转发设计的高性能流媒体转发网关设备,在1U高度的紧凑型机箱中提供3个100M高速网络端口,支持30～40个并发流媒体转发连接。媒体网关通过单播方式连接监测分中心内的媒体网关,取得实时视音频流,在局域网内媒体网关再将视、音频数据分发给各个客户端。媒体网关使用嵌入式操作系统,可保证系统的稳定性与高效性。同时,硬件上采用高性能的Intel控制芯片和3个10/100M网卡,能够保障数据传输、转发的效率。这种使用应用层技术实现多播功能的方案称为应用层多播技术,该技术是国际上近年来发展起来的替代IP层多播的新技术,在有线广播电视监测网中的应用也是该技术大规模应用的一个成功范例,如图2.9所示。

图2.9　全国有线广播电视监测网系统的媒体网关应用

采用应用层多播技术后,监测中心和分中心多个用户可以同时接收监测前端播出的流媒体,又将多播限制在局域网内,不会造成全网的广播风暴。

(6)录像文件的无缝拼接技术

按照以往方式观看录像是使用共享文件的方式,这种方式安全性差、各文件拼接时不能避免接缝、不能准确定位录像查询时间。

在监测网中,使用顺序流的方式进行历史录像的回放。在WebServer上开发录像点播Filter程序,重新解析HTTP传输协议,将对多个录像文件的查询操作虚拟为对一个大录像文件的查询操作,在后台实现各个录像文件之间的剪切和拼接。这样便可保证数据的安全性、可以准确定位录像查询时间,保证各文件间无接缝,如图2.10所示。

图2.10　全国有线广播电视监测网系统中录像文件无缝拼接技术应用

(7)系统远程维护

监测网系统中所有监测前端设备全天24小时运行,设备始终要保持高稳定状态;而且监测设备多,遍布地域广,因此,系统的维护成为需重点解决的难题。目前,监测网系统使用多种手段保证远程的监测设备做到真正的无人值守。

a.应用软件远程升级功能

使用远程升级功能使分布在全国各地的监测前端软件在2分钟内可以完成升级。

b.设备网管

使用SNMP简单网管协议,通过通用网管系统进行设备管理,及时了解监测前端设备状态。

c.软、硬件看门狗

监督监测设备的硬件及软件程序是否正常运行。

通过上述方式,系统能够高效、稳定地运行,确保灵活应对各种新的监测业务和监测形式,时刻保证快捷、准确、有效的监测。远程维护功能的运用,在保证高稳定性的前提下,可极大地减少监测网系统的维护费用。