氣象高清遠程會商系統(tǒng)設計
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摘要：結合湖南省氣象高清遠程會商系統(tǒng)建設項目技術設計、工程建設及試運行情況，對系統(tǒng)的功能需求、總體框架和技術實現(xiàn)做了精準闡述，對系統(tǒng)省級主會場視音頻及中央控制系統(tǒng)設計、MCU及視頻終端整機熱備份自動切換、防火墻穿越等關鍵技術的難點、亮點進行了詳細的分析，總結經(jīng)驗，提出了一套可行的方法，為本省及外省會商系統(tǒng)建設提供了重要的參考意見。
關鍵詞：視頻會商；視音頻設備；中央控制系統(tǒng)；防火墻穿越
1引言
隨著湖南省氣象業(yè)務蓬勃發(fā)展，各類行政及交流會議越來越頻繁，在國家降低會議成本的大環(huán)境下，越來越多的會議通過遠程視頻會議的形式召開。遠程會商系統(tǒng)在提高氣象業(yè)務水平、提高行政管理及工作效率以及應急救災等方面起到了很重要的作用，因此如何提高遠程視頻會商系統(tǒng)對氣象服務工作的保障能力，是一個很重要的課題。然而湖南省氣象局以前使用的視頻會商系統(tǒng)，存在著技術體系過舊、清晰度不高、功能不足、覆蓋范圍不夠、設備老化等問題，已經(jīng)無法滿足日益增長的氣象服務需求。針對這些情況，湖南省氣象局于2014年12月新建了一套覆蓋全省的省－市－縣三級高清遠程會商系統(tǒng)。
2系統(tǒng)總體設計
2．1系統(tǒng)功能需求分析
通過了解最新高清視頻會議技術，并結合湖南省氣象部門實際情況，對遠程會商系統(tǒng)總體功能需求進行了分析。具體如下：（1）系統(tǒng)建設延伸到縣一級氣象部門，能夠支持將中國氣象局會議轉播到全省所有會場，實現(xiàn)國－省－市－縣四級會議全覆蓋；能夠支持省級氣象部門召開全省省－市－縣三級視頻會議；能夠支持市級氣象部門獨立召開全市市－縣視頻會議。（2）系統(tǒng)支持全高清1080P雙流視頻會議，能夠為參會人員提供清晰度更高的視頻，以及像素更高的計算機圖像。（3）系統(tǒng)可靠性強，核心會商設備如MCU和視頻終端均采用整機熱備份自動切換方案，若出現(xiàn)單個設備的損壞情況，能夠在30秒鐘之內使會議恢復正常。（4）系統(tǒng)支持會議現(xiàn)場實時直播和錄制工作，支持移動應急車、計算機、手機及平板通過公網(wǎng)（含移動網(wǎng)）接入會商系統(tǒng)，隨時隨地參加會商。
2．2系統(tǒng)總體框架設計
湖南省氣象高清遠程會商系統(tǒng)按照國家－省－市－縣四級結構進行設計。系統(tǒng)由于與中國局會商系統(tǒng)使用的設備品牌不一致，無法直接與中國局系統(tǒng)進行直接呼叫對接，因而采用音視頻切換技術手段（“背靠背”）間接完成了與中國局系統(tǒng)的對接工作；系統(tǒng)省級MCU通過省－市氣象內網(wǎng)下聯(lián)市級MCU以及省級會場視頻終端（含移動應急車），市級MCU通過市－縣氣象內網(wǎng)連接轄區(qū)內市、縣會場視頻終端，最終實現(xiàn)國家－省－市－縣四級會商系統(tǒng)。
2．3系統(tǒng)總體技術實現(xiàn)
湖南省氣象高清遠程會商系統(tǒng)主要由核心會商設備和會場視音頻輔助設備組成，分為省、市、縣三級會商系統(tǒng)進行建設。系統(tǒng)全網(wǎng)核心會商設備（均為寶利通設備）及省級主會場（兼全省會議控制調度中心）視頻輔助設備全部支持高清視頻格式（1080P），最終實現(xiàn)全省高清雙流會議。系統(tǒng)通過在省級主會場部署高清多點控制單元（以下簡稱MCU）、高清視頻會議終端（以下簡稱視頻終端）和云可視會商管理平臺設備，實現(xiàn)了全省會議的召集、調度、管理、監(jiān)控及設備集中管理等核心功能；通過搭建直播、錄播、點播平臺，實現(xiàn)了對全省會議的直播和錄播功能，同時，用戶可以通過申請賬號的方式來使用點播和下載等功能；通過搭建外網(wǎng)接入服務器，安裝了授權軟件的計算機、手機及平板實現(xiàn)了通過內外網(wǎng)（含移動網(wǎng)）參加遠程會議的功能。系統(tǒng)在14個市級氣象部門部署了MCU、視頻終端、云可視會商管理平臺及外網(wǎng)接入服務器等會商設備，并將這些設備兼容納入了市級會場視音頻輔助設備。市級系統(tǒng)既能夠無縫兼容省級系統(tǒng)，完成相關管理及控制工作，又是一個獨立的會議控制中心，實現(xiàn)了自行組織召開全市市－縣會議，使用計算機、手機及平板等設備通過外網(wǎng)參加本市會議等功能。系統(tǒng)在92個縣級氣象部門會場部署了視頻終端。在建設過程中，充分考慮了各會場的輔助音視頻設備的兼容性，使縣級會場能夠納入省、市級會商系統(tǒng)進行控制及管理，實現(xiàn)相關功能。
3系統(tǒng)關鍵技術分析
3．1省級主會場視音頻輔助系統(tǒng)技術設計
湖南省氣象高清遠程會商系統(tǒng)省級主會場的視音頻輔助系統(tǒng)涉及至少8個品牌，上十個設備的集成和超過100路視音頻信號的交互，屬于大型復雜視音頻集成系統(tǒng)。對于視頻系統(tǒng)，不同品牌的設備所輸出的信號幀率也不同，任一節(jié)點信號不匹配都將導致畫面出現(xiàn)抖動、花屏和切換黑屏、延時等現(xiàn)象；對于音頻系統(tǒng)，由于音頻小信號對敏感度要求非常高，面對如此復雜系統(tǒng)幾乎必然產生“底噪”和“電流聲”等問題。因此，如何解決復雜系統(tǒng)下，省級主會場高清視音頻的效果問題，是一個技術及工程難點。系統(tǒng)省級主會場視頻設備統(tǒng)一采用DVI－D數(shù)字接口，為了減少信號轉換損耗和延遲，確保設備接口的兼容。核心設備視頻矩陣的設計和選型尤為重要：首先，要求其帶寬支持數(shù)據(jù)速率不小于4．25Gbps，這樣才能確保高清信號的無損傳輸和快速切換；其次，要求其必須支持EDID協(xié)議，使各設備信號能夠自動進行匹配，確保設備充分兼容。系統(tǒng)省級主會場音頻設備統(tǒng)一采用平衡接口，連接方式也為平衡式方式，選用優(yōu)質屏蔽線纜和接頭進行連接，每個音頻設備接入同一個電源，減少電源相位對信號造成干擾，尤其注意設備的接地工作。通過上述方法，系統(tǒng)最終取得良好的視音頻效果，比如無損失地將中國局高清會議轉播到湖南省各個視頻分會場。
3．2MCU整機熱備份自動切換
系統(tǒng)在省級部署了2臺相同配置的MCU設備，一臺設置為主用設備，另外一臺設置為備用設備，并在兩個設備之間架設一個獨立通道（簡稱心跳線）。心跳線具備強大的偵聽功能，不斷對主用MCU各個硬軟件模塊（控制模塊、DSP芯片、媒體卡、電源、網(wǎng)絡、風扇等）的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測。一旦檢測到主用MCU任何硬軟件模塊出現(xiàn)故障，便立即自動啟用備用MCU，將實時會議切換到備用MCU上，接下來備用MCU能夠完成主用MCU的全部功能。整個過程無需人工值守，完全在系統(tǒng)后臺自動進行，間隔不多于25秒，幾乎不會對會議進程產生影響。
3．3視頻終端整機熱備份切換
系統(tǒng)在省級部署了2臺相同配置的視頻終端以及1臺音視頻智能切換服務器，能夠完成視頻終端整機熱備份的自動切換，2臺視頻終端輸出視音頻信號到該服務器，正常工作時，服務器將主用視頻終端的視音頻信號切換給相應輸出顯示設備。同時，該服務器不斷實時監(jiān)測2臺視頻終端的工作狀態(tài)，一旦主用視頻終端出現(xiàn)故障，便立刻通知MCU將會議轉移到備用視頻終端，同時切換輸出備用終端的視音頻信號，聯(lián)動完成會議的轉移，確保會議正常召開。整個過程無需人工值守，完全在系統(tǒng)后臺自動進行，在5秒鐘之內完成。
3．4防火墻穿越技術
系統(tǒng)是基于H．323協(xié)議來進行高清遠程會議的，由于該協(xié)議要求動態(tài)分配一些端口用來接收呼叫控制信息和建立語音、視頻數(shù)據(jù)通道，因此當移動應急車等相關設備通過外網(wǎng)加入會議時，由于防火墻的存在，一些端口被關閉，導致無法進行視頻會商。如何在不破壞現(xiàn)有網(wǎng)絡結構的前提下實現(xiàn)防火墻安全穿越，是系統(tǒng)設計的難點。為了解決這個難點，系統(tǒng)采用了國際標準的H．460方案，通過部署獨立的外網(wǎng)安全接入服務器來實現(xiàn)內外網(wǎng)防火墻穿越。該服務器采用雙網(wǎng)口信令分離方式，內網(wǎng)口連接到氣象內網(wǎng)（MCU網(wǎng)絡），外網(wǎng)口連接在DMZ（隔離帶）區(qū)域，并與防火墻串聯(lián)部署，配置成1：1的映射。通過架設獨立服務器，所有內外網(wǎng)的呼叫信息和視音頻碼流都通過該服務器進行連接交互，這樣系統(tǒng)既不會破壞現(xiàn)有網(wǎng)絡環(huán)境，大大減少網(wǎng)絡系統(tǒng)的配置和運維工作量，又能保證原有防火墻策略安全有效及內網(wǎng)安全。并且，由于該服務器部署在防火墻內，即使受到攻擊也不會影響到整個內網(wǎng)。
3．5省級主會場中央控制系統(tǒng)的搭建
系統(tǒng)省級主會場部署了一套快思聰PRO3中央控制系統(tǒng)（簡稱“中控系統(tǒng)”），通過對主會場視音頻設備實現(xiàn)集中控制，結合本省會議流程及要求等實際情況，實現(xiàn)各類會議一鍵切換，大大減少操作人員運維工作量，防止系統(tǒng)誤操作。中控系統(tǒng)主要由繼電器、燈光調光器、無線雙向接收器、紅外發(fā)射棒、無線WIFI觸摸屏控制器（IPAD）、訂制編程軟件等模塊組成。中控系統(tǒng)通過標準RS232串口與視音頻數(shù)字矩陣相連，實現(xiàn)各類型視音頻信號的一鍵切換，比如一鍵將中國局會議視音頻信號轉發(fā)給本省所有會場；與大屏拼接控制器相連，實現(xiàn)會議圖像顯示模式的一鍵切換；通過RS232串口和紅外發(fā)射棒，與會場4個高清攝像頭相連，以調用預置位的方式，實現(xiàn)會議過程中特寫發(fā)言人員、輪詢掃描會場等功能；通過繼電器、燈光調光器，搭配時序電源插座，實現(xiàn)拼接大屏、會場燈光、功放及音響等設備的一鍵開關機，燈光亮度的實時調節(jié)，使工作人員能夠遠程操縱會場相關設備。
4應用效果
湖南省氣象高清遠程會商系統(tǒng)投入試運行以來，使用頻繁，承擔了全國早間天氣會商、省氣象臺內部會商、省市縣天氣會商、全國中期天氣會商、氣象災害監(jiān)測與影響評估會商、農氣會商、臨時性培訓及行政會商等各類會議。根據(jù)試運行及驗收測試情況來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了1080P高清會議效果，完全滿足總體設計中提出的功能需求。
5結論
系統(tǒng)實現(xiàn)了復雜音視頻會商系統(tǒng)的1080P高清會議效果，在與上級部門采用不同品牌會商設備的情況下，將上級部門會議無損轉播到本省分會場，其MCU和視頻終端核心設備支持自動切換，增強了會商保障可靠性。本文所提供的解決方法和工程經(jīng)驗，具有很強的參考價值。
參考文獻
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［2］戴元．中控系統(tǒng)在空管視頻會議中的應用研究［J］．硅谷，2012，（8）：92－93．
作者：潘翔宇 朱艷 黎澤勛 單位：湖南省氣象信息中心
