氣象高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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摘要：結(jié)合湖南省氣象高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及試運(yùn)行情況，對系統(tǒng)的功能需求、總體框架和技術(shù)實(shí)現(xiàn)做了精準(zhǔn)闡述，對系統(tǒng)省級主會場視音頻及中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、MCU及視頻終端整機(jī)熱備份自動切換、防火墻穿越等關(guān)鍵技術(shù)的難點(diǎn)、亮點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出了一套可行的方法，為本省及外省會商系統(tǒng)建設(shè)提供了重要的參考意見。
關(guān)鍵詞：視頻會商；視音頻設(shè)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(wù)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(yuǎn)程視頻會議的形式召開。遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)在提高氣象業(yè)務(wù)水平、提高行政管理及工作效率以及應(yīng)急救災(zāi)等方面起到了很重要的作用，因此如何提高遠(yuǎn)程視頻會商系統(tǒng)對氣象服務(wù)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(shù)體系過舊、清晰度不高、功能不足、覆蓋范圍不夠、設(shè)備老化等問題，已經(jīng)無法滿足日益增長的氣象服務(wù)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?。校h三級高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)。
2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
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(shù)，并結(jié)合湖南省氣象部門實(shí)際情況，對遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)總體功能需求進(jìn)行了分析。具體如下：（1）系統(tǒng)建設(shè)延伸到縣一級氣象部門，能夠支持將中國氣象局會議轉(zhuǎn)播到全省所有會場，實(shí)現(xiàn)國－?。校h四級會議全覆蓋；能夠支持省級氣象部門召開全省?。校h三級視頻會議；能夠支持市級氣象部門獨(dú)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?yàn)閰藛T提供清晰度更高的視頻，以及像素更高的計(jì)算機(jī)圖像。（3）系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，核心會商設(shè)備如MCU和視頻終端均采用整機(jī)熱備份自動切換方案，若出現(xiàn)單個設(shè)備的損壞情況，能夠在30秒鐘之內(nèi)使會議恢復(fù)正常。（4）系統(tǒng)支持會議現(xiàn)場實(shí)時直播和錄制工作，支持移動應(yīng)急車、計(jì)算機(jī)、手機(jī)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(shè)計(jì)
湖南省氣象高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)按照國家－?。校h四級結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由于與中國局會商系統(tǒng)使用的設(shè)備品牌不一致，無法直接與中國局系統(tǒng)進(jìn)行直接呼叫對接，因而采用音視頻切換技術(shù)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(nèi)網(wǎng)下聯(lián)市級MCU以及省級會場視頻終端（含移動應(yīng)急車），市級MCU通過市－縣氣象內(nèi)網(wǎng)連接轄區(qū)內(nèi)市、縣會場視頻終端，最終實(shí)現(xiàn)國家－?。校h四級會商系統(tǒng)。
2．3系統(tǒng)總體技術(shù)實(shí)現(xiàn)
湖南省氣象高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)主要由核心會商設(shè)備和會場視音頻輔助設(shè)備組成，分為省、市、縣三級會商系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。系統(tǒng)全網(wǎng)核心會商設(shè)備（均為寶利通設(shè)備）及省級主會場（兼全省會議控制調(diào)度中心）視頻輔助設(shè)備全部支持高清視頻格式（1080P），最終實(shí)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(diǎn)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全省會議的召集、調(diào)度、管理、監(jiān)控及設(shè)備集中管理等核心功能；通過搭建直播、錄播、點(diǎn)播平臺，實(shí)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(diǎn)播和下載等功能；通過搭建外網(wǎng)接入服務(wù)器，安裝了授權(quán)軟件的計(jì)算機(jī)、手機(jī)及平板實(shí)現(xiàn)了通過內(nèi)外網(wǎng)（含移動網(wǎng)）參加遠(yuǎn)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(wù)器等會商設(shè)備，并將這些設(shè)備兼容納入了市級會場視音頻輔助設(shè)備。市級系統(tǒng)既能夠無縫兼容省級系統(tǒng)，完成相關(guān)管理及控制工作，又是一個獨(dú)立的會議控制中心，實(shí)現(xiàn)了自行組織召開全市市－縣會議，使用計(jì)算機(jī)、手機(jī)及平板等設(shè)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(shè)過程中，充分考慮了各會場的輔助音視頻設(shè)備的兼容性，使縣級會場能夠納入省、市級會商系統(tǒng)進(jìn)行控制及管理，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。
3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析
3．1省級主會場視音頻輔助系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)
湖南省氣象高清遠(yuǎn)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(shè)備的集成和超過100路視音頻信號的交互，屬于大型復(fù)雜視音頻集成系統(tǒng)。對于視頻系統(tǒng)，不同品牌的設(shè)備所輸出的信號幀率也不同，任一節(jié)點(diǎn)信號不匹配都將導(dǎo)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(fù)雜系統(tǒng)幾乎必然產(chǎn)生“底噪”和“電流聲”等問題。因此，如何解決復(fù)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(shù)及工程難點(diǎn)。系統(tǒng)省級主會場視頻設(shè)備統(tǒng)一采用DVI－D數(shù)字接口，為了減少信號轉(zhuǎn)換損耗和延遲，確保設(shè)備接口的兼容。核心設(shè)備視頻矩陣的設(shè)計(jì)和選型尤為重要：首先，要求其帶寬支持?jǐn)?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(shè)備信號能夠自動進(jìn)行匹配，確保設(shè)備充分兼容。系統(tǒng)省級主會場音頻設(shè)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(zhì)屏蔽線纜和接頭進(jìn)行連接，每個音頻設(shè)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(shè)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(zhuǎn)播到湖南省各個視頻分會場。
3．2MCU整機(jī)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(shè)備，一臺設(shè)置為主用設(shè)備，另外一臺設(shè)置為備用設(shè)備，并在兩個設(shè)備之間架設(shè)一個獨(dú)立通道（簡稱心跳線）。心跳線具備強(qiáng)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(luò)、風(fēng)扇等）的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)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(shí)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(jìn)行，間隔不多于25秒，幾乎不會對會議進(jìn)程產(chǎn)生影響。
3．3視頻終端整機(jī)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(wù)器，能夠完成視頻終端整機(jī)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(wù)器，正常工作時，服務(wù)器將主用視頻終端的視音頻信號切換給相應(yīng)輸出顯示設(shè)備。同時，該服務(wù)器不斷實(shí)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行，在5秒鐘之內(nèi)完成。
3．4防火墻穿越技術(shù)
系統(tǒng)是基于H．323協(xié)議來進(jìn)行高清遠(yuǎn)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(dāng)移動應(yīng)急車等相關(guān)設(shè)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(guān)閉，導(dǎo)致無法進(jìn)行視頻會商。如何在不破壞現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)防火墻安全穿越，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。為了解決這個難點(diǎn)，系統(tǒng)采用了國際標(biāo)準(zhǔn)的H．460方案，通過部署獨(dú)立的外網(wǎng)安全接入服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)防火墻穿越。該服務(wù)器采用雙網(wǎng)口信令分離方式，內(nèi)網(wǎng)口連接到氣象內(nèi)網(wǎng)（MCU網(wǎng)絡(luò)），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(shè)獨(dú)立服務(wù)器，所有內(nèi)外網(wǎng)的呼叫信息和視音頻碼流都通過該服務(wù)器進(jìn)行連接交互，這樣系統(tǒng)既不會破壞現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，大大減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置和運(yùn)維工作量，又能保證原有防火墻策略安全有效及內(nèi)網(wǎng)安全。并且，由于該服務(wù)器部署在防火墻內(nèi)，即使受到攻擊也不會影響到整個內(nèi)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(shè)備實(shí)現(xiàn)集中控制，結(jié)合本省會議流程及要求等實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)各類會議一鍵切換，大大減少操作人員運(yùn)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(diào)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(biāo)準(zhǔn)RS232串口與視音頻數(shù)字矩陣相連，實(shí)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(zhuǎn)發(fā)給本省所有會場；與大屏拼接控制器相連，實(shí)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(diào)用預(yù)置位的方式，實(shí)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(diào)光器，搭配時序電源插座，實(shí)現(xiàn)拼接大屏、會場燈光、功放及音響等設(shè)備的一鍵開關(guān)機(jī)，燈光亮度的實(shí)時調(diào)節(jié)，使工作人員能夠遠(yuǎn)程操縱會場相關(guān)設(shè)備。
4應(yīng)用效果
湖南省氣象高清遠(yuǎn)程會商系統(tǒng)投入試運(yùn)行以來，使用頻繁，承擔(dān)了全國早間天氣會商、省氣象臺內(nèi)部會商、省市縣天氣會商、全國中期天氣會商、氣象災(zāi)害監(jiān)測與影響評估會商、農(nóng)氣會商、臨時性培訓(xùn)及行政會商等各類會議。根據(jù)試運(yùn)行及驗(yàn)收測試情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了1080P高清會議效果，完全滿足總體設(shè)計(jì)中提出的功能需求。
5結(jié)論
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(shè)備的情況下，將上級部門會議無損轉(zhuǎn)播到本省分會場，其MCU和視頻終端核心設(shè)備支持自動切換，增強(qiáng)了會商保障可靠性。本文所提供的解決方法和工程經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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作者：潘翔宇 朱艷 黎澤勛 單位：湖南省氣象信息中心
