湖南省氣象高清遠程會商系統設計與應用

潘翔宇 朱艷 黎澤勛

摘?要：結合湖南省氣象高清遠程會商系統建設項目技術設計、工程建設及試運行情況，對系統的功能需求、總體框架和技術實現做了精準闡述，對系統省級主會場視音頻及中央控制系統設計、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，總結經驗，提出了一套可行的方法，為本省及外省會商系統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;防火墻穿越

中圖分類號：TB?文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.03.102

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，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。

2?系統總體設計

2.1?系統功能需求分析

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，對遠程會商系統總體功能需求進行了分析。具體如下：

（1）系統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）系統支持會議現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（含移動網）接入會商系統，隨時隨地參加會商。

2.2?系統總體框架設計

湖南省氣象高清遠程會商系統按照國家-省-市-縣四級結構進行設計，如圖1所示。系統由于與中國局會商系統使用的設備品牌不一致，無法直接與中國局系統進行直接呼叫對接，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的對接工作;系統省級MCU通過省-市氣象內網下聯市級MCU以及省級會場視頻終端（含移動應急車），市級MCU通過市-縣氣象內網連接轄區(qū)內市、縣會場視頻終端，最終實現國家-省-市-縣四級會商系統。

2.3?系統總體技術實現

湖南省氣象高清遠程會商系統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、縣三級會商系統進行建設。系統全網核心會商設備（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），最終實現全省高清雙流會議。

系統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;通過搭建外網接入服務器，安裝了授權軟件的計算機、手機及平板實現了通過內外網（含移動網）參加遠程會議的功能。

系統在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。市級系統既能夠無縫兼容省級系統，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參加本市會議等功能。系統在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、市級會商系統進行控制及管理，實現相關功能。

3?系統關鍵技術分析

3.1?省級主會場視音頻輔助系統技術設計

湖南省氣象高清遠程會商系統省級主會場的視音頻輔助系統涉及至少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。對于視頻系統，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抖動、花屏和切換黑屏、延時等現象;對于音頻系統，由于音頻小信號對敏感度要求非常高，面對如此復雜系統幾乎必然產生“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。

系統省級主會場視頻設備統一采用DVI-D數字接口，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，要求其帶寬支持數據速率不小于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。系統省級主會場音頻設備統一采用平衡接口，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。

3.2?MCU整機熱備份自動切換

系統在省級部署了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

系統是基于H.323協議來進行高清遠程會議的，由于該協議要求動態(tài)分配一些端口用來接收呼叫控制信息和建立語音、視頻數據通道，因此當移動應急車等相關設備通過外網加入會議時，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。如何在不破壞現有網絡結構的前提下實現防火墻安全穿越，是系統設計的難點。

為了解決這個難點，系統采用了國際標準的H.460方案，通過部署獨立的外網安全接入服務器來實現內外網防火墻穿越。該服務器采用雙網口信令分離方式，內網口連接到氣象內網（MCU網絡），外網口連接在DMZ（隔離帶）區(qū)域，并與防火墻串聯部署，配置成1：1的映射。通過架設獨立服務器，所有內外網的呼叫信息和視音頻碼流都通過該服務器進行連接交互，這樣系統既不會破壞現有網絡環(huán)境，大大減少網絡系統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。

3.5?省級主會場中央控制系統的搭建

系統省級主會場部署了一套快思聰PRO3中央控制系統（簡稱“中控系統”），通過對主會場視音頻設備實現集中控制，結合本省會議流程及要求等實際情況，實現各類會議一鍵切換，大大減少操作人員運維工作量，防止系統誤操作。中控系統主要由繼電器、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。

中控系統通過標準RS232串口與視音頻數字矩陣相連，實現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。根據試運行及驗收測試情況來看，系統運行穩(wěn)定，實現了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

系統實現了復雜音視頻會商系統的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驗，具有很強的參考價值。

參考文獻

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