浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

黃海龍

(浙江省農(nóng)業(yè)信息中心，浙江杭州 310020)

2009年底由浙江省農(nóng)業(yè)廳牽頭整合了浙江省農(nóng)業(yè)部門內(nèi)部有關(guān)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺、農(nóng)民職業(yè)教育衛(wèi)星接收平臺、動物重大疫情預(yù)警指揮系統(tǒng)等相關(guān)資源，統(tǒng)一建設(shè)了一個起點較高、功能強(qiáng)大的浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)。省級主會場、市級分會場主要配置MCU控制中心和視頻會議終端(1080P)、攝像機(jī)、液晶電視等設(shè)施設(shè)備，縣級分會場安裝視頻會議終端 (720P)、液晶電視等設(shè)施設(shè)備。省級主會場與各市級分會場之間采用雙4 M光纖專線結(jié)構(gòu)，市級分會場與各縣級分會場之間采用2 M光纖專線連接。目前，全省共有11個市、82個縣建成農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)并投入使用。由于浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)急需在應(yīng)用廣度和技術(shù)深度轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)運行需進(jìn)一步提高，為此，2014年開始對廳本級農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)升級，并搬遷至新會議室，系統(tǒng)采用了雙MCU備份機(jī)制，主 MCU為會場型 MCU，備用MCU為會商型MCU，并結(jié)合DLP拼接屏、會管系統(tǒng)、高清混合矩陣等軟硬件設(shè)備與一體的高清視頻系統(tǒng)。本文根據(jù)實際運行情況，探討浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容，并對視頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)遵循穩(wěn)定性、先進(jìn)性、易操作性的原則，建成一個成熟可靠、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)實用并可靈活擴(kuò)展的系統(tǒng)。

具備全網(wǎng)收看高清視頻會議的能力。省、市兩級會場雙向1080P高清，縣級分會場具備收看高清的解碼能力和標(biāo)清視頻的編碼能力。

根據(jù)需要轉(zhuǎn)變不同的會議模式。如對上，部、省會議;對下，省、市、縣及省、市會議等模式。

關(guān)鍵環(huán)節(jié)具備有效的備份應(yīng)急能力。能在網(wǎng)絡(luò)和部分音視頻設(shè)備發(fā)生異常時利用應(yīng)急手段確保會議正常召開。

主會場的地點可靈活設(shè)置。主會場可設(shè)置在省廳指揮中心，也可設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他任何結(jié)點。

提供群組會議、多組會議的連接服務(wù)，并支持自助式和主叫呼集會議，市、縣分會場可不經(jīng)過主會場召開點對點會議，有利于互相之間的交流和學(xué)習(xí)。

具備雙信號流發(fā)送、雙屏顯示功能，可傳輸電腦圖像和教學(xué)課件。

具備組播和錄播功能。各會場可以通過電腦登錄到內(nèi)網(wǎng)的錄播服務(wù)器上，直接觀看現(xiàn)場畫面同時，也能點播會議的錄像資料，或下載多媒體課件和教學(xué)資料，為各分會場提供一個豐富的多媒體信息共享平臺。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

視頻系統(tǒng)建設(shè)從系統(tǒng)分類角度來說主要分為顯示系統(tǒng)、擴(kuò)聲系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、中控系統(tǒng)四大類內(nèi)容。

2.1 顯示系統(tǒng)

主會場DLP拼接顯示。廳本級農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮中心建設(shè)70英寸3行5列DLP拼接顯示大屏，既可以整墻顯示超高分辨率的圖片，也可以顯示大型完整的網(wǎng)絡(luò)圖形，可以顯示農(nóng)業(yè)部、省應(yīng)急辦、省廳主會場和11個市局會場按需分屏的高清畫面。可以對省應(yīng)急辦、省廳主會場及11個市局會場會商信息等各種應(yīng)用系統(tǒng)的視頻信號源進(jìn)行調(diào)度管理，通過拖動、縮放、關(guān)閉等操作，在DLP拼接屏上以窗口的方式顯示;并且要求指揮大廳的綜合業(yè)務(wù)電腦可調(diào)度各類視頻源信號切換、大屏顯示方式及會議調(diào)度管理、監(jiān)控等。

中控室監(jiān)控顯示。設(shè)立由24臺24寸液晶顯示屏、2臺55寸液晶顯示屏組成的電視墻，以及5工位操作工作臺。監(jiān)視墻中間，上下分布安裝2臺55英寸液晶顯示器，1臺用于顯示與應(yīng)急指揮大廳3×5 DLP大屏同步畫面，1臺用于預(yù)覽，即將切入大屏的畫面。該監(jiān)視墻視頻信號的分配調(diào)用所需的視頻管理平臺 (多屏處理器、視頻矩陣及控制軟件)與DLP大屏視頻管理平臺共用一套，監(jiān)視墻各個顯示屏視頻畫面可以隨意更換、輪詢。

2.2 攝像系統(tǒng)

視頻會議攝像頭是視頻會議系統(tǒng)終端的一個重要組成部分，為確保視頻會議效果高質(zhì)量，以及考慮到參會人員座位靈活性，在主會場設(shè)置了5個固定會議攝像頭，同時還布設(shè)了2個可移動攝像頭。有效像素可達(dá)200萬～400萬像素，可與任意編解碼器，以及其他系統(tǒng)結(jié)合使用，輸出高質(zhì)量、高分辨率的圖像。內(nèi)置有12倍光學(xué)、30倍數(shù)字變焦鏡頭，可輸出16∶9和4∶3比例圖像，并實現(xiàn)高速、靜音的搖移、俯仰操作和大范圍區(qū)域內(nèi)的物體拍攝，而擾動卻很小。它還有自動聚焦/自動曝光，128位置預(yù)設(shè)位 (預(yù)置位)，外部/遠(yuǎn)程控制等便捷的功能。

2.3 音頻系統(tǒng)

音頻系統(tǒng)主要包括音源、麥克、數(shù)字音頻處理器、壁掛式音箱，以及周邊設(shè)備 (如功放、監(jiān)聽音箱等)。主要起到視頻會議及電話會議的回聲消除及遠(yuǎn)程聲音的高保真還原。

主會場主要采用6只壁掛式音柱音箱，其采用陣列技術(shù)，120°寬廣水平擴(kuò)散角，線性陣列聲音特性 (垂直角度控制嚴(yán)密，聲音衰減緩慢);4英寸中高頻單元4只+1英寸高頻單元1只;揚聲器覆蓋角度為水平 120°×垂直 90°;頻率響應(yīng)為80 Hz～18 kHz±3 dB，揚聲器功率為150 W，靈敏度92 dB，最大聲壓級為114 dB。

音頻處理器采用Polycom SoundStructure C16，對所有輸入通道的立體聲回聲抵消;與 Polycom HDX視頻會議系統(tǒng)直接數(shù)字集成;消除所有輸入通道的反饋信號;對所有輸入通道和輸出通道的更多平衡選擇;對所有輸入通道和輸出通道的動態(tài)處理;任何SoundStructure設(shè)備均可兼容模塊化電話選項;分組處理，可用分組數(shù)量與輸入數(shù)量相等。

麥克采用無線和有線結(jié)合的方式，方便各種模式的視頻會議。無線數(shù)字討論代表單元采用UHF射頻載波信號傳輸，具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸功能和環(huán)境噪聲處理功能，人聲還原度極高;系統(tǒng)主機(jī)基于穩(wěn)定可靠的PLL鎖相環(huán)電路、無線傳輸數(shù)字控制電路和模擬音頻傳輸相結(jié)合，實現(xiàn)會議的先進(jìn)先出、主席優(yōu)先發(fā)言功能，允許50支單元在會議室中使用;主機(jī)具有10個信道可調(diào)，信道間隔30 MHz，解決了高密度的疊波、諧波干擾的可能性;即擺即用型的簡便穩(wěn)定可靠的無線會議;解決了傳統(tǒng)一拖四UHF無線會議無法解決多只無線會議話筒在同一場合同時使用的難題。

2.4 中控系統(tǒng)

會議系統(tǒng)的功能設(shè)計，一直以圍繞著中控系統(tǒng)來展開，除了滿足一般會議系統(tǒng)的功能，保證會議系統(tǒng)的高性能、高品質(zhì)外，特別強(qiáng)調(diào)會議系統(tǒng)+中控系統(tǒng)完美搭配，也就是說在功能上與中控系統(tǒng)進(jìn)行完美的整合。在視頻系統(tǒng)中使用了網(wǎng)絡(luò)型中控主機(jī)+IPAD這一配置，中控主機(jī)可以處理各種控制信號并實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的控制，觸摸屏則提供給用戶一個相當(dāng)友好的操作界面，這樣設(shè)計極大程度的提高了會議室配套設(shè)備的集成度，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代會議室的智能化。出自捷克的CUE會議系統(tǒng)提供專門的接口，與中央控制系統(tǒng)相搭配后，可以替代管理軟件，直接通過觸摸屏操作界面來實現(xiàn)對整個會議系統(tǒng)的全面管理。

通過無線觸摸屏或者有線觸摸屏進(jìn)行控制音頻處理器、大屏模式和信號切換、矩陣信號切換、音量、媒體播放等的操作，實現(xiàn)會議的智能化和集中化管理。

3 視頻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)以全省農(nóng)業(yè)電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，搭建以省農(nóng)業(yè)廳為中心節(jié)點，各市農(nóng)業(yè)局為二級節(jié)點，各縣農(nóng)業(yè)局為三級結(jié)點的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，以滿足視頻會商對全省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體覆蓋?，F(xiàn)階段，視頻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括音視頻編解碼、視頻采集、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、雙流、MCU級聯(lián)、高標(biāo)清混合處理等技術(shù)?，F(xiàn)主要對農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)的多級MCU級聯(lián)、雙流、高標(biāo)清混合處理的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹。

3.1 多級MCU級聯(lián)技術(shù)

MCU的作用是當(dāng)視頻終端的數(shù)量超出了單臺MCU最大系統(tǒng)容量，則需要MCU級聯(lián)的方式實現(xiàn)所有終端集中在一個會議里面，即把MCU串聯(lián)起來，串聯(lián)是分層的，一層一層下去［1］。目的是把相同或不同的MCU設(shè)備連接起來增加MCU端口數(shù)。MCU和終端的連接網(wǎng)呈星形狀態(tài)，通常放置在星形網(wǎng)絡(luò)的中心處，即參加會議的各個終端都以雙向通信的方式和MCU相連接。在級聯(lián)中，處在上面的一層的MCU是上層MCU，處在下層的MCU為從MCU，從 MCU受控于上層 MCU。在省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)建設(shè)中采用的MCU(POLYCOM MX1000)支持?jǐn)?shù)字級聯(lián)，系統(tǒng)共有934個視頻終端 (含省主會場終端)，由于單臺MCU最大接入容量為64個，如果將所有終端連接到1臺MCU管理，不但超出了單臺MCU承受范圍，而且目前的網(wǎng)絡(luò)帶寬也無法承載。

解決此問題的最佳方法，是先將視頻終端分級管理。將省農(nóng)業(yè)廳應(yīng)急指揮中心作為中心節(jié)點，11個市分成11個小組，市級MCU管理各小組內(nèi)的視頻終端。小組內(nèi)的MCU受控于中心節(jié)點的MCU，通過此方式級聯(lián)成視頻系統(tǒng)主干網(wǎng)。具體設(shè)置方法為省農(nóng)業(yè)廳一級MCU控制各市縣二級MCU，通過將所有的視頻終端按地區(qū)分組，將視頻系統(tǒng)延伸至省、市、縣三級，實現(xiàn)全省各市、縣視頻系統(tǒng)多層金字塔形級聯(lián) (圖1)。

圖1 浙江省各市、縣視頻系統(tǒng)的多層金字塔形級聯(lián)

3.2 H.239雙流技術(shù)

所謂雙流顧名思義就是指終端能夠同時發(fā)送/接收兩路視頻流。這樣僅需要通過共享網(wǎng)絡(luò)帶寬便能使用戶得到更多的信息，無需要更多的資源，通過最小的代價獲得更多信息。此功能在本系統(tǒng)中也經(jīng)常得到應(yīng)用，主要用于培訓(xùn)班課件演示和系統(tǒng)操作演示等。

3.3 高標(biāo)清混合處理技術(shù)

考慮到縣級分會場以收聽收看省、市級兩級視頻會議聲音和圖像為主，一般以接收上級的傳達(dá)指示性的會議居多，因此，在配置三級終端時，采用不對稱編解碼技術(shù)，用標(biāo)清終端設(shè)備實現(xiàn)觀看上級高清1080P的視頻圖像和發(fā)送標(biāo)清的圖像，通過利用高標(biāo)清混合處理技術(shù)即不對稱編解碼技術(shù)［2-3］，打造了一套成本低廉、效果良好的高標(biāo)混合應(yīng)用的農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)。

4 小結(jié)

浙江省農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮視頻系統(tǒng)實現(xiàn)了部、省、市、縣四級可召開1080p高清會議，并與浙江省應(yīng)急辦實現(xiàn)跨平臺視頻對接，為全省各農(nóng)業(yè)部門的視頻會商和應(yīng)急指揮發(fā)揮了重大的作用。

［1］ 張常亮，馬渝勇，劉一謙，等.MCU級聯(lián)的省-市-縣三級高清視頻會議系統(tǒng)設(shè)計 ［J］.電視技術(shù)，2012(9):137-141.

［2］ 陳杰，胡應(yīng)龍，謝敏.高標(biāo)混合的防汛會商視頻系統(tǒng)建設(shè)研究 ［J］.水利信息化，2013(4):61-64.

［3］ 孫海.不對稱視頻編解碼協(xié)商方法研究 ［J］.通信技術(shù)，2012(7):63-64.