應(yīng)急通信車載音視頻系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

許 陵，楊清森，楊仁慶，趙紅梅

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210000）

1 衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)

我國是個多災(zāi)多難的國家，近年來地震、洪水、深林大火、森林大火等事件頻繁發(fā)生。應(yīng)急機動通信保障在組織抗震救災(zāi)、消防救援過程中至關(guān)重要，通過配備一個覆蓋災(zāi)區(qū)的指揮所和一個連接后方基地的通信網(wǎng)絡(luò)，有效地保證現(xiàn)場指揮和情況轉(zhuǎn)播等功能，滿足緊急任務(wù)的通信需要。

應(yīng)急通信是指在突發(fā)性緊急情況時的通信手段和方法[1]。衛(wèi)星通信是實現(xiàn)全球應(yīng)急通信的一種重要手段，具有覆蓋范圍廣大、通信距離遠、帶寬容量大、機動靈活等優(yōu)勢，在應(yīng)急通信領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值。衛(wèi)星通信可以提供電話、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等聯(lián)通手段，其中音視頻通信是衛(wèi)星通信中應(yīng)用最為廣泛的是前進指揮，實況反饋的最主要手段[2]。

圖1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)分為中心站和終端站[3]。中心站是星型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的中心，負責衛(wèi)星通信系統(tǒng)的控制和網(wǎng)絡(luò)管理功能，實現(xiàn)對全網(wǎng)衛(wèi)星資源和地球站用戶的管理和通信控制，并具備與外圍終端站實現(xiàn)各種類型業(yè)務(wù)通信的能力。終端站是通信網(wǎng)的重要節(jié)點，可分為車載站、便攜站等類型。衛(wèi)星通信車載站（以下簡稱：車載站）采用車載平臺，可在停駐狀態(tài)下和運動中實現(xiàn)與其他各種站型的話音、數(shù)據(jù)和圖像等類型信息的雙向傳輸，具有機動靈活，功能強大的特點，應(yīng)用最為廣泛。

車載站可為應(yīng)急通信提供電話、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等通信手段，與中央站的會議室互聯(lián)互通。本文僅對車載站上最為常用的音視頻通信系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)靈活推送和調(diào)度。

2 衛(wèi)星通信車載站

車載站采用越野車載平臺和動中通衛(wèi)星通信天線，可實現(xiàn)快速機動、動中建鏈。在使用過程中，車載站可作為專用機動前方指揮所，并以此為中心覆蓋整個事件區(qū)域，實現(xiàn)現(xiàn)場偵查、時態(tài)采集、現(xiàn)場指揮等功能，同時可與控制中心保持熱線通信，實現(xiàn)信息通暢。

圖2 指揮車示意圖示意圖

衛(wèi)星通信車的整體布局如圖所示，分為會議室和設(shè)備操作間。會議室有領(lǐng)導(dǎo)席位、普通席位、會議桌、電視墻、圖像采集設(shè)備、音頻采集設(shè)備等。會議室正前方是有多個顯示器組成的電視墻。圖像采集設(shè)備是兩個高清攝像機，一個位于電視墻上方中央，采集領(lǐng)導(dǎo)席位及兩側(cè)的席位圖像，另一個位于領(lǐng)導(dǎo)席位后側(cè)左上方，拍攝會議室全景圖像。音頻輸出采用環(huán)繞立體音響系統(tǒng)，環(huán)繞會議桌對稱安裝提供立體聲音響效果。音頻采集設(shè)備為拾音器位于會議桌周邊。

設(shè)備操作間有設(shè)備機架及操作員席位。設(shè)備機架用于固定安裝衛(wèi)星通信及音視頻系統(tǒng)設(shè)備。操作員席位有操作平臺，可對衛(wèi)星通信設(shè)備及音視頻系統(tǒng)進行監(jiān)控，對會議進行保障。

3 音視頻系統(tǒng)

車載站的音視頻系統(tǒng)由音視頻管理服務(wù)器、音視頻切換分系統(tǒng)、無線圖傳分系統(tǒng)及控制平臺組成，操作員可以通過控制平臺進行視頻的采集、編碼、調(diào)度、傳輸、解碼、播放、記錄等操作。控制平臺是通過Web 頁面登錄音視頻管理服務(wù)器實現(xiàn)遠程控制，這種控制方式可移植性高，不依賴本地系統(tǒng)及軟件。

圖3 車載音視頻系統(tǒng)

3.1 音視頻管理服務(wù)器

音視頻管理服務(wù)器是音視頻系統(tǒng)的核心關(guān)鍵，為控制提供后臺服務(wù)的同時，將音視頻切換分系統(tǒng)、無線圖傳分系統(tǒng)、衛(wèi)星信道等連接起來，實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的互通與共享。音視頻切換系統(tǒng)、無線圖傳分系統(tǒng)以及衛(wèi)星信道的音視頻信號在此匯集，服務(wù)器根據(jù)控制平臺的指令轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度這些視頻資源。音視頻切換系統(tǒng)可通過衛(wèi)星信道與對端中心站進行音視頻信號的交換，實現(xiàn)互聯(lián)互通，進行視頻會議。無線傳輸分系統(tǒng)的音視頻信號可在音視頻切換系統(tǒng)進行播放，會議室可實時監(jiān)控現(xiàn)場動態(tài)。同時無線圖傳分系統(tǒng)的音視頻信號經(jīng)過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給衛(wèi)星信道進而發(fā)送給中心站，實時匯報現(xiàn)場真實情況。這種音視頻管理服務(wù)器方式進行信號的軟切換，系統(tǒng)的擴展性強。

3.2 音視頻切換分系統(tǒng)

車載站采用了全高清的音視頻切換分系統(tǒng)，實現(xiàn)對本地音視頻信號進行融合和處理，將音視頻傳輸質(zhì)量提升到了一個新的高度，視頻達到1920×1080P的分辨率。該系統(tǒng)包括音視頻切換矩陣、硬盤錄像機、圖像編解碼器、車載攝像機、云臺攝像機、調(diào)音臺、電視機、顯示器、立體音響等設(shè)備[4]。連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 音視頻切換分系統(tǒng)連接關(guān)系圖

音視頻切換分系統(tǒng)可分為會議室、設(shè)備機架、操作席、車頂?shù)葞讉€區(qū)域。其中音視頻切換矩陣為核心設(shè)備，提供32*32路音頻接口和16*16路音頻接口，連接匯集各路音視頻信號，通過控制進行切換，可以做到任意的音視頻調(diào)度。

圖像編解碼器可以對音視頻信號進行壓縮以適應(yīng)帶寬受限的衛(wèi)星信道傳輸，在1M 帶寬情況下可以傳輸1080P@60 fps 的高清圖像及標準音頻。

攝像機和云臺可采集車內(nèi)外實時高清圖像，硬盤錄像機可選擇性的存儲、預(yù)覽、回訪，車載電視墻顯示視頻信號，音響功放輸出音頻信號。

3.3 無線圖傳分系統(tǒng)

無線圖傳分系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備、音視頻采集設(shè)備、編碼設(shè)備、無線傳輸設(shè)備組成[5]，實現(xiàn)附近幾千米范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加了車載站視頻采集范圍和使用靈活性。本方案采用的無線傳輸設(shè)備是寬帶移動接入設(shè)備。

寬帶移動接入設(shè)備基于動態(tài)MESH 自組織網(wǎng)絡(luò)，可在移動狀態(tài)下動態(tài)建立最佳路由，具有組網(wǎng)靈活、動態(tài)路由、無中心、可靠性高等優(yōu)點?？蓪崿F(xiàn)局域區(qū)域范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信與傳輸。相對傳統(tǒng)集群通信系統(tǒng)，該設(shè)備無需基站和調(diào)度系統(tǒng)支持，利用多跳技術(shù)可以突破傳輸距離限制，解決遮擋問題。

圖5 音視頻系統(tǒng)演示效果圖

4 結(jié)束語

本文對衛(wèi)星通信車載站會議室及音視頻系統(tǒng)做了深入探究。通過對音視頻管理服務(wù)器、音視頻切換分系統(tǒng)、無線傳輸分系統(tǒng)等組成部分進行詳細研究，給出了應(yīng)急機動的車載音視頻系統(tǒng)設(shè)計方法。

經(jīng)過實用驗證，本文設(shè)計的音視頻系統(tǒng)實用性強，使用方便靈活，使用效果圖如圖5所示，可以滿足眾多應(yīng)急通信情況的應(yīng)用需求，具有一定的推廣價值。