基于硬盤錄像機(jī)的現(xiàn)場指揮部多路視頻同步展示系統(tǒng)

鄭 超 肖 健 林巖釗

（ 福建省地震局，福建 福州350003）

1 概述

福建省地處我國東南沿海地震帶北段， 歷史上曾多次遭受7 級以上地震的破壞[1]。 為了解地震成因，探明福建及其鄰近海域地殼和上地幔結(jié)構(gòu)，特別是濱海斷裂帶的位置和規(guī)模情況，進(jìn)一步提升閩臺地區(qū)防震減災(zāi)事業(yè)能力水平和防范化解重大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)能力，福建省地震局從2013 年就開始實(shí)施“ 福建及臺灣海峽地殼深部構(gòu)造陸海聯(lián)測”計(jì)劃，通過采用移動式氣槍震源系統(tǒng)在陸域水庫以及海域進(jìn)行定點(diǎn)人工地震激發(fā)作業(yè)，使用聯(lián)合觀測技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)，嘗試了解更詳細(xì)的地殼及上地幔的深部結(jié)構(gòu)信息。

整個陸海聯(lián)測科學(xué)試驗(yàn)的指揮部設(shè)在廈門。 指揮部的主要工作是對整個試驗(yàn)過程的實(shí)時監(jiān)控、 數(shù)據(jù)分析處理和現(xiàn)場展示。 因此在指揮部音視頻會議搭建方面， 需要考慮不同作業(yè)場區(qū)視頻監(jiān)控畫面的匯集與調(diào)度的問題。 在之前的技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)傳輸方式為：海域作業(yè)通過衛(wèi)星鏈路，陸域水庫作業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)專線分別與指揮部進(jìn)行通信。 由于衛(wèi)星鏈路的帶寬限制[4]和費(fèi)用，對于海域僅要求能視頻會議即可。 在陸上，網(wǎng)絡(luò)條件相對海上要好，但在之前技術(shù)方案中，還是采用和海上相同的模式，即僅通過視頻會議這種獨(dú)立的一對一方式，導(dǎo)致無法將多個現(xiàn)場畫面進(jìn)行鋪開展示，受到視頻會議帶寬的局限，畫面的數(shù)量和清晰度也都不盡人意，因此在前幾次的試驗(yàn)工作中并沒有取得很好的畫面展示效果。

針對上述問題，本文針對陸域視頻傳輸，提出改進(jìn)方案。 在本地端使用硬盤錄像機(jī)為硬件媒介，通過視頻數(shù)據(jù)服務(wù)，將多路信號實(shí)時存儲， 并向?qū)Χ颂峁┮曨l調(diào)用服務(wù)。 通過以數(shù)據(jù)存儲調(diào)用的服務(wù)形式，實(shí)現(xiàn)所有視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時保存，也將分散的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行了歸攏和統(tǒng)一，便于統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)傳輸，也滿足對端各種視頻調(diào)用的需求。

2 主要背景與研究目標(biāo)

關(guān)于主要研究目標(biāo)前面已有所闡述。 設(shè)在廈門的現(xiàn)場指揮部需要對陸域的現(xiàn)場工作進(jìn)行更詳細(xì)的監(jiān)控和展示，因此需要對現(xiàn)有的視頻系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的升級。 現(xiàn)對涉及到的主要環(huán)境進(jìn)行簡要的闡述。

陸域的現(xiàn)場工作主要圍繞著浮臺氣槍激發(fā)開展的， 其場區(qū)布局大致如圖1。

在岸邊有個視頻控制室， 負(fù)責(zé)對場區(qū)所有監(jiān)控視頻的調(diào)度工作。 場區(qū)安放監(jiān)控的位置大致為3 處：a.氣槍控制室，這里有氣槍工作實(shí)際情況的畫面，控制室內(nèi)多臺電腦顯示屏可以實(shí)時顯示多項(xiàng)氣槍工作參數(shù)；b.浮臺，這里是氣槍激發(fā)的地方。 通過浮臺監(jiān)控可以觀看到實(shí)際氣槍觸發(fā)后，水面與浮臺的反應(yīng)情況，可以比較直觀的看到氣槍從充氣、槍控系統(tǒng)觸發(fā)、氣體從氣槍中高速噴出引起的浮臺振動以及氣泡出水等過程；c.浮臺遠(yuǎn)處，這里的監(jiān)控可以反映整個工作場區(qū)的情況。 這三處監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都是直接傳輸?shù)揭曨l控制室。

圖1 陸域現(xiàn)場監(jiān)控分布

圖2 指揮部會場布局

廈門指揮部現(xiàn)場方面，會場可容下5-7 個顯示幕布，如圖2。其中兩個幕布用于陸域和海域的視頻會議。 多出的幕布用于展示實(shí)時數(shù)據(jù)處理結(jié)果和現(xiàn)場工作情況。 本次與以往不同的是，指揮部現(xiàn)場要求能提供陸域水庫多路視頻監(jiān)控畫面，因此使用以往單獨(dú)依靠視頻會議的方式是不能實(shí)現(xiàn)的。 因?yàn)橐曨l會議同時只能存在一個畫面，對于多個畫面的需求就無能為力（ 圖2）。

先前視頻控制系統(tǒng)（ 如圖3），更多是解決異地視頻通信的問題，沒對視頻控制和調(diào)用做太多考慮。 在早期的技術(shù)方案中，陸域水庫的安裝槍控軟件（ 控制氣槍激發(fā)）的計(jì)算機(jī)VGA 視頻信號通過AV 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為模擬視頻信號， 與模擬視頻攝像機(jī)拍攝的槍壓監(jiān)控屏畫面、浮臺監(jiān)控畫面以及浮臺遠(yuǎn)景畫面，經(jīng)過視頻矩陣調(diào)度后接入視頻會議終端，而視頻會議終端通過陸域水庫的千兆交換機(jī)接入地震行業(yè)網(wǎng)，與廈門現(xiàn)場指揮部的視頻會議終端組會。 根據(jù)廈門現(xiàn)場指揮部的實(shí)際需要求，從槍控計(jì)算機(jī)信號、槍壓監(jiān)控屏畫面、浮臺監(jiān)控畫面和浮臺遠(yuǎn)景畫面中選擇一路送回廈門現(xiàn)場指揮部， 并通過投影儀展示在屏幕墻上。 顯然早期的陸域通訊技術(shù)方案只能滿足現(xiàn)場指揮部的基本要求，選擇性地送一路視頻到現(xiàn)場指揮部，如果現(xiàn)場指揮部需要了解氣槍從充氣、槍控系統(tǒng)觸發(fā)、氣體從氣槍中高速噴出引起的浮臺振動以及氣泡出水等過程，需要多次激發(fā)，分階段掌握各個過程，無法直接清晰地展示整個過程。

圖3 早期陸域通訊技術(shù)系統(tǒng)示意圖

3 系統(tǒng)改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)

在此前，對于指揮部現(xiàn)場的展示上，也有類似問題，通過現(xiàn)場指揮部技術(shù)保障組研發(fā)了一套指揮部技術(shù)系統(tǒng)可移動監(jiān)控系統(tǒng)[5]，實(shí)現(xiàn)了可以在移動終端上查看現(xiàn)場指揮部技術(shù)系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，大力緩和指揮部的現(xiàn)勢性需求，但對于指揮部同步展示陸域氣槍激發(fā)的全過程的需求還未滿足。

雖然這套可移動監(jiān)控系統(tǒng)不能套用， 但可以從中得到一些啟示，即可以不依賴視頻會議終端，通過另外的獨(dú)立的視頻服務(wù)系統(tǒng)來完成遠(yuǎn)程視頻調(diào)用動作。 通過緩存，甚至是存儲實(shí)時視頻流，集中所有源視頻數(shù)據(jù)，然后再以統(tǒng)一的接口提供遠(yuǎn)程視頻服務(wù)。 雖然該方法會多占用專線帶寬，但在與網(wǎng)絡(luò)組的研究后，打消了這個顧慮，帶寬是可以滿足需求的。

基于這種思路，通過多方調(diào)研，現(xiàn)場指揮部技術(shù)保障組提出了一種基于硬盤錄像機(jī)的現(xiàn)場指揮部多路視頻同步展示系統(tǒng)，圖4 為改進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)示意圖。 槍控計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換的AV 視頻信號、槍壓監(jiān)控屏畫面、浮臺監(jiān)控畫面以及浮臺遠(yuǎn)景畫面在原有接入視頻矩陣的同時，還接入硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接入地震行業(yè)網(wǎng)，同時廈門現(xiàn)場指揮部也部署多套計(jì)算機(jī)接入地震行業(yè)網(wǎng)，這些計(jì)算機(jī)通過地震行業(yè)網(wǎng)登錄陸域水庫的硬盤錄像機(jī)，查看各自的畫面，最后將這些計(jì)算機(jī)的信號輸出到顯示墻上，實(shí)現(xiàn)了對陸域多路視頻進(jìn)行同步展示，參會人員可以實(shí)時查看氣槍激發(fā)的整個過程，加深對氣槍震源的認(rèn)識。 值得一提的是， 硬盤錄像機(jī)還可以輸出多路視頻合并的信號，也就意味著，指揮部也可以只通過一臺計(jì)算機(jī)將所有的畫面展示在屏幕墻上。

圖4 改進(jìn)的陸域通訊技術(shù)系統(tǒng)示意圖

結(jié)束語

本文提出的基于硬盤錄像機(jī)的現(xiàn)場指揮部多路視頻同步展示系統(tǒng)，在增加少量通用設(shè)備的前提下，可以同時展示陸域水庫多個視頻監(jiān)控畫面，便于與會人員更好地掌握氣槍激發(fā)的各個過程，也極大提升現(xiàn)場指揮部通訊技術(shù)的信息化水平。