基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)設計探析

夏愛民　劉東亞　徐曉剛

摘? 要：隨著信息技術不斷發(fā)展，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，迫切需要采用新的技術手段解決顯示控制系統(tǒng)建設相關問題。在某應急處置指揮中心建設中，采用H.265流媒體技術和分布式控制理念設計了基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)總體架構，通過CREATOR集中控制系統(tǒng)開發(fā)了分布式調度控制平臺，實現了多源信息的有效融合和綜合應用，靈活性度高、可靠性強。

關鍵詞：流媒體;分布式;顯示控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273;TN873 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）05-0052-03

Design of Distributed Display Control System Based on Streaming Media

XIA Aimin，LIU Dongya，XU Xiaogang

（Nankai University Information Technology Science College，Tianjin? 300071，China）

Abstract：With the continuous development of information technology，the traditional display control system is facing many challenges. It is urgent to adopt new technical means to solve the problems related to the construction of display control system. In the construction of an emergency response command center，H.265 streaming media technology and distributed control concept are used to design the overall framework of the distributed display control system based on streaming media. Through the CREATOR centralized control system，a distributed dispatching control platform is developed，which realizes the effective integration and comprehensive application of multi-source information，with high flexibility and reliability.

Keywords：streaming media;distributed;display control system

0? 引? 言

近年來，顯示控制系統(tǒng)在國家和地方政府部門組織的各類重大活動中發(fā)揮了非常重要的作用，例如國慶閱兵慶典、世界軍人運動會安保、公安部門視頻調度以及搶險救災等應急指揮活動。在這些大型活動中，顯示控制系統(tǒng)常常被設計成為關鍵位置、關鍵時刻的頂層信息集成應用系統(tǒng)，能夠利用各類專用網絡、電話網以及各類無線通信手段同時調度傳送多路信息，為圓滿完成活動保障提供了更加完整、更加高效、更加可靠的信息集成與支撐服務。在某部應急處置指揮中心建設中，采用了基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)技術設計，提供了一種全新的體系框架結構，對來自于不同信息系統(tǒng)、不同網絡的視音頻信號在系統(tǒng)中按照H.265格式進行編碼和融合集成，形成標準化格式的流媒體顯示與控制信息，旨在滿足處于分散地域的不同部門同步使用和共享調度的需要。

1? 傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)的技術瓶頸

顯示控制系統(tǒng)是調度控制中心內顯示與控制設備的集成系統(tǒng)，也是調度控制中心內的人機界面，是調度控制中心向調度控制人員提供信息處理功能的集中體現。其主要作用是通過集成設備與系統(tǒng)，實現受控空間可視化，支持決策過程，進行信息管理分發(fā)。傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)包括視音頻采集處理、切換矩陣、信號傳輸、集中控制和協作平臺等設備，主要通過各種視音頻線纜進行傳輸，利用專門的矩陣實現對信號的格式轉換、切換調度和共享使用，具體結構圖如圖1所示。

在單個場所的信息交互過程中，各種不同格式的視音頻信號同時匯聚到一個或多個級聯的矩陣，整個信息傳輸鏈路中圖像質量比較高，傳輸和切換的速度比較快、延時很小。但是，隨著技術的不斷發(fā)展以及面對應用需求的不斷變化，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。

1.1? 規(guī)模受限

隨著業(yè)務需求的不斷拓展，建設單位有越來越多的信號需要匯聚到指揮控制中心或者調度中心，但傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)受矩陣容量的限制，有時不得不通過采用多臺矩陣級聯的方式來實現大規(guī)模信號切換，導致信號傳輸衰減大、可靠性差，操作非常復雜、易用性差，而且在切換過程中系統(tǒng)調用受限很多。

1.2? 難以擴容

傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)中的矩陣是機框式設計，如果因為業(yè)務需求變化要增加系統(tǒng)容量，往往需要將系統(tǒng)的核心矩陣進行整體替換，無法進行二次利用，費用消耗相當大。另一方面，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)的信號傳輸采用的是專業(yè)視音頻線纜，在系統(tǒng)發(fā)生變更的時候，如果原先設計與施工過程中沒有預留專用視頻線路或者擴容空間，新的需求將難以實現。

1.3? 設計實施復雜

傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)建設時，設計人員除了要詳細了解系統(tǒng)基本功能，還需要清楚設備品牌型號、各種接口、信號類型及線材傳輸特性，對施工現場的線材計算必須要極其準確。但即便是非常專業(yè)的工程師，在建設中也往往會出現項目實施情況與設計偏差較大的情況，在很多細節(jié)上還會存在遺漏甚至不可實行的問題。

綜合以上分析，該指揮中心已不宜采用傳統(tǒng)顯示控制模式進行建設。

2? 流媒體技術應用需求分析

流媒體技術是將一連串媒體數據壓縮后，通過數據流的形式，實現網絡數據流發(fā)布的技術，其主要特征是采用流式傳輸技術進行傳輸，具有較強的實時性和交互性。隨著科學技術的不斷發(fā)展，流媒體已不再是以往的單種流式傳輸，更多的是多種應用的綜合，在基于多種網絡應用技術的結合中進行數據采集、壓縮和傳輸。此方式是通過網絡實時傳輸實現的，為用戶提供了很多便利，節(jié)省了用戶等待的時間，在顯示控制系統(tǒng)中具有重要的應用價值。

通過對該指揮中心采用流媒體技術應用設計，其主要目的是使顯示控制系統(tǒng)啟動延時縮減，有效減少系統(tǒng)緩存。此外，采用流媒體技術，在數據壓縮技術和文件傳輸技術上比較先進，能夠使應急指揮收發(fā)的文件在傳輸時存儲量減小，在傳輸時速度比較快，各應急處置部門在信息發(fā)布時更加容易、快捷。應急處置指揮中心流媒體的流式傳輸方案采用HTTP/TCP（RTSP）來傳輸控制信息，用RTP/UDP來傳輸實時視音頻數據，其信息傳輸主要依托專用網絡來實現。因此，在該指揮中心顯示控制系統(tǒng)建設時，需要對網絡架構和網絡帶寬進行充分考慮，可以設計為主干10 000 M傳輸，用戶端1 000 M傳輸，如果按照H.265格式壓縮傳輸，每一路信號以5 M視頻流計算，主干可以傳輸上千路信號，完全能夠滿足應用需求。

3? 分布式顯示控制系統(tǒng)的架構設計

3.1? 分布式顯示控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

為滿足信號海量接入、系統(tǒng)靈活升級擴容、設備設施管理IT化的應用需求，許多單位都不約而同地將目光瞄向了流媒體技術和分布式技術，將AV over IP作為引領自身變革的方向。通過將該指揮中心顯示控制系統(tǒng)中的所有接口統(tǒng)一設計為網絡接口，用網線或者光纖替代各種格式的視頻線纜，便于實施布線，只需網絡連通，即可實現擴容，可以利用網絡復用傳輸特性進行大量信號傳輸切換，便于進行大規(guī)模組網，同時也便于采用分布式架構設計。由于該應急處置指揮中心包含成百上千路信號需要交換共享，采用分布式顯示控制系統(tǒng)的優(yōu)勢顯得更加明顯。

3.2? 分布式顯示控制系統(tǒng)的架構設計

基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)是該指揮中心的重要依托，既可以傳輸視音頻信息，又可以控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)可設計為多個節(jié)點，在地域上相對分散，具有系統(tǒng)控制調度的分布性。該指揮中心基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)架構設計如圖2所示。

該系統(tǒng)按照分布式網絡架構進行了設計，設置了總控室、多個分控中心、多個會議室等控制節(jié)點，各節(jié)點在地位上彼此平等，無主次之分，既可以自治地進行工作，又能通過共享的網絡來統(tǒng)一調度信息，協調處理任務。但總控室同時具有集中控制的最高權限，調度信息的范圍最廣，完全滿足大型指揮活動應用需求。

系統(tǒng)架構設計完成后，按應用需求建設部署了相關設施設備。通過CREATOR集中控制系統(tǒng)對各型設備進行編程控制，形成各分控中心的集中調度平臺，并統(tǒng)一接入該中心專用網絡，實現了系統(tǒng)的互聯互通和分布式控制調度，有效發(fā)揮了應用效益。

4? 結? 論

新技術發(fā)展催生新的應用。隨著人類社會進入到5G高速互聯網的新時代，網絡速度不斷提升，信息傳播更為迅捷、順暢、高效，極大地促進了流媒體顯示控制技術的發(fā)展與運用。該指揮中心設計的基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)是一種全新的技術應用，有效地解決了傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨的技術瓶頸。通過大規(guī)模組網部署，可以提升信息傳輸的實時性、便捷性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，具有廣泛的應用前景。

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作者簡介：夏愛民（1977-），男，漢族，北京人，教師，副教

授，碩士，研究方向：自動控制;劉東亞（1989-），男，漢族，安徽淮北人，工程師，本科，研究方向：自動控制;徐曉剛（1992-），男，漢族，浙江建德人，工程師，本科，研究方向：自動控制。