氣象部門視頻會(huì)議系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

呂常暢，王彥朝，閆春旺，王晉生，宋一寧

（滄州市氣象局，河北 滄州 061000）

0 引 言

隨著多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，遠(yuǎn)距離文字和語音的交流方式不再局限于電話或書信，而是直接以視頻的方式，將聲音和圖像結(jié)合起來，營造面對面交流的氛圍感。高清視頻會(huì)議系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聲音和圖像的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳輸[1]，在氣象部門工作中發(fā)揮著重要作用，是筑牢本地防災(zāi)減災(zāi)體系基礎(chǔ)、提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度、提升工作效率的有力支持。近年來，隨著氣象服務(wù)越來越精細(xì)化，原有的氣象視頻會(huì)議系統(tǒng)的體系更加龐雜，設(shè)備種類更多，操作和維護(hù)難度增加，這就需要工作人員熟知視頻會(huì)議系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，盡可能降低操作失誤，為氣象服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展提供助力。

1 視頻會(huì)議系統(tǒng)構(gòu)成

滄州市氣象局視頻會(huì)議系統(tǒng)基于多媒體通信技術(shù)構(gòu)建，系統(tǒng)覆蓋滄州市轄區(qū)內(nèi)所有縣（區(qū)）氣象局，按照高清標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。視頻會(huì)議系統(tǒng)借助氣象系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)召集轄區(qū)內(nèi)各級(jí)氣象部門進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻會(huì)商會(huì)議，也可參加河北省氣象局的視頻會(huì)商會(huì)議。本系統(tǒng)為滄州地區(qū)建立了覆蓋音頻、視頻、內(nèi)容、業(yè)務(wù)及現(xiàn)有視頻會(huì)議系統(tǒng)的互通互聯(lián)體系，承擔(dān)著氣象部門內(nèi)部氣象會(huì)商、應(yīng)急指揮及遠(yuǎn)程培訓(xùn)等業(yè)務(wù)。通過移動(dòng)氣象會(huì)商視頻會(huì)議系統(tǒng)，可以開展日常會(huì)議、重大活動(dòng)、重要節(jié)日、霧霾環(huán)境和汛期防汛專題會(huì)商；視頻“面對面”分析天氣實(shí)況、通報(bào)災(zāi)情，可提高氣象部門的溝通和協(xié)作效率；突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，一線人員依托視頻會(huì)議系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)回傳到指揮中心，實(shí)現(xiàn)多級(jí)、多部門應(yīng)急指揮和協(xié)同。

1.1 控制中心設(shè)備

市級(jí)控制中心配備有兩臺(tái)相同型號(hào)的視頻會(huì)議系統(tǒng)多點(diǎn)控制單元（Multipoint Control Unit，MCU）、兩臺(tái)背靠背連接的轉(zhuǎn)會(huì)終端、一臺(tái)配備有會(huì)議管理平臺(tái)的服務(wù)器、截包服務(wù)器、錄播服務(wù)器、電視墻服務(wù)器、大屏拼接處理器以及一臺(tái)光纖矩陣。兩臺(tái)多點(diǎn)控制單元中的一臺(tái)用作正常運(yùn)行，另一臺(tái)作為備份機(jī)以待緊急時(shí)使用。MCU實(shí)際上是多媒體信息交換機(jī)，可進(jìn)行多點(diǎn)呼叫和連接，能實(shí)現(xiàn)視頻廣播、視頻選擇、音頻混合及數(shù)據(jù)廣播等功能，完成各終端信號(hào)的匯接與切換，具備強(qiáng)大的組網(wǎng)能力和動(dòng)態(tài)速率，支持1080P分辨率的視頻碼率和最高8 MB·s-1的會(huì)議寬帶。背靠背連接轉(zhuǎn)會(huì)終端可將上級(jí)氣象部門召開的視頻會(huì)議轉(zhuǎn)發(fā)給其他分會(huì)場收聽收看。配備有會(huì)議管理平臺(tái)的服務(wù)器負(fù)責(zé)參會(huì)人員召集、會(huì)議流程控制、結(jié)束會(huì)議等，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的精準(zhǔn)調(diào)度。截包服務(wù)器可抓取分會(huì)場的主流畫面，便于系統(tǒng)監(jiān)控各分會(huì)場的會(huì)議進(jìn)程。錄播服務(wù)器可實(shí)時(shí)錄制整個(gè)會(huì)議過程，以便后續(xù)處理。電視墻服務(wù)器和大屏拼接處理器對電視墻圖像進(jìn)行處理和顯示。光纖矩陣負(fù)責(zé)根據(jù)需要切換不同信號(hào)。

1.2 分會(huì)場設(shè)備

各級(jí)分會(huì)場視頻會(huì)議系統(tǒng)由MCU和各類視頻會(huì)議終端組成?；鶎余l(xiāng)鎮(zhèn)視頻會(huì)議系統(tǒng)控制中心系統(tǒng)可召開多個(gè)會(huì)議終端與會(huì)的會(huì)議，能夠連接氣象專用網(wǎng)絡(luò)和政務(wù)外網(wǎng)。召開會(huì)議時(shí)，各分會(huì)場的視頻會(huì)議終端基于IP網(wǎng)絡(luò)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)接入上級(jí)控制中心MCU，分會(huì)場音頻、視頻、雙流信號(hào)在經(jīng)過終端解碼后，能夠經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至上級(jí)MCU進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。

1.3 移動(dòng)視頻會(huì)議系統(tǒng)

突發(fā)緊急氣象災(zāi)害時(shí)，需要視頻會(huì)議系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地將災(zāi)害現(xiàn)場實(shí)況情況傳輸至需要的地方。當(dāng)前，4G VoLTE高清音視頻通話較為普及。隨著5G網(wǎng)絡(luò)快速建設(shè)，5G VoNR話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均由5G網(wǎng)絡(luò)承載，能保證畫質(zhì)更高清、通話不卡頓，同步解決了通話的同時(shí)使用5G高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的問題。高清會(huì)議視頻系統(tǒng)中采用5G技術(shù)，極大地增強(qiáng)了應(yīng)急事件處理中的主動(dòng)性。滄州市氣象移動(dòng)終端接入視頻組網(wǎng)系統(tǒng)主要由融合服務(wù)器（DPRM和DMA）、智能移動(dòng)終端RPM、互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)RPAD和一臺(tái)MCU設(shè)備組成。融合服務(wù)器能夠合理配置系統(tǒng)資源，統(tǒng)一調(diào)度使用，達(dá)到監(jiān)管視頻協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的目的，同時(shí)支持GK和SIP服務(wù)器功能。GnuGK可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的穿透，支持H.232和SIP協(xié)議。智能移動(dòng)終端RPM安裝POLYCOM手機(jī)終端軟件，當(dāng)事件現(xiàn)場具備4G、5G或WiFi無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)支持通信時(shí)，控制中心便和POLYCOM MCU級(jí)聯(lián)[2]。RPM可根據(jù)控制中心派發(fā)的管理員用戶名和登錄密碼，通過RPAN將事件現(xiàn)場的實(shí)時(shí)畫面?zhèn)魉椭罰OLYCOM MCU，進(jìn)而在市級(jí)控制中心大屏幕中予以顯示。應(yīng)急指揮中心的領(lǐng)導(dǎo)和專家通過視頻高清可視化直達(dá)事件現(xiàn)場，并傳達(dá)指揮和調(diào)度命令。

1.4 控制中心音視頻功能的實(shí)現(xiàn)

控制中心可以處理、中轉(zhuǎn)傳送、切換各參會(huì)會(huì)場之間的音頻、主流信號(hào)和輔流信號(hào)。主流信號(hào)采集后，利用大屏顯示系統(tǒng)分別用于管理調(diào)度和監(jiān)控顯示。光纖矩陣可達(dá)到自由切換視頻信號(hào)的目的，同時(shí)截包服務(wù)器可抓取各分會(huì)場主流信號(hào)數(shù)據(jù)量[3]。工作人員操控中控主機(jī)，對經(jīng)光纖矩陣處理后的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行控制切換，進(jìn)而將參會(huì)會(huì)場的主流視頻信號(hào)投放在大屏幕中予以顯示。音頻則由調(diào)音控制臺(tái)對各會(huì)場的輸入信號(hào)進(jìn)行放大、混合、分配和音響效果加工，調(diào)音控制臺(tái)將處理后的一部分音頻輸送至視頻會(huì)議終端，另一部分則輸送至數(shù)字音頻處理器。數(shù)字音頻處理器連接功放，能夠讓控制中心對音頻進(jìn)行擴(kuò)音。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 多系統(tǒng)跨網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

將視頻會(huì)議系統(tǒng)延伸至鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象視頻會(huì)議系統(tǒng)末端，可以增強(qiáng)整個(gè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的操作性能，降低維護(hù)難度。需要在各分會(huì)場增加云控制節(jié)點(diǎn)，在市視頻會(huì)議系統(tǒng)增加云管理功能，可實(shí)現(xiàn)對縣鄉(xiāng)分會(huì)場的遠(yuǎn)程控制。市局控制中心平臺(tái)配備有MCU，具備多樣化云形態(tài)部署、云MCU集群化部署、全網(wǎng)靈活域管理、雙?；旌蠒?huì)議、多運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)類型接入、多類型終端接入以及云統(tǒng)一管理的特點(diǎn)。系統(tǒng)支持混合組網(wǎng)，即云計(jì)算中心級(jí)云平臺(tái)和云MCU的混合部署；支持自動(dòng)化部署，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)管理可視化，可批量加載和升級(jí)軟件包；支持云MCU資源池管理、負(fù)載均衡、全網(wǎng)數(shù)據(jù)同步、異地容災(zāi)；通過服務(wù)域劃分，建立用戶、平臺(tái)資源的使用關(guān)系，支持多級(jí)用戶資源共享，支持跨級(jí)管理和業(yè)務(wù)的完全托管；支持大型導(dǎo)演模式會(huì)議、小型會(huì)商模式會(huì)議，提供合理經(jīng)濟(jì)化資源調(diào)用方式，實(shí)現(xiàn)媒體端口按需分配，提高資源利用率。市氣象視頻會(huì)議系統(tǒng)與市政府會(huì)議系統(tǒng)之間通過終端與終端音視頻背靠背連接，雖無直接的多點(diǎn)控制數(shù)字級(jí)聯(lián)，但可借助背靠背連接實(shí)現(xiàn)模擬方法級(jí)聯(lián)，讓音視頻信號(hào)在兩個(gè)終端間互通。

2.2 大屏幕顯示系統(tǒng)

為有效融合政府其他部門數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多途徑來源信息的整合應(yīng)用，達(dá)到優(yōu)化利用、靈活調(diào)度任意資源的目的，需要采用大屏幕顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)融信號(hào)切換技術(shù)、拼接控制器、控制軟件、多屏無縫拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體。LED大屏顯示系統(tǒng)主要由LED顯示屏、發(fā)送器、拼接處理器、電源以及相關(guān)配線等組成，是顯示視頻信號(hào)的主要設(shè)備，可顯示視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、攝像機(jī)、DVD、管理PC等的視頻信號(hào)內(nèi)容。發(fā)送器可以發(fā)送視頻數(shù)據(jù)至LED顯示屏，支持HDMI、DVI等高清接口。拼接處理器是視頻信號(hào)處理的核心設(shè)備，具備畫面分割、拼接以及信號(hào)切換等功能，設(shè)備支持任意開窗、任意漫游及高分地圖等功能?？刂贫酥С諴C平臺(tái)、移動(dòng)平臺(tái)等設(shè)備，適應(yīng)Windows、Android、iOS等系統(tǒng)，能讓與會(huì)者靈活選用所使用的連接設(shè)備，接通網(wǎng)絡(luò)后即可將所需顯示的內(nèi)容投放至大屏幕上的共享畫面中。快速無縫切換、畫面無延遲的特點(diǎn)，讓視頻會(huì)議系統(tǒng)成為集中調(diào)度、信息共享、監(jiān)控決策的平臺(tái)工具。

3 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 圖像編碼技術(shù)

當(dāng)前，主流的視頻編碼解碼技術(shù)有H.266、H.265、H.264、MPEG-4和MPEG-2等。目前最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是H.266技術(shù)。該技術(shù)在同等畫質(zhì)下能夠節(jié)省近50%傳輸流量，清晰度越高，碼率節(jié)省越多[4]。從MPEG-1到MPEG-2，從H.263、H.264到H.265（HEVC），以及現(xiàn)在的H.266等一系列標(biāo)準(zhǔn)，都是為了讓碼流更優(yōu)化、壓縮效率更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)。于2013年推出的H.265標(biāo)準(zhǔn)在H.264編解碼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高了壓縮率、編碼質(zhì)量，并且仍然采用混合編解碼。相較于其他標(biāo)準(zhǔn)，H.264著重強(qiáng)調(diào)更高的編碼壓縮率和傳輸可靠性，在氣象部門視頻會(huì)議系統(tǒng)中更為適用。

3.2 音頻標(biāo)準(zhǔn)分析

視頻、音頻及圖像傳輸質(zhì)量是決定高清晰視頻會(huì)議系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵[5]。視頻會(huì)議中，與會(huì)者之間是通過音頻對話實(shí)現(xiàn)相互交流的，因此音頻質(zhì)量保證尤為重要。河北省滄州市氣象局視頻會(huì)議系統(tǒng)采用的是G.722-64 K音頻協(xié)議，音頻采樣頻率為16 kHz，頻寬7 kHz，擁有48 kb·s-1，56 kb·s-1及64 kb·s-1三種傳輸速率，音質(zhì)質(zhì)量好，且音頻延時(shí)和誤碼率較低。氣象部門開展視頻會(huì)議時(shí)，該音頻標(biāo)準(zhǔn)充分發(fā)揮其低帶寬、低延遲以及高質(zhì)量的優(yōu)勢，降低了視頻會(huì)議現(xiàn)場音頻還原過程中丟失過多信息的概率以及延時(shí)和抖動(dòng)現(xiàn)象，使視頻會(huì)議過程中實(shí)現(xiàn)高保真CD音質(zhì)。

4 結(jié) 語

視頻會(huì)議系統(tǒng)的構(gòu)建在氣象業(yè)務(wù)工作中占據(jù)重要地位。該系統(tǒng)的應(yīng)用依托氣象部門內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，可用于氣象行政會(huì)議、天氣會(huì)商、業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)等活動(dòng)，是氣象部門提升氣象服務(wù)水平的有力保障。認(rèn)識(shí)構(gòu)建滄州市氣象局視頻會(huì)議系統(tǒng)的重要性，結(jié)合視頻會(huì)議系統(tǒng)的構(gòu)成，設(shè)計(jì)出適用于本地氣象工作的視頻會(huì)議系統(tǒng)，能夠發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，克服日常應(yīng)用中出現(xiàn)的丟碼、延時(shí)和抖動(dòng)等問題，使其更好地助力滄州市氣象工作開展。