民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)的變革與發(fā)展

葉 雷

（民航氣象中心，北京 100015）

0 引言

隨著民航運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，民航的航班量和航線激增，對(duì)民航空管部門(mén)提出了更大的挑戰(zhàn)。民航氣象中心作為民航局空管局的直屬氣象服務(wù)部門(mén)，主要負(fù)責(zé)召集空管氣象系統(tǒng)相關(guān)單位參加民航氣象視頻會(huì)商，參加民航管理部門(mén)的運(yùn)行協(xié)調(diào)決策視頻會(huì)議，收聽(tīng)收看中國(guó)氣象局天氣早會(huì)商。目前，天氣原因是造成航班延誤的一個(gè)重要因素[1-3]。因此，一套穩(wěn)定、可靠、高效的視頻會(huì)商系統(tǒng)對(duì)于民航氣象中心對(duì)外提供及時(shí)準(zhǔn)確的天氣講解服務(wù)，起到了重要的支撐作用。

1 民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)回顧

民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)始建于2009 年，是民航氣象中心初期業(yè)務(wù)系統(tǒng)工程的一部分。當(dāng)時(shí)，該系統(tǒng)建設(shè)主要包括兩個(gè)部分：第一部分為民航氣象會(huì)議系統(tǒng)，其中包括6 個(gè)地區(qū)空管局氣象中心新建視頻會(huì)議系統(tǒng)，以及與華東空管局氣象中心現(xiàn)有視頻設(shè)備的連通；第二部分為中國(guó)氣象局天氣會(huì)商系統(tǒng)的接入，是指民航氣象中心通過(guò)中國(guó)電信專(zhuān)線使用視頻終端接入到中國(guó)氣象局天氣會(huì)商系統(tǒng)。該時(shí)期的民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)能夠支持兩個(gè)會(huì)議：一是民航氣象中心與地區(qū)空管局氣象中心的天氣會(huì)商業(yè)務(wù)；二是收看收聽(tīng)中國(guó)氣象局早會(huì)商，及時(shí)了解和掌握全國(guó)天氣趨勢(shì)。這兩個(gè)視頻會(huì)議滿(mǎn)足了民航空管氣象系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部氣象會(huì)商的業(yè)務(wù)需求。2015 年1 月，經(jīng)過(guò)升級(jí)改造，民航氣象中心通過(guò)中國(guó)聯(lián)通專(zhuān)線使用視頻終端接入民航局運(yùn)行監(jiān)控中心的運(yùn)行協(xié)調(diào)會(huì)商系統(tǒng)，為運(yùn)行監(jiān)控中心及參會(huì)單位提供天氣講解服務(wù)，屬于對(duì)外氣象服務(wù)業(yè)務(wù)。自此，民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)能夠召集和參加3 個(gè)相關(guān)的業(yè)務(wù)視頻會(huì)議。

2021 年7 月，隨著民航三中心（民航運(yùn)行管理中心、氣象中心、民航情報(bào)管理中心，簡(jiǎn)稱(chēng)三中心）工程的正式運(yùn)行，前文所述的天氣會(huì)商系統(tǒng)停用，配套建設(shè)的民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)全面投入使用。新的民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)繼承了原有系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)功能，涉及的會(huì)場(chǎng)包括民航局運(yùn)行監(jiān)控中心、中國(guó)氣象局、民航氣象中心以及各地區(qū)空管局氣象中心，同時(shí)新增了民航氣象中心內(nèi)部會(huì)商的功能，使得系統(tǒng)支持的視頻會(huì)議達(dá)到4個(gè)。整個(gè)系統(tǒng)啟用了一批主流的視頻會(huì)商、音頻、顯示、控制以及網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備，運(yùn)用了一些成熟的技術(shù)。下面就部分設(shè)備和技術(shù)展開(kāi)論述。

圖1 民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 多點(diǎn)控制單元

2.1 多點(diǎn)控制單元概述

多點(diǎn)控制單元也叫多點(diǎn)會(huì)議控制器，英文名為Multi-point Control Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU。如圖2 所示，視頻會(huì)議系統(tǒng)一般由終端、傳輸信道、多點(diǎn)控制單元（MCU）以及系統(tǒng)平臺(tái)等幾部分組成，MCU 在多點(diǎn)視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中處于核心交換的位置[4-5]。MCU 作為主控設(shè)備，負(fù)責(zé)完成與視頻會(huì)議終端之間控制信息的交互，包括呼叫、會(huì)議控制和第三方通信；同時(shí)完成視頻會(huì)議系統(tǒng)中音、視頻和數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，包括多畫(huà)面處理、混音以及碼流轉(zhuǎn)發(fā)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，MCU 相當(dāng)于一個(gè)多媒體交換機(jī)。

圖2 視頻會(huì)議系統(tǒng)簡(jiǎn)要示意圖

2.2 多點(diǎn)控制單元的運(yùn)用

民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)使用過(guò)的MCU 有SCOPIA 100 MCU-24、華為VP9630 和華為VP9650。在初期業(yè)務(wù)時(shí)，系統(tǒng)使用的是SCOPIA 100 MCU-24，該型號(hào)MCU 最高支持16 路高清視頻端口。由于當(dāng)時(shí)ATM 網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)的民航氣象會(huì)商設(shè)計(jì)的會(huì)議帶寬為768 kb·s-1?？紤]到不同參會(huì)單位使用的終端品牌不統(tǒng)一，造成各自的主輔流和音頻所需的帶寬不同，為了保證會(huì)議的畫(huà)面質(zhì)量，要求各終端會(huì)場(chǎng)發(fā)送1 024×768 的標(biāo)清視頻信號(hào)。鑒于上述情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，在MCU上召開(kāi)的是帶寬為768 kb·s-1的標(biāo)清會(huì)議。

隨著氣象服務(wù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，接入民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)的參會(huì)單位增多，原有的SCOPIA 100 MCU-24 已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日常的業(yè)務(wù)需求。因此，技術(shù)部門(mén)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一次升級(jí)改造，選擇華為VP9630 作為系統(tǒng)的主用MCU。華為VP9630 是一款全適配的MCU，為每一路接入會(huì)場(chǎng)分配了獨(dú)立的視頻編解碼資源，運(yùn)算處理能力強(qiáng)，因此每個(gè)會(huì)場(chǎng)的終端可以使用不同的視頻協(xié)議、碼率、帶寬、分辨率，接入到同一個(gè)視頻會(huì)議，同時(shí)終端都能夠獲得與其帶寬和終端能力相匹配的最佳體驗(yàn)。

3 視頻終端和手拉手式話筒系統(tǒng)

3.1 高清視頻終端的運(yùn)用

民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)建設(shè)初期，使用的視頻終端為Aethra VEGA X7 和TANDBERG 3000MXP兩種終端。2015 年升級(jí)改造后，終端更換為Radvision XT4200 和華為VP9039S。三中心工程配套建設(shè)的民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)使用的視頻終端全部為華為T(mén)E50。上述終端均支持720 p、30 幀以上的視頻會(huì)議，呼叫帶寬均在4 Mb·s-1以上，均能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。在后期改造中，由于華為MCU 的使用，為了達(dá)到更好的適配效果，采用了華為終端。

3.2 終端背靠背技術(shù)

如圖1 所示，民航氣象中心通過(guò)民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)參加民航局運(yùn)行監(jiān)控中心的運(yùn)行協(xié)調(diào)決策會(huì)議，參加中國(guó)氣象局早會(huì)商。這兩個(gè)會(huì)議的音視頻內(nèi)容通過(guò)該系統(tǒng)廣播至各地區(qū)空管局氣象中心，這樣就構(gòu)成了三級(jí)視頻會(huì)議的結(jié)構(gòu)。在條件允許的情況下，一般采用MCU 數(shù)字級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行組網(wǎng)，即民航氣象中心的MCU 召集本單位和各地區(qū)氣象中心的視頻終端，同時(shí)MCU 通過(guò)專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)與民航局運(yùn)行監(jiān)控中心和中國(guó)氣象局的MCU 連通[6]。這樣的組網(wǎng)方式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在管理權(quán)限和網(wǎng)絡(luò)信息安全的問(wèn)題，尤其是視頻會(huì)商業(yè)務(wù)已經(jīng)跨越了部委部門(mén)。

為了解決上述問(wèn)題，系統(tǒng)在2015 年升級(jí)改造時(shí)，采用了終端“背靠背”的撥接組網(wǎng)方式，如圖3所示，布置一臺(tái)獨(dú)立的視頻終端A 接入民航局的MCU 或者中國(guó)氣象局的MCU 參加視頻會(huì)商，將該視頻終端的音視頻直接接入民航氣象中心MCU 管理下的另外一臺(tái)視頻終端B，這樣就實(shí)現(xiàn)了音視頻信號(hào)在一級(jí)部門(mén)的MCU、視頻終端A、視頻終端B、民航氣象中心MCU 以及各地區(qū)空管局氣象中心的互聯(lián)互通。目前，新投用的會(huì)商系統(tǒng)繼承了這種依靠視頻終端撥接組網(wǎng)的方式，視頻信號(hào)的連接采用了高清混合視頻矩陣小鳥(niǎo)牌DB-HMX2-E-FR4。音頻信號(hào)的連接采用了數(shù)字音頻處理器（也叫音頻矩陣）銳豐牌DP-1212DANTE。圖3 中視頻終端A和B 的音視頻輸入輸出箭頭代表視頻矩陣和音頻矩陣的物理通道。視頻矩陣和音頻矩陣的使用，實(shí)現(xiàn)了視頻終端之間音視頻信號(hào)的靈活切換。

圖3 視頻終端背靠背連接示意圖

3.3 手拉手式話筒系統(tǒng)

會(huì)商系統(tǒng)建設(shè)初期采用的是傳統(tǒng)會(huì)議話筒系統(tǒng)，為放射狀連接方式，即所有話筒均通過(guò)話筒線接入總調(diào)音臺(tái)，然后通過(guò)操作總調(diào)音臺(tái)控制話筒輸入信號(hào)。這種連接方式能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)初期的業(yè)務(wù)需求，但是隨著后期視頻會(huì)商業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，發(fā)言席位的話筒越來(lái)越多，導(dǎo)致連接線路雜亂，不容易管理，維護(hù)維修難度增大。因此，2015 年，在升級(jí)改造和新建設(shè)民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)均使用了手拉手式話筒系統(tǒng)。如圖4 所示，該系統(tǒng)采用串聯(lián)的接線方式，所有話筒只經(jīng)過(guò)一根匹配的話筒線纜連接到數(shù)字話筒主機(jī)上，大大減少了線纜的數(shù)量。同時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)要求，采用開(kāi)放式的工作模式，發(fā)言人數(shù)不受限制，這樣實(shí)現(xiàn)了多人參會(huì)的目標(biāo)。這種方式能夠靈活地增加和減少話筒數(shù)量，可擴(kuò)展性強(qiáng)，管理更加方便。

圖4 手拉手話筒系統(tǒng)示意圖

4 模擬視頻矩陣向數(shù)字視頻矩陣的轉(zhuǎn)變

在民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)建設(shè)初期，視頻信號(hào)的連接大量使用VGA 接口和線纜，傳輸?shù)氖荝GB模擬視頻信號(hào)，因此選用了一臺(tái)16 輸入×16 輸出的RGB 模擬視頻矩陣。模擬視頻矩陣輸入和輸出接口均為同軸電纜接頭，傳輸距離較短，連接時(shí)需要通過(guò)各種信號(hào)轉(zhuǎn)接線纜或者轉(zhuǎn)接器；經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)各廠家的視頻設(shè)備的信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬視頻矩陣轉(zhuǎn)換后，會(huì)出現(xiàn)一定的圖像偏移和畫(huà)質(zhì)損失。對(duì)此，新投用的會(huì)商系統(tǒng)選擇使用數(shù)字視頻矩陣，配置了一臺(tái)高清混合視頻矩陣，可以支持12 路HDMI 信號(hào)輸入（1 920×1 200@60 Hz）和4 路SDI信號(hào)輸入（1 920×1 080@60 Hz），16 路HDMI 信號(hào)輸出（1 920×1 080@60 Hz），全面支持高清視頻信號(hào)的撥接互聯(lián)。該矩陣使用RS-232 串口線纜接入中控主機(jī)，直接執(zhí)行中控主機(jī)的命令，完成相應(yīng)的視頻信號(hào)的切換。

5 結(jié)語(yǔ)

民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)為航空氣象服務(wù)業(yè)務(wù)提供了有力的支撐。系統(tǒng)運(yùn)行十三年以來(lái)，歷經(jīng)多次業(yè)務(wù)調(diào)整、設(shè)備升級(jí)更新、系統(tǒng)新建等變革，隨著高清混合視頻矩陣、音頻處理器、手拉手式話筒系統(tǒng)、高清視頻矩陣和多點(diǎn)控制單元的使用，整套系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。在民航三中心工程配套建設(shè)的民航氣象視頻會(huì)商系統(tǒng)中，一批穩(wěn)定可靠的國(guó)產(chǎn)視頻會(huì)商設(shè)備逐步被采用，一些成熟的技術(shù)得以積累和繼承。