張利濱,葛 珊,江兆明
(1.中國電子科技集團(tuán)公司第三研究所,北京 100015;2.北京海訊達(dá)通信公司,北京 100017)
疫情期間,政府部門和企事業(yè)單位通過視頻會議方式召開各種規(guī)模不等的會議,對大中型會場視頻會議功能的需求非常迫切。視頻會議是采用數(shù)字音視頻壓縮處理技術(shù)在不同會場之間通過傳輸網(wǎng)絡(luò)相互傳送聲音、圖像、數(shù)據(jù)信息的會議形式,具有實時性、直觀性和交互性的特點,而且會議規(guī)??纱罂尚?,參會人數(shù)可多可少,是政府部門和企事業(yè)單位提升溝通效率、快速高效傳達(dá)政策、決策或上級會議精神的有效方式。早期建成使用的大中型會議室、多功能廳、禮堂、報告廳或宴會廳等場所,已經(jīng)具備了一定的音頻擴(kuò)聲、大屏幕顯示和燈光系統(tǒng)等會場設(shè)施,但是大多數(shù)會場不具備視頻會議交互功能。對此,本文介紹一種技術(shù)方案,通過增加一套流動型視頻會議系統(tǒng)的方式,為大中型會場增加視頻會議功能,可廣泛應(yīng)用在跨地區(qū)或跨部門的視頻會議、應(yīng)急指揮、云信息發(fā)布、合作論壇以及商務(wù)推廣會議等會場,滿足大中型會場靈活、快捷、方便地擴(kuò)展視頻會議功能的需要。
當(dāng)前,各政企單位已建成的大中型會議室、多功能廳、禮堂、報告廳或宴會廳,其會場主要功能是舉辦大中型會議、舉辦專題講座及報告、舉辦專題發(fā)布會(新聞發(fā)布、產(chǎn)品發(fā)布)或兼顧舉行小型文藝活動等。如果會場系統(tǒng)需要增加視頻會議功能,其解決方案有兩種。其一,按照國家標(biāo)準(zhǔn)《會議電視會場系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50635—2010)[1]的各項規(guī)定要求,對會場系統(tǒng)進(jìn)行全面升級改造。會場系統(tǒng)升級改造是一項需要多個專業(yè)密切配合的龐大工程,要求較多的改造資金和較長的改造周期,而且改造后該會場作為具有視頻會議功能的固定會場能夠長期使用。其二,如果改造資金或改造周期不適合進(jìn)行全面升級改造,可以通過增加一套流動型視頻會議系統(tǒng)對原會場系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展升級,滿足臨時使用會場召開視頻會議的需要。
在流動型視頻會議系統(tǒng)中,音頻系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)分別有兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(1)音頻、視頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。其特點是系統(tǒng)簡單、操作便捷,適用于大多數(shù)會場擴(kuò)展視頻會議功能使用。
(2)音頻、視頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)。其特點是系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性高,備份機(jī)制完善,無單一崩潰點,能保證系統(tǒng)整體安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定。
為了便于使用,系統(tǒng)核心設(shè)備全部安裝在2~4臺流動機(jī)柜內(nèi),預(yù)監(jiān)顯示、監(jiān)聽、集中控制等設(shè)備安裝在機(jī)柜表面,有源音箱和大屏幕顯示器安裝在流動支架上,再輔以多種規(guī)格的設(shè)備連線,能夠快速、便捷地與使用會場相融合,滿足會場擴(kuò)展視頻會議功能需要[2]。一套流動型視頻會議系統(tǒng),既可流動使用在多個會場,也可在政企單位舉行特別重要會議時作為會場音視頻系統(tǒng)的應(yīng)急備份和系統(tǒng)補(bǔ)充使用。
會場主席臺、會場觀眾區(qū)的燈光照度需要達(dá)到視頻會議使用要求,否則需要增加、更換部分燈光設(shè)備,或采用流動補(bǔ)光方式,增加部分補(bǔ)光設(shè)備。另外,需要根據(jù)視頻會議終端(或基帶光端機(jī))連通相應(yīng)的傳輸網(wǎng)絡(luò),舉辦重要視頻會議時,會議終端和傳輸網(wǎng)絡(luò)需要有冗余備份。
系統(tǒng)中配備了2~4臺高質(zhì)量云臺式攝像機(jī)。其中,兩臺云臺攝像機(jī)放置在會場后端,作為主席臺全景和領(lǐng)導(dǎo)特寫畫面使用,在使用時特寫和全景攝像機(jī)功能互備;另外兩臺放置在主席臺前端,用作攝取全場和第一排參會人員的全景和特寫畫面使用,與切換臺或視頻多功能會控一體機(jī)配合,為視頻會議提供高質(zhì)量視頻圖像[3]。
系統(tǒng)中配備了2~4只全頻有源揚(yáng)聲器,滿足會場應(yīng)急擴(kuò)聲、聲場補(bǔ)充的需要。使用時,如果會場原有的擴(kuò)聲系統(tǒng)能夠達(dá)到國標(biāo)《會議電視會場系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50635—2010)中音頻系統(tǒng)性能指標(biāo)要求,只需要使用兩只有源揚(yáng)聲器放置在主席臺兩側(cè),作為原會場擴(kuò)聲系統(tǒng)的應(yīng)急擴(kuò)聲使用。如果會場原擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)不到視頻會議要求,則采用流動系統(tǒng)中配置的會議傳聲器、有源揚(yáng)聲器以及流動機(jī)柜中的音頻設(shè)備,能夠快速完成會場擴(kuò)聲系統(tǒng)的臨時搭建,滿足視頻會議使用需要。
系統(tǒng)兼容標(biāo)清、高清及全高清信號,能夠?qū)崿F(xiàn)矩陣無縫切換,并能實現(xiàn)所有輸入信號在會場每個屏幕上單獨顯示或在大屏多畫面合成顯示,顯示畫面清晰,不閃爍、不黑屏。
系統(tǒng)能夠?qū)⑺休斎搿⑤敵鲂盘柕膱D像在預(yù)監(jiān)顯示器上進(jìn)行多畫面分割顯示,包括攝像機(jī)的輸出信號,錄播器、視頻會議終端和光端機(jī)的輸入、輸出信號圖像及會場屏幕顯示器播出信號畫面,實現(xiàn)實時預(yù)監(jiān)圖像顯示的功能。
系統(tǒng)中配備了固態(tài)硬盤式錄播器,便于視頻會議內(nèi)容的錄音、錄像,并具備對任意輸出通路進(jìn)行疊加字幕、通知的功能。
系統(tǒng)中配置了集中控制器,將錄播器、數(shù)字音頻處理器、視頻多功能會控一體機(jī)以及液晶顯示屏等設(shè)備的日常操作集成到可視化人機(jī)界面(觸摸屏)上,實現(xiàn)了系統(tǒng)集中控制的功能。集中控制器還可根據(jù)會議使用場景實現(xiàn)一鍵操作的功能,使系統(tǒng)操作更集中、簡單和便捷。
在系統(tǒng)設(shè)計上,音視頻核心設(shè)備規(guī)模可擴(kuò)充,關(guān)鍵設(shè)備可靈活升級,系統(tǒng)具備較高的適用性和可擴(kuò)展性。此外,系統(tǒng)配置了多路輸入、輸出外接接口端子,可靈活接入和送出多種信號格式的音視頻信號,方便會場升級擴(kuò)展功能使用。
系統(tǒng)升級備份結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行了整體設(shè)計。核心部分?jǐn)?shù)字音頻處理器與視頻多功能會控一體機(jī)采用了雙機(jī)備份方式,當(dāng)其中一臺設(shè)備出現(xiàn)故障、無法正常工作時,設(shè)備輸出信號智能轉(zhuǎn)換到另一臺同樣設(shè)備上,保證系統(tǒng)正常使用。
4.1.1 基本結(jié)構(gòu)
音頻系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)采用調(diào)音臺+數(shù)字音頻處理器的基本結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點。系統(tǒng)連接方式是:流動機(jī)柜的接線輸入端口、音頻錄播器、視頻會議終端和光端機(jī)信號接入調(diào)音臺,調(diào)音臺與數(shù)字音頻處理器之間可以直接相連或采用Dante數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)相連,數(shù)字音頻處理器輸出分別連接至流動機(jī)柜的接線輸出端口、音頻錄播器、視頻會議終端和光端機(jī)。
圖1 音頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
音頻系統(tǒng)的核心設(shè)備為調(diào)音臺和數(shù)字音頻處理器。采用調(diào)音臺是為了延續(xù)以往許多操作者的使用習(xí)慣,方便會議過程中音量調(diào)節(jié)、切換及混音等人工操作。數(shù)字音頻處理器內(nèi)置增益、均衡、壓縮、延時、路由切換及回聲抑制等眾多音頻處理模塊,可以對通道信號進(jìn)行必要調(diào)整,使得系統(tǒng)的音質(zhì)效果更為突出。
會議前,需要設(shè)置、調(diào)試好數(shù)字音頻處理器的通道參數(shù)或會議使用模式。會議進(jìn)行時,主要通過調(diào)音臺進(jìn)行功能操作,來獲得會場最佳使用效果。音頻系統(tǒng)的核心設(shè)備全部安裝在一臺流動機(jī)柜內(nèi),機(jī)柜上配置了輸入、輸出接口端子,方便與傳聲器、有源音箱等外圍設(shè)備和原會場音頻系統(tǒng)連接。
這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點:能夠發(fā)揮調(diào)音臺和數(shù)字音頻處理器各自的功能優(yōu)勢,操作簡單、使用方便且不容易出現(xiàn)誤操作;通過將視頻會議終端、光端機(jī)直接與調(diào)音臺相連,能夠及時消除不同會場之間切換時的音量大小差異;通過調(diào)音臺與數(shù)字音頻處理器的配合使用,解決了大型會場遠(yuǎn)端回聲問題;通過合理設(shè)置數(shù)字音頻處理器的通道延時,解決了系統(tǒng)聲像同步(唇音同步)的問題。然而,該系統(tǒng)也有一定的缺點,比如,系統(tǒng)由調(diào)音臺進(jìn)行操作,需要有專人控制,另外系統(tǒng)核心設(shè)備沒有備份。
4.1.2 備份升級結(jié)構(gòu)
對系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性要求很高的會場,音頻系統(tǒng)可采用調(diào)音臺+雙數(shù)字音頻處理器組合的雙鏈路結(jié)構(gòu),在系統(tǒng)輸入端增加音頻無源分配器,在系統(tǒng)輸出端增加音頻智能切換器,系統(tǒng)升級具備了雙鏈路備份功能。系統(tǒng)連接方式是:流動機(jī)柜的接線輸入端口、音頻錄播器、視頻會議終端(主備)、光端機(jī)(主備)的信號先接入至音頻無源分配器,再由音頻無源分配器的輸出分別接入調(diào)音臺和兩路數(shù)字音頻處理器,調(diào)音臺與數(shù)字音頻處理器之間采用Dante數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)相連;兩路數(shù)字音頻處理器的輸出經(jīng)過音頻智能切換器后再與接線輸出端口、音頻錄播器和視頻會議終端(主備)、光端機(jī)(主備)相連。音頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 音頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)中配置調(diào)音臺,是為了保持靈活操控特點,方便會議過程中的音量調(diào)節(jié)、切換、混音等人工操控功能;配置數(shù)字音頻處理器雙鏈路備份方式,使得兩臺數(shù)字主機(jī)始終處于同樣的工作狀態(tài),互為熱備份,當(dāng)其中任意一臺數(shù)字主機(jī)出現(xiàn)故障,均不影響系統(tǒng)的所有功能,保證了音頻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
數(shù)字音頻處理器內(nèi)置增益、均衡、壓縮、延時、路由切換以及回聲抑制均衡等眾多音頻處理模塊,并可將數(shù)字音頻處理器設(shè)置為智能會議模式,同步進(jìn)行會議操作控制,使得數(shù)字音頻處理器的各種功能模塊得到更好的發(fā)揮。
會議使用時,調(diào)音臺與數(shù)字音響處理器既可以結(jié)合起來操作,發(fā)揮調(diào)音臺+數(shù)字音頻處理器的整體功能優(yōu)勢,又能將數(shù)字音頻處理器設(shè)置為智能會議模式單獨運(yùn)行,且兩種操作模式可以隨時轉(zhuǎn)換,使得音頻系統(tǒng)既靈活方便,又功能強(qiáng)大,解決了音頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的所有不足。音頻系統(tǒng)的核心設(shè)備也是全部安裝在一臺流動機(jī)柜內(nèi)。
4.1.3 系統(tǒng)外圍設(shè)備
音頻系統(tǒng)外圍設(shè)備有3~5只會議傳聲器(含底座)、1~2對有源音箱(含流動支架)、1對監(jiān)聽音箱、1副監(jiān)聽耳機(jī)以及1臺千兆交換機(jī)。在這兩種流動型音頻系統(tǒng)架構(gòu)下,只要將會議傳聲器信號接至流動機(jī)柜接線輸入端口,將有源音箱接至流動機(jī)柜接線輸出端口,就能夠組成會場視頻會議音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)。此外,流動機(jī)柜接線端口留有與外會場音頻輸入、輸出信號的接線端口,能夠與使用會場充分融合,完成多種規(guī)模形式視頻會議的使用要求。
4.2.1 基本結(jié)構(gòu)
視頻系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)采用切換臺+視頻矩陣,并輔以輸入端分配器、輸出端分配器和畫面分割器,共同組成了數(shù)字3G-SDI視頻信號格式的基本結(jié)構(gòu)方式。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼容SDI視頻高清、標(biāo)清格式,外圍設(shè)備采用單根同軸線纜即可傳輸,且傳輸距離遠(yuǎn),施工方便。如果系統(tǒng)中存在某個連接設(shè)備的視頻信號格式、接口不一致,需要先將其設(shè)備接口轉(zhuǎn)換成3G-SDI視頻信號格式、接口,然后連接到系統(tǒng)中。系統(tǒng)連接方式是:流動機(jī)柜的接線輸入端口、視頻錄播器、視頻會議終端和光端機(jī)的信號先接入至視頻分配器,再將視頻分配器的輸出分別接入切換臺、視頻矩陣和畫面分割器,切換臺的輸出直接至視頻矩陣;視頻矩陣的輸出經(jīng)過視頻分配器后再分別與畫面分割器和接線輸出端口、視頻錄播器、視頻會議終端及光端機(jī)相連,字幕機(jī)與切技臺通過DSK鍵口連接,多畫面監(jiān)視器與畫面分割器連接[4]。
流動使用時,由會場攝像機(jī)組和切換臺共同完成會場全景或人員特寫圖像攝取、攝像機(jī)鏡頭控制以及畫面切換輸出等功能。采用切換臺調(diào)度切換會場攝像機(jī)的圖像信號,操作簡單,輸出的視頻信號圖像不閃爍、不黑屏,能夠確保高質(zhì)量圖像無縫切換傳輸。
視頻矩陣與視頻會議終端、光端機(jī)、錄播器及會場屏幕顯示器相連,承擔(dān)著調(diào)度選擇視頻會議終端、光端機(jī)、錄播器的視頻輸入信號和切換選擇會場大屏顯示器的視頻輸入信號,由切換臺和視頻矩陣組成視頻切換控制中心,具有操作簡單、控制方便的特點。
視頻系統(tǒng)核心設(shè)備全部安裝在另一臺流動機(jī)柜內(nèi)。機(jī)柜上配置了輸入、輸出接口端子,方便與攝像機(jī)、流動大屏顯示器等外圍設(shè)備和與原會場視頻系統(tǒng)融合連接。
這種視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點。
(1)視頻無縫切換。使用多機(jī)位攝像機(jī)的視頻系統(tǒng),由于需要經(jīng)常切換不同攝像機(jī)畫面,采用切換臺無縫切換,能夠確保會場大屏顯示器播出的圖像畫面不黑屏、不閃爍。
圖3 視頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
(2)高清、標(biāo)清兼容。符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的高清、標(biāo)清視頻信號全部兼容,并具備圖像分辨率上下變換功能。
(3)多路視頻信號監(jiān)視。通過輸入端、輸出端的視頻分配器,將攝像機(jī)信號,視頻會議終端輸入、輸出信號,錄播器輸入、輸出信號和會場大屏顯示器播放信號等,在畫面分割器的顯示屏幕上實時全程顯示,便于調(diào)控切換。
(4)設(shè)備采用數(shù)字3G-SDI視頻信號格式,單機(jī)性能好,穩(wěn)定性高,信號傳輸距離遠(yuǎn),系統(tǒng)應(yīng)急備份手段多樣。
該視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點是:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,采用設(shè)備較多;設(shè)備接口單一,個別設(shè)備需要配置視頻格式轉(zhuǎn)換器;SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的分辨率、幀頻與其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的設(shè)備不能全兼容。
4.2.2 備份升級結(jié)構(gòu)
視頻備份升級結(jié)構(gòu)由兩臺廣播級視頻多功能會控一體機(jī)和1臺視頻主備智能倒換器共同組成。視頻多功能會控一體機(jī)采用模塊化配置、插卡式結(jié)構(gòu),通過模塊化設(shè)計解決了基本結(jié)構(gòu)的不足,增加了整機(jī)各個通道的冗余備份,保證系統(tǒng)在每個節(jié)點都穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)連接方式是:攝像機(jī)、視頻錄播器等輸入信號首先進(jìn)入主備智能倒換器進(jìn)行視頻分配,將每路視頻輸入一分為二輸出至兩臺視頻多功能會控一體機(jī);兩臺視頻多功能會控一體機(jī)兩路同樣的視頻信號分別送回至主備智能倒換器,再分別傳送至?xí)銎聊伙@示器、視頻錄播器、主備視頻會議終端及主備光端機(jī)。視頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 視頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)
在流動系統(tǒng)使用中,將多功能會控一體機(jī)控制器設(shè)置為聯(lián)動狀態(tài)。正常操作時,主備一體機(jī)矩陣切換功能具有同源顯示,同步操作、同步切換。主備智能倒換器具備雙電源、輸入輸出信號自動檢測、故障告警、一鍵切換(帶鍵鎖)功能;設(shè)備突發(fā)斷電故障時,視頻信號2×1切換開關(guān)采用無源方式直通主機(jī),保證了系統(tǒng)使用的最高可靠性。此外,系統(tǒng)還具有視頻輸入格式自適應(yīng)功能,輸出格式可任意設(shè)置,具有幀頻轉(zhuǎn)換、矩陣無縫切換、多畫面合成輸出、輸入輸出預(yù)監(jiān)、字幕及特技處理等多種視頻處理功能模塊;系統(tǒng)還具有鍵盤一鍵操作和可視化軟件操作等多種操控方式,在確保系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性的同時,具有安裝使用方便、控制操作簡單的特點,非常適合在高質(zhì)量視頻會議的會場使用[5]。
這種視頻系統(tǒng)備份升級結(jié)構(gòu)具有如下特點。
(1)視頻格式轉(zhuǎn)換。具有任意輸入端口類型(如3G/HD-SDI、HDMI、DVI、VGA、DP1.2等)到 任意輸出端口類型的格式轉(zhuǎn)換功能,能實現(xiàn)輸入到輸出信號的圖像分辨率、幀頻上下變換。
(2)幀同步、矩陣無縫切換。在對系統(tǒng)輸入視頻信號進(jìn)行切換操作時,系統(tǒng)具有視頻無縫切換功能,輸出信號不黑屏、不花屏、不閃爍。
(3)輸入、輸出畫面合成。系統(tǒng)能將所有輸入、輸出信號進(jìn)行畫面合成,輸出多個預(yù)監(jiān)信號;還能實現(xiàn)將多個視頻輸入信號合成為整幅畫面單獨輸出,或分割為幾個畫面由多個端口輸出,并確保組合畫面同步拼接。
(4)特效及雙字幕顯示。系統(tǒng)具有多種特技效果,能實現(xiàn)對任意輸出信號疊加字幕、通知等的雙字幕功能。
(5)端口檢測及操作控制。具有對輸入端口連接狀態(tài)、信號狀態(tài)的檢測、告警;通過控制面板、遠(yuǎn)端IP進(jìn)行操作控制,可實現(xiàn)硬件、軟件的集中控制和智能監(jiān)控管理;
(6)雙機(jī)實時熱備。系統(tǒng)專為高可靠性、高安全性應(yīng)用場景打造,采用冗余雙電源設(shè)計,可配置整機(jī)級冗余備份。主備機(jī)可人工或者自動切換,確保系統(tǒng)安全可靠和高性能連續(xù)運(yùn)行[6]。
4.2.3 系統(tǒng)外圍設(shè)備
視頻系統(tǒng)的外圍設(shè)備有:2~4臺高清攝像機(jī)(含控制器),2~4臺會場大屏顯示器(屏幕大小根據(jù)現(xiàn)場需要配置),2臺輸入輸出信號監(jiān)示器以及1臺集中控制器(含觸摸屏)。
兩種結(jié)構(gòu)的攝像機(jī)和會場大屏顯示器均配置了SDI信號接口,便于與流動機(jī)柜的接線端口連接;采用備份升級結(jié)構(gòu)的流動機(jī)柜,原會場任何格式的視頻信號均可以直接相連,滿足原會場升級視頻會議功能的需求。
本文介紹了流動型視頻會議系統(tǒng)的實際需求和系統(tǒng)方案實現(xiàn)的主要功能等,重點闡述了視頻會議會場系統(tǒng)的音視頻基本結(jié)構(gòu)及備份升級結(jié)構(gòu)。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既適用于高清、標(biāo)清視頻會議,又適應(yīng)4K超高清視頻會議和云視頻的應(yīng)用發(fā)展,并且系統(tǒng)備份機(jī)制完善,無單一崩潰點,具有極高的安全穩(wěn)定性,可便捷地對現(xiàn)有會場進(jìn)行功能擴(kuò)展升級,最大程度地保護(hù)用戶投資,更好地促進(jìn)國內(nèi)4K超高清視頻會議和云視頻的發(fā)展和應(yīng)用。