應急通信車載音視頻系統設計與實現

許 陵，楊清森，楊仁慶，趙紅梅

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210000）

1 衛星應急通信系統

我國是個多災多難的國家，近年來地震、洪水、深林大火、森林大火等事件頻繁發生。應急機動通信保障在組織抗震救災、消防救援過程中至關重要，通過配備一個覆蓋災區的指揮所和一個連接后方基地的通信網絡，有效地保證現場指揮和情況轉播等功能，滿足緊急任務的通信需要。

應急通信是指在突發性緊急情況時的通信手段和方法[1]。衛星通信是實現全球應急通信的一種重要手段，具有覆蓋范圍廣大、通信距離遠、帶寬容量大、機動靈活等優勢，在應急通信領域有著巨大的應用價值。衛星通信可以提供電話、圖像、視頻、數據等聯通手段，其中音視頻通信是衛星通信中應用最為廣泛的是前進指揮，實況反饋的最主要手段[2]。

圖1 衛星通信系統

衛星應急通信系統分為中心站和終端站[3]。中心站是星型衛星網絡的中心，負責衛星通信系統的控制和網絡管理功能，實現對全網衛星資源和地球站用戶的管理和通信控制，并具備與外圍終端站實現各種類型業務通信的能力。終端站是通信網的重要節點，可分為車載站、便攜站等類型。衛星通信車載站（以下簡稱：車載站）采用車載平臺，可在停駐狀態下和運動中實現與其他各種站型的話音、數據和圖像等類型信息的雙向傳輸，具有機動靈活，功能強大的特點，應用最為廣泛。

車載站可為應急通信提供電話、圖像、視頻、數據等通信手段，與中央站的會議室互聯互通。本文僅對車載站上最為常用的音視頻通信系統進行設計，實現靈活推送和調度。

2 衛星通信車載站

車載站采用越野車載平臺和動中通衛星通信天線，可實現快速機動、動中建鏈。在使用過程中，車載站可作為專用機動前方指揮所，并以此為中心覆蓋整個事件區域，實現現場偵查、時態采集、現場指揮等功能，同時可與控制中心保持熱線通信，實現信息通暢。

圖2 指揮車示意圖示意圖

衛星通信車的整體布局如圖所示，分為會議室和設備操作間。會議室有領導席位、普通席位、會議桌、電視墻、圖像采集設備、音頻采集設備等。會議室正前方是有多個顯示器組成的電視墻。圖像采集設備是兩個高清攝像機，一個位于電視墻上方中央，采集領導席位及兩側的席位圖像，另一個位于領導席位后側左上方，拍攝會議室全景圖像。音頻輸出采用環繞立體音響系統，環繞會議桌對稱安裝提供立體聲音響效果。音頻采集設備為拾音器位于會議桌周邊。

設備操作間有設備機架及操作員席位。設備機架用于固定安裝衛星通信及音視頻系統設備。操作員席位有操作平臺，可對衛星通信設備及音視頻系統進行監控，對會議進行保障。

3 音視頻系統

車載站的音視頻系統由音視頻管理服務器、音視頻切換分系統、無線圖傳分系統及控制平臺組成，操作員可以通過控制平臺進行視頻的采集、編碼、調度、傳輸、解碼、播放、記錄等操作。控制平臺是通過Web 頁面登錄音視頻管理服務器實現遠程控制，這種控制方式可移植性高，不依賴本地系統及軟件。

圖3 車載音視頻系統

3.1 音視頻管理服務器

音視頻管理服務器是音視頻系統的核心關鍵，為控制提供后臺服務的同時，將音視頻切換分系統、無線圖傳分系統、衛星信道等連接起來，實現音視頻數據的互通與共享。音視頻切換系統、無線圖傳分系統以及衛星信道的音視頻信號在此匯集，服務器根據控制平臺的指令轉發和調度這些視頻資源。音視頻切換系統可通過衛星信道與對端中心站進行音視頻信號的交換，實現互聯互通，進行視頻會議。無線傳輸分系統的音視頻信號可在音視頻切換系統進行播放，會議室可實時監控現場動態。同時無線圖傳分系統的音視頻信號經過服務器轉發給衛星信道進而發送給中心站，實時匯報現場真實情況。這種音視頻管理服務器方式進行信號的軟切換，系統的擴展性強。

3.2 音視頻切換分系統

車載站采用了全高清的音視頻切換分系統，實現對本地音視頻信號進行融合和處理，將音視頻傳輸質量提升到了一個新的高度，視頻達到1920×1080P的分辨率。該系統包括音視頻切換矩陣、硬盤錄像機、圖像編解碼器、車載攝像機、云臺攝像機、調音臺、電視機、顯示器、立體音響等設備[4]。連接關系如圖4所示。

圖4 音視頻切換分系統連接關系圖

音視頻切換分系統可分為會議室、設備機架、操作席、車頂等幾個區域。其中音視頻切換矩陣為核心設備，提供32*32路音頻接口和16*16路音頻接口，連接匯集各路音視頻信號，通過控制進行切換，可以做到任意的音視頻調度。

圖像編解碼器可以對音視頻信號進行壓縮以適應帶寬受限的衛星信道傳輸，在1M 帶寬情況下可以傳輸1080P@60 fps 的高清圖像及標準音頻。

攝像機和云臺可采集車內外實時高清圖像，硬盤錄像機可選擇性的存儲、預覽、回訪，車載電視墻顯示視頻信號，音響功放輸出音頻信號。

3.3 無線圖傳分系統

無線圖傳分系統由監控設備、音視頻采集設備、編碼設備、無線傳輸設備組成[5]，實現附近幾千米范圍內的無線網絡覆蓋，增加了車載站視頻采集范圍和使用靈活性。本方案采用的無線傳輸設備是寬帶移動接入設備。

寬帶移動接入設備基于動態MESH 自組織網絡，可在移動狀態下動態建立最佳路由，具有組網靈活、動態路由、無中心、可靠性高等優點。可實現局域區域范圍內的無線網絡互聯互通，實現高速數據的數據通信與傳輸。相對傳統集群通信系統，該設備無需基站和調度系統支持，利用多跳技術可以突破傳輸距離限制，解決遮擋問題。

圖5 音視頻系統演示效果圖

4 結束語

本文對衛星通信車載站會議室及音視頻系統做了深入探究。通過對音視頻管理服務器、音視頻切換分系統、無線傳輸分系統等組成部分進行詳細研究，給出了應急機動的車載音視頻系統設計方法。

經過實用驗證，本文設計的音視頻系統實用性強，使用方便靈活，使用效果圖如圖5所示，可以滿足眾多應急通信情況的應用需求，具有一定的推廣價值。