基于硬盤錄像機的現場指揮部多路視頻同步展示系統

鄭 超 肖 健 林巖釗

（ 福建省地震局，福建 福州350003）

1 概述

福建省地處我國東南沿海地震帶北段， 歷史上曾多次遭受7 級以上地震的破壞[1]。 為了解地震成因，探明福建及其鄰近海域地殼和上地幔結構，特別是濱海斷裂帶的位置和規模情況，進一步提升閩臺地區防震減災事業能力水平和防范化解重大災害風險能力，福建省地震局從2013 年就開始實施“ 福建及臺灣海峽地殼深部構造陸海聯測”計劃，通過采用移動式氣槍震源系統在陸域水庫以及海域進行定點人工地震激發作業，使用聯合觀測技術以及數據分析技術，嘗試了解更詳細的地殼及上地幔的深部結構信息。

整個陸海聯測科學試驗的指揮部設在廈門。 指揮部的主要工作是對整個試驗過程的實時監控、 數據分析處理和現場展示。 因此在指揮部音視頻會議搭建方面， 需要考慮不同作業場區視頻監控畫面的匯集與調度的問題。 在之前的技術方案中，數據傳輸方式為：海域作業通過衛星鏈路，陸域水庫作業通過網絡專線分別與指揮部進行通信。 由于衛星鏈路的帶寬限制[4]和費用，對于海域僅要求能視頻會議即可。 在陸上，網絡條件相對海上要好，但在之前技術方案中，還是采用和海上相同的模式，即僅通過視頻會議這種獨立的一對一方式，導致無法將多個現場畫面進行鋪開展示，受到視頻會議帶寬的局限，畫面的數量和清晰度也都不盡人意，因此在前幾次的試驗工作中并沒有取得很好的畫面展示效果。

針對上述問題，本文針對陸域視頻傳輸，提出改進方案。 在本地端使用硬盤錄像機為硬件媒介，通過視頻數據服務，將多路信號實時存儲， 并向對端提供視頻調用服務。 通過以數據存儲調用的服務形式，實現所有視頻數據的實時保存，也將分散的視頻數據流進行了歸攏和統一，便于統一管理和數據傳輸，也滿足對端各種視頻調用的需求。

2 主要背景與研究目標

關于主要研究目標前面已有所闡述。 設在廈門的現場指揮部需要對陸域的現場工作進行更詳細的監控和展示，因此需要對現有的視頻系統進行相應的升級。 現對涉及到的主要環境進行簡要的闡述。

陸域的現場工作主要圍繞著浮臺氣槍激發開展的， 其場區布局大致如圖1。

在岸邊有個視頻控制室， 負責對場區所有監控視頻的調度工作。 場區安放監控的位置大致為3 處：a.氣槍控制室，這里有氣槍工作實際情況的畫面，控制室內多臺電腦顯示屏可以實時顯示多項氣槍工作參數；b.浮臺，這里是氣槍激發的地方。 通過浮臺監控可以觀看到實際氣槍觸發后，水面與浮臺的反應情況，可以比較直觀的看到氣槍從充氣、槍控系統觸發、氣體從氣槍中高速噴出引起的浮臺振動以及氣泡出水等過程；c.浮臺遠處，這里的監控可以反映整個工作場區的情況。 這三處監控數據都是直接傳輸到視頻控制室。

圖1 陸域現場監控分布

圖2 指揮部會場布局

廈門指揮部現場方面，會場可容下5-7 個顯示幕布，如圖2。其中兩個幕布用于陸域和海域的視頻會議。 多出的幕布用于展示實時數據處理結果和現場工作情況。 本次與以往不同的是，指揮部現場要求能提供陸域水庫多路視頻監控畫面，因此使用以往單獨依靠視頻會議的方式是不能實現的。 因為視頻會議同時只能存在一個畫面，對于多個畫面的需求就無能為力（ 圖2）。

先前視頻控制系統（ 如圖3），更多是解決異地視頻通信的問題，沒對視頻控制和調用做太多考慮。 在早期的技術方案中，陸域水庫的安裝槍控軟件（ 控制氣槍激發）的計算機VGA 視頻信號通過AV 轉換器轉為模擬視頻信號， 與模擬視頻攝像機拍攝的槍壓監控屏畫面、浮臺監控畫面以及浮臺遠景畫面，經過視頻矩陣調度后接入視頻會議終端，而視頻會議終端通過陸域水庫的千兆交換機接入地震行業網，與廈門現場指揮部的視頻會議終端組會。 根據廈門現場指揮部的實際需要求，從槍控計算機信號、槍壓監控屏畫面、浮臺監控畫面和浮臺遠景畫面中選擇一路送回廈門現場指揮部， 并通過投影儀展示在屏幕墻上。 顯然早期的陸域通訊技術方案只能滿足現場指揮部的基本要求，選擇性地送一路視頻到現場指揮部，如果現場指揮部需要了解氣槍從充氣、槍控系統觸發、氣體從氣槍中高速噴出引起的浮臺振動以及氣泡出水等過程，需要多次激發，分階段掌握各個過程，無法直接清晰地展示整個過程。

圖3 早期陸域通訊技術系統示意圖

3 系統改進與實現

在此前，對于指揮部現場的展示上，也有類似問題，通過現場指揮部技術保障組研發了一套指揮部技術系統可移動監控系統[5]，實現了可以在移動終端上查看現場指揮部技術系統的監控畫面，大力緩和指揮部的現勢性需求，但對于指揮部同步展示陸域氣槍激發的全過程的需求還未滿足。

雖然這套可移動監控系統不能套用， 但可以從中得到一些啟示，即可以不依賴視頻會議終端，通過另外的獨立的視頻服務系統來完成遠程視頻調用動作。 通過緩存，甚至是存儲實時視頻流，集中所有源視頻數據，然后再以統一的接口提供遠程視頻服務。 雖然該方法會多占用專線帶寬，但在與網絡組的研究后，打消了這個顧慮，帶寬是可以滿足需求的。

基于這種思路，通過多方調研，現場指揮部技術保障組提出了一種基于硬盤錄像機的現場指揮部多路視頻同步展示系統，圖4 為改進的技術系統示意圖。 槍控計算機轉換的AV 視頻信號、槍壓監控屏畫面、浮臺監控畫面以及浮臺遠景畫面在原有接入視頻矩陣的同時，還接入硬盤錄像機，硬盤錄像機通過網絡接入地震行業網，同時廈門現場指揮部也部署多套計算機接入地震行業網，這些計算機通過地震行業網登錄陸域水庫的硬盤錄像機，查看各自的畫面，最后將這些計算機的信號輸出到顯示墻上，實現了對陸域多路視頻進行同步展示，參會人員可以實時查看氣槍激發的整個過程，加深對氣槍震源的認識。 值得一提的是， 硬盤錄像機還可以輸出多路視頻合并的信號，也就意味著，指揮部也可以只通過一臺計算機將所有的畫面展示在屏幕墻上。

圖4 改進的陸域通訊技術系統示意圖

結束語

本文提出的基于硬盤錄像機的現場指揮部多路視頻同步展示系統，在增加少量通用設備的前提下，可以同時展示陸域水庫多個視頻監控畫面，便于與會人員更好地掌握氣槍激發的各個過程，也極大提升現場指揮部通訊技術的信息化水平。