云視頻會議在地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)中的融合應(yīng)用研究

郁璟貽， 譚慶全， 薄 濤， 趙 光， 劉英華

（北京市地震局， 北京 100080）

0 引言

“十五” 項目期間， 中國地震局基于地震行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)了覆蓋31 個省（直轄市、 自治區(qū)）的全國地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)[1]。 隨著地震應(yīng)急體系開放性、 共享性、 互聯(lián)程度的不斷擴(kuò)大，對視頻會議系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、 組網(wǎng)模式、 連通要求也越來越高， 地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)逐漸成為各級地震應(yīng)急技術(shù)平臺體系應(yīng)用、 運維的核心業(yè)務(wù)工作[2-3]。 為提升地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)在應(yīng)急指揮和日常業(yè)務(wù)中的支撐作用， 十多年來， 國家和各省級地震局應(yīng)急指揮中心在原有的項目建設(shè)基礎(chǔ)上通過不同的方法進(jìn)行了諸多升級改造和融合應(yīng)用。 有條件的省局建設(shè)了市縣、 臺站級的視頻會議系統(tǒng)， 融合了不同組網(wǎng)模式， 使組織管理更加靈活[3-5]。 在“社服工程” 中， 中國地震局完成了地震系統(tǒng)視頻會議升級改造， 覆蓋全國各省級地震局和中國地震局直屬科研單位共42 個一級節(jié)點， 并融合使用VAST 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、 3G/4G 移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)應(yīng)急指揮車載終端和移動視頻會議終端的接入[6-7]。 中國地震局應(yīng)急指揮中心、 上海市地震局等利用物理“背靠背” 轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實現(xiàn)了不同網(wǎng)段視頻會議系統(tǒng)的融合[6，8]。 云南省、 山東省等開展了云視頻會議方面的研究應(yīng)用， 融合了硬件視頻會議和云視頻會議的雙方優(yōu)勢， 為應(yīng)急視頻會議服務(wù)精確化、 運行智能化提供了可靠的理論和實踐依據(jù)[2，9]。

北京地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)依托“十五”期間的“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)” 項目建成，使用期間進(jìn)行了多次升級改造和設(shè)備更新。 在地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)承擔(dān)著越來越多的功能需求和經(jīng)年累月的超負(fù)荷運轉(zhuǎn)下， 傳統(tǒng)的硬件視頻會議系統(tǒng)問題凸顯， 使用場景受限。 如何在原視頻會議系統(tǒng)的基礎(chǔ)上融合運用新興技術(shù)手段提升地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)效能， 是一個值得探討的問題。

1 現(xiàn)狀與問題

1.1 北京地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)現(xiàn)狀

北京地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的硬件系統(tǒng)， 包含5 套硬件視頻會議終端和1 臺多點控制單元（Multipoint Control Unit， MCU），分別通過北京市政務(wù)網(wǎng)、 地震行業(yè)專網(wǎng)連接北京市委市政府、 中國地震局、 各地震臺站和北京市各區(qū)地震局等。 系統(tǒng)投入使用以來， 在地震應(yīng)急、 應(yīng)急演練、 政務(wù)會議、 遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 地震安保等方面發(fā)揮了重要的作用[10]。 北京地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)在國家應(yīng)急指揮體系的成熟中不斷應(yīng)用發(fā)展， 期間進(jìn)行了多次升級改造，系統(tǒng)功能從單一到豐富， 應(yīng)用模式從單種到多種。 2017 年， 建設(shè)了MCU 高清視頻會議系統(tǒng)，實現(xiàn)了多點臺站、 多點臺站與區(qū)地震局、 中國地震局三方級聯(lián)等多種組會模式[11]。 隨后， 針對硬件設(shè)備老化故障問題， 更新了部分視頻會議設(shè)備， 對部分不合理的功能重組改造， 實現(xiàn)了重要設(shè)備備份、 遠(yuǎn)程操作、 智能中控等功能。近年來， 利用物理“背靠背” 的方式進(jìn)行跨網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用， 實現(xiàn)了地震行業(yè)網(wǎng)和北京市電子政務(wù)網(wǎng)兩套不同網(wǎng)段視頻會議系統(tǒng)的融合應(yīng)用，為地震應(yīng)急處置提供了便捷高效的溝通[12]。

1.2 北京地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)存在的問題

近幾年， 在國家應(yīng)急體系的不斷擴(kuò)大完善下， 地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)利用率逐年升高。特別是新冠疫情爆發(fā)以來， 地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)除承擔(dān)地震應(yīng)急指揮調(diào)度外還承擔(dān)著更為繁重的日常會議任務(wù)， 導(dǎo)致視頻會議硬件設(shè)備壓力驟增， 硬件系統(tǒng)問題逐漸顯現(xiàn)。

1.2.1 硬件設(shè)備老化嚴(yán)重， 故障頻發(fā)

地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)主要由視頻會議終端、 MCU、 視頻輸入輸出設(shè)備、 音頻輸入輸出設(shè)備、 網(wǎng)關(guān)、 網(wǎng)閘、 矩陣切換器、 調(diào)音臺等組成。 由于部分設(shè)備使用年限較長， 已出現(xiàn)老化和超期服役的問題， 又加上設(shè)備長時間開啟加速了硬件老化， 無法保障日常業(yè)務(wù)穩(wěn)定應(yīng)用。硬件設(shè)備成本高昂， 一旦出現(xiàn)故障， 維修、 更新周期長， 對地震應(yīng)急和日常會議保障造成了較大的障礙。

1.2.2 硬件系統(tǒng)擴(kuò)展困難， 開放性、 共享性差

隨著地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，視頻會議系統(tǒng)已不再是單純的溝通工具， 它承擔(dān)著地震應(yīng)急、 應(yīng)急演練、 政務(wù)會議、 遠(yuǎn)程會商、 線上培訓(xùn)等重要功能。 由于硬件視頻會議系統(tǒng)的嵌入式架構(gòu)和通信特點， 其專用性和穩(wěn)定性較高， 對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求也高， 各視頻會議系統(tǒng)之間開放性、 共享性差， 參會地點和方式受限， 用于其他功能的擴(kuò)展能力差。 加上矩陣等設(shè)備老舊、 擴(kuò)展性能有限， 地震應(yīng)急時期無法滿足各類音視頻信號的輸入輸出， 難以提高服務(wù)質(zhì)量。

1.2.3 硬件系統(tǒng)不同品牌之間兼容性差

硬件視頻會議系統(tǒng)由多個不同品牌組成，不同品牌之間因通信協(xié)議差異存在兼容性差的問題， 導(dǎo)致不同設(shè)備的融合應(yīng)用較為困難。 即便實現(xiàn)不同視頻會議設(shè)備之間的音視頻信號轉(zhuǎn)發(fā)， 信號質(zhì)量和穩(wěn)定性也存在不確定性， 難以實現(xiàn)多場景的擴(kuò)展應(yīng)用。

隨著知識變得日益重要，教育問題成為社會關(guān)注的熱點，要求更加明確分析人力資本的生產(chǎn)和使用，針對如何提高各級各類學(xué)校的辦學(xué)質(zhì)量，如何通過教育投資提升人力資本和掙得能力成為問題的關(guān)鍵。教育是一個能夠用于分析經(jīng)濟(jì)增長或評價人力資源開發(fā)等公共政策的重要量綱。通過學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)個人技能、能力、人力資本積累和自我選擇能力的提高。但是，在人力資本生產(chǎn)和使用問題上，教育學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)在各自研究領(lǐng)域有著不同的理論觀點。

2 云視頻會議系統(tǒng)融合應(yīng)用研究

2.1 云視頻會議系統(tǒng)簡介

云視頻會議是以云計算為核心， 依據(jù)視頻信息安全標(biāo)準(zhǔn)和視頻信息交換標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建， 由基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、 平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS） 組成， 滿足用戶動態(tài)調(diào)度的最優(yōu)分布視頻的需求[13]。 云視頻會議由服務(wù)提供商建設(shè)云計算中心， 構(gòu)建MCU 資源池， 企業(yè)無需購買MCU， 無需大規(guī)模改造網(wǎng)絡(luò)， 無需配備配備專業(yè)IT 人員， 通過租用服務(wù)的形式，實現(xiàn)在會議室、 個人電腦、 移動狀態(tài)下進(jìn)行多方視頻溝通， 打破了時間地域的限制， 只要能夠聯(lián)網(wǎng)都能快速進(jìn)行會議交流。 相對于傳統(tǒng)自建視頻會議， 云視頻會議基于公網(wǎng)運行， 共享全網(wǎng)資源池， 資源利用率和調(diào)配靈活性更高。

2.2 傳統(tǒng)硬件視頻會議與云視頻會議優(yōu)缺點對比

傳統(tǒng)的硬件視頻會議是基于嵌入式架構(gòu)的硬件平臺及操作系統(tǒng)， 通過嵌入式軟件實現(xiàn)音視頻傳輸[14]。 優(yōu)點是穩(wěn)定性、 可靠性和安全性高， 音、 視頻質(zhì)量效果好， 但是硬件造價成本高、 維護(hù)較為復(fù)雜。 不同品牌設(shè)備之間的兼容性較差， 硬件擴(kuò)展相對困難， 會議接入數(shù)受MCU 參會點數(shù)限制， 對網(wǎng)絡(luò)要求高且不可穿越， 而“背靠背” 僅是權(quán)宜之計。 云視頻會議是基于云計算架構(gòu)的視頻會議系統(tǒng)， 優(yōu)點是資源配置靈活， 擴(kuò)展方便， 接入點數(shù)多不受硬件設(shè)備影響， 對終端設(shè)備要求低， 不限入會方式和地點等， 但是云視頻會議在個人隱私和會議保密性方面存在安全風(fēng)險[15]。

目前市場上云視頻會議品牌眾多， 如摩云視訊、 華為云會議、 騰訊會議、 小魚易連等。2019 年， 中國地震局及各省級地震局統(tǒng)一部署了小魚視頻會議終端， 可通過公網(wǎng)連接中國地震局云會議室。 騰訊會議個人版面向全國用戶免費開放， 音視頻質(zhì)量及會議穩(wěn)定性良好， 社會應(yīng)用廣泛。 考慮到目前硬件視頻會議系統(tǒng)擴(kuò)展困難、 開放性差、 會議場景受限等問題， 擬利用云視頻會議與硬件視頻會議系統(tǒng)融合應(yīng)用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。

2.3 融合應(yīng)用實例

要實現(xiàn)北京市地震局應(yīng)急指揮中心（以下簡稱“指揮中心”） 硬件視頻設(shè)備和云視頻會議的融合應(yīng)用， 重在解決軟硬件音視頻互連互通的問題。 音頻方面， 將指揮中心現(xiàn)場麥克風(fēng)、各視頻會議終端音頻與電腦端音頻共同接入調(diào)音臺， 實現(xiàn)音頻互通， 并集成于中控系統(tǒng)， 通過中控軟件實現(xiàn)各分項音量的調(diào)節(jié)。 視頻方面，在指揮中心專用電腦上安裝一張USB 高清視頻采集卡， 將指揮中心攝像機(jī)、 視頻會議終端、其他HDMI 等輸出視頻數(shù)據(jù)或者視頻和音頻的混合數(shù)據(jù)輸入專用電腦， 并轉(zhuǎn)換成電腦可編輯處理的視頻數(shù)據(jù)文件。 同時將視頻采集卡集成在中控系統(tǒng)中， 通過中控軟件操作實現(xiàn)電腦端對各類輸出信號的接收。 另外電腦端的信號也同時接入混合矩陣， 并通過中控軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理， 實現(xiàn)電腦端信號在大屏幕的顯示及其他視頻會議終端設(shè)備的調(diào)用（圖1）。 完成音視頻互連后， 在電腦端安裝好云視頻會議軟件（如小魚易連、 騰訊會議等）， 即可進(jìn)行多場景的整合應(yīng)用。

圖1 軟硬件音視頻互連示意圖Fig.1 Diagram of software and hardware audio and video interconnection

2.3.1 遠(yuǎn)程培訓(xùn)

自新冠疫情爆發(fā)以來， 許多職工居家隔離或居家辦公， 加上疫情防控需要， 會場參會人員數(shù)量有所限制。 原先的硬件視頻會議系統(tǒng)因其功能局限無法完成遠(yuǎn)程擴(kuò)展， 而云視頻會議的補(bǔ)充則為遠(yuǎn)程會議、 遠(yuǎn)程培訓(xùn)等提供了諸多方便。

以2020 年北京市地震局組織的多次業(yè)務(wù)培訓(xùn)和學(xué)術(shù)講座為例， 因疫情原因授課老師無法到達(dá)現(xiàn)場， 只能以遠(yuǎn)程會議方式完成。 一部分參會人員需在會場集中收看討論， 另一部分人員只能遠(yuǎn)程參會， 因此需通過指揮中心組建云會議室。 指揮中心登錄騰訊會議軟件組建虛擬會議室， 培訓(xùn)老師及遠(yuǎn)程參會人員不論身處何地， 只要有網(wǎng)絡(luò)（包括移動網(wǎng)絡(luò)） 即可根據(jù)會議號參與會議。 指揮中心大屏幕投放電腦端騰訊會議界面， 騰訊會議視頻選項中選擇USB 采集卡， 并在中控軟件中將指揮中心前攝像頭信號推送給USB 視頻采集卡。 當(dāng)指揮中心參會人員講話時， 以指揮中心為主會場， 當(dāng)培訓(xùn)老師講課時以培訓(xùn)老師為主會場畫面。 最終， 順利完成多次遠(yuǎn)程培訓(xùn)和學(xué)術(shù)講座。

2.3.2 遠(yuǎn)程參會

中國地震局通過硬件視頻會議終端組織的非加密會議， 當(dāng)參會人員無法到達(dá)指揮中心參會時， 需要遠(yuǎn)程方式參加會議。 可以使用小魚易連直接參會或騰訊會議轉(zhuǎn)發(fā)兩種云視頻參會方式。 由于中國地震局部署了小魚視頻融合轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和固定地址的小魚視頻會議號， 遠(yuǎn)程參會時只需通過本地PC 端或移動終端安裝小魚軟件， 輸入中國局小魚會議號即可實現(xiàn)（圖2a）。 利用騰訊會議參會時需要指揮中心進(jìn)行音視頻轉(zhuǎn)發(fā)。 指揮中心登錄騰訊會議軟件組建虛擬會議室， 騰訊會議視頻選項中選擇USB 采集卡， 在中控軟件中將使用的硬件視頻會議終端信號推送給USB 視頻采集卡， 遠(yuǎn)程參會人員看到的主會場畫面便是中國局視頻會議畫面。 音頻方面， 通過中控軟件選擇硬件視頻會議終端聲音作為輸入PC 端云會議的聲音， 參會人員聽到的就是中國局視頻會議聲音（圖2b）。

圖2 云視頻會議遠(yuǎn)程參會Fig.2 Cloud video conferencing for remote participation

2.3.3 地震應(yīng)急現(xiàn)場通訊演練

在地震應(yīng)急現(xiàn)場通訊中， 現(xiàn)場指揮部通過海事衛(wèi)星或移動3G/4G 和專用視頻軟件與指揮中心進(jìn)行音視頻連通。 由于海事衛(wèi)星信號較弱、資費昂貴， 在地震現(xiàn)場通訊中的表現(xiàn)往往并不理想。 而現(xiàn)場應(yīng)急時又常常面臨人員緊缺、 設(shè)備繁重、 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)等問題， 根據(jù)震時實際區(qū)域特點， 利用單人便攜操作手機(jī)終端實現(xiàn)與指揮中心的快速聯(lián)絡(luò)十分重要[16]。 云視頻會議以應(yīng)用方便、 不同系統(tǒng)智能終端接入良好、 成本可控等優(yōu)勢為現(xiàn)場通訊提供了有效手段。 在地震應(yīng)急現(xiàn)場通訊演練中， 現(xiàn)場應(yīng)急人員通過騰訊會議軟件輸入云會議室會議號即可與指揮中心連通， 音視頻質(zhì)量良好， 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高。

2.3.4 會議監(jiān)控

云視頻軟件同時也可用于指揮中心會議保障人員監(jiān)控會議畫面， 會議保障人員可以通過觀看工作電腦屏幕隨時掌握會議情況、 進(jìn)行會議錄屏等， 為會議保障提供了便利條件。

3 結(jié)論

地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)目前存在的核心問題是制度和網(wǎng)絡(luò)問題， 利用新興技術(shù)手段提高視頻會議系統(tǒng)的服務(wù)能力是地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)發(fā)展的必然要求。 云視頻會議作為成本低、規(guī)模大、 靈活性高、 兼容性廣的新一代視頻會議系統(tǒng)， 具有十分廣泛的應(yīng)用前景。 通過云視頻會議與傳統(tǒng)硬件視頻會議系統(tǒng)融合應(yīng)用， 能有效彌補(bǔ)硬件視頻會議擴(kuò)展困難， 開放性差，會議場景受限等問題， 為遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 遠(yuǎn)程會議、應(yīng)急現(xiàn)場通訊、 會議監(jiān)控提供了良好的解決方法， 可見不同視頻會議系統(tǒng)融合應(yīng)用是提升地震應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)服務(wù)保障能力的有效手段。但云視頻會議系統(tǒng)基于公網(wǎng)運行， 在用于地震應(yīng)急指揮、 政務(wù)會議等時其網(wǎng)絡(luò)安全性值得在今后的應(yīng)用中繼續(xù)深入研究探討。