分布式混合架構(gòu)的省級氣象會商系統(tǒng)＊

趙瑞金

(河北省氣象信息中心，河北 石家莊 050021)

0 引言

省級氣象會商系統(tǒng)覆蓋省、市兩級，承擔(dān)與中國氣象局和省內(nèi)各級相關(guān)部門天氣會商、會議、應(yīng)急連線以及遠程培訓(xùn)等任務(wù)，已成為氣象部門重要的業(yè)務(wù)支撐平臺[1,3]。在省級氣象會商系統(tǒng)中，“硬+軟”、“本地+云”混合的視頻會議架構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用[4-9]，為氣象會商提供了豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用模式。

為做好2022年冬奧會的氣象服務(wù)保障工作，河北省氣象局對省級氣象會商系統(tǒng)進行了升級改造，建設(shè)了集傳統(tǒng)專網(wǎng)和云視頻會商技術(shù)于一體的基于分布式混合架構(gòu)的省級氣象會商系統(tǒng)，滿足預(yù)報會商、應(yīng)急指揮、業(yè)務(wù)監(jiān)控和學(xué)習(xí)交流等多方面需求。

1 總體設(shè)計

系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)設(shè)計，通過氣象專網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺互聯(lián)互通、信息共享，并利用衛(wèi)星鏈路和4G/5G等無線備份通信方式保障極端情況下與應(yīng)急現(xiàn)場之間的互通。引入云視頻會議技術(shù)，拓展了移動客戶端接入會商等應(yīng)用場景，滿足各級氣象部門之間，以及與政府部門之間的預(yù)報會商、氣象服務(wù)、應(yīng)急指揮等多種業(yè)務(wù)需求。

1.1 傳統(tǒng)專網(wǎng)視頻會商和云視頻會商相結(jié)合

主要包括兩部分，固定會場采用傳統(tǒng)氣象會商系統(tǒng)架構(gòu)，由硬件MCU（多點控制單元）、視頻終端等核心設(shè)備組成；另一部分為云視頻系統(tǒng)，引入目前視訊行業(yè)最新的云視頻技術(shù)，在DMZ區(qū)部署本地化的云視頻系統(tǒng)，包括云MCU、一體化云視頻終端，利用桌面軟件和移動設(shè)備，通過瀏覽器、軟件、手機、PAD 等設(shè)備組建小型討論會商，自主控制會商流程，提高了實時溝通、快速反映能力。

系統(tǒng)實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)用戶接入并與內(nèi)網(wǎng)用戶交互，通過音視頻流的轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)云視頻會商系統(tǒng)與傳統(tǒng)氣象會商系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，提升了資源利用率。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 基于分布式架構(gòu)

系統(tǒng)采用基于IP 組網(wǎng)的分布式架構(gòu)，專網(wǎng)高清視頻終和云視頻終端部署在機房，同時室內(nèi)部署攝像機，話筒，音箱等音視頻設(shè)備。在多個視頻會議室部署分布式的發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點，實現(xiàn)信號互聯(lián)互通和協(xié)作，通過可視化綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)籌控制。氣象會商系統(tǒng)由指揮大廳、集控室、備份系統(tǒng)等組成,如圖2所示。

圖2 氣象會商系統(tǒng)組成

1.3 音視頻系統(tǒng)

⑴分布式坐席管理

將分布式坐席編碼節(jié)點部署在機房，與服務(wù)器連接，坐席部署分布式解碼節(jié)點，連接屏幕和鼠標(biāo)、鍵盤，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)坐席管理和控制。

⑵無紙化會商

在會商區(qū)前排座位各配置多臺超薄液晶觸摸顯示器，通過分布式的連接可實現(xiàn)與大屏幕同步顯示，也可單獨進行顯示，實現(xiàn)多場景視頻畫面展示。由控制主機來控制和管理，同時配置一臺流媒體服務(wù)器，用于會議系統(tǒng)外部高清視頻信號輸入和輸出的同步、異步處理轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)會議系統(tǒng)與其他視頻設(shè)備的無縫對接，工作人員通過會議系統(tǒng)服務(wù)軟件提供會議服務(wù)。

⑶多視頻融合顯示

為滿足會商大屏幕圖像和數(shù)據(jù)顯示的需求，拼接控制器支持多種視頻輸入、輸出，同時提供高速網(wǎng)絡(luò)接口并接入本地局域網(wǎng)，可以接入前端網(wǎng)絡(luò)攝像機的網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)、模擬視頻信號、其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)計算機顯示信號或網(wǎng)絡(luò)遠程桌面，利用拼接處理器強大的數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)圖像的拼接和漫游操作。拼接處理器可提供DVI、HDMI 等多種高清數(shù)字輸出接口，連接大屏幕顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)多種視頻信號的高清輸出顯示。

音視頻系統(tǒng)設(shè)計如圖3和圖4所示。

圖3 視頻系統(tǒng)框圖

圖4 音頻系統(tǒng)框圖

1.4 控制系統(tǒng)

由中央控制器，拼接控制器、可視化管控服務(wù)器等組成，實現(xiàn)音視頻信號的切換。可視化管控服務(wù)器部署在機房，與整體分布式系統(tǒng)對接，部署移動控制端，實現(xiàn)分布式坐席管理系統(tǒng)和高清視頻拼接處理系統(tǒng)的綜合管控。同時部署音頻處理器和環(huán)境控制器，實現(xiàn)音頻、大屏開關(guān)、燈光、窗簾在同一界面下統(tǒng)一的綜合管控。移動控制端與整體分布式系統(tǒng)對接，給與相應(yīng)的權(quán)限劃分，調(diào)取所有的音視頻信號。系統(tǒng)采用高清視頻專網(wǎng)，每路分布式信號占用帶寬是4-8M，為保障會商系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，部署了基于分布式架構(gòu)的高清視頻專網(wǎng)，控制系統(tǒng)設(shè)計如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)框圖

1.5 備份會議室

為防范指揮大廳視頻會商平臺出現(xiàn)故障時對業(yè)務(wù)造成影響，建設(shè)一個獨立的應(yīng)急備份會商系統(tǒng)。備份會商系統(tǒng)配備獨立的專網(wǎng)視頻終端和云視頻終端，通過專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，可與相關(guān)單位及人員保持實時的視頻會商溝通。

2 應(yīng)用效果

2.1 支持多種環(huán)境條件和場景的氣象會商

系統(tǒng)含硬件MCU 和云MCU，各會場分別設(shè)置會議終端，同時滿足PC、平板電腦、智能手機等設(shè)備的音視頻接入。系統(tǒng)支持地面寬帶、無線備份專網(wǎng)、和互聯(lián)網(wǎng)接入，實現(xiàn)通過中國氣象局國家-省-市-縣各級氣象部門通過地面寬帶、互聯(lián)網(wǎng)、無線4G/5G和衛(wèi)星通信等多種方式實現(xiàn)互聯(lián)互通，和多媒體音視頻信號的融合對接，實現(xiàn)多場所、多種終端互通的會商需求。

以2022年冬奧會為例，省級氣象會商系統(tǒng)作為主叫方可組織張家口、崇禮賽區(qū)氣象局各會場以及競賽場館會商。作為被叫方與國家級、區(qū)域級各部門進行會商。固定會場采用傳統(tǒng)會商專網(wǎng)方式，競賽場館等外部用戶采用云視頻方式接入。

2.2 滿足省級氣象會商系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)需求

系統(tǒng)具備同時召開多組會議的能力，滿足多個視頻會商、會議同時召開的能力，通過氣象系統(tǒng)內(nèi)部和行業(yè)專網(wǎng)，實現(xiàn)與國家級業(yè)務(wù)單位、省級氣象部門之間、市氣象局建立視訊連線，并與省委、省政府、省應(yīng)急管理廳、省水利廳、省民航等政府部門和相關(guān)行業(yè)進行視頻連線。滿足預(yù)報會商、會議、應(yīng)急指揮等方面需求。

此外，可通過大屏演示預(yù)報、服務(wù)、科研等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對氣象數(shù)據(jù)的采集、傳輸、共享和設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控。系統(tǒng)提供會商全程錄制、存儲、會議直播、視頻點播及下載，便于用戶遠程收看和后期分析總結(jié)。滿足學(xué)習(xí)交流與業(yè)務(wù)監(jiān)控等多方面需求。

2.3 實現(xiàn)視訊資源的整合與互備

傳統(tǒng)高清視頻終端和云視頻終端分別通過專網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)連接至MCU 和云MCU，各會場音視頻信號互聯(lián)互通，實現(xiàn)與相關(guān)部門和會場設(shè)備的兼容。支持標(biāo)準(zhǔn)H.323、SIP 視頻通訊協(xié)議，H.265、H.264SVC、H.264AVC 等視頻編解碼，G.711、G.722、AAC、OPUS等音頻編解碼。當(dāng)主會場設(shè)備出現(xiàn)故障，可實時調(diào)用備份設(shè)備，保證會議正常進行。

2.4 提高信號質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性

系統(tǒng)采用基于IP 傳輸?shù)木幗獯a技術(shù)，所有節(jié)點通過交換機互聯(lián)，進行數(shù)據(jù)傳輸，簡化了繁瑣的視頻分配切換流程，替代了傳統(tǒng)的視頻矩陣，從根本上解決信號噪聲干擾、遠距離傳輸衰減、信號質(zhì)量下降等技術(shù)難點。編碼器能提供多種多樣的信號接入形式，可將DVI、HDMI、VGA、SDI、CVBS 等多種傳統(tǒng)視頻信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號，系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性都大幅提高。

2.5 集中管控，操作便捷

依托于分布式系統(tǒng)，業(yè)務(wù)人員利用鼠標(biāo)和鍵盤，可利用多個顯示屏對不同服務(wù)器進行查看、監(jiān)視和交互，獲取數(shù)據(jù)信息。

在各會場，可以通過paid 或瀏覽器對終端、投影、攝像頭等集中控制，簡化了會議操作，同時在監(jiān)控室可以實現(xiàn)對各會場的音視頻信號的監(jiān)控。

3 結(jié)論

基于專網(wǎng)視頻與云視頻混合架構(gòu)，采用分布式部署和集中管控相結(jié)合的多媒體融合技術(shù)方案，實現(xiàn)了不同用戶和業(yè)務(wù)平臺靈活接入和信息共享，滿足預(yù)報會商、應(yīng)急指揮、業(yè)務(wù)監(jiān)控與學(xué)習(xí)交流等多方面用戶需求，優(yōu)化了系統(tǒng)架構(gòu)，提升了會商系統(tǒng)的保障和管理水平，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作便捷，為做好2022年冬奧會氣象服務(wù)和運行保障提供了強有力的技術(shù)支持。可為氣象會商系統(tǒng)的建設(shè)和運行保障提供參考，具有廣泛的應(yīng)用前景。