基于信息接入終端的音視頻顯控3.0 系統(tǒng)設(shè)計

馬士杰，賴東林，薛 京

（1.中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015；2.北京中電慧視科技有限公司，北京 100015）

0 引言

當前，傳統(tǒng)指揮大廳的音視頻信息化建設(shè)仍然存在著建設(shè)實施難、布局變換難和運維保障難的實際問題。其中，信息點位眾多、布線混亂、布局模式單一，不能滿足會場多模式使用要求，終端配套設(shè)備廠家眾多，軟件相互獨立等一系列問題尤為突出，對現(xiàn)場運維人員的保障能力提出了很高的要求[1]。

隨著信息化水平的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的指揮大廳信息化建設(shè)越來越無法適應(yīng)現(xiàn)代化指揮控制的應(yīng)用需求。為保證指揮大廳內(nèi)各項工作高效、可靠、便捷地運行，基于信息接入終端的智能化音視頻顯控3.0 系統(tǒng)應(yīng)運而生。

1 系統(tǒng)介紹

音視頻系統(tǒng)的發(fā)展從集中式處理（顯控1.0）發(fā)展到網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）化的分布式處理（顯控2.0），當前正在向融合分布式處理系統(tǒng)即智能化音視頻系統(tǒng)（顯控3.0）發(fā)展。

顯控3.0系統(tǒng)具備多級級聯(lián)和共網(wǎng)傳輸?shù)奶攸c，解決了指揮大廳由于設(shè)備廠家多、綜合布線多、軟件平臺多導(dǎo)致的建設(shè)實施難、布局變換難、運維保障難的“三難”痛點，達到指揮大廳設(shè)備統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一、軟件統(tǒng)一的“三統(tǒng)一”效果。

2 系統(tǒng)優(yōu)勢

基于信息接入終端的智能化音視頻顯控3.0 系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢。

（1）數(shù)據(jù)融合傳輸。系統(tǒng)以信息接入終端為核心，將視頻、音頻、控制、IP 語音等其他數(shù)據(jù)融合傳輸，實現(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的共網(wǎng)傳輸[2-3]。

（2）人機分離運維。主機統(tǒng)一安裝在后端機房，集中管理。大廳部署信息接入終端、解碼器等設(shè)備，支持主機設(shè)備遠程接管使用，有效減少大廳噪音及設(shè)備熱輻射。

（3）系統(tǒng)冗余備份。系統(tǒng)采用雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)連接，任意兩個信息接入終端出現(xiàn)通信故障后，兩端設(shè)備仍然與主交換機保持鏈路聯(lián)通，確保了通信的可靠性。

（4）服務(wù)器具有雙機熱備能力。當主服務(wù)器出現(xiàn)故障，可快速自動切換到備服務(wù)器，切換時間≤5 s，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、不間斷運行。

（5）環(huán)網(wǎng)連接方式設(shè)計，減少了信息點位的部署及綜合布線復(fù)雜程度，同時在保障系統(tǒng)整體穩(wěn)定的前提下節(jié)省了大量成本，極大地縮短了建設(shè)工期。

3 系統(tǒng)拓撲架構(gòu)

智能化音視頻顯控3.0 系統(tǒng)拓撲架構(gòu)如圖1 所示，以單個坐席為基本單元，采用雙環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)等多元信號的同網(wǎng)傳輸、共平臺管理，具有簡潔化布線、靈活化部署、模塊化拼裝及智能化運維等特點，保證了整個系統(tǒng)的可靠性，在出現(xiàn)單點故障的時候不影響整個系統(tǒng)的運行。

圖1 系統(tǒng)拓撲架構(gòu)

分布式顯控3.0系統(tǒng)充分運用音視頻處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、可視化技術(shù)、集中控制等先進技術(shù)，構(gòu)建以數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為紐帶、以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為支撐，集視頻拼接處理、鍵盤視頻鼠標（Keyboard Video Mouse，KVM）協(xié)作管理、集中控制等多種功能于一體，具有分布式、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、去中心服務(wù)器等特點。該系統(tǒng)實現(xiàn)了音視頻信號互聯(lián)互通、共享協(xié)作等功能，使得音視頻傳輸控制更智能。在實際應(yīng)用中，信息接入終端能夠?qū)崿F(xiàn)同時連接系統(tǒng)遠程計算機和本地計算機，當發(fā)生網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)故障時，會自動切換至席位本地計算機，確保業(yè)務(wù)不中斷，實現(xiàn)應(yīng)急處置。

4 網(wǎng)絡(luò)傳輸模型

以信息接入終端、編解碼設(shè)備為硬件基礎(chǔ)，以綜合管控平臺為軟件核心的雙環(huán)網(wǎng)音視頻顯控3.0系統(tǒng)設(shè)計原理如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)傳輸模型

大廳坐席上的多種音視頻終端設(shè)備統(tǒng)一接入信息接入終端，將各類音視頻信號IP 化，實現(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)融合傳輸，然后通過雙光纖形式進行串行網(wǎng)絡(luò)連接，既能保證網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性，又能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)串行連接的優(yōu)勢，一定程度上解決用戶目前面臨的建設(shè)難題[4-5]。

通過接入綜合管控平臺，實現(xiàn)對接入到音視頻系統(tǒng)內(nèi)的各終端設(shè)備的統(tǒng)一管理和控制，同時融入計算機視覺智能算法和音頻在線監(jiān)測算法，很大程度上降低了對運維保障人員的能力要求，實現(xiàn)大廳智能化運維。

4.1 信息接入終端

信息接入終端是集視頻解碼、音頻編碼和數(shù)據(jù)交換為一體的智能終端，是一款具有集成化、輕量化、信息化、易搬移、易交聯(lián)、易重構(gòu)特點的“三化三易”終端設(shè)備。該設(shè)備具備桌面終端就近接入的特點，實現(xiàn)了多信息統(tǒng)一傳輸、多業(yè)務(wù)統(tǒng)一交互、多設(shè)備統(tǒng)一管控。用戶可根據(jù)需求連接模擬話筒、Dante 話筒、電子桌牌、IP 電話及顯示屏等終端設(shè)備。信息接入終端實物如圖3 所示，具備以下功能特點。

圖3 信息接入終端實物圖

（1）視頻解碼。內(nèi)置2 塊高清視頻解碼模塊，可對網(wǎng)絡(luò)視頻流進行解碼顯示，實現(xiàn)2 路高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸出。解碼模塊采用雙引擎系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)采用“深壓縮引擎”實現(xiàn)了H.264/H.265 碼流兼容、低帶寬跨地域傳輸、高清流暢預(yù)監(jiān)等功能。

（2）音頻編碼。支持2 路模擬音頻輸入（3 芯卡農(nóng)母座），并將模擬語音信號就行模數(shù)轉(zhuǎn)換后打包為AES67 協(xié)議數(shù)據(jù)（兼容Dante 協(xié)議）。端口具備48 V 幻象供電功能，采用開關(guān)控制，用于兼容非供電設(shè)備使用。

（3）數(shù)據(jù)交換。支持4 路萬兆光口（可選千兆光口），可組雙環(huán)網(wǎng)進行雙網(wǎng)備份。支持8 路千兆電口，支持以太網(wǎng)供電（Power Over Ethernet，POE）。

（4）KVM 功能。通過鼠標鍵盤可遠程控制PC 或服務(wù)器，支持屏幕菜單調(diào)節(jié)方式（On-Screen Display，OSD）操作，支持信號源畫面預(yù)覽與切換操作，切換過程流暢，控制準確率大于99.99%。

（5）點對點通信。具備2 路3.5 mm 音頻接口，支持耳麥接入，支持與其他音頻系統(tǒng)互通，進行點對點通信。

4.2 綜合管控平臺

可視化綜合管控平臺軟件適用于編解碼器、拼接處理器、音頻處理器及無紙化會議等設(shè)備，可實現(xiàn)對指揮大廳和機房所有音頻、視頻、無紙化會議等設(shè)備的統(tǒng)一管控，實現(xiàn)各個分系統(tǒng)平臺統(tǒng)一，在同一后臺服務(wù)器進行綜合控制[6]。綜合管控平臺軟件界面如圖4 所示。

圖4 綜合管控平臺軟件界面

綜合管控平臺針對智能音視頻顯控3.0 系統(tǒng)進行全生命周期管理，對多種設(shè)備進行集中管控運維。平臺融入了計算機視覺智能算法和音頻在線監(jiān)測算法，可以對音視頻中存在的質(zhì)量問題進行智能分析、判斷和預(yù)警；融入語音轉(zhuǎn)寫、語音控制、語音播放及語音撥號等人工智能元素，使用更加高效便捷[7-8]。綜合管控平臺具有顯示控制、實時監(jiān)測、座席設(shè)置、會議設(shè)置、設(shè)備配置及系統(tǒng)管理等功能。平臺各功能子項如圖5 所示，各項功能特點如下。

圖5 平臺功能設(shè)計

（1）支持加載大廳三維模型，靈活切換、修改大廳布局，真實模擬大廳實景，實現(xiàn)多個數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)交互。

（2）支持可視化組件拖拽方式，可批量修改電子桌牌姓名。

（3）具有雙機熱備能力，主用服務(wù)器出現(xiàn)故障時可快速自動切換到備用服務(wù)器，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、不間斷運行。

（4）具備視頻調(diào)度、音頻控制、電子桌牌設(shè)置、對無紙化會議模塊的配置及IP 電話設(shè)置等功能。

（5）可通過語音實現(xiàn)大屏畫面切換、IP 電話撥號及話筒音量調(diào)節(jié)等功能，控制準確率≥99%，響應(yīng)時間≤1 s。

（6）可根據(jù)不同的用戶角色權(quán)限顯示不同的功能模塊。

（7）支持實時瀏覽接入視頻源，大屏多種窗口布局設(shè)置、畫面漫游開窗，預(yù)案快速調(diào)用，大屏OSD滾動字幕設(shè)置，底圖設(shè)置。

（8）支持多用戶同時操控。

（9）支持實時監(jiān)測各類設(shè)備狀態(tài)，當設(shè)備發(fā)生故障，在對應(yīng)的3D 模型上直觀顯示故障數(shù)據(jù)；支持柱狀圖、餅圖、雷達圖、列表及日志等可視化顯示形式，展示設(shè)備告警類型、告警時間、告警數(shù)量以及運行時長等統(tǒng)計信息。

（10）支持聲像聯(lián)動功能，響應(yīng)準確率大于99.99%，響應(yīng)時間不大于2 s。

（11）支持對廳內(nèi)信息接入終端、編碼器、擴聲系統(tǒng)及分布式編解碼管控分系統(tǒng)等信息保障系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)一管控。

5 互聯(lián)互通模型

該系統(tǒng)設(shè)計可與指揮大廳內(nèi)現(xiàn)有大屏顯示系統(tǒng)、音頻擴聲系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)以及語音電話系統(tǒng)等兼容，音視頻信號可實現(xiàn)互聯(lián)互通，信號連接如圖6 所示。

圖6 音視頻互聯(lián)互通

6 信息點位部署

根據(jù)大廳坐席布局及布線情況進行信息點位及組網(wǎng)方式設(shè)計，詳細說明及信息點位布局如圖7、圖8 所示。橫排坐席模式與U 型坐席模式共用1 套信息點位，其中每一橫排部署2 個主/備信息點位，同時部署1 套光纖雙環(huán)網(wǎng)，共部署8 個信息點位和4 套光纖雙環(huán)網(wǎng)即可。

圖7 橫排坐席模式

圖8 U 型坐席模式

7 布局重組

根據(jù)指揮大廳的不同應(yīng)用模式和應(yīng)用場景，當需要進行模式變換時，可將坐席進行模塊化拼裝，如圖9 所示。常規(guī)模式需變換為分區(qū)模式時，僅需完成以下操作即可完成模式變換工作：

（1）準備工作，如切斷坐席信號連接等；

（2）坐席拆分，布局重組，增加角桌；

（3）根據(jù)信息點位進行局部調(diào)整；

（4）進行信號重新串行連接；

（5）測試驗證相關(guān)功能是否正常。

8 結(jié)語

本文從系統(tǒng)優(yōu)勢、系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、核心產(chǎn)品、系統(tǒng)功能、信息點位部署以及大廳模式變換和布局重組等方面對信息接入終端的音視頻顯控3.0系統(tǒng)進行了較為詳細的介紹。目前該設(shè)計已在國內(nèi)多個項目得到實際應(yīng)用，均取得了良好效果，達到了預(yù)期設(shè)計目標。該設(shè)計的工程化應(yīng)用為其他場所的智能化音視頻系統(tǒng)建設(shè)提供了相關(guān)參考。