视频会商系统在防汛抗旱工作中的应用

杨 凯

（水利部海河水利委员会海河下游管理局，天津 300061）



视频会商系统在防汛抗旱工作中的应用

杨 凯

（水利部海河水利委员会海河下游管理局，天津 300061）

摘 要：视频会商系统在水利行业中已得到一定程度的推广，主要实现异地视频会议、培训等功能。随着 IP 视频会商技术的飞速发展，对视频会商的互联互通、联动指挥和信息共享提出更高的要求。通过分析海河下游管理局视频会商系统，针对出现的问题和弊端，提出一套改进方案，在实现高清视频功能的同时，增加移动视频和实时调度功能，极大提高防汛决策指挥、应急联动的工作效率，在防汛抗旱中应急响应、防汛演练、会商、会议等方面发挥重要作用。

关键词：防汛抗旱；视频会商系统；高清视频技术；应急指挥

0　引言

视频会商系统是指 2 个或 2 个以上会场，通过传输线路及多媒体设备，将本地声音、影像和文件资料相互传递，实现多点异地会商。2008年海河下游管理局建立了一套标清视频会商系统，在防汛抗旱工作中发挥了充分作用，通过组织异地视频会商、会议，有利于及时、有效地应对突发事件，提高了应急处理决策水平及办事效率，削减了会议经费。经过几年的运行，标清视频会商系统出现了一些问题和弊端，主要问题如下：

1）视频会商终端采用标清设备，视频画面相对模糊；

2）本地视频输出时使用投影仪，投影画面较为暗淡；

3）视频会商系统投入使用时，受整体网络带宽限制，系统占用带宽不足；

4）会议终端使用多年，已出现多个设备故障，维修成本增加；

5）近些年来除视频会商系统外，陆续建设了水情查询、工程视频、防汛抗旱指挥等信息化系统，部分业务功能应用和数据库管理系统差异较大，形成信息孤岛，难以实现信息资源的有效共享。

近年来，随着媒体视频会议系统技术的飞速发展，高清视频成为主流技术，而标清视频会商系统功能性的单一也限制了视频会商系统的普及应用［1］。为此通过对现有视频会商系统的分析，在实现高清视频异地会商功能的同时，增加移动视频会商和实时视频调度功能，拓展业务领域，进一步增强应急服务能力，在防汛抗旱应急响应、演练、会商、会议等方面发挥重要作用。

1　视频会商系统现状分析

目前海河下游管理局视频会商系统主会场设置在天津市河西区，下设 5 个分会场，分别位于西青、静海、北辰、塘沽和大港，通过租用公共通讯链路与各下属分会场组成视频会商网，分布图如图 1 所示。同时通过专用链路与上级单位进行连接，以便各流域机构或其他省、市应急指挥会议中进行点对点连接，召开会议。视频会商系统现状分析如下：

1）图像质量上。随着工作信息化程度的提高，对视频会商的效果提出更好的要求。由于多点视频会议控制单元（MCU）支持标清视频信号、通讯链路带宽 2 Mbit/s、视频输出使用投影仪，在数字及线条等精细显示方面不尽如人意。

图1　会场节点分布图

2）音频质量上。发言会场发送显示的图像数据或报告内容模糊不清，双流功能形同虚设，远远不能满足目前各类培训会议的要求。再加上分会场音频处理器已出现硬件故障，声音还原质量较低，音质不清晰，主要表现为噪声大、失真大。

3）功能性上。本系统只能实现主会场和分会场之间的定点视频功能，能够满足日常会议、会商、培训等用途。由于防汛抗旱工作的突发性和不可预见性，及时有效地将第 1 现场的视频影像发送至主会场，将更有利于专家组科学有效地提出应急处置方案，提高应急处置能力，因此现有系统功能性上较为单一。

2　视频会商系统集成方案

2.1系统功能

视频会商系统主要采用嵌入式一体化专用操作平台，核心媒体交换设备为电信级硬件结构设计，双电源热备份设计，采用嵌入式实时操作系统 + DSP设计，在硬件设计上按照标准 MP + MC 设计原则，有效地将媒体处理和控制相分离，实现实时语音通信、文档讨论、视频共享、会议信息和管理服务等功能［2］。

2.2系统特点

1）多点会议举办。各地会议点通过 MCU 以一定的速率召开全网终端参加的大会，多点视频会议控制单元实现会议中的视频切换和声音混合广播，可以同时听到所有与会者的声音［3］。各个分会场通过IP 网络与多点视频会议控制单元相连。

2）多画面显示。系统可在会议过程中切换图像显示模式，可显示本地、远端及 PC 画面，满足会议双方的视觉要求。

3）动态速率调整。视频会议的流畅度主要依赖于网络带宽占用情况，当带宽不足时，画面出现马赛克，音、视频会产生卡顿现象。动态速率调整技术可以通过对视频会议码率的控制，实现对视频会议质量的控制。当带宽出现不足时，自动降低码率，将高清信号转为标清信号，保障传输的流畅度；当带宽恢复时，自动切换至高清模式，从而保证视频会议的连贯性，提供更好的视、音频服务。

4）H.239 双流技术支持。系统可同时支持多组多点会议的召开，并可支持全区所有会场参与的全系统大型会议。MCU 对双路视频功能的支持是丰富的。系统具备对标准的 H.239 动态双流技术的支持，可在会议中同时传输发言者的图像及 PC 画面，让各会场在不增加或切换设备情况下，同时接收到发言会场的图像和 PC 画面，支持 P + C 的双流应用模式。

2.3系统构架

视频会商系统主要由多点控制中心、视频会议终端、高清显示系统 3 部分组成，网络拓扑图如图 2所示［4］。

1）多点控制中心。MCU 是视频会议系统的核心组网设备，用于控制整个视频会议系统的运行，实现视频会议终端设备的鉴权接入、音视频处理（混音、多画面、交换、视频叠加）、信令控制、会议会场管理等功能。

MCU 以“节点”为核心，对每个节点的视频速率和编解码格式、分辨率、音频编码等终端接入“能力集”进行调整适应，即充分对全网终端的能力进行适应，实现动态混速、视频格式转换、音频格式适配。

可同时支持多组多点会议的召开，并可支持全区所有会场参与的全系统大型会议。

2）视频会议终端。高清视讯终端完成视讯会议视音频的编码与解码，应支持 1080 P/60 fps 活动图像的编解码，考虑到组网的方便性，应向下兼容720 P，4 CIF 活动图像的编解码。为提供优质的会议效果，支持 UXGA（极速扩展图形阵列，1 600 px × 1 200 px）高清晰数据辅流图像的编解码，兼容SXGA（高级扩展图形阵列，1 280 px×1 024 px）分辨率；支持 16∶9 图像格式输出，兼容 4∶3 图像格式；支持 AES，AGC，ANS 等技术及立体声的输出。

3）高清显示系统。系统利用混合矩阵将高清摄像机和视频会议终端等信号分配到投影机、远程会议、室内监视器等设备。混合矩阵采用全数字信号处理技术可保证信号无失真处理，将最优质的画面还原到显示终端。

图2　视频会商系统网络拓扑图

4）网络带宽分配。每个视频会议用户以 256 kbit/s ～8 Mbit/s 的带宽速率接入会议应用。为了确保高质量的视频会议系统应用，对网络提出如下要求：

a. 每个节点所需的带宽为视频会议终端设备接入到中心 MCU 所需的呼叫带宽，其中还包括 IP 封包预留的约 20% 的网络带宽。

b.单点带宽为视频会议终端的连接带宽的120%；各会议接入点提供不低于 2 Mbit/s 的带宽资源，如条件允许采用 6 Mbit/s 带宽。

c. 核心 MCU 所需带宽是所有节点终端接入会议带宽的总和。主会场及 5 个分会场接入 MCU 的网络具备的带宽资源为 2×（1+5）=12 Mbit/s ≈ 20 Mbit/s，条件允许采用 6×（1+5） = 36 Mbit/s ≈ 40 Mbit/s 的带宽资源。

在网络质量上，IP 链路的丢包率尽量控制在 1%以下，延时在 100 ms 以内，确保系统具有良好的网络环境。

3　视频会商系统应急指挥方案研究

视频会商系统主要实现了在 2 个或多个地点用户之间实时进行各会场画面、音频的同步传输，实现异地会商功能，降低开会成本。但是防汛抗旱工作最显著的特征是突发性、不可预见性，工程视频监控点无法全面覆盖全区域，灾害发生地区的实时画面无法及时有效地传到主会场的指挥中心，有关人员无法做出科学准确的调度指令。针对该问题，提出防汛抗旱的应急指挥方案，主要包括移动视频会商和实时视频调度等系统［5］。

3.1移动视频会商系统

移动视频会商系统采用基于会话初始协议（SIP）的双向会话机制，用户通过电子终端（如笔记本电脑、手机、平板等），利用 IP 网络呼入到平台上，实现与指挥中心的视频对讲。上下行带宽保障在 200 kbit/s 以上即可实现正常呼入呼出。

这样通过移动终端可接受主会场的视频画面，同时通过设备实现现场画面的实时采集和音频传输，实现与主会场的同步视频会商，大大拓展防汛会商应用领域，有效提高现场决策、综合调度的水平，网络拓扑如图 3 所示。

3.2实时视频调度系统

实时视频调度系统的主要实现方法是主会场MCU 通过 IP 网络获取工程视频图像，将指定监控点图像再推送到移动终端，一线操作人员实时获取现场信息，并根据主会场指挥调度命令及时做出相应操作。同时，移动终端实时采集现场画面，将发生事件及现场操作影像回传至主会场，使得移动终端变成工程视频移动监控点，系统拓扑图如图 4 所示。有效地提高指令执行的准确性、抢险救灾的工作效率。

4　视频会商系统存在问题及对策

4.1H.323 体系会议系统安全问题

H.323 协议是一个庞大的协议族，包括许多相关的子协议，形成了一个协议栈，如图 5 所示［6］。

图3　移动视频会商网络拓扑

图4　实时视频调度系统拓扑图

图5　H.323协议栈

H.323 系统由 H.225.0 和 H.245 组成。其中H.225.0 呼叫控制，运用 H.225.0 呼叫控制信令建立2 个 H.323 终端间或终端与网守间的连接；H.245 控制，信道承载管理 H.323 通信实体操作的端到端控制消息，包括能力交换、逻辑信道的开和关、模式选择请求、流量控制消息及通用命令和指示。

视频和音频信号在 H.245 信道中通过算法和密钥进行编码，确保信号的安全传输。2 个 H.323 终端通过注册协议（RAS），H.225.0 呼叫控制，连接控制（H.245）和媒体实时传输协议（RTP）信道建立通信关系。通常需要增加支持 Internet 安全性（IPSEC）协议的智能安全模块，以防止恶意攻击和篡改，保证传输数据的完整性；采用数据加密标准（DES）或者高级加密标准（AES）安全加密技术实现对会议内容的加密；通过 GK 与业务系统联合实现用户认证和分级授权机制；使用虚拟专用网络（VPN）技术，将各节点间传输的数据进行底层加密，通过专用通道进行传输。

4.2视频会商会场回声问题

基于 IP 网的语音信号经过编码、压缩、打包等处理后，采用分组交换技术进行传输。扬声器播出的声音未经反射，直接或通过不同路径反射后进入传声器，会产生回声路径的延迟和较大的抖动。

采用自动音频抑制技术，主会场向分会场下发广播，分会场再将接受到的音频包回传至主会场，主会场音频处理器将本地音频包与回传音频包进行电平比较，过滤掉相同波形，消除震荡，避免回声。

4.3视频会商会场唇音不同步问题

视频会议系统中，发射端的视频和音频信号需经过编码、压缩、打包等一系列处理后，在信道中进行传输，在接收端分别进行解压、解码、同步等处理后，传出到异地会场，造成回声路径的延迟和抖动较大，会产生唇音不同步。此外一部分声波从音箱出来又回到话筒中，也会加重回声，进一步导致唇音不同步现象的发生［7］。

为解决这一现象，采用自动回声抑制技术。即视频会商时，主会场对各会场的所有音频信号统一进行采集，并将音频信号广播至各分会场。分会场对接受的音频信号进行解码，并与本地输入的音频流进行电平比较，去掉相同的部分，可有效抑制本地声音引起的音频震荡，避免回声。通过 IP 包中的RTP 时间戳信息，分析音频信号与视频信号的对应关系，通过在音频信号发生端增加或减小延迟进行纠正，有效解决唇音不同步现象。

5　结语

视频会议系统的应用给传统会议模式带来深刻的变革，有效地提高了工作效率及社会和经济效益。高清视频会议系统具有高清晰度的画质、高保真音效、高清动态双流信息发送等优势，与标清系统相比，在图像清晰度、兼容性，视频信号的可靠性和稳定性方面都有很大的提高。高清视频会议系统的建设是防汛抗旱指挥工作的重要组成部分，在防汛抗旱工作中发挥了以下作用：

1）可以通过视频会商系统对下级单位进行业务管理，提高办公效率，降低会议开支；

2）有助于加强各单位间的沟通交流，进行技术培训、探讨等工作；

3）实现中心会场与临时会场之间命令下达、汛情上报的功能，使得现场应急指挥工作高效、有序开展。

参考文献：

［1］ 孙杨，刘洪伟. 北京市汛情会商系统在防汛工作中的应用［J］. 中国防汛抗旱，2014，24 （1）: 33-36.

［2］ 杨彦明，洪旭瑜，王祯祥，等. 地震应急高清视频会议系统的设计与应用［J］. 华南地震，2014，34 （4）: 71-77.

［3］ 陈杰，胡应龙，谢敏. 高标混合的防汛会商视频系统建设研究［J］. 水利信息化，2013 （4）: 61-64.

［4］ 徐世亮，伍威. 视频会议系统在省地质灾害应急指挥中的应用［J］. 国土资源信息化，2013 （2）: 23-26.

［5］ 王战友. 水利防汛应急指挥视频会商调度平台研究［J］. 水利信息化，2013 （8）: 34-38.

［6］ 张建中，周若. 省级气象视频会商网络故障分析［J］. 计算技术与自动化，2014，33 （2）: 102-105.

［7］ 陈其伟，陈 瀚，范群林，等. 网络视频会议系统在会商中心的应用［J］. 自动化与仪器仪表，2014 （4）: 113-114.

Application of Television Consultation System in Flood Control and Drought Relief Work

YANG Kai
（Haihe River Lower Reaches Administration Bureau，Haihe River Waiver Conservancy Commission，the Ministry of Water Resources，Tianjin 300061，China）

Abstract:Television consultation system has been widely spread in water conservancy industry，which realizes the function of multi areas video meetings and training. With the development of video conferencing system based on IP，it puts forward higher requirements for interconnection，linkage command of emergency and information sharing of video consultation applications. The article analyzes the problems and insufficiencies in flood control command system of television consultation of Haihe River Lower Reaches Administration Bureau，puts forward an improvement plan，which consisted of HD television technology，mobile terminal technology and real-time scheduling strategy. It improves the efficiency of flood control decision command and emergency response，and plays an important role in emergency response，flood-fighting manoeuvre and television consultation and conference.

Key words:flood control and drought relief；television consultation system；HD video technology；emergency command

中图分类号：TV87

文献标识码：A

文章编号：1674-9405（2016）03-0030-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.007

收稿日期：2016-01-22

作者简介：杨 凯（1987-），男，甘肃榆中人，硕士，主要研究方向：电子与通信工程、计算机系统集成。