上海市地震局2种视频系统的比较

张 勇， 王小明， 赵学志

(上海市地震局， 中国 上海 200062)

上海市地震局2种视频系统的比较

张 勇， 王小明， 赵学志

(上海市地震局， 中国 上海 200062)

“十五”地震应急指挥技术系统视频子系统是通过矩阵、多屏图像控制器进行传输和显示的，而新建成的上海市地震局防震减灾支撑系统视频子系统完全摒弃了这种视频传输和显示方式，而是使用比较先进的DVCS分布式图像控制系统。主要介绍上海市地震局这2种视频系统的结构，比较他们各自的优缺点及局限性，提出更适合未来信息化发展需求的地震行业视频系统。

多屏图像控制器；分布式图像控制系统；视频系统

0 引言

地震行业的视频系统包括应急视频会议、指挥车视频[1]、救灾现场视频、实时监测波形、专题地图等，这些视频的快速传输、精确显示对于地震行业来说至关重要，是快速、高效地开展地震应急工作的基础和强有力的支撑。因此，地震行业更需要先进的、信息化的视频系统。

上海市地震局浦东监测中心的“十五”地震应急指挥技术系统视频子系统[2]是通过矩阵、多屏图像控制器进行传输和显示的。在运行了多年后，遇到的问题也越来越多，而在新建成的上海市地震局防震减灾支撑系统中，视频子系统已经不再使用原来的矩阵、多屏图像控制器系统，而是采用了DVCS分布式图像控制系统。

DVCS分布式图像控制系统摒弃了矩阵、多屏图像控制器，大大提高了视频的传输速度和显示的灵活性，也提高了应急工作效率，减轻地震带来的影响和损失[3-4]。

本文将分别介绍2种视频系统的结构、优缺点及局限性，提出更适合未来信息化发展需求的地震行业视频系统。

1 矩阵、多屏图像控制器系统

矩阵、多屏图像控制器系统[5]是采用PC架构的主控机，由RGB采集卡、视频采集卡和多屏图形输出卡组成，并将所有显示视频及视频的控制集中在一条PCI总线进行运算处理。在系统中，必须通过RGB矩阵、视频矩阵连接各种视频信号，以实现视频的传输及切换。

1.1 系统结构

上海市地震局“十五”地震应急指挥技术系统视频子系统基本使用多屏图像控制器系统，通过RGB矩阵及视频矩阵将各种视频进行连接，并通过PCI总线进行运算处理，最后显示到大屏幕上，系统结构见图1。

1.2 系统的局限性

矩阵、多屏图像控制器系统在视频传输过程中全部以视频流的形式存在，因此存在不少的局限性。

1)不易扩展。矩阵、多屏图像控制器系统需要根据屏幕规模及信号源数量定制信号处理板卡数目，增加信号源时需要大量地进行拉线，在接口不足时甚至需要加入庞大的矩阵，不能实现增加显示设备这种功能。

2)无法跨楼层、区域。视频信号在传输过程中会出现衰减情况，不能远距离传输。最常用的DVI、HDMI信号传输的最大距离在15 m左右，VGA信号为30 m左右，因此基本无法实现跨楼层的传输效果，更不能实现跨区域功能。

图1 矩阵、多屏图像控制器系统结构

3)不易维护。矩阵、多屏图像控制器系统接口多、种类多、接线多，而且很多都是暗线，一旦出现故障，很难查到故障具体原因与位置，不利于后期的维护。

2 DVCS分布式图像控制系统

2.1 DVCS系统基本原理

为了解决矩阵、多屏图像控制器系统的局限性问题，DVCS系统应运而生。DVCS分布式图像控制系统是将拥有不同编解码功能的多台处理器通过通信网络连接起来，在控制系统的统一管理控制下，协调完成大规模视频信号处理任务的图像控制系统。DVCS分布式图像控制系统是一种完全基于网络架构的图像控制系统，由视频输入处理器、输出处理器、控制服务器组成，所有处理器、服务器、控制端之间都通过同一网段的交换机进行连接，每一路信号均是独立通道处理、独立通道传输。

DVCS系统将各个视频信号通过输入转换器转换成网络信号，传输到控制服务器；再经服务器按照需求进行软拼接，并传输到指定的输出转换器；最后由其解码成视频信号显示到各显示设备上。图2为电脑信号aaa、视频信号bbb通过系统编码、按需拼接、解码后，最终将所需视频abb，ba显示到大屏幕、显示器的整个过程。

2.2 系统结构

DVCS分布式图像控制系统，主要包括4个部分：视频源、转换处理器、视频云、显示终端。

1)视频源：它可以是摄像头信号、视频会议画面、DVD机，也可以是VGA的电脑信号和笔记本电脑信号，视频系统中的任何一个视频信号，都可以顺利成为视频源。

2)转换处理器：根据功能，主要分为输入处理器及输出处理器。根据视频源的不同接口，分为VGA口、DVI口、MDMI口、分量口，对应不同的处理器，将视频信号转换成网络信号，传输到视频云。在显示端，对应的也有类似的不同接口的处理器从视频云中摄取网络信号转换成视频信号。

图2 DVCS分布式图像控制系统实现过程

3)视频云：就是转换成网络信号的各视频源，它以网络数据的形式存在，形成了视频云。视频云由服务器及控制软件进行控制，将需要显示的视频源切割、组合、叠加后输送到需要的显示终端上。

4)显示终端：本系统的显示终端非常多种，不仅仅是应急大厅屏幕、显示器，还可以是电视机、投影仪，比传统的矩阵的方法更具多样性。

任何一个视频源，包括摄像头、视频会议、电脑信号，它们通过不同接口的处理器转换成网络信号接入到视频云中，然后通过服务器及控制软件，可以将视频云中的视频进行切割、组合、叠加，再通过处理器摄取视频并显示到任意一个显示终端上。可以看到，此结构清晰、简单，对于新接手的运维人员，都能在第一时间了解系统结构，方便运维及扩展。

2.3 DVCS系统架设

2.3.1 网络环境

因视频全部依赖于网络传输、控制，因此在视频源、显示端、控制端都需要有网络交换机，通过交换机将它们进行连接，而且必须保证连接在同一个网络中，互相可以连通。如若要实现跨楼层、跨区域的系统建设，不同楼层、区域也必须保证在同一个网络中。实践证明，在地震系统中，使用行业网是最适合该系统建设的。

2.3.2 硬件连接

硬件连接比矩阵、多屏图像控制器系统简单很多，视频源端将视频接入到转换器IN口，再将转换器LAN口接入到网络交换机。显示端将转换盒LAN口接入到网络的交换机，再将OUT口接到显示设备上。每一个视频源都需要连接一个转换器，显示设备也是，如果是拼接大屏幕，有几块大屏幕就需要接几个转换器，连接拓扑结构见图3。

2.3.3 控制服务器

视频控制端需要一台接入到该网络的服务器即可，服务器上安装上相应的控制软件及配置软件。

2.3.4 系统配置

系统配置比较重要，先将服务器配置一个IP地址，然后打开配置软件，为各转换器配置一个ID及IP地址，并将转换器的sever设置成服务器的IP地址。

2.3.5 系统使用

系统使用比较简单，都是可视化的软件，即将需要显示的视频源拖拽到各显示终端上，并根据需求放大、缩小、叠加等等，故不再赘述。

图3 DVCS分布式图像控制系统连接拓扑结构

3 2种视频系统的比较及DVCS系统的优缺点

3.1 2种视频系统的比较

矩阵、多屏图像控制器系统，所有信号的运算处理都基于PCI总线，而DVCS系统主要通过网络数据进行处理显示，这就造成2种系统在视频源、显示端等方面存在本质上的区别(表1)。

表1 2种视频系统的比较

3.2 DVCS系统解决的问题

1)易于扩展。DVCS系统结构非常简单，因此特别容易进行扩展。如果需要将一个信号源或显示终端接入到此结构中，只需要将它连接上一个转换设备，并接入到网络中即可完成。

2)可跨楼层、区域。DVCS系统通过将视频信号转换为网络信号再进行传输，因此不受视频信号衰减影响，而且无处不在的网络给跨楼层、跨区域的实现提供了可靠的支持。

3)易于维护。一个信号源、视频终端对应一个显示终端，而且不存在暗线，因此出现故障时就很容易地定位到故障设备、查明故障原因。

3.3 DVCS分布式图像控制系统的其他优势

矩阵、多屏图像控制器系统所有的视频控制和传输都集中在一条PC总线上，因此受制于PCI总线带宽的限制，信号处理显示能力极为有限。当连接的显示屏数量比较大、视频采集和显示内容比较多时，就会出现信号无法动态实时显示的问题。如果再有GIS、SIG等超高分辨率信号时，这种问题就会更加明显。正是由于传统矩阵、多屏图像控制器系统存在上述诸多技术应用弊端，全网络化的DVCS分布式图像控制系统应运出现。DVCS系统除了这个最主要的优势之外，还有如下优势：

1)全数字化。DVCS分布式图像控制系统所有处理器、服务器、控制端之间都通过CAT5e/6类网线与数据交换机进行连接，所有视频信号的采集、编码、传输、解码、显示、控制全部采用网络信号，因此信号从采集到传输没有损失和干扰，使图像完全保存高品质高质量，完全符合现代数字化的要求。

2)处理能力强。DVCS系统对信号的处理能力远远高于矩阵、多屏图像控制器系统，种类几乎囊括了所有的视频信号，包括模拟RGB、数字DVI、标清视频、高清视频、超高分辨率信号等，所有视频均可以在任意的显示设备上进行任意大小、任意位置、任意叠加显示。

3)支持音频。DVCS控制系统还能支持音频的传输，它的音频处理器可以将音频同步接入DVCS系统中，同样可以支持数字音频和模拟音频，并且具有高保真音质。

3.4 DVCS系统的缺点

1)成本高。DVCS系统每路视频输入和输出都需要一个转换器，因此相对来说成本比较高。

2)带宽高。每个输入输出都需要百兆网络支持(根据视频的分辨率略有差别)，而大部分的系统都需要几十个视频输入及输出，因此对于网络带宽要求比较高。

4 两种系统结合的视频系统

在实际的建设和运用中，DVCS系统较之于矩阵、多屏图像控制器系统优势明显，但是它的高成本和高宽带的要求也是需要特别考虑的。在网络带宽不够、经费不足、多路输入但只需同时一路输出等的情况下，我们更建议在视频输入端使用2种视频系统相结合、低成本的视频系统，输入端结构如图4。

图4 两种系统相结合的输入端结构

如图4，在输入端我们需要连接n台电脑和m个视频信号，但只需要输出较少的电脑信号和视频信号，如果单纯使用DVCS系统，就需要使用n+m个转换器，在n和m数量较大的情况下，就需要相应的大数量的转换设备，成本高，在运行时还需要较高的带宽支持。因此，我们在输入端的前半部分使用矩阵系统，在输入端的后半部分使用DVCS系统，又能节省带宽，还能节省成本，这样的两种相结合的系统更适合实际运用。

5 结束语

本文主要介绍了上海市地震局先后使用的2种视频系统。通过对2种系统的比较，我们可以看到矩阵、多屏图像控制器系统因受制于一条总线，系统存在不少缺点。DVCS系统，相对于传统的矩阵、多屏图像控制器系统架构，操作更方便，对于今后视频的维护更加方便，也更容易进行系统的扩展，对于推进应急救援工作高效开展具有较大的现实意义。但在考虑成本和带宽的情况下，建议在系统输入端，使用矩阵、DVCS系统相结合的系统架构，既节省了经费，又可以节省带宽，并最大程度地将先进的DVCS系统运用到地震视频上，而且方便运维、扩展，更好地服务于地震工作，大大提高工作效率，加强地震工作能力，最大限度地减轻地震灾害带来的损失。

[1] 徐年, 章熙海, 高飞, 等. 地震应急指挥车现场应急通信技术系统的设计与实现[J]. 智能计算机与应用, 2015, 5(1): 5-8.

[2] 王小明, 李平, 蔡长青. 双路点对点视频会议系统设计与实现[J]. 地震地磁观测与研究, 2014, 35(5/6): 319-322.

[3] 姜立新, 帅向华, 张建福, 等. 地震应急指挥管理信息系统的探讨[J]. 地震, 2003, 23(2): 115-120.

[4] 聂高众, 陈建英, 李志强, 等. 地震应急基础数据库建设[J]. 地震, 2002, 22(3): 105-112.

[5] 胡兴军, 屈平. 大屏幕投影拼接墙的技术及应用[J]. 实用影音技术, 2014(8): 54-57.

ComparationofTwoVideoSystemsUsedinShanghaiEarthquakeAgency

ZHANG Yong, WANG Xiao-ming, ZHAO Xue-zhi

(Shanghai Earthquake Agency, Shanghai 200062, China)

“The tenth five-year” video subsystem of the earthquake emergency command technology system transmits and displays through matrix and multiscreen image controller. While the video subsystem of the support system for earthquake prevention and disaster reduction newly built in Shanghai Earthquake Agency completely abandon the above method for video transmission and display. It uses a more advanced DVCS distributed video control system. This paper mainly introduces the structure of the two kinds of video system of the Shanghai Earthquake Agency, compares their respective advantages and disadvantages and limitations, put forwards the earthquake video system more suitable for the development needs of future information technology.

multiscreen image controller; distributed video control system; video system

张勇，王小明，赵学志. 上海市地震局2种视频系统的比较[J]．华北地震科学，2017，35(4):55-59，65.

2016-09-20

中国地震局地震应急青年重点任务(CEA_EDEM-2016)

张 勇(1986—)，男，上海人，工程师，主要从事地震应急工作.E-mail：zhangyong_1111@126.com

P315-392

A

1003-1375(2017)04-0055-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.010