湖南省气象高清远程会商系统设计与应用

潘翔宇 朱艳 黎泽勋

摘 要：结合湖南省气象高清远程会商系统建設项目技术设计、工程建设及试运行情况，对系统的功能需求、总体框架和技术实现做了精准阐述，对系统省级主会场视音频及中央控制系统设计、MCU及视频终端整机热备份自动切换、防火墙穿越等关键技术的难点、亮点进行了详细的分析，总结经验，提出了一套可行的方法，为本省及外省会商系统建设提供了重要的参考意见。

关键词：视频会商;视音频设备;中央控制系统;防火墙穿越

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.03.102

1 引言

随着湖南省气象业务蓬勃发展，各类行政及交流会议越来越频繁，在国家降低会议成本的大环境下，越来越多的会议通过远程视频会议的形式召开。远程会商系统在提高气象业务水平、提高行政管理及工作效率以及应急救灾等方面起到了很重要的作用，因此如何提高远程视频会商系统对气象服务工作的保障能力，是一个很重要的课题。

然而湖南省气象局以前使用的视频会商系统，存在着技术体系过旧、清晰度不高、功能不足、覆盖范围不够、设备老化等问题，已经无法满足日益增长的气象服务需求。针对这些情况，湖南省气象局于2014年12月新建了一套覆盖全省的省-市-县三级高清远程会商系统。

2 系统总体设计

2.1 系统功能需求分析

通过了解最新高清视频会议技术，并结合湖南省气象部门实际情况，对远程会商系统总体功能需求进行了分析。具体如下：

（1）系统建设延伸到县一级气象部门，能够支持将中国气象局会议转播到全省所有会场，实现国-省-市-县四级会议全覆盖;能够支持省级气象部门召开全省省-市-县三级视频会议;能够支持市级气象部门独立召开全市市-县视频会议。

（2）系统支持全高清1080P双流视频会议，能够为参会人员提供清晰度更高的视频，以及像素更高的计算机图像。

（3）系统可靠性强，核心会商设备如MCU和视频终端均采用整机热备份自动切换方案，若出现单个设备的损坏情况，能够在30秒钟之内使会议恢复正常。

（4）系统支持会议现场实时直播和录制工作，支持移动应急车、计算机、手机及平板通过公网（含移动网）接入会商系统，随时随地参加会商。

2.2 系统总体框架设计

湖南省气象高清远程会商系统按照国家-省-市-县四级结构进行设计，如图1所示。系统由于与中国局会商系统使用的设备品牌不一致，无法直接与中国局系统进行直接呼叫对接，因而采用音视频切换技术手段（“背靠背”）间接完成了与中国局系统的对接工作;系统省级MCU通过省-市气象内网下联市级MCU以及省级会场视频终端（含移动应急车），市级MCU通过市-县气象内网连接辖区内市、县会场视频终端，最终实现国家-省-市-县四级会商系统。

2.3 系统总体技术实现

湖南省气象高清远程会商系统主要由核心会商设备和会场视音频辅助设备组成，分为省、市、县三级会商系统进行建设。系统全网核心会商设备（均为宝利通设备）及省级主会场（兼全省会议控制调度中心）视频辅助设备全部支持高清视频格式（1080P），最终实现全省高清双流会议。

系统通过在省级主会场部署高清多点控制单元（以下简称MCU）、高清视频会议终端（以下简称视频终端）和云可视会商管理平台设备，实现了全省会议的召集、调度、管理、监控及设备集中管理等核心功能;通过搭建直播、录播、点播平台，实现了对全省会议的直播和录播功能，同时，用户可以通过申请账号的方式来使用点播和下载等功能;通过搭建外网接入服务器，安装了授权软件的计算机、手机及平板实现了通过内外网（含移动网）参加远程会议的功能。

系统在14个市级气象部门部署了MCU、视频终端、云可视会商管理平台及外网接入服务器等会商设备，并将这些设备兼容纳入了市级会场视音频辅助设备。市级系统既能够无缝兼容省级系统，完成相关管理及控制工作，又是一个独立的会议控制中心，实现了自行组织召开全市市-县会议，使用计算机、手机及平板等设备通过外网参加本市会议等功能。系统在92个县级气象部门会场部署了视频终端。在建设过程中，充分考虑了各会场的辅助音视频设备的兼容性，使县级会场能够纳入省、市级会商系统进行控制及管理，实现相关功能。

3 系统关键技术分析

3.1 省级主会场视音频辅助系统技术设计

湖南省气象高清远程会商系统省级主会场的视音频辅助系统涉及至少8个品牌，上十个设备的集成和超过100路视音频信号的交互，属于大型复杂视音频集成系统。对于视频系统，不同品牌的设备所输出的信号帧率也不同，任一节点信号不匹配都将导致画面出现抖动、花屏和切换黑屏、延时等现象;对于音频系统，由于音频小信号对敏感度要求非常高，面对如此复杂系统几乎必然产生“底噪”和“电流声”等问题。因此，如何解决复杂系统下，省级主会场高清视音频的效果问题，是一个技术及工程难点。

系统省级主会场视频设备统一采用DVI-D数字接口，为了减少信号转换损耗和延迟，确保设备接口的兼容。核心设备视频矩阵的设计和选型尤为重要：首先，要求其带宽支持数据速率不小于4.25Gbps，这样才能确保高清信号的无损传输和快速切换;其次，要求其必须支持EDID协议，使各设备信号能够自动进行匹配，确保设备充分兼容。系统省级主会场音频设备统一采用平衡接口，连接方式也为平衡式方式，选用优质屏蔽线缆和接头进行连接，每个音频设备接入同一个电源，减少电源相位对信号造成干扰，尤其注意设备的接地工作。通过上述方法，系统最终取得良好的视音频效果，比如无损失地将中国局高清会议转播到湖南省各个视频分会场。

3.2 MCU整机热备份自动切换

系统在省级部署了2台相同配置的MCU设备，一台设置为主用设备，另外一台设置为备用设备，并在两个设备之间架设一个独立通道（简称心跳线）。心跳线具备强大的侦听功能，不断对主用MCU各个硬软件模块（控制模块、DSP芯片、媒体卡、电源、网络、风扇等）的工作状态进行实时监测。一旦检测到主用MCU任何硬软件模块出现故障，便立即自动启用备用MCU，将实时会议切换到备用MCU上，接下来备用MCU能够完成主用MCU的全部功能。整个过程无需人工值守，完全在系统后台自动进行，间隔不多于25秒，几乎不会对会议进程产生影响。

3.3 视频终端整机热备份切换

系统在省级部署了2台相同配置的视频终端以及1台音视频智能切换服务器，能够完成视频终端整机热备份的自动切换，2台视频终端输出视音频信号到该服务器，正常工作时，服务器将主用视频终端的视音频信号切换给相应输出显示设备。同时，该服务器不断实时监测2台视频终端的工作状态，一旦主用视频终端出现故障，便立刻通知MCU将会议转移到备用视频终端，同时切换输出备用终端的视音频信号，联动完成会议的转移，确保会议正常召开。整个过程无需人工值守，完全在系统后台自动进行，在5秒钟之内完成。

3.4 防火墙穿越技术

系统是基于H.323协议来进行高清远程会议的，由于该协议要求动态分配一些端口用来接收呼叫控制信息和建立语音、视频数据通道，因此当移动应急车等相关设备通过外网加入会议时，由于防火墙的存在，一些端口被关闭，导致无法进行视频会商。如何在不破坏现有网络结构的前提下实现防火墙安全穿越，是系統设计的难点。

为了解决这个难点，系统采用了国际标准的H.460方案，通过部署独立的外网安全接入服务器来实现内外网防火墙穿越。该服务器采用双网口信令分离方式，内网口连接到气象内网（MCU网络），外网口连接在DMZ（隔离带）区域，并与防火墙串联部署，配置成1：1的映射。通过架设独立服务器，所有内外网的呼叫信息和视音频码流都通过该服务器进行连接交互，这样系统既不会破坏现有网络环境，大大减少网络系统的配置和运维工作量，又能保证原有防火墙策略安全有效及内网安全。并且，由于该服务器部署在防火墙内，即使受到攻击也不会影响到整个内网。

3.5 省级主会场中央控制系统的搭建

系统省级主会场部署了一套快思聪PRO3中央控制系统（简称“中控系统”），通过对主会场视音频设备实现集中控制，结合本省会议流程及要求等实际情况，实现各类会议一键切换，大大减少操作人员运维工作量，防止系统误操作。中控系统主要由继电器、灯光调光器、无线双向接收器、红外发射棒、无线WIFI触摸屏控制器（IPAD）、订制编程软件等模块组成。

中控系统通过标准RS232串口与视音频数字矩阵相连，实现各类型视音频信号的一键切换，比如一键将中国局会议视音频信号转发给本省所有会场;与大屏拼接控制器相连，实现会议图像显示模式的一键切换;通过RS232串口和红外发射棒，与会场4个高清摄像头相连，以调用预置位的方式，实现会议过程中特写发言人员、轮询扫描会场等功能;通过继电器、灯光调光器，搭配时序电源插座，实现拼接大屏、会场灯光、功放及音响等设备的一键开关机，灯光亮度的实时调节，使工作人员能够远程操纵会场相关设备。

4 应用效果

湖南省气象高清远程会商系统投入试运行以来，使用频繁，承担了全国早间天气会商、省气象台内部会商、省市县天气会商、全国中期天气会商、气象灾害监测与影响评估会商、农气会商、临时性培训及行政会商等各类会议。根据试运行及验收测试情况来看，系统运行稳定，实现了1080P高清会议效果，完全满足总体设计中提出的功能需求。

5 结论

系统实现了复杂音视频会商系统的1080P高清会议效果，在与上级部门采用不同品牌会商设备的情况下，将上级部门会议无损转播到本省分会场，其MCU和视频终端核心设备支持自动切换，增强了会商保障可靠性。本文所提供的解决方法和工程经验，具有很强的参考价值。

参考文献

[1]刘一谦，张常亮.基于MCU级联的三级高清视频会商系统的构建与应用[J].科技信息，2011，（15）：485-486.

[2]戴元.中控系统在空管视频会议中的应用研究[J].硅谷，2012，（8）：92-93.