基于流媒体的分布式显示控制系统设计探析

夏爱民　刘东亚　徐晓刚

摘  要：随着信息技术不断发展，传统显示控制系统面临诸多挑战，迫切需要采用新的技术手段解决显示控制系统建设相关问题。在某应急处置指挥中心建设中，采用H.265流媒体技术和分布式控制理念设计了基于流媒体的分布式显示控制系统总体架构，通过CREATOR集中控制系统开发了分布式调度控制平台，实现了多源信息的有效融合和综合应用，灵活性度高、可靠性强。

关键词：流媒体;分布式;显示控制系统

中图分类号：TP273;TN873      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0052-03

Design of Distributed Display Control System Based on Streaming Media

XIA Aimin，LIU Dongya，XU Xiaogang

（Nankai University Information Technology Science College，Tianjin  300071，China）

Abstract：With the continuous development of information technology，the traditional display control system is facing many challenges. It is urgent to adopt new technical means to solve the problems related to the construction of display control system. In the construction of an emergency response command center，H.265 streaming media technology and distributed control concept are used to design the overall framework of the distributed display control system based on streaming media. Through the CREATOR centralized control system，a distributed dispatching control platform is developed，which realizes the effective integration and comprehensive application of multi-source information，with high flexibility and reliability.

Keywords：streaming media;distributed;display control system

0  引  言

近年來，显示控制系统在国家和地方政府部门组织的各类重大活动中发挥了非常重要的作用，例如国庆阅兵庆典、世界军人运动会安保、公安部门视频调度以及抢险救灾等应急指挥活动。在这些大型活动中，显示控制系统常常被设计成为关键位置、关键时刻的顶层信息集成应用系统，能够利用各类专用网络、电话网以及各类无线通信手段同时调度传送多路信息，为圆满完成活动保障提供了更加完整、更加高效、更加可靠的信息集成与支撑服务。在某部应急处置指挥中心建设中，采用了基于流媒体的分布式显示控制系统技术设计，提供了一种全新的体系框架结构，对来自于不同信息系统、不同网络的视音频信号在系统中按照H.265格式进行编码和融合集成，形成标准化格式的流媒体显示与控制信息，旨在满足处于分散地域的不同部门同步使用和共享调度的需要。

1  传统显示控制系统的技术瓶颈

显示控制系统是调度控制中心内显示与控制设备的集成系统，也是调度控制中心内的人机界面，是调度控制中心向调度控制人员提供信息处理功能的集中体现。其主要作用是通过集成设备与系统，实现受控空间可视化，支持决策过程，进行信息管理分发。传统显示控制系统包括视音频采集处理、切换矩阵、信号传输、集中控制和协作平台等设备，主要通过各种视音频线缆进行传输，利用专门的矩阵实现对信号的格式转换、切换调度和共享使用，具体结构图如图1所示。

在单个场所的信息交互过程中，各种不同格式的视音频信号同时汇聚到一个或多个级联的矩阵，整个信息传输链路中图像质量比较高，传输和切换的速度比较快、延时很小。但是，随着技术的不断发展以及面对应用需求的不断变化，传统显示控制系统面临着越来越多的挑战。

1.1  规模受限

随着业务需求的不断拓展，建设单位有越来越多的信号需要汇聚到指挥控制中心或者调度中心，但传统显示控制系统受矩阵容量的限制，有时不得不通过采用多台矩阵级联的方式来实现大规模信号切换，导致信号传输衰减大、可靠性差，操作非常复杂、易用性差，而且在切换过程中系统调用受限很多。

1.2  难以扩容

传统显示控制系统中的矩阵是机框式设计，如果因为业务需求变化要增加系统容量，往往需要将系统的核心矩阵进行整体替换，无法进行二次利用，费用消耗相当大。另一方面，传统显示控制系统的信号传输采用的是专业视音频线缆，在系统发生变更的时候，如果原先设计与施工过程中没有预留专用视频线路或者扩容空间，新的需求将难以实现。

1.3  设计实施复杂

传统显示控制系统建设时，设计人员除了要详细了解系统基本功能，还需要清楚设备品牌型号、各种接口、信号类型及线材传输特性，对施工现场的线材计算必须要极其准确。但即便是非常专业的工程师，在建设中也往往会出现项目实施情况与设计偏差较大的情况，在很多细节上还会存在遗漏甚至不可实行的问题。

综合以上分析，该指挥中心已不宜采用传统显示控制模式进行建设。

2  流媒体技术应用需求分析

流媒体技术是将一连串媒体数据压缩后，通过数据流的形式，实现网络数据流发布的技术，其主要特征是采用流式传输技术进行传输，具有较强的实时性和交互性。随着科学技术的不断发展，流媒体已不再是以往的单种流式传输，更多的是多种应用的综合，在基于多种网络应用技术的结合中进行数据采集、压缩和传输。此方式是通过网络实时传输实现的，为用户提供了很多便利，节省了用户等待的时间，在显示控制系统中具有重要的应用价值。

通过对该指挥中心采用流媒体技术应用设计，其主要目的是使显示控制系统启动延时缩减，有效减少系统缓存。此外，采用流媒体技术，在数据压缩技术和文件传输技术上比较先进，能够使应急指挥收发的文件在传输时存储量减小，在传输时速度比较快，各应急处置部门在信息发布时更加容易、快捷。应急处置指挥中心流媒体的流式传输方案采用HTTP/TCP（RTSP）来传输控制信息，用RTP/UDP来传输实时视音频数据，其信息传输主要依托专用网络来实现。因此，在该指挥中心显示控制系统建设时，需要对网络架构和网络带宽进行充分考虑，可以设计为主干10 000 M传输，用户端1 000 M传输，如果按照H.265格式压缩传输，每一路信号以5 M视频流计算，主干可以传输上千路信号，完全能够满足应用需求。

3  分布式显示控制系统的架构设计

3.1  分布式显示控制系统的优势

为满足信号海量接入、系统灵活升级扩容、设备设施管理IT化的应用需求，许多单位都不约而同地将目光瞄向了流媒体技术和分布式技术，将AV over IP作为引领自身变革的方向。通过将该指挥中心显示控制系统中的所有接口统一设计为网络接口，用网线或者光纤替代各种格式的视频线缆，便于实施布线，只需网络连通，即可实现扩容，可以利用网络复用传输特性进行大量信号传输切换，便于进行大规模组网，同时也便于采用分布式架构设计。由于该应急处置指挥中心包含成百上千路信号需要交换共享，采用分布式显示控制系统的优势显得更加明显。

3.2  分布式显示控制系统的架构设计

基于流媒体的分布式显示控制系统是该指挥中心的重要依托，既可以传输视音频信息，又可以控制系统。整个系统可设计为多个节点，在地域上相对分散，具有系统控制调度的分布性。该指挥中心基于流媒体的分布式显示控制系统架构设计如图2所示。

该系统按照分布式网络架构进行了设计，设置了总控室、多个分控中心、多个会议室等控制节点，各节点在地位上彼此平等，无主次之分，既可以自治地进行工作，又能通过共享的网络来统一调度信息，协调处理任务。但总控室同时具有集中控制的最高权限，调度信息的范围最广，完全满足大型指挥活动应用需求。

系统架构设计完成后，按应用需求建设部署了相关设施设备。通过CREATOR集中控制系统对各型设备进行编程控制，形成各分控中心的集中调度平台，并统一接入该中心专用网络，实现了系统的互联互通和分布式控制调度，有效发挥了应用效益。

4  结  论

新技术发展催生新的应用。随着人类社会进入到5G高速互联网的新时代，网络速度不断提升，信息传播更为迅捷、顺畅、高效，极大地促進了流媒体显示控制技术的发展与运用。该指挥中心设计的基于流媒体的分布式显示控制系统是一种全新的技术应用，有效地解决了传统显示控制系统面临的技术瓶颈。通过大规模组网部署，可以提升信息传输的实时性、便捷性和系统的稳定性、可靠性，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 王苏滨，张功方，张泽焕，等.显示控制系统技术基础 [M].北京：人民邮电出版社，2006.

[2] 王苏滨，张功方，张泽焕，等.显示控制系统100问 [M].北京：国防工业出版社，2009.

[3] 王苏滨，张泽焕，汪洪宇，等.显示控制群控制原理 [M].北京：国防工业出版社，2012.

[4] 侯艳君.流媒体集群并发技术在视频点播系统中的应用 [J].传播力研究，2018，2（21）：249.

作者简介：夏爱民（1977-），男，汉族，北京人，教师，副教

授，硕士，研究方向：自动控制;刘东亚（1989-），男，汉族，安徽淮北人，工程师，本科，研究方向：自动控制;徐晓刚（1992-），男，汉族，浙江建德人，工程师，本科，研究方向：自动控制。