云计算技术在电力应急视频会商中的应用

朱立楠，刘鸿雁，孙丽丽

（国网山东省电力公司信息通信公司，山东 济南 250001）

0 引言

传统的电力应急处置方式往往需要工作人员到现场进行解决，处理效率不高。视频沟通有其无法替代的优势，指挥中心通过可视化通话，可以快速实现远程协助、远程指导、远程会商等。视频通信、统一通信等技术的发展为应急处理提供了各种通信手段，推动了应急通信的发展。研究各类应急通信手段的融合应用，可为应急指挥带来高效而实用的解决方案。

云计算通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解为无数个小程序，由相应的系统进行处理和分析，并将结果返回给用户［1］。通过云计算技术可在较短的时间内完成数以万计的数据处理，为用户提供强大的网络支撑服务。

本文基于云计算技术搭建了整合多种视频会商方式的平台，在现有机动应急视频会商的基础上，融合各种视频通信技术，提高机动应急视频会商能力，实现各种网络状况下经济而灵活的接入，获得可靠的高清视频图像，便于指挥中心及时了解现场以快速进行处置。

1 电力应急视频会商系统现状

电力应急通信系统的应急视频会议采用基于传统MCU（Multi Control Unit，简称MCU）架构，以省公司为核心、各市县公司为分会场，按固定点方式接入，功能和形式相对单一。应急处置现场的突发性和不确定性，使得应急事件的现场处置具有一定的滞后性。专业人员及专家无法即时到达现场进行事故评估和处置，容易错失应急处置的最佳时机，使得损失进一步扩大。因此，现场多方会商显得尤为重要。需要一些外部专家远程协助、移动视频会商等接入形式，来提高应急处置现场的指挥调度和应急处置能力。

视频通信基于通信技术和视频编码技术，从E1专线的H.320到IP方式的H.323，以及以SIP协议为基础的统一通信，都向应用为导向的协作发展。视频编码技术从H.263到H.264 AVC（Advanced Video Coding，简称 AVC）、H.264 SVC（Scalable Video Coding，简称SVC）分层编码等，提高了图像质量和编码效率。视频通信架构和模式的更新推动了视频通信的发展［2］。

现有视频通信的体系架构仍基于传统的编码体系，传统的H.264抗丢包率不高，只有3%～5%，降低了视频质量。应急通信网络多种多样，通信往往需要跨网络传输，包括ADSL拨号、E1专线、3G网络、Wifi、卫星等，网络的QoS保障参差不齐，网络适应性差，从而使得视频沟通严重受制于网络。传统视频通信对网络的适应能力较差，使得移动及跨网络应用大为受限。网络延时较大、丢包率大、视频效果差、经常性的马赛克现象都制约了视频通信在应急通信中的应用。

本文将云计算、SVC分层编码、协议转换及编码转换等多种技术，与机动应急通信系统的视频会议系统有机结合起来，利用基于云计算部署的高清视频会商平台，建立新的视频会商模式，以提高应急处置现场视频会商的灵活性和可靠性。

2 研究目标和依据

2.1 研究目标

1）建设云计算技术与机动应急通信高清视频会议系统相融合的平台。在现有机动电力应急通信系统的基础上，研究基于云计算的高清视频会商技术，以云计算架构进行部署，快速构建一个视频云平台，将各类用户及资源纳入统一资源池进行管理与分配，具有快速部署、统一管理、灵活接入及较强的兼容性和可靠性。

2）提高机动应急通信车视频会议系统音视频质量。研究SVC分层编码及视频路由器等技术，使该平台具备带宽动态自适应和20%的网络抗丢包率能力，解决现有机动应急通信车通过公共网络召开视频会商过程中，带宽不稳定所带来的图像卡滞及出现马赛克等问题，提高视频会商系统图像传输质量。

3）将传统视频会商更新为多方专家远程协同视频会商的模式。该模式将多种视频会商方式整合，具有3G视频、移动平板、智能手机及互联网等多种跨网络平台的视频会商接入能力，既保留现有机动应急车软视频会议和单兵视频接入方式，又能满足应急处置现场的专家远程桌面协助、应急研判、多人会商等即时高清视频会商接入需求，实现随时随地、多地域、跨平台、低延时、多应用的应急高清视频会商。

4）研究视频云平台与第三方视频通信及软交换系统的兼容性，建立标准转换网关。利用SIP协议和多种编码转换技术，实现与传统视频会议、软交换系统对接，实现音视频的统一通信，提高应急响应和处置水平。

2.2 理论依据

1）采用云计算架构方式，改变传统视频通信的MCU架构部署模式；利用云计算分布部署、集中管理的理念，实现按需扩展、经济接入。

2）考虑跨网络及网络适应性问题，研究SVC分层编码技术，提高跨网络及网络动态变化过程中的视频传输可靠性，采用视频路由器技术代替传统MCU架构，中心没有编码处理时延，提高视频传输的即时性。

3）考虑开放性及兼容性特点，可以与现有视频通信及传统监控系统对接，以SIP协议为基础，适应现有软交换机统一通信的整体架构及发展趋势，并可以过渡到可视化调度管理。

3 技术方案

3.1 融合多种视频源的智能调度平台

为进一步提升应急指挥调度能力，构建统一信息通信和应急指挥调度平台，将各通信子系统相融合，实现互联互通和统一音视频指挥、联动等功能，并实现各种应用终端的扩展，以提高行业应对突发事件的指挥调度和执行能力，其系统架构如图1所示。

图1 系统架构示意图

由图1可见，平台采用多级分布式架构，辅以机动应急调度终端实现机动性的现场应急指挥调度功能，将现有单兵、软视频、集群系统等音视频信号接入系统。主站服务系统部署在总部，提供设备注册认证和集中管理，并可配以独立分布存储系统进行本地存储，实现统一存储管理功能，也可独立进行应急指挥工作，以实现多级应急响应。

3.2 基于云计算技术的高清视频会商平台

以服务为应用导向，采用分布式部署、统一管理的方式进行系统搭建，建立全网统一的视频资源池管理和用户管理，可按需扩展，通过统一的平台和各种网络为用户提供与网络及平台无关的视频会商服务。能在任意应急处置现场机动灵活、迅速建立临时指挥中心，实现多地域的机动应急会商功能。无论是固定、第三方视频会商系统，还是3G/平板视频会商等移动平台视频会商形式，均改变之前仅能实现单一固定会商的模式。

3.3 SVC分层编码技术的应用

采用SVC分层编码技术，可实现对视频流的交换与分发。

H.264 SVC视频编解码协议是由ITU-T批准的H.264 SVC可分级视频编码标准。H.264 SVC具有高效的编码算法、优异的抗丢包抗误码能力、良好的网络适应能力等优点，提供低带宽下优异的视频通信效果［3］。

H.264 SVC利用了AVC编解码器的各种高效算法工具，在编码产生的编码视频帧率、分辨率上可进行扩展，产生不同帧速率、分辨率或质量等级的解码视频。

具备H.264 SVC编码的视频会议系统，在保证高效视频压缩性能的基础上，视频广播端可以通过分流方法允许系统动态调整。由视频路由器技术作为中心路由转发和控制视频流，以适应不断变化的网络条件、视频源和接收终端不同的显示及处理能力，获得平稳的图像质量，有效减少视频会议系统中复杂的转码。

无论与会者身在何处，系统都可以提供高品质的视频会议体验。数据包丢失通常发生在作为增强层低可靠的通道里，在高可靠性通道中传送的视频流一般完好无损。当包丢失率达到5%时，基于H.264 AVC的视频会议系统会崩溃，而基于H.264 SVC的视频会议系统网络丢包率达20%时还可具有良好的视频效果。

使用最新的H.264 SVC技术，能解决低带宽下的视频通信能力、丢包率等问题，可不用进行网络改造、不用关心网络间的传输可靠性、不用担心图像出现马赛克［4］。最新的SVC协议H.264 SVC与传统视频协议H.264 AVC的区别如表1所示。

表1 H.264 SVC与H.264 AVC的区别

3.4 云计算架构

为适应分布式部署及统一管理的要求，研究云计算技术在视频通信中的应用。按需扩展、灵活部署、经济接入是云计算的优势，可改变现有视频通信各自独立的局面。建立视频云，实现资源池管理，解决视频会议远程访问、系统扩容、容灾备份等难题。完成视频云的搭建，实现视频资源池管理，可以按域和跨区调度。

根据实际需求灵活部署为私有云或公共云，以地市为一个小云，再构成一个省级云，每个云中资源灵活分配、调用，实现低成本的本地化流量和多点并发连接扩展功能，使终端用户能够充分利用云基础设施，实现用户的按需索取服务。

3.5 建立标准转换网关

支持H.323和SIP标准，并支持两种协议间的互转；支持H.263、H.264等编码体系，并支持两种编码间的互转；支持HD720P30、SD、CIF等多种分辨率的视频转码，并支持IP音频接入。与软交换系统对接，实现音视频的融合和扩展应用，以提高电力各种应急现场音视频信号的互通性，将该平台打造为一个统一的视频会商平台［5］。

3.6 与机动应急通信系统视频业务的对接

与机动应急通信系统视频业务对接如图2所示。

图2 视频业务对接示意图

1）软视频系统。机动应急通信系统软视频业务通过H.323协议接入视频协议转换网关。

2）单兵视频系统。单兵视频业务一般不支持SIP协议和SVC分层编码格式，无法直接对接，可通过视频接入网关连接应急指挥智能调度平台，实现统一的视频调用和显示。应急指挥智能调度平台通过对接单兵视频系统可以直接远程调用任意单兵视频图像。

机动应急通信系统单兵及软视频业务，通过应急指挥智能调度平台或视频协议转换网关，利用SIP协议以及最新的H.264 SVC分层编码标准，完成H.264 AVC与SVC分层编码格式的互转，实现了基于云计算的高清视频会商系统与机动应急通信系统的有机融合，提高了应急处置现场高度灵活、可靠的音视频通信保障的能力。

4 结语

本文搭建了基于云计算的机动应急通信高清视频会商平台。该平台可在任意应急处置现场机动灵活、迅速地建立临时指挥中心，将各种应急移动视频接入方式进行整合，实现多地域的机动应急会商功能。任意应急处置现场可在第一时间与应急指挥中心进行实时连线，实现多方高清可视会商，有助于专家及时了解现场动态和现场应急处置全过程，为指挥人员的决策和分析研判提供全面的支撑，提高应急会商的即时性、易用性、便捷性和高效性，提高应急响应和处置的效率。