音視頻顯控工程通用安全設計方法研究

◆詹克軍 許桂明

（1.海軍東海艦隊司令部16分隊 浙江 315122；2.中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007）

音視頻顯控工程通用安全設計方法研究

◆詹克軍1許桂明2

（1.海軍東海艦隊司令部16分隊 浙江 315122；2.中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007）

本文簡述了音視頻顯控工程的特點及其在指揮信息系統中的作用，結合多年工程建設經驗，重點描述了超大容量音視頻顯控的安全設計方法，對音視頻系統的設計與建設具有指導意義。

音視頻顯控；顯控工程；通用安全；專業信息系統

0 引言

指揮信息系統主要應用在軍隊以及公安等政府行業，由指揮作業、信息服務、網絡通信、音視頻、安全保密等分系統組成。其中，音視頻是指專門處理音頻、視頻信息的功能系統，按應用功能分通常由視頻子系統、音頻子系統、交互子系統和控制子系統組成，如圖1所示，按照音視頻信息流分，包括音頻、視頻信息的采集、放大/驅動、傳輸、控制/調度、存儲、處理、輸出/輸出、交互等功能特點應用系統，如圖2所示。衡量一個音視頻系統，尤其是超大容量音視頻系統的優劣，功能性能是一個方面，更重要的是使用效能或使用體驗：在性能方面，除了容量，音頻、視頻信號的切換響應時間[1]，安全性、可靠性也很重要；應用方面，主要體現在直觀一致的顯控效果、信息方便多維的展現手段和快速便捷的操作方式。

音視頻工程設計是一門綜合性的技術，也是一門實驗性很強的學科[2]。隨著微電子、信息、計算機、網絡、存儲、音視頻編解碼等技術的發展，在指揮信息系統中展現音視頻信息的手段也越來越豐富，信息系統對各類信息顯控的需求、人機工程要求，加上各種被“顯”信息具有量大、來源廣，實時、突發等特點，對音視頻顯控工程的實現提出了越來越高的要求。如何理解和滿足用戶的需求是音視頻工程設計的基本要求。

圖1 按功能分的音視頻系統組成

圖2 信息流分的音視頻系統組成

1 設計方法

音視頻系統的設計目標是實現更好的將各類音頻、視頻信息得到最好的展現，主要包括論證設計、方案設計、施工圖設計等階段，要確保每個階段的設計內容完整、技術應用合理、實施計劃可行，且符合標準規范。為提高音視頻系統的可靠性、安全性，采用的設計技術一定是成熟、并經過實踐檢驗。

1.1 設計范圍

音視頻系統的好用設計涉及功能、性能涉及的多個方面。如何保證音視頻系統好用，是音視頻安全設計的重要內容。在遵循音視頻行業相關標準的基礎上，根據對信息系統音視頻信息的應用特點，音視頻安全設計主要包括：信息接入的標準化設計、顯控手段的備份設計以及控制管理備份手段等多個方面。

音視頻系統的通用安全設計應根據音視頻工程的設計流程，第一論證設計方面，主要論述視頻、音頻、控制等功能的定位，音頻、視頻信號視覺、聲場等角度對場地規劃的要求等；其次，開展的方案設計主要從應用角度提出音視頻的功能組成、以及容量、可靠性等性能指標的符合性設計；第三，根據設計方案開展系統組成圖、部署圖、連接圖，提出選用產品的技術規格，尤其要重視設計方案中的備份路由、備份應用、備份控制手段以及設備的備份能力；第四，根據施工圖設計狀態，細化施工配合、施工清單等設計交底材料。

1.2 設計思路

音視頻系統的通用設計思路如下：

（1）根據需求，在確定音視頻系統的功能性能、應用方式基礎上，規范安全防范設計；

（2）遵循國家和軍用有關信息系統的音視頻標準和規定；

（3）涉及的系統應具有安全性、可靠性、開放性、可擴充性[3][4]；

（4）技術安全和管理安全并重。

1.3 顯控工程設計

（1）總體結構設計

通過與用戶交互，需求分析，根據需求構建系統總體框架，設備選型，形成系統組成圖、部署圖、連接圖和連接表（簡稱三圖一表），由三圖一表配套形成與土建結合的施工要求。典型的總體結構如圖3所示。

圖3 信息系統音視頻系統總體框架

（2）功能分系統設計技術

超大容量音視頻系統的設計涉及音頻、視頻、控制、交互等多個方面。

①音頻子系統

音頻子系統的設計已從以模擬技術向以數字音頻處理器為核心的數字技術轉變。通常采用模塊化數字音頻處理技術來設計，更能體現系統擴展以及可靠性、安全性等方面的能力，在這里，音頻子系統的設計要重視聲場設計。

②視頻子系統

視頻子系統的設計重點在于視頻的顯示方式和信號調度切換的方式。

信息系統音視頻系統的設計中，信息系統功能主室、值班房間等場所的墻面顯示設備選型與設計是視頻子系統的重中之重。顯示設備的設計需綜合考慮經費、現場環境、工期、人力等多方面因素，也要考慮顯示墻顯示設備的上顯、調度的方式，圖像展現方式如多畫面顯示、多屏融合顯示、自行點播、視頻推送等影響著視頻設備的選型和控制系統的設計。

③控制子系統

控制子系統的設計重點在于厘清對音頻、視頻功能子系統的控制方式，重點在對各類音頻、視頻設備的集中控制和信號管控。

④交互子系統

交互子系統涉及內部交互、外部交互，內容交互重點在用戶終端的交互，外部交互重點解決與外部其它音視頻平臺的互聯互通問題。用戶終端的交互功能如適應信息系統值班模式顯示流程的上顯、一鍵上顯、視頻點播和語音交流等功能。

1.4 重視安全設計技術的應用

安全性是系統或產品成功應用的基礎，作為體現音視頻系統優劣的一個重要指標，要重視音視頻采集場所采集設備的安裝環境，安全性與可靠性常常緊密地聯系在一起， “安全可靠”的美稱。音視頻顯控系統的安全設計技術主要包括無縫接續與冗余技術、控制軟件并行運行技術、容錯技術、接地技術等。

（1）無縫接續與冗余技術

基于各類音視頻設備之間連接傳輸的模式，采集設備的多格式、多點位，傳輸設備、切換、信號處理等控制設備、顯示設備的雙通道、多路由等熱備份、同步切換技術，全面提升音視頻系統的可靠性和安全應用能力。

為防止系統中的某些核心設備如矩陣、音視頻處理器一旦出現故障，導致音頻或視頻功能的不可用或主要功能不可用，設計時應將這些核心設備設計為常用的冗余備份系統，根據使用頻率和經費可考慮 “熱”備份或“冷”備份。

（2）控制軟件并行運行技術

根據音視頻顯控的應用需求和顯控設備的特點，在控制分系統的控制軟件，可在不同的終端上部署運行，在1個終端運行時可自動檢測到其它終端上運行相同軟件的功能是否在做相同的功能動作，若有則歸一化處理，以確保控制功能實現和可靠運行。

（3）容錯技術

通過同時配置功能的傳輸和控制設備，尤其是在控制分系統的集中控制臺上增加容錯功能設備，可提高系統的可靠性。但應注意成本因素。除此之外，也應包括防誤操作技術，如設備電源開關的防誤觸碰、設備重啟確認等容錯技術。

（4）接地技術

從音視頻系統可靠運行的安全角度， 良好的接地可解決音視頻信號傳輸過程中視頻圖像的抖動、滾動移位以及音視信號傳輸過程中的傳入的“嗡聲”雜音等問題。系統設計除了設有工作地、保護地與防雷地等地線等基本措施外，重點要考慮好信號的干擾隔離和信息傳輸過程中的平衡問題。目前廣泛使用的基于網絡電纜、光纜等傳輸介質的音視頻收發傳輸設備和IP化設備較好的解決了此類問題[5]。另外，音視頻工程線纜敷設時要嚴格遵循信號電纜與220V電源電纜之間的分開，間距一般不小于5cm。

1.5 音視頻工程化集成設計

超大容量音視頻系統要重視工程化設計，基于“精品工程”、“樣板工程”的理念，一是在設備選型時，在考慮功能、便于施工的同時考慮到后期在功能調試、維護、保障的情況；二是集成設計方面的冗余備份，如音頻子系統容量、視頻切換控制設備容量的擴展的便利性，對傳輸設備、音頻處理器等板卡類設備的備份等；三是工程設計應重視進度，要在設計交底材料中細化明確；四是應盡可能遵循標準/規范，重視施工工藝設計，重視和解決工程在功能集成聯試、試用、初驗、終驗和交付等工程實施過程中的問題解決。

1.6 典型應用

音視頻系統的設計要重視音視頻信息流自采集、傳輸、控制、輸出等全過程中應遵循的設計標準，同時重視安全設計和可靠性設計措施。一個典型應用的音視頻產品工程化設計的如圖4所示。采集/輸入完成音視頻信息的來源整合，傳輸、控制、處理、儲存解決了音視頻信息的調度和使用問題，最后顯示解決信息的展示。

圖4 典型應用工程設計示意圖

2 結語

音視頻工程設計過程中一定要重視標準的選擇和采用，這樣有利于提高工程質量和控制工程進度。由于大部分音視頻產品為通用產品，大容量音視頻系統采用的設備種類、數量多，各廠商、品牌的設備在集成過程中可能會出現諸如高清視頻信號頻率不兼容導致顯示畫面抖動、閃屏等問題。因此，這一方面要求設計、集成人員應熟知相關音視頻信號格式標準、接口標準，以準確定位問題原因；另一方面，要求在場外對系統進行聯試，尤其是對初次使用的設備，需充分測試其可靠性及與系統其他設備的兼容性，確保問題不在工程現場發生。

隨著信息共享技術的發展，給音視頻工程的實現帶來升級換代，基于“云平臺”等技術的成熟和H.265等標準的推進，如何做好音視頻信息的可靠快捷應用與交互將成為新的課題。

[1] 朱志祥．IP網絡多媒體通信技術及應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2007．

[2] 劉翠玲．智能建筑通信自動化系統 [M]．北京：中國電力出版社，2005．

[3] 中華人民共和國公安部．視頻安防監控系統工程設計規范(GB 50395-2007)．北京：中國計劃出版社，2007．

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部．電子會議系統工程設計規范(GB 50799-2012)．北京：中國計劃出版社，2012．

[5] 武攀，許桂明．一種大容量一體化音視頻系統地安全控制方法研究[J]．網絡安全技術與應用，2015．