云視頻會(huì)議在地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)中的融合應(yīng)用研究

郁璟貽， 譚慶全， 薄 濤， 趙 光， 劉英華

（北京市地震局， 北京 100080）

0 引言

“十五” 項(xiàng)目期間， 中國(guó)地震局基于地震行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)了覆蓋31 個(gè)省（直轄市、 自治區(qū)）的全國(guó)地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)[1]。 隨著地震應(yīng)急體系開放性、 共享性、 互聯(lián)程度的不斷擴(kuò)大，對(duì)視頻會(huì)議系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、 組網(wǎng)模式、 連通要求也越來越高， 地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)逐漸成為各級(jí)地震應(yīng)急技術(shù)平臺(tái)體系應(yīng)用、 運(yùn)維的核心業(yè)務(wù)工作[2-3]。 為提升地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)在應(yīng)急指揮和日常業(yè)務(wù)中的支撐作用， 十多年來， 國(guó)家和各省級(jí)地震局應(yīng)急指揮中心在原有的項(xiàng)目建設(shè)基礎(chǔ)上通過不同的方法進(jìn)行了諸多升級(jí)改造和融合應(yīng)用。 有條件的省局建設(shè)了市縣、 臺(tái)站級(jí)的視頻會(huì)議系統(tǒng)， 融合了不同組網(wǎng)模式， 使組織管理更加靈活[3-5]。 在“社服工程” 中， 中國(guó)地震局完成了地震系統(tǒng)視頻會(huì)議升級(jí)改造， 覆蓋全國(guó)各省級(jí)地震局和中國(guó)地震局直屬科研單位共42 個(gè)一級(jí)節(jié)點(diǎn)， 并融合使用VAST 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、 3G/4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮車載終端和移動(dòng)視頻會(huì)議終端的接入[6-7]。 中國(guó)地震局應(yīng)急指揮中心、 上海市地震局等利用物理“背靠背” 轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同網(wǎng)段視頻會(huì)議系統(tǒng)的融合[6，8]。 云南省、 山東省等開展了云視頻會(huì)議方面的研究應(yīng)用， 融合了硬件視頻會(huì)議和云視頻會(huì)議的雙方優(yōu)勢(shì)， 為應(yīng)急視頻會(huì)議服務(wù)精確化、 運(yùn)行智能化提供了可靠的理論和實(shí)踐依據(jù)[2，9]。

北京地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)依托“十五”期間的“中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)” 項(xiàng)目建成，使用期間進(jìn)行了多次升級(jí)改造和設(shè)備更新。 在地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)承擔(dān)著越來越多的功能需求和經(jīng)年累月的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下， 傳統(tǒng)的硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)問題凸顯， 使用場(chǎng)景受限。 如何在原視頻會(huì)議系統(tǒng)的基礎(chǔ)上融合運(yùn)用新興技術(shù)手段提升地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)效能， 是一個(gè)值得探討的問題。

1 現(xiàn)狀與問題

1.1 北京地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)現(xiàn)狀

北京地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的硬件系統(tǒng)， 包含5 套硬件視頻會(huì)議終端和1 臺(tái)多點(diǎn)控制單元（Multipoint Control Unit， MCU），分別通過北京市政務(wù)網(wǎng)、 地震行業(yè)專網(wǎng)連接北京市委市政府、 中國(guó)地震局、 各地震臺(tái)站和北京市各區(qū)地震局等。 系統(tǒng)投入使用以來， 在地震應(yīng)急、 應(yīng)急演練、 政務(wù)會(huì)議、 遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 地震安保等方面發(fā)揮了重要的作用[10]。 北京地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)在國(guó)家應(yīng)急指揮體系的成熟中不斷應(yīng)用發(fā)展， 期間進(jìn)行了多次升級(jí)改造，系統(tǒng)功能從單一到豐富， 應(yīng)用模式從單種到多種。 2017 年， 建設(shè)了MCU 高清視頻會(huì)議系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)臺(tái)站、 多點(diǎn)臺(tái)站與區(qū)地震局、 中國(guó)地震局三方級(jí)聯(lián)等多種組會(huì)模式[11]。 隨后， 針對(duì)硬件設(shè)備老化故障問題， 更新了部分視頻會(huì)議設(shè)備， 對(duì)部分不合理的功能重組改造， 實(shí)現(xiàn)了重要設(shè)備備份、 遠(yuǎn)程操作、 智能中控等功能。近年來， 利用物理“背靠背” 的方式進(jìn)行跨網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)了地震行業(yè)網(wǎng)和北京市電子政務(wù)網(wǎng)兩套不同網(wǎng)段視頻會(huì)議系統(tǒng)的融合應(yīng)用，為地震應(yīng)急處置提供了便捷高效的溝通[12]。

1.2 北京地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)存在的問題

近幾年， 在國(guó)家應(yīng)急體系的不斷擴(kuò)大完善下， 地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)利用率逐年升高。特別是新冠疫情爆發(fā)以來， 地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)除承擔(dān)地震應(yīng)急指揮調(diào)度外還承擔(dān)著更為繁重的日常會(huì)議任務(wù)， 導(dǎo)致視頻會(huì)議硬件設(shè)備壓力驟增， 硬件系統(tǒng)問題逐漸顯現(xiàn)。

1.2.1 硬件設(shè)備老化嚴(yán)重， 故障頻發(fā)

地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)主要由視頻會(huì)議終端、 MCU、 視頻輸入輸出設(shè)備、 音頻輸入輸出設(shè)備、 網(wǎng)關(guān)、 網(wǎng)閘、 矩陣切換器、 調(diào)音臺(tái)等組成。 由于部分設(shè)備使用年限較長(zhǎng)， 已出現(xiàn)老化和超期服役的問題， 又加上設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間開啟加速了硬件老化， 無法保障日常業(yè)務(wù)穩(wěn)定應(yīng)用。硬件設(shè)備成本高昂， 一旦出現(xiàn)故障， 維修、 更新周期長(zhǎng)， 對(duì)地震應(yīng)急和日常會(huì)議保障造成了較大的障礙。

1.2.2 硬件系統(tǒng)擴(kuò)展困難， 開放性、 共享性差

隨著地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，視頻會(huì)議系統(tǒng)已不再是單純的溝通工具， 它承擔(dān)著地震應(yīng)急、 應(yīng)急演練、 政務(wù)會(huì)議、 遠(yuǎn)程會(huì)商、 線上培訓(xùn)等重要功能。 由于硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)的嵌入式架構(gòu)和通信特點(diǎn)， 其專用性和穩(wěn)定性較高， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求也高， 各視頻會(huì)議系統(tǒng)之間開放性、 共享性差， 參會(huì)地點(diǎn)和方式受限， 用于其他功能的擴(kuò)展能力差。 加上矩陣等設(shè)備老舊、 擴(kuò)展性能有限， 地震應(yīng)急時(shí)期無法滿足各類音視頻信號(hào)的輸入輸出， 難以提高服務(wù)質(zhì)量。

1.2.3 硬件系統(tǒng)不同品牌之間兼容性差

硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)由多個(gè)不同品牌組成，不同品牌之間因通信協(xié)議差異存在兼容性差的問題， 導(dǎo)致不同設(shè)備的融合應(yīng)用較為困難。 即便實(shí)現(xiàn)不同視頻會(huì)議設(shè)備之間的音視頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)， 信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定性也存在不確定性， 難以實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景的擴(kuò)展應(yīng)用。

隨著知識(shí)變得日益重要，教育問題成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，要求更加明確分析人力資本的生產(chǎn)和使用，針對(duì)如何提高各級(jí)各類學(xué)校的辦學(xué)質(zhì)量，如何通過教育投資提升人力資本和掙得能力成為問題的關(guān)鍵。教育是一個(gè)能夠用于分析經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)或評(píng)價(jià)人力資源開發(fā)等公共政策的重要量綱。通過學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人技能、能力、人力資本積累和自我選擇能力的提高。但是，在人力資本生產(chǎn)和使用問題上，教育學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)在各自研究領(lǐng)域有著不同的理論觀點(diǎn)。

2 云視頻會(huì)議系統(tǒng)融合應(yīng)用研究

2.1 云視頻會(huì)議系統(tǒng)簡(jiǎn)介

云視頻會(huì)議是以云計(jì)算為核心， 依據(jù)視頻信息安全標(biāo)準(zhǔn)和視頻信息交換標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建， 由基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、 平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS） 組成， 滿足用戶動(dòng)態(tài)調(diào)度的最優(yōu)分布視頻的需求[13]。 云視頻會(huì)議由服務(wù)提供商建設(shè)云計(jì)算中心， 構(gòu)建MCU 資源池， 企業(yè)無需購(gòu)買MCU， 無需大規(guī)模改造網(wǎng)絡(luò)， 無需配備配備專業(yè)IT 人員， 通過租用服務(wù)的形式，實(shí)現(xiàn)在會(huì)議室、 個(gè)人電腦、 移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行多方視頻溝通， 打破了時(shí)間地域的限制， 只要能夠聯(lián)網(wǎng)都能快速進(jìn)行會(huì)議交流。 相對(duì)于傳統(tǒng)自建視頻會(huì)議， 云視頻會(huì)議基于公網(wǎng)運(yùn)行， 共享全網(wǎng)資源池， 資源利用率和調(diào)配靈活性更高。

2.2 傳統(tǒng)硬件視頻會(huì)議與云視頻會(huì)議優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

傳統(tǒng)的硬件視頻會(huì)議是基于嵌入式架構(gòu)的硬件平臺(tái)及操作系統(tǒng)， 通過嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)音視頻傳輸[14]。 優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性、 可靠性和安全性高， 音、 視頻質(zhì)量效果好， 但是硬件造價(jià)成本高、 維護(hù)較為復(fù)雜。 不同品牌設(shè)備之間的兼容性較差， 硬件擴(kuò)展相對(duì)困難， 會(huì)議接入數(shù)受MCU 參會(huì)點(diǎn)數(shù)限制， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高且不可穿越， 而“背靠背” 僅是權(quán)宜之計(jì)。 云視頻會(huì)議是基于云計(jì)算架構(gòu)的視頻會(huì)議系統(tǒng)， 優(yōu)點(diǎn)是資源配置靈活， 擴(kuò)展方便， 接入點(diǎn)數(shù)多不受硬件設(shè)備影響， 對(duì)終端設(shè)備要求低， 不限入會(huì)方式和地點(diǎn)等， 但是云視頻會(huì)議在個(gè)人隱私和會(huì)議保密性方面存在安全風(fēng)險(xiǎn)[15]。

目前市場(chǎng)上云視頻會(huì)議品牌眾多， 如摩云視訊、 華為云會(huì)議、 騰訊會(huì)議、 小魚易連等。2019 年， 中國(guó)地震局及各省級(jí)地震局統(tǒng)一部署了小魚視頻會(huì)議終端， 可通過公網(wǎng)連接中國(guó)地震局云會(huì)議室。 騰訊會(huì)議個(gè)人版面向全國(guó)用戶免費(fèi)開放， 音視頻質(zhì)量及會(huì)議穩(wěn)定性良好， 社會(huì)應(yīng)用廣泛。 考慮到目前硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)擴(kuò)展困難、 開放性差、 會(huì)議場(chǎng)景受限等問題， 擬利用云視頻會(huì)議與硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

2.3 融合應(yīng)用實(shí)例

要實(shí)現(xiàn)北京市地震局應(yīng)急指揮中心（以下簡(jiǎn)稱“指揮中心”） 硬件視頻設(shè)備和云視頻會(huì)議的融合應(yīng)用， 重在解決軟硬件音視頻互連互通的問題。 音頻方面， 將指揮中心現(xiàn)場(chǎng)麥克風(fēng)、各視頻會(huì)議終端音頻與電腦端音頻共同接入調(diào)音臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)音頻互通， 并集成于中控系統(tǒng)， 通過中控軟件實(shí)現(xiàn)各分項(xiàng)音量的調(diào)節(jié)。 視頻方面，在指揮中心專用電腦上安裝一張USB 高清視頻采集卡， 將指揮中心攝像機(jī)、 視頻會(huì)議終端、其他HDMI 等輸出視頻數(shù)據(jù)或者視頻和音頻的混合數(shù)據(jù)輸入專用電腦， 并轉(zhuǎn)換成電腦可編輯處理的視頻數(shù)據(jù)文件。 同時(shí)將視頻采集卡集成在中控系統(tǒng)中， 通過中控軟件操作實(shí)現(xiàn)電腦端對(duì)各類輸出信號(hào)的接收。 另外電腦端的信號(hào)也同時(shí)接入混合矩陣， 并通過中控軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理， 實(shí)現(xiàn)電腦端信號(hào)在大屏幕的顯示及其他視頻會(huì)議終端設(shè)備的調(diào)用（圖1）。 完成音視頻互連后， 在電腦端安裝好云視頻會(huì)議軟件（如小魚易連、 騰訊會(huì)議等）， 即可進(jìn)行多場(chǎng)景的整合應(yīng)用。

圖1 軟硬件音視頻互連示意圖Fig.1 Diagram of software and hardware audio and video interconnection

2.3.1 遠(yuǎn)程培訓(xùn)

自新冠疫情爆發(fā)以來， 許多職工居家隔離或居家辦公， 加上疫情防控需要， 會(huì)場(chǎng)參會(huì)人員數(shù)量有所限制。 原先的硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)因其功能局限無法完成遠(yuǎn)程擴(kuò)展， 而云視頻會(huì)議的補(bǔ)充則為遠(yuǎn)程會(huì)議、 遠(yuǎn)程培訓(xùn)等提供了諸多方便。

以2020 年北京市地震局組織的多次業(yè)務(wù)培訓(xùn)和學(xué)術(shù)講座為例， 因疫情原因授課老師無法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)， 只能以遠(yuǎn)程會(huì)議方式完成。 一部分參會(huì)人員需在會(huì)場(chǎng)集中收看討論， 另一部分人員只能遠(yuǎn)程參會(huì)， 因此需通過指揮中心組建云會(huì)議室。 指揮中心登錄騰訊會(huì)議軟件組建虛擬會(huì)議室， 培訓(xùn)老師及遠(yuǎn)程參會(huì)人員不論身處何地， 只要有網(wǎng)絡(luò)（包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)） 即可根據(jù)會(huì)議號(hào)參與會(huì)議。 指揮中心大屏幕投放電腦端騰訊會(huì)議界面， 騰訊會(huì)議視頻選項(xiàng)中選擇USB 采集卡， 并在中控軟件中將指揮中心前攝像頭信號(hào)推送給USB 視頻采集卡。 當(dāng)指揮中心參會(huì)人員講話時(shí)， 以指揮中心為主會(huì)場(chǎng)， 當(dāng)培訓(xùn)老師講課時(shí)以培訓(xùn)老師為主會(huì)場(chǎng)畫面。 最終， 順利完成多次遠(yuǎn)程培訓(xùn)和學(xué)術(shù)講座。

2.3.2 遠(yuǎn)程參會(huì)

中國(guó)地震局通過硬件視頻會(huì)議終端組織的非加密會(huì)議， 當(dāng)參會(huì)人員無法到達(dá)指揮中心參會(huì)時(shí)， 需要遠(yuǎn)程方式參加會(huì)議。 可以使用小魚易連直接參會(huì)或騰訊會(huì)議轉(zhuǎn)發(fā)兩種云視頻參會(huì)方式。 由于中國(guó)地震局部署了小魚視頻融合轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和固定地址的小魚視頻會(huì)議號(hào)， 遠(yuǎn)程參會(huì)時(shí)只需通過本地PC 端或移動(dòng)終端安裝小魚軟件， 輸入中國(guó)局小魚會(huì)議號(hào)即可實(shí)現(xiàn)（圖2a）。 利用騰訊會(huì)議參會(huì)時(shí)需要指揮中心進(jìn)行音視頻轉(zhuǎn)發(fā)。 指揮中心登錄騰訊會(huì)議軟件組建虛擬會(huì)議室， 騰訊會(huì)議視頻選項(xiàng)中選擇USB 采集卡， 在中控軟件中將使用的硬件視頻會(huì)議終端信號(hào)推送給USB 視頻采集卡， 遠(yuǎn)程參會(huì)人員看到的主會(huì)場(chǎng)畫面便是中國(guó)局視頻會(huì)議畫面。 音頻方面， 通過中控軟件選擇硬件視頻會(huì)議終端聲音作為輸入PC 端云會(huì)議的聲音， 參會(huì)人員聽到的就是中國(guó)局視頻會(huì)議聲音（圖2b）。

圖2 云視頻會(huì)議遠(yuǎn)程參會(huì)Fig.2 Cloud video conferencing for remote participation

2.3.3 地震應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通訊演練

在地震應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通訊中， 現(xiàn)場(chǎng)指揮部通過海事衛(wèi)星或移動(dòng)3G/4G 和專用視頻軟件與指揮中心進(jìn)行音視頻連通。 由于海事衛(wèi)星信號(hào)較弱、資費(fèi)昂貴， 在地震現(xiàn)場(chǎng)通訊中的表現(xiàn)往往并不理想。 而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急時(shí)又常常面臨人員緊缺、 設(shè)備繁重、 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)等問題， 根據(jù)震時(shí)實(shí)際區(qū)域特點(diǎn)， 利用單人便攜操作手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)與指揮中心的快速聯(lián)絡(luò)十分重要[16]。 云視頻會(huì)議以應(yīng)用方便、 不同系統(tǒng)智能終端接入良好、 成本可控等優(yōu)勢(shì)為現(xiàn)場(chǎng)通訊提供了有效手段。 在地震應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通訊演練中， 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員通過騰訊會(huì)議軟件輸入云會(huì)議室會(huì)議號(hào)即可與指揮中心連通， 音視頻質(zhì)量良好， 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高。

2.3.4 會(huì)議監(jiān)控

云視頻軟件同時(shí)也可用于指揮中心會(huì)議保障人員監(jiān)控會(huì)議畫面， 會(huì)議保障人員可以通過觀看工作電腦屏幕隨時(shí)掌握會(huì)議情況、 進(jìn)行會(huì)議錄屏等， 為會(huì)議保障提供了便利條件。

3 結(jié)論

地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)目前存在的核心問題是制度和網(wǎng)絡(luò)問題， 利用新興技術(shù)手段提高視頻會(huì)議系統(tǒng)的服務(wù)能力是地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)發(fā)展的必然要求。 云視頻會(huì)議作為成本低、規(guī)模大、 靈活性高、 兼容性廣的新一代視頻會(huì)議系統(tǒng)， 具有十分廣泛的應(yīng)用前景。 通過云視頻會(huì)議與傳統(tǒng)硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)融合應(yīng)用， 能有效彌補(bǔ)硬件視頻會(huì)議擴(kuò)展困難， 開放性差，會(huì)議場(chǎng)景受限等問題， 為遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 遠(yuǎn)程會(huì)議、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通訊、 會(huì)議監(jiān)控提供了良好的解決方法， 可見不同視頻會(huì)議系統(tǒng)融合應(yīng)用是提升地震應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)服務(wù)保障能力的有效手段。但云視頻會(huì)議系統(tǒng)基于公網(wǎng)運(yùn)行， 在用于地震應(yīng)急指揮、 政務(wù)會(huì)議等時(shí)其網(wǎng)絡(luò)安全性值得在今后的應(yīng)用中繼續(xù)深入研究探討。