氣象部門視頻會議系統的構建與應用

呂常暢，王彥朝，閆春旺，王晉生，宋一寧

（滄州市氣象局，河北 滄州 061000）

0 引 言

隨著多媒體網絡技術的普及，遠距離文字和語音的交流方式不再局限于電話或書信，而是直接以視頻的方式，將聲音和圖像結合起來，營造面對面交流的氛圍感。高清視頻會議系統能夠實現聲音和圖像的實時遠距離傳輸[1]，在氣象部門工作中發揮著重要作用，是筑牢本地防災減災體系基礎、提高天氣預報準確度、提升工作效率的有力支持。近年來，隨著氣象服務越來越精細化，原有的氣象視頻會議系統的體系更加龐雜，設備種類更多，操作和維護難度增加，這就需要工作人員熟知視頻會議系統的構成和工作原理，盡可能降低操作失誤，為氣象服務高質量發展提供助力。

1 視頻會議系統構成

滄州市氣象局視頻會議系統基于多媒體通信技術構建，系統覆蓋滄州市轄區內所有縣（區）氣象局，按照高清標準建設。視頻會議系統借助氣象系統專用網絡召集轄區內各級氣象部門進行遠程視頻會商會議，也可參加河北省氣象局的視頻會商會議。本系統為滄州地區建立了覆蓋音頻、視頻、內容、業務及現有視頻會議系統的互通互聯體系，承擔著氣象部門內部氣象會商、應急指揮及遠程培訓等業務。通過移動氣象會商視頻會議系統，可以開展日常會議、重大活動、重要節日、霧霾環境和汛期防汛專題會商；視頻“面對面”分析天氣實況、通報災情，可提高氣象部門的溝通和協作效率；突發事件發生時，一線人員依托視頻會議系統，基于互聯網將現場情況實時回傳到指揮中心，實現多級、多部門應急指揮和協同。

1.1 控制中心設備

市級控制中心配備有兩臺相同型號的視頻會議系統多點控制單元（Multipoint Control Unit，MCU）、兩臺背靠背連接的轉會終端、一臺配備有會議管理平臺的服務器、截包服務器、錄播服務器、電視墻服務器、大屏拼接處理器以及一臺光纖矩陣。兩臺多點控制單元中的一臺用作正常運行，另一臺作為備份機以待緊急時使用。MCU實際上是多媒體信息交換機，可進行多點呼叫和連接，能實現視頻廣播、視頻選擇、音頻混合及數據廣播等功能，完成各終端信號的匯接與切換，具備強大的組網能力和動態速率，支持1080P分辨率的視頻碼率和最高8 MB·s-1的會議寬帶。背靠背連接轉會終端可將上級氣象部門召開的視頻會議轉發給其他分會場收聽收看。配備有會議管理平臺的服務器負責參會人員召集、會議流程控制、結束會議等，可實現系統資源的精準調度。截包服務器可抓取分會場的主流畫面，便于系統監控各分會場的會議進程。錄播服務器可實時錄制整個會議過程，以便后續處理。電視墻服務器和大屏拼接處理器對電視墻圖像進行處理和顯示。光纖矩陣負責根據需要切換不同信號。

1.2 分會場設備

各級分會場視頻會議系統由MCU和各類視頻會議終端組成。基層鄉鎮視頻會議系統控制中心系統可召開多個會議終端與會的會議，能夠連接氣象專用網絡和政務外網。召開會議時，各分會場的視頻會議終端基于IP網絡通過局域網或廣域網接入上級控制中心MCU，分會場音頻、視頻、雙流信號在經過終端解碼后，能夠經網絡傳輸至上級MCU進行轉發處理。

1.3 移動視頻會議系統

突發緊急氣象災害時，需要視頻會議系統及時準確地將災害現場實況情況傳輸至需要的地方。當前，4G VoLTE高清音視頻通話較為普及。隨著5G網絡快速建設，5G VoNR話音業務和數據業務均由5G網絡承載，能保證畫質更高清、通話不卡頓，同步解決了通話的同時使用5G高速數據業務的問題。高清會議視頻系統中采用5G技術，極大地增強了應急事件處理中的主動性。滄州市氣象移動終端接入視頻組網系統主要由融合服務器（DPRM和DMA）、智能移動終端RPM、互聯網接入網關RPAD和一臺MCU設備組成。融合服務器能夠合理配置系統資源，統一調度使用，達到監管視頻協作網絡的目的，同時支持GK和SIP服務器功能。GnuGK可用于實現內外網的穿透，支持H.232和SIP協議。智能移動終端RPM安裝POLYCOM手機終端軟件，當事件現場具備4G、5G或WiFi無線網絡信號支持通信時，控制中心便和POLYCOM MCU級聯[2]。RPM可根據控制中心派發的管理員用戶名和登錄密碼，通過RPAN將事件現場的實時畫面傳送至POLYCOM MCU，進而在市級控制中心大屏幕中予以顯示。應急指揮中心的領導和專家通過視頻高清可視化直達事件現場，并傳達指揮和調度命令。

1.4 控制中心音視頻功能的實現

控制中心可以處理、中轉傳送、切換各參會會場之間的音頻、主流信號和輔流信號。主流信號采集后，利用大屏顯示系統分別用于管理調度和監控顯示。光纖矩陣可達到自由切換視頻信號的目的，同時截包服務器可抓取各分會場主流信號數據量[3]。工作人員操控中控主機，對經光纖矩陣處理后的輸入輸出信號進行控制切換，進而將參會會場的主流視頻信號投放在大屏幕中予以顯示。音頻則由調音控制臺對各會場的輸入信號進行放大、混合、分配和音響效果加工，調音控制臺將處理后的一部分音頻輸送至視頻會議終端，另一部分則輸送至數字音頻處理器。數字音頻處理器連接功放，能夠讓控制中心對音頻進行擴音。

2 系統設計

2.1 多系統跨網絡組網

將視頻會議系統延伸至鄉鎮氣象視頻會議系統末端，可以增強整個視頻會議系統的操作性能，降低維護難度。需要在各分會場增加云控制節點，在市視頻會議系統增加云管理功能，可實現對縣鄉分會場的遠程控制。市局控制中心平臺配備有MCU，具備多樣化云形態部署、云MCU集群化部署、全網靈活域管理、雙模混合會議、多運營商網絡類型接入、多類型終端接入以及云統一管理的特點。系統支持混合組網，即云計算中心級云平臺和云MCU的混合部署；支持自動化部署，實現平臺管理可視化，可批量加載和升級軟件包；支持云MCU資源池管理、負載均衡、全網數據同步、異地容災；通過服務域劃分，建立用戶、平臺資源的使用關系，支持多級用戶資源共享，支持跨級管理和業務的完全托管；支持大型導演模式會議、小型會商模式會議，提供合理經濟化資源調用方式，實現媒體端口按需分配，提高資源利用率。市氣象視頻會議系統與市政府會議系統之間通過終端與終端音視頻背靠背連接，雖無直接的多點控制數字級聯，但可借助背靠背連接實現模擬方法級聯，讓音視頻信號在兩個終端間互通。

2.2 大屏幕顯示系統

為有效融合政府其他部門數據和氣象數據，實現多途徑來源信息的整合應用，達到優化利用、靈活調度任意資源的目的，需要采用大屏幕顯示系統。該系統融信號切換技術、拼接控制器、控制軟件、多屏無縫拼接技術、多屏圖像處理技術及網絡技術于一體。LED大屏顯示系統主要由LED顯示屏、發送器、拼接處理器、電源以及相關配線等組成，是顯示視頻信號的主要設備，可顯示視頻監控、視頻會議、攝像機、DVD、管理PC等的視頻信號內容。發送器可以發送視頻數據至LED顯示屏，支持HDMI、DVI等高清接口。拼接處理器是視頻信號處理的核心設備，具備畫面分割、拼接以及信號切換等功能，設備支持任意開窗、任意漫游及高分地圖等功能。控制端支持PC平臺、移動平臺等設備，適應Windows、Android、iOS等系統，能讓與會者靈活選用所使用的連接設備，接通網絡后即可將所需顯示的內容投放至大屏幕上的共享畫面中。快速無縫切換、畫面無延遲的特點，讓視頻會議系統成為集中調度、信息共享、監控決策的平臺工具。

3 關鍵技術應用

3.1 圖像編碼技術

當前，主流的視頻編碼解碼技術有H.266、H.265、H.264、MPEG-4和MPEG-2等。目前最新的視頻編碼標準是H.266技術。該技術在同等畫質下能夠節省近50%傳輸流量，清晰度越高，碼率節省越多[4]。從MPEG-1到MPEG-2，從H.263、H.264到H.265（HEVC），以及現在的H.266等一系列標準，都是為了讓碼流更優化、壓縮效率更高、穩定性更強。于2013年推出的H.265標準在H.264編解碼結構基礎上，提高了壓縮率、編碼質量，并且仍然采用混合編解碼。相較于其他標準，H.264著重強調更高的編碼壓縮率和傳輸可靠性，在氣象部門視頻會議系統中更為適用。

3.2 音頻標準分析

視頻、音頻及圖像傳輸質量是決定高清晰視頻會議系統質量的關鍵[5]。視頻會議中，與會者之間是通過音頻對話實現相互交流的，因此音頻質量保證尤為重要。河北省滄州市氣象局視頻會議系統采用的是G.722-64 K音頻協議，音頻采樣頻率為16 kHz，頻寬7 kHz，擁有48 kb·s-1，56 kb·s-1及64 kb·s-1三種傳輸速率，音質質量好，且音頻延時和誤碼率較低。氣象部門開展視頻會議時，該音頻標準充分發揮其低帶寬、低延遲以及高質量的優勢，降低了視頻會議現場音頻還原過程中丟失過多信息的概率以及延時和抖動現象，使視頻會議過程中實現高保真CD音質。

4 結 語

視頻會議系統的構建在氣象業務工作中占據重要地位。該系統的應用依托氣象部門內部網絡，可用于氣象行政會議、天氣會商、業務技能培訓等活動，是氣象部門提升氣象服務水平的有力保障。認識構建滄州市氣象局視頻會議系統的重要性，結合視頻會議系統的構成，設計出適用于本地氣象工作的視頻會議系統，能夠發揮系統優勢，克服日常應用中出現的丟碼、延時和抖動等問題，使其更好地助力滄州市氣象工作開展。