基于信息接入終端的音視頻顯控3.0 系統設計

馬士杰，賴東林，薛 京

（1.中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015；2.北京中電慧視科技有限公司，北京 100015）

0 引言

當前，傳統指揮大廳的音視頻信息化建設仍然存在著建設實施難、布局變換難和運維保障難的實際問題。其中，信息點位眾多、布線混亂、布局模式單一，不能滿足會場多模式使用要求，終端配套設備廠家眾多，軟件相互獨立等一系列問題尤為突出，對現場運維人員的保障能力提出了很高的要求[1]。

隨著信息化水平的不斷提高，網絡技術及電子技術的發展，傳統的指揮大廳信息化建設越來越無法適應現代化指揮控制的應用需求。為保證指揮大廳內各項工作高效、可靠、便捷地運行，基于信息接入終端的智能化音視頻顯控3.0 系統應運而生。

1 系統介紹

音視頻系統的發展從集中式處理（顯控1.0）發展到網際互連協議（Internet Protocol，IP）化的分布式處理（顯控2.0），當前正在向融合分布式處理系統即智能化音視頻系統（顯控3.0）發展。

顯控3.0系統具備多級級聯和共網傳輸的特點，解決了指揮大廳由于設備廠家多、綜合布線多、軟件平臺多導致的建設實施難、布局變換難、運維保障難的“三難”痛點，達到指揮大廳設備統一、網絡統一、軟件統一的“三統一”效果。

2 系統優勢

基于信息接入終端的智能化音視頻顯控3.0 系統具有以下優勢。

（1）數據融合傳輸。系統以信息接入終端為核心，將視頻、音頻、控制、IP 語音等其他數據融合傳輸，實現多元異構數據的共網傳輸[2-3]。

（2）人機分離運維。主機統一安裝在后端機房，集中管理。大廳部署信息接入終端、解碼器等設備，支持主機設備遠程接管使用，有效減少大廳噪音及設備熱輻射。

（3）系統冗余備份。系統采用雙環形網絡連接，任意兩個信息接入終端出現通信故障后，兩端設備仍然與主交換機保持鏈路聯通，確保了通信的可靠性。

（4）服務器具有雙機熱備能力。當主服務器出現故障，可快速自動切換到備服務器，切換時間≤5 s，保證系統穩定、不間斷運行。

（5）環網連接方式設計，減少了信息點位的部署及綜合布線復雜程度，同時在保障系統整體穩定的前提下節省了大量成本，極大地縮短了建設工期。

3 系統拓撲架構

智能化音視頻顯控3.0 系統拓撲架構如圖1 所示，以單個坐席為基本單元，采用雙環網的網絡架構，實現音頻、視頻、數據等多元信號的同網傳輸、共平臺管理，具有簡潔化布線、靈活化部署、模塊化拼裝及智能化運維等特點，保證了整個系統的可靠性，在出現單點故障的時候不影響整個系統的運行。

圖1 系統拓撲架構

分布式顯控3.0系統充分運用音視頻處理技術、網絡傳輸技術、可視化技術、集中控制等先進技術，構建以數據傳輸網絡為紐帶、以網絡系統為支撐，集視頻拼接處理、鍵盤視頻鼠標（Keyboard Video Mouse，KVM）協作管理、集中控制等多種功能于一體，具有分布式、網絡化、可視化、去中心服務器等特點。該系統實現了音視頻信號互聯互通、共享協作等功能，使得音視頻傳輸控制更智能。在實際應用中，信息接入終端能夠實現同時連接系統遠程計算機和本地計算機，當發生網絡或系統故障時，會自動切換至席位本地計算機，確保業務不中斷，實現應急處置。

4 網絡傳輸模型

以信息接入終端、編解碼設備為硬件基礎，以綜合管控平臺為軟件核心的雙環網音視頻顯控3.0系統設計原理如圖2 所示。

圖2 網絡傳輸模型

大廳坐席上的多種音視頻終端設備統一接入信息接入終端，將各類音視頻信號IP 化，實現多元異構數據融合傳輸，然后通過雙光纖形式進行串行網絡連接，既能保證網絡連接的穩定性，又能充分發揮網絡串行連接的優勢，一定程度上解決用戶目前面臨的建設難題[4-5]。

通過接入綜合管控平臺，實現對接入到音視頻系統內的各終端設備的統一管理和控制，同時融入計算機視覺智能算法和音頻在線監測算法，很大程度上降低了對運維保障人員的能力要求，實現大廳智能化運維。

4.1 信息接入終端

信息接入終端是集視頻解碼、音頻編碼和數據交換為一體的智能終端，是一款具有集成化、輕量化、信息化、易搬移、易交聯、易重構特點的“三化三易”終端設備。該設備具備桌面終端就近接入的特點，實現了多信息統一傳輸、多業務統一交互、多設備統一管控。用戶可根據需求連接模擬話筒、Dante 話筒、電子桌牌、IP 電話及顯示屏等終端設備。信息接入終端實物如圖3 所示，具備以下功能特點。

圖3 信息接入終端實物圖

（1）視頻解碼。內置2 塊高清視頻解碼模塊，可對網絡視頻流進行解碼顯示，實現2 路高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸出。解碼模塊采用雙引擎系統設計。該系統采用“深壓縮引擎”實現了H.264/H.265 碼流兼容、低帶寬跨地域傳輸、高清流暢預監等功能。

（2）音頻編碼。支持2 路模擬音頻輸入（3 芯卡農母座），并將模擬語音信號就行模數轉換后打包為AES67 協議數據（兼容Dante 協議）。端口具備48 V 幻象供電功能，采用開關控制，用于兼容非供電設備使用。

（3）數據交換。支持4 路萬兆光口（可選千兆光口），可組雙環網進行雙網備份。支持8 路千兆電口，支持以太網供電（Power Over Ethernet，POE）。

（4）KVM 功能。通過鼠標鍵盤可遠程控制PC 或服務器，支持屏幕菜單調節方式（On-Screen Display，OSD）操作，支持信號源畫面預覽與切換操作，切換過程流暢，控制準確率大于99.99%。

（5）點對點通信。具備2 路3.5 mm 音頻接口，支持耳麥接入，支持與其他音頻系統互通，進行點對點通信。

4.2 綜合管控平臺

可視化綜合管控平臺軟件適用于編解碼器、拼接處理器、音頻處理器及無紙化會議等設備，可實現對指揮大廳和機房所有音頻、視頻、無紙化會議等設備的統一管控，實現各個分系統平臺統一，在同一后臺服務器進行綜合控制[6]。綜合管控平臺軟件界面如圖4 所示。

圖4 綜合管控平臺軟件界面

綜合管控平臺針對智能音視頻顯控3.0 系統進行全生命周期管理，對多種設備進行集中管控運維。平臺融入了計算機視覺智能算法和音頻在線監測算法，可以對音視頻中存在的質量問題進行智能分析、判斷和預警；融入語音轉寫、語音控制、語音播放及語音撥號等人工智能元素，使用更加高效便捷[7-8]。綜合管控平臺具有顯示控制、實時監測、座席設置、會議設置、設備配置及系統管理等功能。平臺各功能子項如圖5 所示，各項功能特點如下。

圖5 平臺功能設計

（1）支持加載大廳三維模型，靈活切換、修改大廳布局，真實模擬大廳實景，實現多個數字孿生體的數據交互。

（2）支持可視化組件拖拽方式，可批量修改電子桌牌姓名。

（3）具有雙機熱備能力，主用服務器出現故障時可快速自動切換到備用服務器，保證系統穩定、不間斷運行。

（4）具備視頻調度、音頻控制、電子桌牌設置、對無紙化會議模塊的配置及IP 電話設置等功能。

（5）可通過語音實現大屏畫面切換、IP 電話撥號及話筒音量調節等功能，控制準確率≥99%，響應時間≤1 s。

（6）可根據不同的用戶角色權限顯示不同的功能模塊。

（7）支持實時瀏覽接入視頻源，大屏多種窗口布局設置、畫面漫游開窗，預案快速調用，大屏OSD滾動字幕設置，底圖設置。

（8）支持多用戶同時操控。

（9）支持實時監測各類設備狀態，當設備發生故障，在對應的3D 模型上直觀顯示故障數據；支持柱狀圖、餅圖、雷達圖、列表及日志等可視化顯示形式，展示設備告警類型、告警時間、告警數量以及運行時長等統計信息。

（10）支持聲像聯動功能，響應準確率大于99.99%，響應時間不大于2 s。

（11）支持對廳內信息接入終端、編碼器、擴聲系統及分布式編解碼管控分系統等信息保障系統設備的統一管控。

5 互聯互通模型

該系統設計可與指揮大廳內現有大屏顯示系統、音頻擴聲系統、視頻會議系統、圖像通信系統、指揮調度系統以及語音電話系統等兼容，音視頻信號可實現互聯互通，信號連接如圖6 所示。

圖6 音視頻互聯互通

6 信息點位部署

根據大廳坐席布局及布線情況進行信息點位及組網方式設計，詳細說明及信息點位布局如圖7、圖8 所示。橫排坐席模式與U 型坐席模式共用1 套信息點位，其中每一橫排部署2 個主/備信息點位，同時部署1 套光纖雙環網，共部署8 個信息點位和4 套光纖雙環網即可。

圖7 橫排坐席模式

圖8 U 型坐席模式

7 布局重組

根據指揮大廳的不同應用模式和應用場景，當需要進行模式變換時，可將坐席進行模塊化拼裝，如圖9 所示。常規模式需變換為分區模式時，僅需完成以下操作即可完成模式變換工作：

（1）準備工作，如切斷坐席信號連接等；

（2）坐席拆分，布局重組，增加角桌；

（3）根據信息點位進行局部調整；

（4）進行信號重新串行連接；

（5）測試驗證相關功能是否正常。

8 結語

本文從系統優勢、系統架構、網絡傳輸、核心產品、系統功能、信息點位部署以及大廳模式變換和布局重組等方面對信息接入終端的音視頻顯控3.0系統進行了較為詳細的介紹。目前該設計已在國內多個項目得到實際應用，均取得了良好效果，達到了預期設計目標。該設計的工程化應用為其他場所的智能化音視頻系統建設提供了相關參考。