◆詹克軍 許桂明

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

音視頻顯控工程通用安全設(shè)計(jì)方法研究

◆詹克軍1許桂明2

（1.海軍東海艦隊(duì)司令部16分隊(duì) 浙江 315122；2.中國電子科技集團(tuán)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(diǎn)及其在指揮信息系統(tǒng)中的作用，結(jié)合多年工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)描述了超大容量音視頻顯控的安全設(shè)計(jì)方法，對音視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

音視頻顯控；顯控工程；通用安全；專業(yè)信息系統(tǒng)

0 引言

指揮信息系統(tǒng)主要應(yīng)用在軍隊(duì)以及公安等政府行業(yè)，由指揮作業(yè)、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信、音視頻、安全保密等分系統(tǒng)組成。其中，音視頻是指專門處理音頻、視頻信息的功能系統(tǒng)，按應(yīng)用功能分通常由視頻子系統(tǒng)、音頻子系統(tǒng)、交互子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)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(qū)動、傳輸、控制/調(diào)度、存儲、處理、輸出/輸出、交互等功能特點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)，如圖2所示。衡量一個音視頻系統(tǒng)，尤其是超大容量音視頻系統(tǒng)的優(yōu)劣，功能性能是一個方面，更重要的是使用效能或使用體驗(yàn)：在性能方面，除了容量，音頻、視頻信號的切換響應(yīng)時間[1]，安全性、可靠性也很重要；應(yīng)用方面，主要體現(xiàn)在直觀一致的顯控效果、信息方便多維的展現(xiàn)手段和快速便捷的操作方式。

音視頻工程設(shè)計(jì)是一門綜合性的技術(shù)，也是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科[2]。隨著微電子、信息、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲、音視頻編解碼等技術(shù)的發(fā)展，在指揮信息系統(tǒng)中展現(xiàn)音視頻信息的手段也越來越豐富，信息系統(tǒng)對各類信息顯控的需求、人機(jī)工程要求，加上各種被“顯”信息具有量大、來源廣，實(shí)時、突發(fā)等特點(diǎn)，對音視頻顯控工程的實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)的基本要求。

圖1 按功能分的音視頻系統(tǒng)組成

圖2 信息流分的音視頻系統(tǒng)組成

1 設(shè)計(jì)方法

音視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)更好的將各類音頻、視頻信息得到最好的展現(xiàn)，主要包括論證設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等階段，要確保每個階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容完整、技術(shù)應(yīng)用合理、實(shí)施計(jì)劃可行，且符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為提高音視頻系統(tǒng)的可靠性、安全性，采用的設(shè)計(jì)技術(shù)一定是成熟、并經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。

1.1 設(shè)計(jì)范圍

音視頻系統(tǒng)的好用設(shè)計(jì)涉及功能、性能涉及的多個方面。如何保證音視頻系統(tǒng)好用，是音視頻安全設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在遵循音視頻行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)對信息系統(tǒng)音視頻信息的應(yīng)用特點(diǎn)，音視頻安全設(shè)計(jì)主要包括：信息接入的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、顯控手段的備份設(shè)計(jì)以及控制管理備份手段等多個方面。

音視頻系統(tǒng)的通用安全設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)音視頻工程的設(shè)計(jì)流程，第一論證設(shè)計(jì)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(guī)劃的要求等；其次，開展的方案設(shè)計(jì)主要從應(yīng)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(biāo)的符合性設(shè)計(jì)；第三，根據(jù)設(shè)計(jì)方案開展系統(tǒng)組成圖、部署圖、連接圖，提出選用產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格，尤其要重視設(shè)計(jì)方案中的備份路由、備份應(yīng)用、備份控制手段以及設(shè)備的備份能力；第四，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)狀態(tài)，細(xì)化施工配合、施工清單等設(shè)計(jì)交底材料。

1.2 設(shè)計(jì)思路

音視頻系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)思路如下：

（1）根據(jù)需求，在確定音視頻系統(tǒng)的功能性能、應(yīng)用方式基礎(chǔ)上，規(guī)范安全防范設(shè)計(jì)；

（2）遵循國家和軍用有關(guān)信息系統(tǒng)的音視頻標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定；

（3）涉及的系統(tǒng)應(yīng)具有安全性、可靠性、開放性、可擴(kuò)充性[3][4]；

（4）技術(shù)安全和管理安全并重。

1.3 顯控工程設(shè)計(jì)

（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過與用戶交互，需求分析，根據(jù)需求構(gòu)建系統(tǒng)總體框架，設(shè)備選型，形成系統(tǒng)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(jié)合的施工要求。典型的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 信息系統(tǒng)音視頻系統(tǒng)總體框架

（2）功能分系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

超大容量音視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及音頻、視頻、控制、交互等多個方面。

①音頻子系統(tǒng)

音頻子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已從以模擬技術(shù)向以數(shù)字音頻處理器為核心的數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)變。通常采用模塊化數(shù)字音頻處理技術(shù)來設(shè)計(jì)，更能體現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展以及可靠性、安全性等方面的能力，在這里，音頻子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要重視聲場設(shè)計(jì)。

②視頻子系統(tǒng)

視頻子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于視頻的顯示方式和信號調(diào)度切換的方式。

信息系統(tǒng)音視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，信息系統(tǒng)功能主室、值班房間等場所的墻面顯示設(shè)備選型與設(shè)計(jì)是視頻子系統(tǒng)的重中之重。顯示設(shè)備的設(shè)計(jì)需綜合考慮經(jīng)費(fèi)、現(xiàn)場環(huán)境、工期、人力等多方面因素，也要考慮顯示墻顯示設(shè)備的上顯、調(diào)度的方式，圖像展現(xiàn)方式如多畫面顯示、多屏融合顯示、自行點(diǎn)播、視頻推送等影響著視頻設(shè)備的選型和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

③控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于厘清對音頻、視頻功能子系統(tǒng)的控制方式，重點(diǎn)在對各類音頻、視頻設(shè)備的集中控制和信號管控。

④交互子系統(tǒng)

交互子系統(tǒng)涉及內(nèi)部交互、外部交互，內(nèi)容交互重點(diǎn)在用戶終端的交互，外部交互重點(diǎn)解決與外部其它音視頻平臺的互聯(lián)互通問題。用戶終端的交互功能如適應(yīng)信息系統(tǒng)值班模式顯示流程的上顯、一鍵上顯、視頻點(diǎn)播和語音交流等功能。

1.4 重視安全設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

安全性是系統(tǒng)或產(chǎn)品成功應(yīng)用的基礎(chǔ)，作為體現(xiàn)音視頻系統(tǒng)優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，要重視音視頻采集場所采集設(shè)備的安裝環(huán)境，安全性與可靠性常常緊密地聯(lián)系在一起， “安全可靠”的美稱。音視頻顯控系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括無縫接續(xù)與冗余技術(shù)、控制軟件并行運(yùn)行技術(shù)、容錯技術(shù)、接地技術(shù)等。

（1）無縫接續(xù)與冗余技術(shù)

基于各類音視頻設(shè)備之間連接傳輸?shù)哪Ｊ剑杉O(shè)備的多格式、多點(diǎn)位，傳輸設(shè)備、切換、信號處理等控制設(shè)備、顯示設(shè)備的雙通道、多路由等熱備份、同步切換技術(shù)，全面提升音視頻系統(tǒng)的可靠性和安全應(yīng)用能力。

為防止系統(tǒng)中的某些核心設(shè)備如矩陣、音視頻處理器一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致音頻或視頻功能的不可用或主要功能不可用，設(shè)計(jì)時應(yīng)將這些核心設(shè)備設(shè)計(jì)為常用的冗余備份系統(tǒng)，根據(jù)使用頻率和經(jīng)費(fèi)可考慮 “熱”備份或“冷”備份。

（2）控制軟件并行運(yùn)行技術(shù)

根據(jù)音視頻顯控的應(yīng)用需求和顯控設(shè)備的特點(diǎn)，在控制分系統(tǒng)的控制軟件，可在不同的終端上部署運(yùn)行，在1個終端運(yùn)行時可自動檢測到其它終端上運(yùn)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?？刂乒δ軐?shí)現(xiàn)和可靠運(yùn)行。

（3）容錯技術(shù)

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

（4）接地技術(shù)

從音視頻系統(tǒng)可靠運(yùn)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(tǒng)設(shè)計(jì)除了設(shè)有工作地、保護(hù)地與防雷地等地線等基本措施外，重點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)電纜、光纜等傳輸介質(zhì)的音視頻收發(fā)傳輸設(shè)備和IP化設(shè)備較好的解決了此類問題[5]。另外，音視頻工程線纜敷設(shè)時要嚴(yán)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(shè)計(jì)

超大容量音視頻系統(tǒng)要重視工程化設(shè)計(jì)，基于“精品工程”、“樣板工程”的理念，一是在設(shè)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(diào)試、維護(hù)、保障的情況；二是集成設(shè)計(jì)方面的冗余備份，如音頻子系統(tǒng)容量、視頻切換控制設(shè)備容量的擴(kuò)展的便利性，對傳輸設(shè)備、音頻處理器等板卡類設(shè)備的備份等；三是工程設(shè)計(jì)應(yīng)重視進(jìn)度，要在設(shè)計(jì)交底材料中細(xì)化明確；四是應(yīng)盡可能遵循標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，重視施工工藝設(shè)計(jì)，重視和解決工程在功能集成聯(lián)試、試用、初驗(yàn)、終驗(yàn)和交付等工程實(shí)施過程中的問題解決。

1.6 典型應(yīng)用

音視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要重視音視頻信息流自采集、傳輸、控制、輸出等全過程中應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時重視安全設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)措施。一個典型應(yīng)用的音視頻產(chǎn)品工程化設(shè)計(jì)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(diào)度和使用問題，最后顯示解決信息的展示。

圖4 典型應(yīng)用工程設(shè)計(jì)示意圖

2 結(jié)語

音視頻工程設(shè)計(jì)過程中一定要重視標(biāo)準(zhǔn)的選擇和采用，這樣有利于提高工程質(zhì)量和控制工程進(jìn)度。由于大部分音視頻產(chǎn)品為通用產(chǎn)品，大容量音視頻系統(tǒng)采用的設(shè)備種類、數(shù)量多，各廠商、品牌的設(shè)備在集成過程中可能會出現(xiàn)諸如高清視頻信號頻率不兼容導(dǎo)致顯示畫面抖動、閃屏等問題。因此，這一方面要求設(shè)計(jì)、集成人員應(yīng)熟知相關(guān)音視頻信號格式標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)，以準(zhǔn)確定位問題原因；另一方面，要求在場外對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)試，尤其是對初次使用的設(shè)備，需充分測試其可靠性及與系統(tǒng)其他設(shè)備的兼容性，確保問題不在工程現(xiàn)場發(fā)生。

隨著信息共享技術(shù)的發(fā)展，給音視頻工程的實(shí)現(xiàn)帶來升級換代，基于“云平臺”等技術(shù)的成熟和H.265等標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)，如何做好音視頻信息的可靠快捷應(yīng)用與交互將成為新的課題。

[1] 朱志祥．IP網(wǎng)絡(luò)多媒體通信技術(shù)及應(yīng)用[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007．

[2] 劉翠玲．智能建筑通信自動化系統(tǒng) [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(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50395-2007)．北京：中國計(jì)劃出版社，2007．

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．電子會議系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50799-2012)．北京：中國計(jì)劃出版社，2012．

[5] 武攀，許桂明．一種大容量一體化音視頻系統(tǒng)地安全控制方法研究[J]．網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015．