張利濱，葛 珊，江兆明

（1.中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015；2.北京海訊達通信公司，北京 100017）

0 引 言

疫情期間，政府部門和企事業(yè)單位通過視頻會議方式召開各種規(guī)模不等的會議，對大中型會場視頻會議功能的需求非常迫切。視頻會議是采用數(shù)字音視頻壓縮處理技術在不同會場之間通過傳輸網(wǎng)絡相互傳送聲音、圖像、數(shù)據(jù)信息的會議形式，具有實時性、直觀性和交互性的特點，而且會議規(guī)?？纱罂尚?，參會人數(shù)可多可少，是政府部門和企事業(yè)單位提升溝通效率、快速高效傳達政策、決策或上級會議精神的有效方式。早期建成使用的大中型會議室、多功能廳、禮堂、報告廳或宴會廳等場所，已經(jīng)具備了一定的音頻擴聲、大屏幕顯示和燈光系統(tǒng)等會場設施，但是大多數(shù)會場不具備視頻會議交互功能。對此，本文介紹一種技術方案，通過增加一套流動型視頻會議系統(tǒng)的方式，為大中型會場增加視頻會議功能，可廣泛應用在跨地區(qū)或跨部門的視頻會議、應急指揮、云信息發(fā)布、合作論壇以及商務推廣會議等會場，滿足大中型會場靈活、快捷、方便地擴展視頻會議功能的需要。

1 需求分析

當前，各政企單位已建成的大中型會議室、多功能廳、禮堂、報告廳或宴會廳，其會場主要功能是舉辦大中型會議、舉辦專題講座及報告、舉辦專題發(fā)布會（新聞發(fā)布、產(chǎn)品發(fā)布）或兼顧舉行小型文藝活動等。如果會場系統(tǒng)需要增加視頻會議功能，其解決方案有兩種。其一，按照國家標準《會議電視會場系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB 50635—2010）[1]的各項規(guī)定要求，對會場系統(tǒng)進行全面升級改造。會場系統(tǒng)升級改造是一項需要多個專業(yè)密切配合的龐大工程，要求較多的改造資金和較長的改造周期，而且改造后該會場作為具有視頻會議功能的固定會場能夠長期使用。其二，如果改造資金或改造周期不適合進行全面升級改造，可以通過增加一套流動型視頻會議系統(tǒng)對原會場系統(tǒng)進行功能擴展升級，滿足臨時使用會場召開視頻會議的需要。

2 設計思路

2.1 音視頻系統(tǒng)

在流動型視頻會議系統(tǒng)中，音頻系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)分別有兩種系統(tǒng)結構。

（1）音頻、視頻系統(tǒng)基本結構。其特點是系統(tǒng)簡單、操作便捷，適用于大多數(shù)會場擴展視頻會議功能使用。

（2）音頻、視頻系統(tǒng)備份升級結構。其特點是系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性高，備份機制完善，無單一崩潰點，能保證系統(tǒng)整體安全可靠、運行穩(wěn)定。

2.2 流動機柜

為了便于使用，系統(tǒng)核心設備全部安裝在2～4臺流動機柜內，預監(jiān)顯示、監(jiān)聽、集中控制等設備安裝在機柜表面，有源音箱和大屏幕顯示器安裝在流動支架上，再輔以多種規(guī)格的設備連線，能夠快速、便捷地與使用會場相融合，滿足會場擴展視頻會議功能需要[2]。一套流動型視頻會議系統(tǒng)，既可流動使用在多個會場，也可在政企單位舉行特別重要會議時作為會場音視頻系統(tǒng)的應急備份和系統(tǒng)補充使用。

2.3 會場燈光、傳輸網(wǎng)絡

會場主席臺、會場觀眾區(qū)的燈光照度需要達到視頻會議使用要求，否則需要增加、更換部分燈光設備，或采用流動補光方式，增加部分補光設備。另外，需要根據(jù)視頻會議終端（或基帶光端機）連通相應的傳輸網(wǎng)絡，舉辦重要視頻會議時，會議終端和傳輸網(wǎng)絡需要有冗余備份。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

3.1 高質量攝像功能

系統(tǒng)中配備了2～4臺高質量云臺式攝像機。其中，兩臺云臺攝像機放置在會場后端，作為主席臺全景和領導特寫畫面使用，在使用時特寫和全景攝像機功能互備；另外兩臺放置在主席臺前端，用作攝取全場和第一排參會人員的全景和特寫畫面使用，與切換臺或視頻多功能會控一體機配合，為視頻會議提供高質量視頻圖像[3]。

3.2 音頻擴聲功能

系統(tǒng)中配備了2～4只全頻有源揚聲器，滿足會場應急擴聲、聲場補充的需要。使用時，如果會場原有的擴聲系統(tǒng)能夠達到國標《會議電視會場系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB 50635—2010）中音頻系統(tǒng)性能指標要求，只需要使用兩只有源揚聲器放置在主席臺兩側，作為原會場擴聲系統(tǒng)的應急擴聲使用。如果會場原擴聲系統(tǒng)達不到視頻會議要求，則采用流動系統(tǒng)中配置的會議傳聲器、有源揚聲器以及流動機柜中的音頻設備，能夠快速完成會場擴聲系統(tǒng)的臨時搭建，滿足視頻會議使用需要。

3.3 高清標清兼容、無縫切換、多畫面合成顯示功能

系統(tǒng)兼容標清、高清及全高清信號，能夠實現(xiàn)矩陣無縫切換，并能實現(xiàn)所有輸入信號在會場每個屏幕上單獨顯示或在大屏多畫面合成顯示，顯示畫面清晰，不閃爍、不黑屏。

3.4 輸入、輸出信號多畫面預監(jiān)顯示功能

系統(tǒng)能夠將所有輸入、輸出信號的圖像在預監(jiān)顯示器上進行多畫面分割顯示，包括攝像機的輸出信號，錄播器、視頻會議終端和光端機的輸入、輸出信號圖像及會場屏幕顯示器播出信號畫面，實現(xiàn)實時預監(jiān)圖像顯示的功能。

3.5 錄播、字幕疊加功能

系統(tǒng)中配備了固態(tài)硬盤式錄播器，便于視頻會議內容的錄音、錄像，并具備對任意輸出通路進行疊加字幕、通知的功能。

3.6 集中控制、一鍵操作功能

系統(tǒng)中配置了集中控制器，將錄播器、數(shù)字音頻處理器、視頻多功能會控一體機以及液晶顯示屏等設備的日常操作集成到可視化人機界面（觸摸屏）上，實現(xiàn)了系統(tǒng)集中控制的功能。集中控制器還可根據(jù)會議使用場景實現(xiàn)一鍵操作的功能，使系統(tǒng)操作更集中、簡單和便捷。

3.7 適用性和可擴展功能

在系統(tǒng)設計上，音視頻核心設備規(guī)模可擴充，關鍵設備可靈活升級，系統(tǒng)具備較高的適用性和可擴展性。此外，系統(tǒng)配置了多路輸入、輸出外接接口端子，可靈活接入和送出多種信號格式的音視頻信號，方便會場升級擴展功能使用。

3.8 整機實時冗余備份功能

系統(tǒng)升級備份結構對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性進行了整體設計。核心部分數(shù)字音頻處理器與視頻多功能會控一體機采用了雙機備份方式，當其中一臺設備出現(xiàn)故障、無法正常工作時，設備輸出信號智能轉換到另一臺同樣設備上，保證系統(tǒng)正常使用。

4 系統(tǒng)設計

4.1 音頻系統(tǒng)

4.1.1 基本結構

音頻系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。系統(tǒng)采用調音臺+數(shù)字音頻處理器的基本結構，具有結構簡單、操作方便的特點。系統(tǒng)連接方式是：流動機柜的接線輸入端口、音頻錄播器、視頻會議終端和光端機信號接入調音臺，調音臺與數(shù)字音頻處理器之間可以直接相連或采用Dante數(shù)字音頻網(wǎng)絡相連，數(shù)字音頻處理器輸出分別連接至流動機柜的接線輸出端口、音頻錄播器、視頻會議終端和光端機。

圖1 音頻系統(tǒng)基本結構

音頻系統(tǒng)的核心設備為調音臺和數(shù)字音頻處理器。采用調音臺是為了延續(xù)以往許多操作者的使用習慣，方便會議過程中音量調節(jié)、切換及混音等人工操作。數(shù)字音頻處理器內置增益、均衡、壓縮、延時、路由切換及回聲抑制等眾多音頻處理模塊，可以對通道信號進行必要調整，使得系統(tǒng)的音質效果更為突出。

會議前，需要設置、調試好數(shù)字音頻處理器的通道參數(shù)或會議使用模式。會議進行時，主要通過調音臺進行功能操作，來獲得會場最佳使用效果。音頻系統(tǒng)的核心設備全部安裝在一臺流動機柜內，機柜上配置了輸入、輸出接口端子，方便與傳聲器、有源音箱等外圍設備和原會場音頻系統(tǒng)連接。

這種系統(tǒng)結構具有如下優(yōu)點：能夠發(fā)揮調音臺和數(shù)字音頻處理器各自的功能優(yōu)勢，操作簡單、使用方便且不容易出現(xiàn)誤操作；通過將視頻會議終端、光端機直接與調音臺相連，能夠及時消除不同會場之間切換時的音量大小差異；通過調音臺與數(shù)字音頻處理器的配合使用，解決了大型會場遠端回聲問題；通過合理設置數(shù)字音頻處理器的通道延時，解決了系統(tǒng)聲像同步（唇音同步）的問題。然而，該系統(tǒng)也有一定的缺點，比如，系統(tǒng)由調音臺進行操作，需要有專人控制，另外系統(tǒng)核心設備沒有備份。

4.1.2 備份升級結構

對系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性要求很高的會場，音頻系統(tǒng)可采用調音臺+雙數(shù)字音頻處理器組合的雙鏈路結構，在系統(tǒng)輸入端增加音頻無源分配器，在系統(tǒng)輸出端增加音頻智能切換器，系統(tǒng)升級具備了雙鏈路備份功能。系統(tǒng)連接方式是：流動機柜的接線輸入端口、音頻錄播器、視頻會議終端（主備）、光端機（主備）的信號先接入至音頻無源分配器，再由音頻無源分配器的輸出分別接入調音臺和兩路數(shù)字音頻處理器，調音臺與數(shù)字音頻處理器之間采用Dante數(shù)字音頻網(wǎng)絡相連；兩路數(shù)字音頻處理器的輸出經(jīng)過音頻智能切換器后再與接線輸出端口、音頻錄播器和視頻會議終端（主備）、光端機（主備）相連。音頻系統(tǒng)備份升級結構如圖2所示。

圖2 音頻系統(tǒng)備份升級結構

系統(tǒng)中配置調音臺，是為了保持靈活操控特點，方便會議過程中的音量調節(jié)、切換、混音等人工操控功能；配置數(shù)字音頻處理器雙鏈路備份方式，使得兩臺數(shù)字主機始終處于同樣的工作狀態(tài)，互為熱備份，當其中任意一臺數(shù)字主機出現(xiàn)故障，均不影響系統(tǒng)的所有功能，保證了音頻系統(tǒng)運行的可靠性。

數(shù)字音頻處理器內置增益、均衡、壓縮、延時、路由切換以及回聲抑制均衡等眾多音頻處理模塊，并可將數(shù)字音頻處理器設置為智能會議模式，同步進行會議操作控制，使得數(shù)字音頻處理器的各種功能模塊得到更好的發(fā)揮。

會議使用時，調音臺與數(shù)字音響處理器既可以結合起來操作，發(fā)揮調音臺+數(shù)字音頻處理器的整體功能優(yōu)勢，又能將數(shù)字音頻處理器設置為智能會議模式單獨運行，且兩種操作模式可以隨時轉換，使得音頻系統(tǒng)既靈活方便，又功能強大，解決了音頻系統(tǒng)基本結構的所有不足。音頻系統(tǒng)的核心設備也是全部安裝在一臺流動機柜內。

4.1.3 系統(tǒng)外圍設備

音頻系統(tǒng)外圍設備有3～5只會議傳聲器（含底座）、1～2對有源音箱（含流動支架）、1對監(jiān)聽音箱、1副監(jiān)聽耳機以及1臺千兆交換機。在這兩種流動型音頻系統(tǒng)架構下，只要將會議傳聲器信號接至流動機柜接線輸入端口，將有源音箱接至流動機柜接線輸出端口，就能夠組成會場視頻會議音頻擴聲系統(tǒng)。此外，流動機柜接線端口留有與外會場音頻輸入、輸出信號的接線端口，能夠與使用會場充分融合，完成多種規(guī)模形式視頻會議的使用要求。

4.2 視頻系統(tǒng)

4.2.1 基本結構

視頻系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。系統(tǒng)采用切換臺+視頻矩陣，并輔以輸入端分配器、輸出端分配器和畫面分割器，共同組成了數(shù)字3G-SDI視頻信號格式的基本結構方式。該系統(tǒng)結構兼容SDI視頻高清、標清格式，外圍設備采用單根同軸線纜即可傳輸，且傳輸距離遠，施工方便。如果系統(tǒng)中存在某個連接設備的視頻信號格式、接口不一致，需要先將其設備接口轉換成3G-SDI視頻信號格式、接口，然后連接到系統(tǒng)中。系統(tǒng)連接方式是：流動機柜的接線輸入端口、視頻錄播器、視頻會議終端和光端機的信號先接入至視頻分配器，再將視頻分配器的輸出分別接入切換臺、視頻矩陣和畫面分割器，切換臺的輸出直接至視頻矩陣；視頻矩陣的輸出經(jīng)過視頻分配器后再分別與畫面分割器和接線輸出端口、視頻錄播器、視頻會議終端及光端機相連，字幕機與切技臺通過DSK鍵口連接，多畫面監(jiān)視器與畫面分割器連接[4]。

流動使用時，由會場攝像機組和切換臺共同完成會場全景或人員特寫圖像攝取、攝像機鏡頭控制以及畫面切換輸出等功能。采用切換臺調度切換會場攝像機的圖像信號，操作簡單，輸出的視頻信號圖像不閃爍、不黑屏，能夠確保高質量圖像無縫切換傳輸。

視頻矩陣與視頻會議終端、光端機、錄播器及會場屏幕顯示器相連，承擔著調度選擇視頻會議終端、光端機、錄播器的視頻輸入信號和切換選擇會場大屏顯示器的視頻輸入信號，由切換臺和視頻矩陣組成視頻切換控制中心，具有操作簡單、控制方便的特點。

視頻系統(tǒng)核心設備全部安裝在另一臺流動機柜內。機柜上配置了輸入、輸出接口端子，方便與攝像機、流動大屏顯示器等外圍設備和與原會場視頻系統(tǒng)融合連接。

這種視頻系統(tǒng)結構具有以下優(yōu)點。

（1）視頻無縫切換。使用多機位攝像機的視頻系統(tǒng)，由于需要經(jīng)常切換不同攝像機畫面，采用切換臺無縫切換，能夠確保會場大屏顯示器播出的圖像畫面不黑屏、不閃爍。

圖3 視頻系統(tǒng)基本結構

（2）高清、標清兼容。符合SMPTE標準的高清、標清視頻信號全部兼容，并具備圖像分辨率上下變換功能。

（3）多路視頻信號監(jiān)視。通過輸入端、輸出端的視頻分配器，將攝像機信號，視頻會議終端輸入、輸出信號，錄播器輸入、輸出信號和會場大屏顯示器播放信號等，在畫面分割器的顯示屏幕上實時全程顯示，便于調控切換。

（4）設備采用數(shù)字3G-SDI視頻信號格式，單機性能好，穩(wěn)定性高，信號傳輸距離遠，系統(tǒng)應急備份手段多樣。

該視頻系統(tǒng)結構的缺點是：系統(tǒng)結構較復雜，采用設備較多；設備接口單一，個別設備需要配置視頻格式轉換器；SMPTE標準的分辨率、幀頻與其他標準協(xié)議的設備不能全兼容。

4.2.2 備份升級結構

視頻備份升級結構由兩臺廣播級視頻多功能會控一體機和1臺視頻主備智能倒換器共同組成。視頻多功能會控一體機采用模塊化配置、插卡式結構，通過模塊化設計解決了基本結構的不足，增加了整機各個通道的冗余備份，保證系統(tǒng)在每個節(jié)點都穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)連接方式是：攝像機、視頻錄播器等輸入信號首先進入主備智能倒換器進行視頻分配，將每路視頻輸入一分為二輸出至兩臺視頻多功能會控一體機；兩臺視頻多功能會控一體機兩路同樣的視頻信號分別送回至主備智能倒換器，再分別傳送至會場屏幕顯示器、視頻錄播器、主備視頻會議終端及主備光端機。視頻系統(tǒng)備份升級結構如圖4所示。

圖4 視頻系統(tǒng)備份升級結構

在流動系統(tǒng)使用中，將多功能會控一體機控制器設置為聯(lián)動狀態(tài)。正常操作時，主備一體機矩陣切換功能具有同源顯示，同步操作、同步切換。主備智能倒換器具備雙電源、輸入輸出信號自動檢測、故障告警、一鍵切換（帶鍵鎖）功能；設備突發(fā)斷電故障時，視頻信號2×1切換開關采用無源方式直通主機，保證了系統(tǒng)使用的最高可靠性。此外，系統(tǒng)還具有視頻輸入格式自適應功能，輸出格式可任意設置，具有幀頻轉換、矩陣無縫切換、多畫面合成輸出、輸入輸出預監(jiān)、字幕及特技處理等多種視頻處理功能模塊；系統(tǒng)還具有鍵盤一鍵操作和可視化軟件操作等多種操控方式，在確保系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性的同時，具有安裝使用方便、控制操作簡單的特點，非常適合在高質量視頻會議的會場使用[5]。

這種視頻系統(tǒng)備份升級結構具有如下特點。

（1）視頻格式轉換。具有任意輸入端口類型（如3G/HD-SDI、HDMI、DVI、VGA、DP1.2等）到 任意輸出端口類型的格式轉換功能，能實現(xiàn)輸入到輸出信號的圖像分辨率、幀頻上下變換。

（2）幀同步、矩陣無縫切換。在對系統(tǒng)輸入視頻信號進行切換操作時，系統(tǒng)具有視頻無縫切換功能，輸出信號不黑屏、不花屏、不閃爍。

（3）輸入、輸出畫面合成。系統(tǒng)能將所有輸入、輸出信號進行畫面合成，輸出多個預監(jiān)信號；還能實現(xiàn)將多個視頻輸入信號合成為整幅畫面單獨輸出，或分割為幾個畫面由多個端口輸出，并確保組合畫面同步拼接。

（4）特效及雙字幕顯示。系統(tǒng)具有多種特技效果，能實現(xiàn)對任意輸出信號疊加字幕、通知等的雙字幕功能。

（5）端口檢測及操作控制。具有對輸入端口連接狀態(tài)、信號狀態(tài)的檢測、告警；通過控制面板、遠端IP進行操作控制，可實現(xiàn)硬件、軟件的集中控制和智能監(jiān)控管理；

（6）雙機實時熱備。系統(tǒng)專為高可靠性、高安全性應用場景打造，采用冗余雙電源設計，可配置整機級冗余備份。主備機可人工或者自動切換，確保系統(tǒng)安全可靠和高性能連續(xù)運行[6]。

4.2.3 系統(tǒng)外圍設備

視頻系統(tǒng)的外圍設備有：2～4臺高清攝像機（含控制器），2～4臺會場大屏顯示器（屏幕大小根據(jù)現(xiàn)場需要配置），2臺輸入輸出信號監(jiān)示器以及1臺集中控制器（含觸摸屏）。

兩種結構的攝像機和會場大屏顯示器均配置了SDI信號接口，便于與流動機柜的接線端口連接；采用備份升級結構的流動機柜，原會場任何格式的視頻信號均可以直接相連，滿足原會場升級視頻會議功能的需求。

5 結 語

本文介紹了流動型視頻會議系統(tǒng)的實際需求和系統(tǒng)方案實現(xiàn)的主要功能等，重點闡述了視頻會議會場系統(tǒng)的音視頻基本結構及備份升級結構。這兩種系統(tǒng)結構既適用于高清、標清視頻會議，又適應4K超高清視頻會議和云視頻的應用發(fā)展，并且系統(tǒng)備份機制完善，無單一崩潰點，具有極高的安全穩(wěn)定性，可便捷地對現(xiàn)有會場進行功能擴展升級，最大程度地保護用戶投資，更好地促進國內4K超高清視頻會議和云視頻的發(fā)展和應用。