音视频显控工程通用安全设计方法研究

◆詹克军 许桂明

（1.海军东海舰队司令部16分队 浙江 315122；2.中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210007）

音视频显控工程通用安全设计方法研究

◆詹克军1许桂明2

（1.海军东海舰队司令部16分队 浙江 315122；2.中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210007）

本文简述了音视频显控工程的特点及其在指挥信息系统中的作用，结合多年工程建设经验，重点描述了超大容量音视频显控的安全设计方法，对音视频系统的设计与建设具有指导意义。

音视频显控；显控工程；通用安全；专业信息系统

0 引言

指挥信息系统主要应用在军队以及公安等政府行业，由指挥作业、信息服务、网络通信、音视频、安全保密等分系统组成。其中，音视频是指专门处理音频、视频信息的功能系统，按应用功能分通常由视频子系统、音频子系统、交互子系统和控制子系统组成，如图1所示，按照音视频信息流分，包括音频、视频信息的采集、放大/驱动、传输、控制/调度、存储、处理、输出/输出、交互等功能特点应用系统，如图2所示。衡量一个音视频系统，尤其是超大容量音视频系统的优劣，功能性能是一个方面，更重要的是使用效能或使用体验：在性能方面，除了容量，音频、视频信号的切换响应时间[1]，安全性、可靠性也很重要；应用方面，主要体现在直观一致的显控效果、信息方便多维的展现手段和快速便捷的操作方式。

音视频工程设计是一门综合性的技术，也是一门实验性很强的学科[2]。随着微电子、信息、计算机、网络、存储、音视频编解码等技术的发展，在指挥信息系统中展现音视频信息的手段也越来越丰富，信息系统对各类信息显控的需求、人机工程要求，加上各种被“显”信息具有量大、来源广，实时、突发等特点，对音视频显控工程的实现提出了越来越高的要求。如何理解和满足用户的需求是音视频工程设计的基本要求。

图1 按功能分的音视频系统组成

图2 信息流分的音视频系统组成

1 设计方法

音视频系统的设计目标是实现更好的将各类音频、视频信息得到最好的展现，主要包括论证设计、方案设计、施工图设计等阶段，要确保每个阶段的设计内容完整、技术应用合理、实施计划可行，且符合标准规范。为提高音视频系统的可靠性、安全性，采用的设计技术一定是成熟、并经过实践检验。

1.1 设计范围

音视频系统的好用设计涉及功能、性能涉及的多个方面。如何保证音视频系统好用，是音视频安全设计的重要内容。在遵循音视频行业相关标准的基础上，根据对信息系统音视频信息的应用特点，音视频安全设计主要包括：信息接入的标准化设计、显控手段的备份设计以及控制管理备份手段等多个方面。

音视频系统的通用安全设计应根据音视频工程的设计流程，第一论证设计方面，主要论述视频、音频、控制等功能的定位，音频、视频信号视觉、声场等角度对场地规划的要求等；其次，开展的方案设计主要从应用角度提出音视频的功能组成、以及容量、可靠性等性能指标的符合性设计；第三，根据设计方案开展系统组成图、部署图、连接图，提出选用产品的技术规格，尤其要重视设计方案中的备份路由、备份应用、备份控制手段以及设备的备份能力；第四，根据施工图设计状态，细化施工配合、施工清单等设计交底材料。

1.2 设计思路

音视频系统的通用设计思路如下：

（1）根据需求，在确定音视频系统的功能性能、应用方式基础上，规范安全防范设计；

（2）遵循国家和军用有关信息系统的音视频标准和规定；

（3）涉及的系统应具有安全性、可靠性、开放性、可扩充性[3][4]；

（4）技术安全和管理安全并重。

1.3 显控工程设计

（1）总体结构设计

通过与用户交互，需求分析，根据需求构建系统总体框架，设备选型，形成系统组成图、部署图、连接图和连接表（简称三图一表），由三图一表配套形成与土建结合的施工要求。典型的总体结构如图3所示。

图3 信息系统音视频系统总体框架

（2）功能分系统设计技术

超大容量音视频系统的设计涉及音频、视频、控制、交互等多个方面。

①音频子系统

音频子系统的设计已从以模拟技术向以数字音频处理器为核心的数字技术转变。通常采用模块化数字音频处理技术来设计，更能体现系统扩展以及可靠性、安全性等方面的能力，在这里，音频子系统的设计要重视声场设计。

②视频子系统

视频子系统的设计重点在于视频的显示方式和信号调度切换的方式。

信息系统音视频系统的设计中，信息系统功能主室、值班房间等场所的墙面显示设备选型与设计是视频子系统的重中之重。显示设备的设计需综合考虑经费、现场环境、工期、人力等多方面因素，也要考虑显示墙显示设备的上显、调度的方式，图像展现方式如多画面显示、多屏融合显示、自行点播、视频推送等影响着视频设备的选型和控制系统的设计。

③控制子系统

控制子系统的设计重点在于厘清对音频、视频功能子系统的控制方式，重点在对各类音频、视频设备的集中控制和信号管控。

④交互子系统

交互子系统涉及内部交互、外部交互，内容交互重点在用户终端的交互，外部交互重点解决与外部其它音视频平台的互联互通问题。用户终端的交互功能如适应信息系统值班模式显示流程的上显、一键上显、视频点播和语音交流等功能。

1.4 重视安全设计技术的应用

安全性是系统或产品成功应用的基础，作为体现音视频系统优劣的一个重要指标，要重视音视频采集场所采集设备的安装环境，安全性与可靠性常常紧密地联系在一起， “安全可靠”的美称。音视频显控系统的安全设计技术主要包括无缝接续与冗余技术、控制软件并行运行技术、容错技术、接地技术等。

（1）无缝接续与冗余技术

基于各类音视频设备之间连接传输的模式，采集设备的多格式、多点位，传输设备、切换、信号处理等控制设备、显示设备的双通道、多路由等热备份、同步切换技术，全面提升音视频系统的可靠性和安全应用能力。

为防止系统中的某些核心设备如矩阵、音视频处理器一旦出现故障，导致音频或视频功能的不可用或主要功能不可用，设计时应将这些核心设备设计为常用的冗余备份系统，根据使用频率和经费可考虑 “热”备份或“冷”备份。

（2）控制软件并行运行技术

根据音视频显控的应用需求和显控设备的特点，在控制分系统的控制软件，可在不同的终端上部署运行，在1个终端运行时可自动检测到其它终端上运行相同软件的功能是否在做相同的功能动作，若有则归一化处理，以确保控制功能实现和可靠运行。

（3）容错技术

通过同时配置功能的传输和控制设备，尤其是在控制分系统的集中控制台上增加容错功能设备，可提高系统的可靠性。但应注意成本因素。除此之外，也应包括防误操作技术，如设备电源开关的防误触碰、设备重启确认等容错技术。

（4）接地技术

从音视频系统可靠运行的安全角度， 良好的接地可解决音视频信号传输过程中视频图像的抖动、滚动移位以及音视信号传输过程中的传入的“嗡声”杂音等问题。系统设计除了设有工作地、保护地与防雷地等地线等基本措施外，重点要考虑好信号的干扰隔离和信息传输过程中的平衡问题。目前广泛使用的基于网络电缆、光缆等传输介质的音视频收发传输设备和IP化设备较好的解决了此类问题[5]。另外，音视频工程线缆敷设时要严格遵循信号电缆与220V电源电缆之间的分开，间距一般不小于5cm。

1.5 音视频工程化集成设计

超大容量音视频系统要重视工程化设计，基于“精品工程”、“样板工程”的理念，一是在设备选型时，在考虑功能、便于施工的同时考虑到后期在功能调试、维护、保障的情况；二是集成设计方面的冗余备份，如音频子系统容量、视频切换控制设备容量的扩展的便利性，对传输设备、音频处理器等板卡类设备的备份等；三是工程设计应重视进度，要在设计交底材料中细化明确；四是应尽可能遵循标准/规范，重视施工工艺设计，重视和解决工程在功能集成联试、试用、初验、终验和交付等工程实施过程中的问题解决。

1.6 典型应用

音视频系统的设计要重视音视频信息流自采集、传输、控制、输出等全过程中应遵循的设计标准，同时重视安全设计和可靠性设计措施。一个典型应用的音视频产品工程化设计的如图4所示。采集/输入完成音视频信息的来源整合，传输、控制、处理、储存解决了音视频信息的调度和使用问题，最后显示解决信息的展示。

图4 典型应用工程设计示意图

2 结语

音视频工程设计过程中一定要重视标准的选择和采用，这样有利于提高工程质量和控制工程进度。由于大部分音视频产品为通用产品，大容量音视频系统采用的设备种类、数量多，各厂商、品牌的设备在集成过程中可能会出现诸如高清视频信号频率不兼容导致显示画面抖动、闪屏等问题。因此，这一方面要求设计、集成人员应熟知相关音视频信号格式标准、接口标准，以准确定位问题原因；另一方面，要求在场外对系统进行联试，尤其是对初次使用的设备，需充分测试其可靠性及与系统其他设备的兼容性，确保问题不在工程现场发生。

随着信息共享技术的发展，给音视频工程的实现带来升级换代，基于“云平台”等技术的成熟和H.265等标准的推进，如何做好音视频信息的可靠快捷应用与交互将成为新的课题。

[1] 朱志祥．IP网络多媒体通信技术及应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2007．

[2] 刘翠玲．智能建筑通信自动化系统 [M]．北京：中国电力出版社，2005．

[3] 中华人民共和国公安部．视频安防监控系统工程设计规范(GB 50395-2007)．北京：中国计划出版社，2007．

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部．电子会议系统工程设计规范(GB 50799-2012)．北京：中国计划出版社，2012．

[5] 武攀，许桂明．一种大容量一体化音视频系统地安全控制方法研究[J]．网络安全技术与应用，2015．