云视频会议在地震应急视频会议系统中的融合应用研究

郁璟贻， 谭庆全， 薄 涛， 赵 光， 刘英华

（北京市地震局， 北京 100080）

0 引言

“十五” 项目期间， 中国地震局基于地震行业专网建设了覆盖31 个省（直辖市、 自治区）的全国地震应急视频会议系统[1]。 随着地震应急体系开放性、 共享性、 互联程度的不断扩大，对视频会议系统的网络环境、 组网模式、 连通要求也越来越高， 地震应急视频会议系统逐渐成为各级地震应急技术平台体系应用、 运维的核心业务工作[2-3]。 为提升地震应急视频会议系统在应急指挥和日常业务中的支撑作用， 十多年来， 国家和各省级地震局应急指挥中心在原有的项目建设基础上通过不同的方法进行了诸多升级改造和融合应用。 有条件的省局建设了市县、 台站级的视频会议系统， 融合了不同组网模式， 使组织管理更加灵活[3-5]。 在“社服工程” 中， 中国地震局完成了地震系统视频会议升级改造， 覆盖全国各省级地震局和中国地震局直属科研单位共42 个一级节点， 并融合使用VAST 卫星网络、 3G/4G 移动网络实现应急指挥车载终端和移动视频会议终端的接入[6-7]。 中国地震局应急指挥中心、 上海市地震局等利用物理“背靠背” 转发技术实现了不同网段视频会议系统的融合[6，8]。 云南省、 山东省等开展了云视频会议方面的研究应用， 融合了硬件视频会议和云视频会议的双方优势， 为应急视频会议服务精确化、 运行智能化提供了可靠的理论和实践依据[2，9]。

北京地震应急视频会议系统依托“十五”期间的“中国数字地震观测网络” 项目建成，使用期间进行了多次升级改造和设备更新。 在地震应急视频会议系统承担着越来越多的功能需求和经年累月的超负荷运转下， 传统的硬件视频会议系统问题凸显， 使用场景受限。 如何在原视频会议系统的基础上融合运用新兴技术手段提升地震应急视频会议系统效能， 是一个值得探讨的问题。

1 现状与问题

1.1 北京地震应急视频会议系统现状

北京地震应急视频会议系统基于传统的硬件系统， 包含5 套硬件视频会议终端和1 台多点控制单元（Multipoint Control Unit， MCU），分别通过北京市政务网、 地震行业专网连接北京市委市政府、 中国地震局、 各地震台站和北京市各区地震局等。 系统投入使用以来， 在地震应急、 应急演练、 政务会议、 远程培训、 地震安保等方面发挥了重要的作用[10]。 北京地震应急视频会议系统在国家应急指挥体系的成熟中不断应用发展， 期间进行了多次升级改造，系统功能从单一到丰富， 应用模式从单种到多种。 2017 年， 建设了MCU 高清视频会议系统，实现了多点台站、 多点台站与区地震局、 中国地震局三方级联等多种组会模式[11]。 随后， 针对硬件设备老化故障问题， 更新了部分视频会议设备， 对部分不合理的功能重组改造， 实现了重要设备备份、 远程操作、 智能中控等功能。近年来， 利用物理“背靠背” 的方式进行跨网段转发应用， 实现了地震行业网和北京市电子政务网两套不同网段视频会议系统的融合应用，为地震应急处置提供了便捷高效的沟通[12]。

1.2 北京地震应急视频会议系统存在的问题

近几年， 在国家应急体系的不断扩大完善下， 地震应急视频会议系统利用率逐年升高。特别是新冠疫情爆发以来， 地震应急视频会议系统除承担地震应急指挥调度外还承担着更为繁重的日常会议任务， 导致视频会议硬件设备压力骤增， 硬件系统问题逐渐显现。

1.2.1 硬件设备老化严重， 故障频发

地震应急视频会议系统主要由视频会议终端、 MCU、 视频输入输出设备、 音频输入输出设备、 网关、 网闸、 矩阵切换器、 调音台等组成。 由于部分设备使用年限较长， 已出现老化和超期服役的问题， 又加上设备长时间开启加速了硬件老化， 无法保障日常业务稳定应用。硬件设备成本高昂， 一旦出现故障， 维修、 更新周期长， 对地震应急和日常会议保障造成了较大的障碍。

1.2.2 硬件系统扩展困难， 开放性、 共享性差

随着地震应急视频会议系统的发展应用，视频会议系统已不再是单纯的沟通工具， 它承担着地震应急、 应急演练、 政务会议、 远程会商、 线上培训等重要功能。 由于硬件视频会议系统的嵌入式架构和通信特点， 其专用性和稳定性较高， 对网络带宽要求也高， 各视频会议系统之间开放性、 共享性差， 参会地点和方式受限， 用于其他功能的扩展能力差。 加上矩阵等设备老旧、 扩展性能有限， 地震应急时期无法满足各类音视频信号的输入输出， 难以提高服务质量。

1.2.3 硬件系统不同品牌之间兼容性差

硬件视频会议系统由多个不同品牌组成，不同品牌之间因通信协议差异存在兼容性差的问题， 导致不同设备的融合应用较为困难。 即便实现不同视频会议设备之间的音视频信号转发， 信号质量和稳定性也存在不确定性， 难以实现多场景的扩展应用。

随着知识变得日益重要，教育问题成为社会关注的热点，要求更加明确分析人力资本的生产和使用，针对如何提高各级各类学校的办学质量，如何通过教育投资提升人力资本和挣得能力成为问题的关键。教育是一个能够用于分析经济增长或评价人力资源开发等公共政策的重要量纲。通过学习可以实现个人技能、能力、人力资本积累和自我选择能力的提高。但是，在人力资本生产和使用问题上，教育学和经济学在各自研究领域有着不同的理论观点。

2 云视频会议系统融合应用研究

2.1 云视频会议系统简介

云视频会议是以云计算为核心， 依据视频信息安全标准和视频信息交换标准构建， 由基础设施即服务（IaaS）、 平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS） 组成， 满足用户动态调度的最优分布视频的需求[13]。 云视频会议由服务提供商建设云计算中心， 构建MCU 资源池， 企业无需购买MCU， 无需大规模改造网络， 无需配备配备专业IT 人员， 通过租用服务的形式，实现在会议室、 个人电脑、 移动状态下进行多方视频沟通， 打破了时间地域的限制， 只要能够联网都能快速进行会议交流。 相对于传统自建视频会议， 云视频会议基于公网运行， 共享全网资源池， 资源利用率和调配灵活性更高。

2.2 传统硬件视频会议与云视频会议优缺点对比

传统的硬件视频会议是基于嵌入式架构的硬件平台及操作系统， 通过嵌入式软件实现音视频传输[14]。 优点是稳定性、 可靠性和安全性高， 音、 视频质量效果好， 但是硬件造价成本高、 维护较为复杂。 不同品牌设备之间的兼容性较差， 硬件扩展相对困难， 会议接入数受MCU 参会点数限制， 对网络要求高且不可穿越， 而“背靠背” 仅是权宜之计。 云视频会议是基于云计算架构的视频会议系统， 优点是资源配置灵活， 扩展方便， 接入点数多不受硬件设备影响， 对终端设备要求低， 不限入会方式和地点等， 但是云视频会议在个人隐私和会议保密性方面存在安全风险[15]。

目前市场上云视频会议品牌众多， 如摩云视讯、 华为云会议、 腾讯会议、 小鱼易连等。2019 年， 中国地震局及各省级地震局统一部署了小鱼视频会议终端， 可通过公网连接中国地震局云会议室。 腾讯会议个人版面向全国用户免费开放， 音视频质量及会议稳定性良好， 社会应用广泛。 考虑到目前硬件视频会议系统扩展困难、 开放性差、 会议场景受限等问题， 拟利用云视频会议与硬件视频会议系统融合应用，实现优势互补。

2.3 融合应用实例

要实现北京市地震局应急指挥中心（以下简称“指挥中心”） 硬件视频设备和云视频会议的融合应用， 重在解决软硬件音视频互连互通的问题。 音频方面， 将指挥中心现场麦克风、各视频会议终端音频与电脑端音频共同接入调音台， 实现音频互通， 并集成于中控系统， 通过中控软件实现各分项音量的调节。 视频方面，在指挥中心专用电脑上安装一张USB 高清视频采集卡， 将指挥中心摄像机、 视频会议终端、其他HDMI 等输出视频数据或者视频和音频的混合数据输入专用电脑， 并转换成电脑可编辑处理的视频数据文件。 同时将视频采集卡集成在中控系统中， 通过中控软件操作实现电脑端对各类输出信号的接收。 另外电脑端的信号也同时接入混合矩阵， 并通过中控软件进行统一管理， 实现电脑端信号在大屏幕的显示及其他视频会议终端设备的调用（图1）。 完成音视频互连后， 在电脑端安装好云视频会议软件（如小鱼易连、 腾讯会议等）， 即可进行多场景的整合应用。

图1 软硬件音视频互连示意图Fig.1 Diagram of software and hardware audio and video interconnection

2.3.1 远程培训

自新冠疫情爆发以来， 许多职工居家隔离或居家办公， 加上疫情防控需要， 会场参会人员数量有所限制。 原先的硬件视频会议系统因其功能局限无法完成远程扩展， 而云视频会议的补充则为远程会议、 远程培训等提供了诸多方便。

以2020 年北京市地震局组织的多次业务培训和学术讲座为例， 因疫情原因授课老师无法到达现场， 只能以远程会议方式完成。 一部分参会人员需在会场集中收看讨论， 另一部分人员只能远程参会， 因此需通过指挥中心组建云会议室。 指挥中心登录腾讯会议软件组建虚拟会议室， 培训老师及远程参会人员不论身处何地， 只要有网络（包括移动网络） 即可根据会议号参与会议。 指挥中心大屏幕投放电脑端腾讯会议界面， 腾讯会议视频选项中选择USB 采集卡， 并在中控软件中将指挥中心前摄像头信号推送给USB 视频采集卡。 当指挥中心参会人员讲话时， 以指挥中心为主会场， 当培训老师讲课时以培训老师为主会场画面。 最终， 顺利完成多次远程培训和学术讲座。

2.3.2 远程参会

中国地震局通过硬件视频会议终端组织的非加密会议， 当参会人员无法到达指挥中心参会时， 需要远程方式参加会议。 可以使用小鱼易连直接参会或腾讯会议转发两种云视频参会方式。 由于中国地震局部署了小鱼视频融合转发服务器和固定地址的小鱼视频会议号， 远程参会时只需通过本地PC 端或移动终端安装小鱼软件， 输入中国局小鱼会议号即可实现（图2a）。 利用腾讯会议参会时需要指挥中心进行音视频转发。 指挥中心登录腾讯会议软件组建虚拟会议室， 腾讯会议视频选项中选择USB 采集卡， 在中控软件中将使用的硬件视频会议终端信号推送给USB 视频采集卡， 远程参会人员看到的主会场画面便是中国局视频会议画面。 音频方面， 通过中控软件选择硬件视频会议终端声音作为输入PC 端云会议的声音， 参会人员听到的就是中国局视频会议声音（图2b）。

图2 云视频会议远程参会Fig.2 Cloud video conferencing for remote participation

2.3.3 地震应急现场通讯演练

在地震应急现场通讯中， 现场指挥部通过海事卫星或移动3G/4G 和专用视频软件与指挥中心进行音视频连通。 由于海事卫星信号较弱、资费昂贵， 在地震现场通讯中的表现往往并不理想。 而现场应急时又常常面临人员紧缺、 设备繁重、 网络不稳等问题， 根据震时实际区域特点， 利用单人便携操作手机终端实现与指挥中心的快速联络十分重要[16]。 云视频会议以应用方便、 不同系统智能终端接入良好、 成本可控等优势为现场通讯提供了有效手段。 在地震应急现场通讯演练中， 现场应急人员通过腾讯会议软件输入云会议室会议号即可与指挥中心连通， 音视频质量良好， 网络稳定性高。

2.3.4 会议监控

云视频软件同时也可用于指挥中心会议保障人员监控会议画面， 会议保障人员可以通过观看工作电脑屏幕随时掌握会议情况、 进行会议录屏等， 为会议保障提供了便利条件。

3 结论

地震应急视频会议系统目前存在的核心问题是制度和网络问题， 利用新兴技术手段提高视频会议系统的服务能力是地震应急视频会议系统发展的必然要求。 云视频会议作为成本低、规模大、 灵活性高、 兼容性广的新一代视频会议系统， 具有十分广泛的应用前景。 通过云视频会议与传统硬件视频会议系统融合应用， 能有效弥补硬件视频会议扩展困难， 开放性差，会议场景受限等问题， 为远程培训、 远程会议、应急现场通讯、 会议监控提供了良好的解决方法， 可见不同视频会议系统融合应用是提升地震应急视频会议系统服务保障能力的有效手段。但云视频会议系统基于公网运行， 在用于地震应急指挥、 政务会议等时其网络安全性值得在今后的应用中继续深入研究探讨。