大中型会场增加视频会议功能的方案设计

张利滨，葛 珊，江兆明

（1.中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015；2.北京海讯达通信公司，北京 100017）

0 引 言

疫情期间，政府部门和企事业单位通过视频会议方式召开各种规模不等的会议，对大中型会场视频会议功能的需求非常迫切。视频会议是采用数字音视频压缩处理技术在不同会场之间通过传输网络相互传送声音、图像、数据信息的会议形式，具有实时性、直观性和交互性的特点，而且会议规模可大可小，参会人数可多可少，是政府部门和企事业单位提升沟通效率、快速高效传达政策、决策或上级会议精神的有效方式。早期建成使用的大中型会议室、多功能厅、礼堂、报告厅或宴会厅等场所，已经具备了一定的音频扩声、大屏幕显示和灯光系统等会场设施，但是大多数会场不具备视频会议交互功能。对此，本文介绍一种技术方案，通过增加一套流动型视频会议系统的方式，为大中型会场增加视频会议功能，可广泛应用在跨地区或跨部门的视频会议、应急指挥、云信息发布、合作论坛以及商务推广会议等会场，满足大中型会场灵活、快捷、方便地扩展视频会议功能的需要。

1 需求分析

当前，各政企单位已建成的大中型会议室、多功能厅、礼堂、报告厅或宴会厅，其会场主要功能是举办大中型会议、举办专题讲座及报告、举办专题发布会（新闻发布、产品发布）或兼顾举行小型文艺活动等。如果会场系统需要增加视频会议功能，其解决方案有两种。其一，按照国家标准《会议电视会场系统工程设计规范》（GB 50635—2010）[1]的各项规定要求，对会场系统进行全面升级改造。会场系统升级改造是一项需要多个专业密切配合的庞大工程，要求较多的改造资金和较长的改造周期，而且改造后该会场作为具有视频会议功能的固定会场能够长期使用。其二，如果改造资金或改造周期不适合进行全面升级改造，可以通过增加一套流动型视频会议系统对原会场系统进行功能扩展升级，满足临时使用会场召开视频会议的需要。

2 设计思路

2.1 音视频系统

在流动型视频会议系统中，音频系统和视频系统分别有两种系统结构。

（1）音频、视频系统基本结构。其特点是系统简单、操作便捷，适用于大多数会场扩展视频会议功能使用。

（2）音频、视频系统备份升级结构。其特点是系统可靠性、稳定性高，备份机制完善，无单一崩溃点，能保证系统整体安全可靠、运行稳定。

2.2 流动机柜

为了便于使用，系统核心设备全部安装在2～4台流动机柜内，预监显示、监听、集中控制等设备安装在机柜表面，有源音箱和大屏幕显示器安装在流动支架上，再辅以多种规格的设备连线，能够快速、便捷地与使用会场相融合，满足会场扩展视频会议功能需要[2]。一套流动型视频会议系统，既可流动使用在多个会场，也可在政企单位举行特别重要会议时作为会场音视频系统的应急备份和系统补充使用。

2.3 会场灯光、传输网络

会场主席台、会场观众区的灯光照度需要达到视频会议使用要求，否则需要增加、更换部分灯光设备，或采用流动补光方式，增加部分补光设备。另外，需要根据视频会议终端（或基带光端机）连通相应的传输网络，举办重要视频会议时，会议终端和传输网络需要有冗余备份。

3 系统实现的功能

3.1 高质量摄像功能

系统中配备了2～4台高质量云台式摄像机。其中，两台云台摄像机放置在会场后端，作为主席台全景和领导特写画面使用，在使用时特写和全景摄像机功能互备；另外两台放置在主席台前端，用作摄取全场和第一排参会人员的全景和特写画面使用，与切换台或视频多功能会控一体机配合，为视频会议提供高质量视频图像[3]。

3.2 音频扩声功能

系统中配备了2～4只全频有源扬声器，满足会场应急扩声、声场补充的需要。使用时，如果会场原有的扩声系统能够达到国标《会议电视会场系统工程设计规范》（GB 50635—2010）中音频系统性能指标要求，只需要使用两只有源扬声器放置在主席台两侧，作为原会场扩声系统的应急扩声使用。如果会场原扩声系统达不到视频会议要求，则采用流动系统中配置的会议传声器、有源扬声器以及流动机柜中的音频设备，能够快速完成会场扩声系统的临时搭建，满足视频会议使用需要。

3.3 高清标清兼容、无缝切换、多画面合成显示功能

系统兼容标清、高清及全高清信号，能够实现矩阵无缝切换，并能实现所有输入信号在会场每个屏幕上单独显示或在大屏多画面合成显示，显示画面清晰，不闪烁、不黑屏。

3.4 输入、输出信号多画面预监显示功能

系统能够将所有输入、输出信号的图像在预监显示器上进行多画面分割显示，包括摄像机的输出信号，录播器、视频会议终端和光端机的输入、输出信号图像及会场屏幕显示器播出信号画面，实现实时预监图像显示的功能。

3.5 录播、字幕叠加功能

系统中配备了固态硬盘式录播器，便于视频会议内容的录音、录像，并具备对任意输出通路进行叠加字幕、通知的功能。

3.6 集中控制、一键操作功能

系统中配置了集中控制器，将录播器、数字音频处理器、视频多功能会控一体机以及液晶显示屏等设备的日常操作集成到可视化人机界面（触摸屏）上，实现了系统集中控制的功能。集中控制器还可根据会议使用场景实现一键操作的功能，使系统操作更集中、简单和便捷。

3.7 适用性和可扩展功能

在系统设计上，音视频核心设备规模可扩充，关键设备可灵活升级，系统具备较高的适用性和可扩展性。此外，系统配置了多路输入、输出外接接口端子，可灵活接入和送出多种信号格式的音视频信号，方便会场升级扩展功能使用。

3.8 整机实时冗余备份功能

系统升级备份结构对系统的稳定性、可靠性进行了整体设计。核心部分数字音频处理器与视频多功能会控一体机采用了双机备份方式，当其中一台设备出现故障、无法正常工作时，设备输出信号智能转换到另一台同样设备上，保证系统正常使用。

4 系统设计

4.1 音频系统

4.1.1 基本结构

音频系统的基本结构如图1所示。系统采用调音台+数字音频处理器的基本结构，具有结构简单、操作方便的特点。系统连接方式是：流动机柜的接线输入端口、音频录播器、视频会议终端和光端机信号接入调音台，调音台与数字音频处理器之间可以直接相连或采用Dante数字音频网络相连，数字音频处理器输出分别连接至流动机柜的接线输出端口、音频录播器、视频会议终端和光端机。

图1 音频系统基本结构

音频系统的核心设备为调音台和数字音频处理器。采用调音台是为了延续以往许多操作者的使用习惯，方便会议过程中音量调节、切换及混音等人工操作。数字音频处理器内置增益、均衡、压缩、延时、路由切换及回声抑制等众多音频处理模块，可以对通道信号进行必要调整，使得系统的音质效果更为突出。

会议前，需要设置、调试好数字音频处理器的通道参数或会议使用模式。会议进行时，主要通过调音台进行功能操作，来获得会场最佳使用效果。音频系统的核心设备全部安装在一台流动机柜内，机柜上配置了输入、输出接口端子，方便与传声器、有源音箱等外围设备和原会场音频系统连接。

这种系统结构具有如下优点：能够发挥调音台和数字音频处理器各自的功能优势，操作简单、使用方便且不容易出现误操作；通过将视频会议终端、光端机直接与调音台相连，能够及时消除不同会场之间切换时的音量大小差异；通过调音台与数字音频处理器的配合使用，解决了大型会场远端回声问题；通过合理设置数字音频处理器的通道延时，解决了系统声像同步（唇音同步）的问题。然而，该系统也有一定的缺点，比如，系统由调音台进行操作，需要有专人控制，另外系统核心设备没有备份。

4.1.2 备份升级结构

对系统安全性和稳定性要求很高的会场，音频系统可采用调音台+双数字音频处理器组合的双链路结构，在系统输入端增加音频无源分配器，在系统输出端增加音频智能切换器，系统升级具备了双链路备份功能。系统连接方式是：流动机柜的接线输入端口、音频录播器、视频会议终端（主备）、光端机（主备）的信号先接入至音频无源分配器，再由音频无源分配器的输出分别接入调音台和两路数字音频处理器，调音台与数字音频处理器之间采用Dante数字音频网络相连；两路数字音频处理器的输出经过音频智能切换器后再与接线输出端口、音频录播器和视频会议终端（主备）、光端机（主备）相连。音频系统备份升级结构如图2所示。

图2 音频系统备份升级结构

系统中配置调音台，是为了保持灵活操控特点，方便会议过程中的音量调节、切换、混音等人工操控功能；配置数字音频处理器双链路备份方式，使得两台数字主机始终处于同样的工作状态，互为热备份，当其中任意一台数字主机出现故障，均不影响系统的所有功能，保证了音频系统运行的可靠性。

数字音频处理器内置增益、均衡、压缩、延时、路由切换以及回声抑制均衡等众多音频处理模块，并可将数字音频处理器设置为智能会议模式，同步进行会议操作控制，使得数字音频处理器的各种功能模块得到更好的发挥。

会议使用时，调音台与数字音响处理器既可以结合起来操作，发挥调音台+数字音频处理器的整体功能优势，又能将数字音频处理器设置为智能会议模式单独运行，且两种操作模式可以随时转换，使得音频系统既灵活方便，又功能强大，解决了音频系统基本结构的所有不足。音频系统的核心设备也是全部安装在一台流动机柜内。

4.1.3 系统外围设备

音频系统外围设备有3～5只会议传声器（含底座）、1～2对有源音箱（含流动支架）、1对监听音箱、1副监听耳机以及1台千兆交换机。在这两种流动型音频系统架构下，只要将会议传声器信号接至流动机柜接线输入端口，将有源音箱接至流动机柜接线输出端口，就能够组成会场视频会议音频扩声系统。此外，流动机柜接线端口留有与外会场音频输入、输出信号的接线端口，能够与使用会场充分融合，完成多种规模形式视频会议的使用要求。

4.2 视频系统

4.2.1 基本结构

视频系统的基本结构如图1所示。系统采用切换台+视频矩阵，并辅以输入端分配器、输出端分配器和画面分割器，共同组成了数字3G-SDI视频信号格式的基本结构方式。该系统结构兼容SDI视频高清、标清格式，外围设备采用单根同轴线缆即可传输，且传输距离远，施工方便。如果系统中存在某个连接设备的视频信号格式、接口不一致，需要先将其设备接口转换成3G-SDI视频信号格式、接口，然后连接到系统中。系统连接方式是：流动机柜的接线输入端口、视频录播器、视频会议终端和光端机的信号先接入至视频分配器，再将视频分配器的输出分别接入切换台、视频矩阵和画面分割器，切换台的输出直接至视频矩阵；视频矩阵的输出经过视频分配器后再分别与画面分割器和接线输出端口、视频录播器、视频会议终端及光端机相连，字幕机与切技台通过DSK键口连接，多画面监视器与画面分割器连接[4]。

流动使用时，由会场摄像机组和切换台共同完成会场全景或人员特写图像摄取、摄像机镜头控制以及画面切换输出等功能。采用切换台调度切换会场摄像机的图像信号，操作简单，输出的视频信号图像不闪烁、不黑屏，能够确保高质量图像无缝切换传输。

视频矩阵与视频会议终端、光端机、录播器及会场屏幕显示器相连，承担着调度选择视频会议终端、光端机、录播器的视频输入信号和切换选择会场大屏显示器的视频输入信号，由切换台和视频矩阵组成视频切换控制中心，具有操作简单、控制方便的特点。

视频系统核心设备全部安装在另一台流动机柜内。机柜上配置了输入、输出接口端子，方便与摄像机、流动大屏显示器等外围设备和与原会场视频系统融合连接。

这种视频系统结构具有以下优点。

（1）视频无缝切换。使用多机位摄像机的视频系统，由于需要经常切换不同摄像机画面，采用切换台无缝切换，能够确保会场大屏显示器播出的图像画面不黑屏、不闪烁。

图3 视频系统基本结构

（2）高清、标清兼容。符合SMPTE标准的高清、标清视频信号全部兼容，并具备图像分辨率上下变换功能。

（3）多路视频信号监视。通过输入端、输出端的视频分配器，将摄像机信号，视频会议终端输入、输出信号，录播器输入、输出信号和会场大屏显示器播放信号等，在画面分割器的显示屏幕上实时全程显示，便于调控切换。

（4）设备采用数字3G-SDI视频信号格式，单机性能好，稳定性高，信号传输距离远，系统应急备份手段多样。

该视频系统结构的缺点是：系统结构较复杂，采用设备较多；设备接口单一，个别设备需要配置视频格式转换器；SMPTE标准的分辨率、帧频与其他标准协议的设备不能全兼容。

4.2.2 备份升级结构

视频备份升级结构由两台广播级视频多功能会控一体机和1台视频主备智能倒换器共同组成。视频多功能会控一体机采用模块化配置、插卡式结构，通过模块化设计解决了基本结构的不足，增加了整机各个通道的冗余备份，保证系统在每个节点都稳定可靠。系统连接方式是：摄像机、视频录播器等输入信号首先进入主备智能倒换器进行视频分配，将每路视频输入一分为二输出至两台视频多功能会控一体机；两台视频多功能会控一体机两路同样的视频信号分别送回至主备智能倒换器，再分别传送至会场屏幕显示器、视频录播器、主备视频会议终端及主备光端机。视频系统备份升级结构如图4所示。

图4 视频系统备份升级结构

在流动系统使用中，将多功能会控一体机控制器设置为联动状态。正常操作时，主备一体机矩阵切换功能具有同源显示，同步操作、同步切换。主备智能倒换器具备双电源、输入输出信号自动检测、故障告警、一键切换（带键锁）功能；设备突发断电故障时，视频信号2×1切换开关采用无源方式直通主机，保证了系统使用的最高可靠性。此外，系统还具有视频输入格式自适应功能，输出格式可任意设置，具有帧频转换、矩阵无缝切换、多画面合成输出、输入输出预监、字幕及特技处理等多种视频处理功能模块；系统还具有键盘一键操作和可视化软件操作等多种操控方式，在确保系统具有高可靠性、高稳定性的同时，具有安装使用方便、控制操作简单的特点，非常适合在高质量视频会议的会场使用[5]。

这种视频系统备份升级结构具有如下特点。

（1）视频格式转换。具有任意输入端口类型（如3G/HD-SDI、HDMI、DVI、VGA、DP1.2等）到 任意输出端口类型的格式转换功能，能实现输入到输出信号的图像分辨率、帧频上下变换。

（2）帧同步、矩阵无缝切换。在对系统输入视频信号进行切换操作时，系统具有视频无缝切换功能，输出信号不黑屏、不花屏、不闪烁。

（3）输入、输出画面合成。系统能将所有输入、输出信号进行画面合成，输出多个预监信号；还能实现将多个视频输入信号合成为整幅画面单独输出，或分割为几个画面由多个端口输出，并确保组合画面同步拼接。

（4）特效及双字幕显示。系统具有多种特技效果，能实现对任意输出信号叠加字幕、通知等的双字幕功能。

（5）端口检测及操作控制。具有对输入端口连接状态、信号状态的检测、告警；通过控制面板、远端IP进行操作控制，可实现硬件、软件的集中控制和智能监控管理；

（6）双机实时热备。系统专为高可靠性、高安全性应用场景打造，采用冗余双电源设计，可配置整机级冗余备份。主备机可人工或者自动切换，确保系统安全可靠和高性能连续运行[6]。

4.2.3 系统外围设备

视频系统的外围设备有：2～4台高清摄像机（含控制器），2～4台会场大屏显示器（屏幕大小根据现场需要配置），2台输入输出信号监示器以及1台集中控制器（含触摸屏）。

两种结构的摄像机和会场大屏显示器均配置了SDI信号接口，便于与流动机柜的接线端口连接；采用备份升级结构的流动机柜，原会场任何格式的视频信号均可以直接相连，满足原会场升级视频会议功能的需求。

5 结 语

本文介绍了流动型视频会议系统的实际需求和系统方案实现的主要功能等，重点阐述了视频会议会场系统的音视频基本结构及备份升级结构。这两种系统结构既适用于高清、标清视频会议，又适应4K超高清视频会议和云视频的应用发展，并且系统备份机制完善，无单一崩溃点，具有极高的安全稳定性，可便捷地对现有会场进行功能扩展升级，最大程度地保护用户投资，更好地促进国内4K超高清视频会议和云视频的发展和应用。