夏愛民　劉東亞　徐曉剛

摘? 要：隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，迫切需要采用新的技術(shù)手段解決顯示控制系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)問(wèn)題。在某應(yīng)急處置指揮中心建設(shè)中，采用H.265流媒體技術(shù)和分布式控制理念設(shè)計(jì)了基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)總體架構(gòu)，通過(guò)CREATOR集中控制系統(tǒng)開發(fā)了分布式調(diào)度控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多源信息的有效融合和綜合應(yīng)用，靈活性度高、可靠性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：流媒體;分布式;顯示控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273;TN873 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）05-0052-03

Design of Distributed Display Control System Based on Streaming Media

XIA Aimin，LIU Dongya，XU Xiaogang

（Nankai University Information Technology Science College，Tianjin? 300071，China）

Abstract：With the continuous development of information technology，the traditional display control system is facing many challenges. It is urgent to adopt new technical means to solve the problems related to the construction of display control system. In the construction of an emergency response command center，H.265 streaming media technology and distributed control concept are used to design the overall framework of the distributed display control system based on streaming media. Through the CREATOR centralized control system，a distributed dispatching control platform is developed，which realizes the effective integration and comprehensive application of multi-source information，with high flexibility and reliability.

Keywords：streaming media;distributed;display control system

0? 引? 言

近年來(lái)，顯示控制系統(tǒng)在國(guó)家和地方政府部門組織的各類重大活動(dòng)中發(fā)揮了非常重要的作用，例如國(guó)慶閱兵慶典、世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)安保、公安部門視頻調(diào)度以及搶險(xiǎn)救災(zāi)等應(yīng)急指揮活動(dòng)。在這些大型活動(dòng)中，顯示控制系統(tǒng)常常被設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵位置、關(guān)鍵時(shí)刻的頂層信息集成應(yīng)用系統(tǒng)，能夠利用各類專用網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)以及各類無(wú)線通信手段同時(shí)調(diào)度傳送多路信息，為圓滿完成活動(dòng)保障提供了更加完整、更加高效、更加可靠的信息集成與支撐服務(wù)。在某部應(yīng)急處置指揮中心建設(shè)中，采用了基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)，提供了一種全新的體系框架結(jié)構(gòu)，對(duì)來(lái)自于不同信息系統(tǒng)、不同網(wǎng)絡(luò)的視音頻信號(hào)在系統(tǒng)中按照H.265格式進(jìn)行編碼和融合集成，形成標(biāo)準(zhǔn)化格式的流媒體顯示與控制信息，旨在滿足處于分散地域的不同部門同步使用和共享調(diào)度的需要。

1? 傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸

顯示控制系統(tǒng)是調(diào)度控制中心內(nèi)顯示與控制設(shè)備的集成系統(tǒng)，也是調(diào)度控制中心內(nèi)的人機(jī)界面，是調(diào)度控制中心向調(diào)度控制人員提供信息處理功能的集中體現(xiàn)。其主要作用是通過(guò)集成設(shè)備與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)受控空間可視化，支持決策過(guò)程，進(jìn)行信息管理分發(fā)。傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)包括視音頻采集處理、切換矩陣、信號(hào)傳輸、集中控制和協(xié)作平臺(tái)等設(shè)備，主要通過(guò)各種視音頻線纜進(jìn)行傳輸，利用專門的矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換、切換調(diào)度和共享使用，具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在單個(gè)場(chǎng)所的信息交互過(guò)程中，各種不同格式的視音頻信號(hào)同時(shí)匯聚到一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的矩陣，整個(gè)信息傳輸鏈路中圖像質(zhì)量比較高，傳輸和切換的速度比較快、延時(shí)很小。但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及面對(duì)應(yīng)用需求的不斷變化，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。

1.1? 規(guī)模受限

隨著業(yè)務(wù)需求的不斷拓展，建設(shè)單位有越來(lái)越多的信號(hào)需要匯聚到指揮控制中心或者調(diào)度中心，但傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)受矩陣容量的限制，有時(shí)不得不通過(guò)采用多臺(tái)矩陣級(jí)聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模信號(hào)切換，導(dǎo)致信號(hào)傳輸衰減大、可靠性差，操作非常復(fù)雜、易用性差，而且在切換過(guò)程中系統(tǒng)調(diào)用受限很多。

1.2? 難以擴(kuò)容

傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)中的矩陣是機(jī)框式設(shè)計(jì)，如果因?yàn)闃I(yè)務(wù)需求變化要增加系統(tǒng)容量，往往需要將系統(tǒng)的核心矩陣進(jìn)行整體替換，無(wú)法進(jìn)行二次利用，費(fèi)用消耗相當(dāng)大。另一方面，傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸采用的是專業(yè)視音頻線纜，在系統(tǒng)發(fā)生變更的時(shí)候，如果原先設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中沒有預(yù)留專用視頻線路或者擴(kuò)容空間，新的需求將難以實(shí)現(xiàn)。

1.3? 設(shè)計(jì)實(shí)施復(fù)雜

傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)人員除了要詳細(xì)了解系統(tǒng)基本功能，還需要清楚設(shè)備品牌型號(hào)、各種接口、信號(hào)類型及線材傳輸特性，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的線材計(jì)算必須要極其準(zhǔn)確。但即便是非常專業(yè)的工程師，在建設(shè)中也往往會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施情況與設(shè)計(jì)偏差較大的情況，在很多細(xì)節(jié)上還會(huì)存在遺漏甚至不可實(shí)行的問(wèn)題。

綜合以上分析，該指揮中心已不宜采用傳統(tǒng)顯示控制模式進(jìn)行建設(shè)。

2? 流媒體技術(shù)應(yīng)用需求分析

流媒體技術(shù)是將一連串媒體數(shù)據(jù)壓縮后，通過(guò)數(shù)據(jù)流的形式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流發(fā)布的技術(shù)，其主要特征是采用流式傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和交互性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，流媒體已不再是以往的單種流式傳輸，更多的是多種應(yīng)用的綜合，在基于多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、壓縮和傳輸。此方式是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸實(shí)現(xiàn)的，為用戶提供了很多便利，節(jié)省了用戶等待的時(shí)間，在顯示控制系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

通過(guò)對(duì)該指揮中心采用流媒體技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，其主要目的是使顯示控制系統(tǒng)啟動(dòng)延時(shí)縮減，有效減少系統(tǒng)緩存。此外，采用流媒體技術(shù)，在數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和文件傳輸技術(shù)上比較先進(jìn)，能夠使應(yīng)急指揮收發(fā)的文件在傳輸時(shí)存儲(chǔ)量減小，在傳輸時(shí)速度比較快，各應(yīng)急處置部門在信息發(fā)布時(shí)更加容易、快捷。應(yīng)急處置指揮中心流媒體的流式傳輸方案采用HTTP/TCP（RTSP）來(lái)傳輸控制信息，用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)視音頻數(shù)據(jù)，其信息傳輸主要依托專用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在該指揮中心顯示控制系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行充分考慮，可以設(shè)計(jì)為主干10 000 M傳輸，用戶端1 000 M傳輸，如果按照H.265格式壓縮傳輸，每一路信號(hào)以5 M視頻流計(jì)算，主干可以傳輸上千路信號(hào)，完全能夠滿足應(yīng)用需求。

3? 分布式顯示控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1? 分布式顯示控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

為滿足信號(hào)海量接入、系統(tǒng)靈活升級(jí)擴(kuò)容、設(shè)備設(shè)施管理IT化的應(yīng)用需求，許多單位都不約而同地將目光瞄向了流媒體技術(shù)和分布式技術(shù)，將AV over IP作為引領(lǐng)自身變革的方向。通過(guò)將該指揮中心顯示控制系統(tǒng)中的所有接口統(tǒng)一設(shè)計(jì)為網(wǎng)絡(luò)接口，用網(wǎng)線或者光纖替代各種格式的視頻線纜，便于實(shí)施布線，只需網(wǎng)絡(luò)連通，即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，可以利用網(wǎng)絡(luò)復(fù)用傳輸特性進(jìn)行大量信號(hào)傳輸切換，便于進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)，同時(shí)也便于采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)。由于該應(yīng)急處置指揮中心包含成百上千路信號(hào)需要交換共享，采用分布式顯示控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)顯得更加明顯。

3.2? 分布式顯示控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)是該指揮中心的重要依托，既可以傳輸視音頻信息，又可以控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為多個(gè)節(jié)點(diǎn)，在地域上相對(duì)分散，具有系統(tǒng)控制調(diào)度的分布性。該指揮中心基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

該系統(tǒng)按照分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)置了總控室、多個(gè)分控中心、多個(gè)會(huì)議室等控制節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)在地位上彼此平等，無(wú)主次之分，既可以自治地進(jìn)行工作，又能通過(guò)共享的網(wǎng)絡(luò)來(lái)統(tǒng)一調(diào)度信息，協(xié)調(diào)處理任務(wù)。但總控室同時(shí)具有集中控制的最高權(quán)限，調(diào)度信息的范圍最廣，完全滿足大型指揮活動(dòng)應(yīng)用需求。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，按應(yīng)用需求建設(shè)部署了相關(guān)設(shè)施設(shè)備。通過(guò)CREATOR集中控制系統(tǒng)對(duì)各型設(shè)備進(jìn)行編程控制，形成各分控中心的集中調(diào)度平臺(tái)，并統(tǒng)一接入該中心專用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的互聯(lián)互通和分布式控制調(diào)度，有效發(fā)揮了應(yīng)用效益。

4? 結(jié)? 論

新技術(shù)發(fā)展催生新的應(yīng)用。隨著人類社會(huì)進(jìn)入到5G高速互聯(lián)網(wǎng)的新時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)速度不斷提升，信息傳播更為迅捷、順暢、高效，極大地促進(jìn)了流媒體顯示控制技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用。該指揮中心設(shè)計(jì)的基于流媒體的分布式顯示控制系統(tǒng)是一種全新的技術(shù)應(yīng)用，有效地解決了傳統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)面臨的技術(shù)瓶頸。通過(guò)大規(guī)模組網(wǎng)部署，可以提升信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、便捷性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：夏愛民（1977-），男，漢族，北京人，教師，副教

授，碩士，研究方向：自動(dòng)控制;劉東亞（1989-），男，漢族，安徽淮北人，工程師，本科，研究方向：自動(dòng)控制;徐曉剛（1992-），男，漢族，浙江建德人，工程師，本科，研究方向：自動(dòng)控制。