亢军贤 陈银海 杨怡晨 赵美映 常晓茹
摘 要：文章从功能需求、功能分析和功能设计等方面对音视频高清混合矩阵进行了研究，提出通过音视频高清混合矩阵进行电视电话网、远程网、电话网等多网络融合切换，在安全保密的情况下，通过背靠背方式实现多种网络信号实时切换的目标，达到主会场与不同网络分会场沟通交流的目的。
关键词：矩阵;网络;融合
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）22-0057-03
Abstract： This paper studies the audio and video HD hybrid matrix from the aspects of functional requirements， functional analysis and functional design， and puts forward the multi networks fusion switching such as TV telephone network， remote network and telephone network through audio and video HD hybrid matrix. Under the condition of security and confidentiality， the goal of real-time switching of various network signals is realized through back-to-back mode， so as to achieve the purpose of communication between the main venue and different network sub venues.
Keywords： matrix; network; fusion
0 引 言
在信息化技术快速发展的今天，人与人之间的沟通交流模式逐渐变得多样化。相较于最简单的语言交流，现代人的沟通方式正在朝着以视频、语音、图片为主的多媒体方向发展，加之5G技术的实现，更为多媒体沟通交流提供了有力的网络技术支撑，这样，能够同时让身处异地的多人通过多种形式进行交流，也逐渐成为多媒体交流的发展方向。与此同时，在近几年疫情形势比较严重的情况下，很多工作的开展需要通过视频会议的方式进行，在这一社会背景下，视频会议正在逐渐发挥越来越巨大的作用。同时，多网背靠背融合视频会议在视频压缩与传输技术以及相关设备的不断发展中逐渐形成。多网融合视频会议系统能够利用多种网络通信技术实现不同地点之间的声音与图像交流，对于拉近地理距离、提高工作效率、加速信息传递、节省会议成本具有重要作用[1]。随着卫星网、电视电话会议网、通信网等网络的快速发展，将各种网络通过音视频矩阵采用背靠背方式进行连接，达到相互沟通交流的目的，这种多网融合切换技术已经成为一种发展方向。
1 功能需求
因疫情原因，会议保障需要采取网络视频方式进行，目前主要有三种网络：一种电视电话会议网络，一种远程医学网络，还有电话通信网络。但因各单位设备状况不同，故主会场需要实现远程医学网与电视电话会议网络之间无缝切换，使视频信号和声音信号在两个网络中独立切换，达到会议中间信号快速切换的目的，以满足不同的参会者选择最优的网络发挥最好的答辩水平，另备有电话通信设备作为基础通信技术手段，在两种网络都无法实现的情况下使用。
2 功能分析
根据功能需求及视频技术的发展，视频矩阵的需求日益高涨。在实际操作中，经常会遇到显示屏需要多种不同信号上屏，而且处于指定位置，并且在不同时间段要实现瞬间切换，这样的需求只有音视频矩阵可以实现，音视频矩阵应用之后能够依据不同的信号源将视频的格式转化成VGA、AV、DVI以及HDMI。视频矩阵的切换器不同，对应的信号源也有所区别。然而实际应用中，视频源种类是极为丰富的，在这种情况下，假如仅仅运用单一的视频矩阵，那么就必须使用中央控制系统来实现其实现必要的功能，然而如果使用了中央控制系统，那么就必然会扩展项目的进度，使得项目的费用有所提升。如果拥有具备模拟、数字、高清、标清明确的视频信号的各种形式的输入视频信号接口，那么在应用中就能够实现不同的视频格式信号的访问，可以满足各种项目以及视频源信号的需求，这个音视频矩阵称为混合音视频矩阵。与此同时，人们生活水平的不断提升，对于视频要求也在不断提升，原本的视频形式已经无法满足人们的实际需求。在这种情况下高清视频发展成为一种必然趋势[2]。根据分析，高清混合视频矩阵在这次设计中扮演非常重要的角色，从主会场和分会场分别进行分析。对主会场而言，输入有四种信号源：电视电话会议网络、远程医学网络、电话网络和手拉手话筒;输出有两种信号：LED显示屏和音箱，注意显示屏采用双屏双流模式，一边显示参会者画面，另一边显示课件。对于分会场而言，输入信号：可以是电视电话会议网络、远程医学网络或电话网络中的任意一种，还有话筒。输出也有两个信号：一个是两个显示屏幕，采用双流形式，一台显示主会场，一台显示课件或本地会场，另一个是音箱。高清混合音视频矩阵就是将这些输入和输出进行组合实现其设计功能。
3 高清混合视频矩阵功能实现设计
根据以上功能分析，我们选择采用高清混合音视频矩阵实现该功能，为此，对功能提出以下分析：
输入部分：信号输入部分有若干个输入卡构成，提供各种输入接口，输入信号采集进入输入卡后，输入卡对信号进行解码，解码后传送到交换背板，完成下步工作。
交换背板部分：交换背板接收到输入卡解码的输入信号后，按照指令将信号数据复制到指定输出卡，实现信号的高速交换输出。
输出部分：输出卡接收到交换背板传输的数据后，进过分析处理，将处理的数据通过编码芯片进行编码，再通过输出接口输出到指定显示设备，完成整个视频信号的接收传递输出功能[2]。
控制部分：控制部分有两种方式，一种是通过软件控制，也就是软控制，就是通过安装有控制软件的电脑连接混合音视频矩阵的控制口，控制输入信号与输出信号的对应;另一种是通过混合音视频矩阵控制面板的操作按钮旋转完成信号切换，也就是硬控制。
4 设计思路
通过以上分析，需要将三种网络同时接入控制室，并对三种网络信号通过高清混合视频矩阵进行任意快速切换，LED显示不能出现黑屏，为此需要研究三个网络信号传输控制原理，电视电话会议控制通过会议终端WEB端进行控制，在授权情况下，可以对主会场和分会场视频和语音信号进行互传，实现互通;远程医学网通过WEB网站页面分会场链接点击，实现对各分会场视频及课件的调用，进而实现主会场和分会场信号的互传;再就是电话网络，只有语音没有视频信号，但是参会者课件在各评委电脑中已提前导入，评委可以通过语音及本地评审系统中查阅参会者课件，达到准确评审目的。
从以上分析中可以基本了解思路，首先对三种信号输入源进行检查，电视电话会议信号采取有线形式，从通信机房直接使用光纤收发器接到会议室控制室;远程医学网信号采用无线接收发传输，双光纤从机房接至会议室控制室;电话信号使用电话线接至会场。其次，远程医学网和电视电话会议信号分别接入对应会议终端，两个会议终端分别输入各自会议摄像头，信号输出到矩阵，矩阵输出端接入LED屏控制器。最后，在会议终端与调音台之间分别接入声音输入输出线缆，打通声音通道，同时将手拉手话筒和无线话筒输入到调音台。
至此两个网络的会议终端输出输入信号汇聚至矩阵[3]，再将矩阵信号输出到LED屏，同时将两个会议终端的音频输入输出信号汇聚至调音台，调音台再将信号通过功放输出，实现声音和视频信号的双通功能，硬件设备设计示意图如图1所示。
5 实现步骤
从以上的设计和分析中，我们可以得到实现的基本路径方法和步骤，具体如图2所示。
首先，检查并接入远程医学网声音和视频信号。从远程医学网机柜接光纤至会议控制室，需要两根：一条数据，一条视频。视频光纤进会议终端，数据进笔记本电脑控制远程医学信号切换，如果笔记本能够通终端和串口服务器，说明信号调通。检查并接入电视电话会议网声音和视频信号。从通信机房通过光纤收发器接入会议控制室，接入会议终端，从会议终端通过网线接入笔记本电脑，测试电视电话有线网络是否畅通。
其次，将远程医学网和电视电话会议网同时接入矩阵[4]，同时输出到LED屏控制器。分别从两个会议终端将视频信号通过HDMI线接入矩阵，远程医学网为双路视频输出，一路为视频，一路为课件。
再次，将两个网络的会议终端、无线话筒和手拉手话筒接入到调音台。电视电话会议终端与调音台之间为双向两路线路，远程医学网会议终端与调音台之间也为双向两路线路，无线话筒4只分为两个收发器，手拉手话筒17支，由一台控制器分两路控制，为防止两路网络声音串音，可将不需要的输出设为静音输出。
最后，三种信号输入源进行切换测试。电视电话会议系统，大屏控制端切换，连接分会场，LED显示分会场画面，测试语音，能够听到分会场声音，分会场可以看到主会场画面，也能听到主会场声音，测试成功。远程医学网切换，大屏控制端切换，连接分会场，LED显示分会场画面，播放课件，分屏显示正常，测试语音，能够听到分会场声音，分会场可以看到主会场画面，也能听到主会场声音，测试成功。电话网络参会，拨通分会场电话，接通电话，会场通过扩音器加无线话筒将声音通过调音台传到会场音箱，评委通过手拉手话筒讲话，再通过调音台将声音通过无线话筒传至扩音器传出，实现互通，测试成功。硬件设备连接示意图如图3所示。
最后，需要注意的是，重要的会议保障需要提供备份手段，就是将信号源输入到两路，一路为混合矩阵，一路为编码器，将解码器接入显示设备，如果混合矩阵出现故障，可以通过解码器直接上屏[5]。
6 结 论
视频是一种记录人与人之间工作生活场景的工具，伴随着网络技术、多媒体技术等的迅速发展，视频会议也在疫情期间起到举足轻重的作用。此次多网融合视频会议的设计与实现主要依靠混合音视频矩阵具有不同接口输入输出信号汇聚和快速切换功能实现以上功能需求，达到了设计效果和现实需要，以上方案已被实践检验成功，圆满完成了会议保障任务。
参考文献：
[1] 崔晋华，段晓莉.浅谈矩阵切换技术在视频会议中的应用 [J].中国无线电，2017（10）：65-66.
[2] 季正勃.试析高清混合视频矩阵的研究及FPGA实现 [J].数字通信世界，2019（1）：246+274.
[3] 梁炎荣.基于WEBSERVER的远程视频矩阵切换系统的设计与实现 [J].影视制作，2019，25（8）：82-85.
[4] 石丛军.视频会议系统矩阵单节点问题的解决方案 [J].中国新通信，2018，20（18）：43.
[5] 邵蓓.基于局部单应矩阵的视频同步算法 [D].西安：西安电子科技大学，2018.
作者简介：亢军贤（1979—），男，汉族，陕西宝鸡人，健康管理部信息科主任兼工程师，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统、数据库系统、网络系统;陈银海（1974—），男，汉族，江苏南京人，副主任医师，本科，主要研究方向：医院管理;杨怡晨（1997—），女，汉族，陕西宝鸡人，助理工程师，本科，主要研究方向：软件系统、会议系统;赵美映（1985—），女，汉族，陕西西安人，工程师，本科，主要研究方向：会议系统、网络系统。常晓茹（1985—），女，汉族，陕西西安人，工程师，硕士研究生，主要研究方向：数据库系统、网络系统和会议系统。
