小鸟科技AVCNet-分布式系统

　　一、产品概述

　　目前，我国正处于经济和社会的转型期，各行各业针对大型指挥中心、小区、楼宇、会议室等超高清视频互联互通的需求不断增加。规避视频传输过程中形成的图像质量的衰减，以及针对全局化的管理应用变成了目前大型项目中不可避免的重要难题。

　　在指控中心、会议室等应用场景里，集中式音视频设备（如拼接、矩阵）作为音视频信号的转换、切换、共享设备得到了广泛的应用。但随着海量信号汇聚至指挥中心、会议室后，集中式设备扩容性差、布线复杂、传输距离短、信号共享麻烦的劣势逐渐的显露出来，有时不得不通过多台设备级联来实现大规模信号的切换，其操作极其复杂，而且切换过程中受限很多。在这种情况下，分布式设备以其IP架构的灵活部署，不受地域限制、扩容方便的特点逐步得到了发展。

　　分布式系统，是将传统的音视频信号，转化为网络信号，通过交换机实现音视频的传输交换，组成完整的音视频解决方案。随着分布式视频技术的逐渐成熟和各行业对IP化显控需求的逐步增加，分布式音视频系统由于其网络化、模块化、高拓展性等特点，广受各行业的欢迎与好评。

　　小鸟科技分布式系统以分布式架构为基础，综合深压缩和浅压缩两种压缩方式，实现大屏拼接、矩阵切换、KVM坐席、环境控制、可视化综合管控等功能，轻松完成超大规模、跨地域共享的音视频系统建设。

　　二、适用业务

　　小鸟分布式系统，主要适用于各种信号源在不同地域、不同楼宇、不同房间之间的传输、处理、显示、控制等业务，依托网络化的基本架构，超越传统视频线缆传输距离的限制，组成更大的系统网络。实现矩阵、拼接、坐席各种系统功能。且整体系统具备可视化管控功能，通过移动控制终端实现对于信号的任意上品显示操控，简单直观。

　　三、核心技术

　　（一）浅压缩算法自动择优

　　浅压缩技术是将传统的视频信号，经过5-10倍的轻量级压缩，转换成300M-900M的网络码流，同时满足无损画质、超低延迟，给客户极致的使用体验。不同的视频图像，例如自然景观图像、多文字图像、渐变色图像，具有不同的频域特性，小鸟科技采用自主知识产权的DBMC(DIGIBIRD MultiStreaming Coding)多引擎视频压缩算法，将三种核心浅压缩算法进行完美融合（LBA、DCT-独立量化算法、DCT-差分量化算法），根据视频图像内容和网络传输带宽，自动选择最优的压缩算法，实现视频图像的无损压缩和传输，达到最极致的画质体验。

　　（二）无延迟传输

　　小鸟科技分布式传输常规60hz信号时，从信号采集到信号显示的整个过程延迟仅为60微妙，远低于人眼最低延迟响应时间7ms；真正可以做到视觉“零”延迟，带给观看者完整、流畅的视觉体验。

　　（三）高质量深压缩

　　深压缩技术，H.264/H.265压缩算法应用的最为广泛。100倍左右的压缩比，可以做到视频的超低带宽传输和处理，在带宽占用上有巨大的优势，也利于互联网、安防的对接和兼容。深压缩技术为了降低带宽，采用了多种压缩算法，比如YUV4:2:0采样、帧间压缩、帧内压缩等，可以满足自然图像和大部分计算机图像的应用。但是因为YUV4:2:0采样，在锐度较高的图像下，会出现偏色现象，在某些情况下文字较为明显。

　　小鸟科技采用了DBHC(DIGIBIRD H.26X Compensation) H.26X补偿算法，采用FPGA+DSP双硬件引擎的方式，直接进行YUV4:4:4的采样，并通过自主创新的编码传输方式，真正做到深压缩条件下的YUV4:4:4视觉无损还原。在低带宽条件下，做到视频的高画质处理，给用户带来极佳体验。

　　（四）全网同步技术

　　集中式设备可以相对容易的在主机内做到输出同步，而在分布式系统中，编解码设备相互独立，对拼接同步提出了新的挑战。小鸟科技采用DBNS(DIGIBIRD Network Synchronization) 分布式全网同步技术，可以实现从源端到显示端的全网同步，不论矩阵交换，还是大屏拼接，都可以做到纳秒级同步，同步显示无撕裂。

　　（五）无极缩放技术

　　采用多相位滤波技术，图像缩小到原画面的1/16时，仍能保持画面清晰、色彩完整。

　　四、适用技术平台

　　分布式系统可广泛应用于指控中心、监控中心、数据中心、调度中心等场景，无论是一个房间、一栋楼或者是一个园区，都可实现信号的随时共享、分发，打破地域限制，构建高效率协作团队。

　　五、可解决的问题

　　（一）多场所互联互通

　　综合性建设项目中，音视频源均分布在不同的区域或者楼层中，大量音视频信号的互联互通造成极大的困难。建设过程中，需要采用多台硬件设备以及光纤长传设备进行配合，实现多方信号的互相交互。项目的建设复杂性伴随信号接入数量的增加以几何级不断递增，对于建设互联互通提出了新的挑战。

　　采用分布式系统，交换机接入任意数量节点，不受系统规模限制，轻松完成上千路信号的系统搭建和共享切换。分布式系统采用浅压缩和深压缩两种压缩算法，融合深浅压缩两种压缩方式，兼顾本地信号无损无延迟传输和跨地域信号共享分发，一套系统即可完成上千路、跨地域的大规模项目建设。无论是一栋楼，还是一个园区，都可以用一套系统完成搭建，完成海量信号的互联互通和统一控制。信号源或屏幕增加时，只需添加节点，对原有系统无任何影响，简单配置即可快速投入使用。

　　（二）提升运维效率

　　由于专业音视频系统众多，传统方式一般由专门运维团队或者运维部门负责系统的运行，不同系统之间也需要具备不同知识结构的专业人员进行维护，导致指挥控制中心整体的维护效率低，成本高。当出现问题时，由于各系统之间相互作用，导致故障排查困难、应急性差、运维效率较低。

　　分布式坐席协作系统为网络化节点式设计，可对故障节点进行问题排查，单点故障单点维护，不影响其他节点或环节的正常运行。

　　状态监测：查看系统内各个节点或设备的运行状态，及时响应突发状况。

　　在线升级：对系统内各个节点或设备进行在线升级，无需返厂，快速投入使用。

　　日志查询：将操作动态保存为日志，可随时查询系统的历史操作记录，便于系统问题排查。

　　（三）简化使用

　　整体管控中心由多个系统组成。各系统之间分别有各自的功能界面，用户需要同时对多界面和功能进行操作。而同时使用多系统多界面导致使用非常复杂，最终使用者一般是由多人组成的专业团队，通过复杂的培训长期的应用才能掌握全部子系统的使用方法。非专业者则完全无法在短时间内掌握使用方法，也难以随需要实时变更应用场景，造成用户的体验较差。

　　分布式系统的配置和操控软件，基于BS 架构进行设计，PC 端或移动端通过浏览器进行访问。支持多端同时访问及配置，配置信息实时同步，便于多人协同管理。

　　（四）集中管控

　　音视频系统能否更高效的为用户提供服务，取决于其是否具备系统资源的合理调度能力。系统可否进行自动化的管理；运维保障体系的是否完善，都将影响应急指挥系统管控效率。一套指挥调度系统如果具备高可用性，就必须通过集中管理平台实现全系统的互联、互通、互控，以满足更为高效指挥调度的需求。

　　通过分布式系统对信号源进行统一管理，形成资源池统一管理，通过简单操作即可实现大屏拼接、矩阵切换、KVM 坐席、环境控制等功能。

　　（五）可视化应用

　　全新的音视频系统存在两个明显的特征：一是数据类型更为多样，尤其是媒体类数据占有大量比重；二是包含了集中通讯控制和集中显示控制两个功能，新建设的协作管控系统必须是可视化调度、可视化指挥、可视化管控、可视化运维的可视化协作平台。

　　信号源图像、大屏布局及画面实时可视化预览，信号快速准确上屏，减少信号查找的时间，避免信号错误切换的情况，提高操作效率。

　　六、运用成效

　　（一）海量接入，无限扩容

　　传统方案中，最大规模的矩阵也只有数百路，不得不通过多台设备级联来实现大规模信号切换，操作复杂，易用性差。采用分布式系统，通过交换机的堆叠，接入任意数量节点，不受系统规模限制，轻松完成上千路信号的系统搭建和共享切换。

　　（二）简便实施，易于建设

　　采用传统方案时，视频线缆传输距离受限，远传设备增加成本和故障点，实施难度高，维护困难。分布式系统将不同接口转换为网络信号进行传输，传输距离远、便于布线；通过IP查询即可定位节点，便于实施。

　　（三）人机分离，统一管理

　　传统方案中，信息设备由个人管理，信息安全性及共享性较差；设备故障时需至办公区排查，影响正常办公秩序。采用分布式方案后，信息设备在机房统一管理，形成资源池，保障信息安全，便于排查维护；办公区设备简化，减少散热、降低噪音，优化操作人员的工作环境。

　　（四）权责分明，柔性部署

　　传统方能中，系统不具备整体上的权限管理，当人员或设备权限发生变动时，需要较复杂的调整过程，影响正常工作进度。

　　使用分布式系统后，多人分区分权，灵活分配权限，一套系统，统一管理，管理员为用户配置专属操作权限，发生人员变更或权限变更时，简单的软件配置即可完成权限调整，快速投入工作状态。

　　（五）双流传输，灵活布局

　　一般系统采用深压缩或浅压缩算法，深压缩无法保证画质和延时，浅压缩很难实现跨网络和跨地域的系统建设。，分布式方案兼容两种压缩算法，域内采用浅压缩，无损无延迟传输及显示；跨域采用深压缩，海量信号轻松共享。

　　七、可复制推广性

　　系统整体基于云架构设计，功能模块化，易于扩充。系统具备良好的兼容性和通用的软硬件接口，可在其基础上进行二次功能开发。在系统架构的设计上，要充分利用网络扩展性强的特点，采用集中管理、分散控制的结构，部署灵活，扩展能力强。

　　考虑今后的发展，留有充分的扩充余地。便于融入随新技术的发展带来的新功能。

　　责任编辑：广汉