仲元昌 ，林 永 ，蔡增增 ，何 進(jìn)

（1.重慶大學(xué) 通信工程學(xué)院，重慶 400044；2.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400037）

1 引言

視頻會(huì)議是利用通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸多個(gè)與會(huì)者連續(xù)活動(dòng)圖像和聲音的一種通信業(yè)務(wù)。作為現(xiàn)代通信的重要技術(shù)，視頻會(huì)議系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程電視電話會(huì)議、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面有著廣泛的應(yīng)用[1]。

現(xiàn)有的視頻會(huì)議產(chǎn)品主要分為兩大類：一類是基于嵌入式系統(tǒng)的硬件視頻會(huì)議產(chǎn)品，硬件視頻會(huì)議產(chǎn)品基于嵌入式操作系統(tǒng)。采用H.323協(xié)議，主要面向高端的、大型的專業(yè)視頻會(huì)議需求，圖像聲音效果好，但是價(jià)格高，維護(hù)、升級(jí)困難；另一類是基于PC+服務(wù)器的軟件網(wǎng)絡(luò)會(huì)議產(chǎn)品，軟件網(wǎng)絡(luò)會(huì)議產(chǎn)品基于PC+服務(wù)器軟件實(shí)現(xiàn)，面向低端小型會(huì)議、個(gè)人、Internet用戶，由即時(shí)消息（IM）系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，采用XMPP或非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。雖然維護(hù)升級(jí)方便，價(jià)格便宜，但圖像效果差，與傳統(tǒng)H.323產(chǎn)品不兼容，并且無(wú)回聲抵消，難以滿足大型專業(yè)會(huì)議要求。

針對(duì)視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用問(wèn)題，以科達(dá)科技有限公司提供的電視會(huì)議系統(tǒng)為研究對(duì)象，融合現(xiàn)有視頻會(huì)議系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建了一種高性價(jià)比的視頻會(huì)議系統(tǒng)，采用嵌入式技術(shù)，充分利用軟件技術(shù)的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了MCU的小型化，降低了系統(tǒng)成本。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 H.323協(xié)議分析

傳統(tǒng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)基于H.320標(biāo)準(zhǔn)，H.320是基于電路交換的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[2-4]。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）將視頻會(huì)議系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向H.323。H.323是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它涉及會(huì)議終端、多點(diǎn)控制單元、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、音視頻和數(shù)據(jù)的傳輸、網(wǎng)絡(luò)控制、網(wǎng)絡(luò)接口等方面的內(nèi)容。H.323協(xié)議中采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）進(jìn)行音視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和控制。視頻編解碼采用H.261，H.263，H.264等標(biāo)準(zhǔn)。音頻編解碼采用G.711，G.722，G.729等標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)層音視頻數(shù)據(jù)的傳輸都采用用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（UDP），并且優(yōu)先傳送音頻數(shù)據(jù)。

H.323標(biāo)準(zhǔn)支持在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中同時(shí)召開(kāi)多個(gè)獨(dú)立會(huì)議，用多點(diǎn)控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制和管理。H.323的主要優(yōu)點(diǎn)有：1）可以被應(yīng)用在通用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，具有網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性；2）能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中并發(fā)的H.323鏈接數(shù)和H.323應(yīng)用可獲得的總帶寬進(jìn)行限制，保證了視頻會(huì)議系統(tǒng)的有效傳輸；3）提供了鏈接基于電路交換的視頻會(huì)議手段，支持多播傳輸技術(shù)。但H.323的缺點(diǎn)是協(xié)議比較復(fù)雜，沒(méi)有擁塞控制機(jī)制，服務(wù)質(zhì)量不能得到保證，效率和可擴(kuò)展性較差。

2.2 音視頻編解碼技術(shù)

音視頻編解碼技術(shù)是視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，是影響會(huì)議效果的重要因素[3-4]。采集到的原始音視頻信號(hào)是模擬信號(hào)且數(shù)據(jù)量大，通過(guò)壓縮、編解碼可以將信號(hào)轉(zhuǎn)化成能夠在數(shù)字信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，節(jié)約了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的空間，降低了信道帶寬，為在現(xiàn)有通信信道上實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的并行傳輸提供了可能。

目前在國(guó)際上有兩個(gè)負(fù)責(zé)音視頻編碼的組織，一個(gè)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織下的運(yùn)動(dòng)圖像專家組（MPEG），另一個(gè)是國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)下的視頻編碼專家組（VCEG）。VCEG 制定的標(biāo)準(zhǔn)有 H.261，H.262，H.263，H.264 等，其中H.264是為新一代交互視頻通信制定的標(biāo)準(zhǔn)。MPEG制 定 的 標(biāo) 準(zhǔn) 有 MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7，MPEG-21，其中MPEG-4是為交互式多媒體通信制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。目前在視頻會(huì)議系統(tǒng)中用到的視頻編碼技術(shù)主要有 H.261，H.263，H.264，MPEG-2，MPEG-4 等， 音頻編碼技術(shù)主要有 G.711，G.722，G.723，G.728，G.729，MP3 等。

3 系統(tǒng)模型及工作原理

根據(jù)H.323標(biāo)準(zhǔn)，依托科達(dá)科技有限公司提供的電視會(huì)議系統(tǒng)，構(gòu)建的系統(tǒng)模型如圖1所示[4-6]。主要包括會(huì)議終端、多點(diǎn)控制單元（Multipoint Control Unit，MCU）、網(wǎng)守（gatekeeper）、網(wǎng)關(guān)（gateway）、傳輸網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)接口等。

圖1 視頻會(huì)議系統(tǒng)模型

會(huì)議控制臺(tái)軟件（MCS）是新一代基于Web界面與虛擬儀器技術(shù)的視頻會(huì)議操作功能軟件[7-9]。會(huì)議控制臺(tái)軟件可運(yùn)行于普通臺(tái)式機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)上。該軟件以形象的圖形界面交互方式，向用戶提供一個(gè)可以控制整個(gè)視頻會(huì)議的接口，它通過(guò)控制多點(diǎn)會(huì)議控制單元（MCU）來(lái)實(shí)現(xiàn)會(huì)議電視的各種功能。

會(huì)議控制臺(tái)主要用于視頻會(huì)議的召集、控制和監(jiān)視，可運(yùn)行在安裝有Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，以Web方式啟動(dòng)。同一時(shí)刻單個(gè)會(huì)議控制臺(tái)可對(duì)多臺(tái)MCU進(jìn)行控制，而多個(gè)會(huì)議控制臺(tái)也可對(duì)單個(gè)MCU進(jìn)行控制。

終端控制臺(tái)，基于嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供H.320&H.323雙協(xié)議支持；采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置了1個(gè)6×6視頻矩陣，可根據(jù)會(huì)場(chǎng)需要靈活配置多臺(tái)攝像機(jī)輸入；支持雙視頻流，提供高達(dá)4CIF的高品質(zhì)視頻圖像、XGA的計(jì)算機(jī)圖像和CD級(jí)音頻效果，配合超群的視頻優(yōu)化技術(shù)、自動(dòng)回聲消除技術(shù)、自動(dòng)增益控制技術(shù)和背景噪音消除技術(shù)，可讓用戶獲得極為真切的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議感受。終端控制臺(tái)為用戶提供嵌入式終端的操作界面，用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的完全控制，包括會(huì)議管理、設(shè)備控制、系統(tǒng)管理、終端診斷等。一臺(tái)嵌入式終端目前僅支持一個(gè)終端控制臺(tái)對(duì)其進(jìn)行控制。

會(huì)議終端是提供雙向?qū)崟r(shí)通信的客戶端。一方面它采集現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議的音視頻信號(hào)并將其壓縮編碼后同其他數(shù)據(jù)信息一起通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到其他會(huì)議終端或多點(diǎn)控制單元。另一方面它將接收來(lái)自其他會(huì)議終端或多點(diǎn)控制單元的音視頻信息，經(jīng)過(guò)解壓縮、解碼等輸出到本地的會(huì)議顯示設(shè)備中。

高清視頻終端提供了豐富的會(huì)議功能，并且提供遙控器可操作界面，提供多個(gè)面板快捷鍵，可以實(shí)現(xiàn)會(huì)議中的各個(gè)操作功能。

桌面終端（PCMT）是直接面向用戶的基于計(jì)算機(jī)的會(huì)議電視操作平臺(tái)，向用戶提供執(zhí)行相關(guān)會(huì)議功能的操作界面，主要供個(gè)人或者人數(shù)較少的團(tuán)體參與會(huì)議時(shí)使用。桌面終端負(fù)責(zé)完成視頻圖像采集、顯示，音頻數(shù)據(jù)采集、播放，實(shí)時(shí)顯示會(huì)議狀態(tài)信息和會(huì)議消息等功能；通過(guò)與PCMT業(yè)務(wù)通信，與之交換媒體碼流和控制消息來(lái)完成相應(yīng)的會(huì)議功能。桌面終端成為會(huì)議的主席終端后，可以代替會(huì)議控制臺(tái)完成對(duì)當(dāng)前會(huì)議的控制管理功能。PCMT支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議、普通多點(diǎn)視頻會(huì)議、T.120數(shù)據(jù)會(huì)議。

多點(diǎn)控制單元是視頻會(huì)議系統(tǒng)的核心設(shè)備。它支持3點(diǎn)或3點(diǎn)以上的視頻會(huì)議，由多點(diǎn)控制器（MC）和多點(diǎn)處理器（MP）組成。MC主要進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、主席控制、模式切換、建立會(huì)議和終止會(huì)議等。MP主要進(jìn)行混音、交換、處理音視頻信號(hào)和其他數(shù)據(jù)。總之，多點(diǎn)控制單元負(fù)責(zé)對(duì)音頻、視頻及其他數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和交換。

網(wǎng)守是可選設(shè)備，主要提供呼叫和管理功能，負(fù)責(zé)對(duì)會(huì)議終端進(jìn)行認(rèn)證處理以及地址轉(zhuǎn)換訪問(wèn)控制和帶寬管理等功能。它可以單獨(dú)存在也可以以功能模塊的形式集成到多點(diǎn)控制單元中。

網(wǎng)管客戶端用友好的界面來(lái)實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備 （包括MCU、桌面終端和各種嵌入式終端）的管理控制，可實(shí)時(shí)反映當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能查詢?cè)O(shè)備歷史狀態(tài)。網(wǎng)管客戶端擁有一個(gè)龐大的告警系統(tǒng)，針對(duì)于各種設(shè)備所產(chǎn)生的告警信息，網(wǎng)管客戶端會(huì)提供相應(yīng)的告警解決方案；可以對(duì)這些終端進(jìn)行文件的上傳、下載，時(shí)間同步，線路測(cè)試，遠(yuǎn)程復(fù)位等各種操作。這些功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)與網(wǎng)管服務(wù)器的交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

為了支持外設(shè)，在網(wǎng)管客戶端上增加對(duì)外設(shè)的顯示，使用戶能通過(guò)網(wǎng)管客戶端對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制。為了讓用戶能及時(shí)了解到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，網(wǎng)管客戶端還支持用圖形化來(lái)模擬機(jī)架構(gòu)件現(xiàn)實(shí)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

視頻點(diǎn)播系統(tǒng)用于播放在流媒體服務(wù)器上發(fā)布的多媒體節(jié)目。發(fā)布的節(jié)目可以是服務(wù)器上預(yù)存的文件，也可以是正在MCU上進(jìn)行中的組播會(huì)議圖像。目前，通過(guò)改進(jìn)后，科達(dá)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)配合科達(dá)視頻會(huì)議系統(tǒng)使用更加方便，可以完成更多功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)會(huì)議錄像文件的即錄即播功能、將錄像文件直接在會(huì)議控制臺(tái)發(fā)布到點(diǎn)播系統(tǒng)。

該系統(tǒng)支持多用戶管理，分成一般用戶、高級(jí)用戶和管理員用戶。根據(jù)權(quán)限實(shí)現(xiàn)安全管理系統(tǒng)功能：管理員用戶除了可以使用點(diǎn)播功能外，還有發(fā)布節(jié)目、用戶管理、安全設(shè)置等功能；高級(jí)用戶則還可以點(diǎn)播保密節(jié)目和普通節(jié)目；一般用戶只能點(diǎn)播普通文件。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信也趨向于多元化?，F(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)的類型繁多，有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、PSTN（公用電話交換網(wǎng)）、ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、ATM網(wǎng)（異步傳輸模式網(wǎng)）、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等。系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后，簡(jiǎn)單組網(wǎng)圖如圖2所示。

基于H.323的視頻會(huì)議系統(tǒng)可運(yùn)行在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上?，F(xiàn)在隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳輸媒體的提高，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)高速、高可靠性、高質(zhì)量的傳輸網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)時(shí)性方面TCP/IP網(wǎng)絡(luò)做了很大的改進(jìn)，在傳輸層采用了RTP和RTCP，基本上保證了視頻會(huì)議系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。在傳輸帶寬方面，通過(guò)專線或采用更高效的壓縮技術(shù)可以保證一定規(guī)模的視頻會(huì)議系統(tǒng)的傳輸。

4 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

會(huì)議控制臺(tái)的登錄界面如圖3所示，如果在IE地址欄輸入MCU地址登陸，則會(huì)自動(dòng)把該MCU地址添加到 “連接的MCU”選擇框中并選中，此時(shí)用戶只需要輸入用戶名和密碼即可。如果用戶曾經(jīng)使用過(guò)會(huì)議控制臺(tái)，則登陸時(shí)自動(dòng)選中最后一次登陸的MCU地址即可。

圖4為會(huì)議基本信息設(shè)置界面，如果沒(méi)有勾選“手動(dòng)結(jié)束”，則設(shè)置的會(huì)議持續(xù)時(shí)間有效，輸入“0小時(shí)0分鐘”表示不限時(shí)間；如果勾選“手動(dòng)結(jié)束”，則表示會(huì)議為人工結(jié)束的會(huì)議。

圖5為實(shí)際測(cè)得的會(huì)議碼率信息。會(huì)議碼率的詳細(xì)信息包括視頻和音頻碼率以及數(shù)據(jù)會(huì)議的碼率，三者之和為會(huì)議碼率。

5 小結(jié)

為了提高視頻會(huì)議系統(tǒng)的高性價(jià)比，采用嵌入式技術(shù)，充分利用虛擬儀器技術(shù)及軟件技術(shù)的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了MCU的小型化，降低了系統(tǒng)成本。運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明：該系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)H.323協(xié)議、支持最新的H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)和H.239雙視頻流、支持廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，界面友好，性能穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果，可廣泛應(yīng)用于各種視頻會(huì)議場(chǎng)所。

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