易蘭青 楊金銘 秦錦榮 孫榮燕 張大好

云南省電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理中心 云南 650228

0 引言

自20世紀(jì)90年代初期以來，伴隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻會議作為一種便利、高效、節(jié)約的遠(yuǎn)程溝通方式，對傳統(tǒng)的會議模式帶來了巨大沖擊，目前已廣泛應(yīng)用于軍事、政治、經(jīng)濟、科教、文化等領(lǐng)域，用戶層次也從政府、大型企業(yè)等機構(gòu)向中小企業(yè)甚至個人用戶拓展。為滿足各級用戶不斷提升的會議需求，視頻會議技術(shù)的普及和發(fā)展也經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從點對點到多點對多點，從有線到無線，從功能單一到功能全面的過程。

而視頻會議由于其實時性的特點，更是對系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。視頻會議系統(tǒng)的可靠性，是指系統(tǒng)運行穩(wěn)定以保證會議不中斷，系統(tǒng)備份完善以保證故障帶來的影響最小。在實際應(yīng)用中如何建立一個高可靠性的視頻會議系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的長期不間斷運行和故障瞬時恢復(fù)，是視頻會議業(yè)界和用戶重點關(guān)注的一個需求和技術(shù)熱點。

1 視頻會議構(gòu)建模式簡析

從構(gòu)建模式來看，視頻會議系統(tǒng)分為軟件視頻會議系統(tǒng)和硬件視頻會議系統(tǒng)。

1.1 軟件視頻會議系統(tǒng)

軟件視頻會議系統(tǒng)是基于服務(wù)器+PC架構(gòu)的視頻通信系統(tǒng)，其多點控制單元(Multi Control Unit,MCU)和會議終端是利用高性能的服務(wù)器、PC機與視頻會議軟件的結(jié)合來實現(xiàn)，本質(zhì)上主要依靠高性能的CPU來處理視、音頻編解碼工作。

軟件視頻會議系統(tǒng)的主要設(shè)備有服務(wù)器(MCU服務(wù)器、多畫面處理服務(wù)器和流媒體服務(wù)器)、PC機(會議終端)、攝像頭、麥克風(fēng)、顯示設(shè)備、擴音設(shè)備等。

軟件視頻會議系統(tǒng)的優(yōu)勢是成本低、對網(wǎng)絡(luò)的要求較低、部署方便、開放性好、軟件集成方便、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用豐富；劣勢是安全性和穩(wěn)定性有待提高、音視頻質(zhì)量一般、服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)保障機制不健全、對不同網(wǎng)絡(luò)的支持能力比較差。所以當(dāng)前軟件視頻會議系統(tǒng)的用戶主要集中在個人和中小企業(yè)。不過隨著基于Web的網(wǎng)頁化軟件視頻會議系統(tǒng)、云計算等技術(shù)的不斷深入發(fā)展和應(yīng)用，制約軟件視頻會議系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸不斷被突破，其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也在不斷擴大。

1.2 硬件視頻會議系統(tǒng)

硬件視頻會議系統(tǒng)是基于嵌入式架構(gòu)的視頻通信方式，依靠數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing,DSP)＋嵌入式軟件實現(xiàn)視、音頻處理，網(wǎng)絡(luò)通信和各項會議功能。

硬件視頻會議系統(tǒng)的主要設(shè)備包括嵌入式MCU、會議終端、攝像頭、麥克風(fēng)、顯示設(shè)備、擴音設(shè)備等，為了方便統(tǒng)一管理，通常還包括視頻矩陣、音頻矩陣、統(tǒng)一電源開關(guān)等設(shè)備。

硬件視頻會議系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是安全性和可靠性高，性能卓越、音視頻效果好、集成度高、操作簡單、維護(hù)方便、具有良好的QoS保障機制、支持廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。劣勢是成本高，硬件設(shè)備和專線網(wǎng)絡(luò)需要投入大量資金。所以目前硬件視頻會議系統(tǒng)的用戶主要是對會議可靠性要求較高的政府、大型企業(yè)等。

2 視頻會議組網(wǎng)模式簡析

目前主流的兩種組網(wǎng)方式是IP組網(wǎng)方式和E1專線組網(wǎng)方式。

2.1 IP組網(wǎng)方式

視頻會議的IP組網(wǎng)方式，遵循H.323協(xié)議。其特點是基于IP的分組交換、統(tǒng)計復(fù)用，帶寬利用率高；接入方便、組網(wǎng)靈活；成本較低。IP組網(wǎng)方式在應(yīng)用上便于融入OA網(wǎng)，實現(xiàn)和IP終端直接互通、與流服務(wù)器結(jié)合；可進(jìn)行各類融合業(yè)務(wù)發(fā)展，和手機、可視電話、VOIP、軟終端融合，也可以和監(jiān)控、IPTV等進(jìn)行融合。

2.2 E1專線組網(wǎng)方式

視頻會議的E1專線組網(wǎng)方式，遵循H.320協(xié)議。E1專線組網(wǎng)方式代表了視頻會議的高端發(fā)展方向，其特點是高清晰、高質(zhì)量、高穩(wěn)定。高清晰：支持720P/1080I/1080P提供高保真的視音頻質(zhì)量。高質(zhì)量：可專網(wǎng)專用，網(wǎng)絡(luò)可備份，具備多種糾錯措施，帶寬保障。高穩(wěn)定：高集成實時系統(tǒng)設(shè)計、信道可備份、速率自適應(yīng)。

2.3 E1專線和IP組網(wǎng)方式

視頻會議的E1專線和IP組網(wǎng)方式遵循H.320/H.323協(xié)議，是前兩種方式的結(jié)合，具備兩種組網(wǎng)方式的特點，形成互補。這種方式組網(wǎng)的視頻會議系統(tǒng)不僅可以滿足用戶對視頻會議系統(tǒng)高清晰、高質(zhì)量、高穩(wěn)定的高端要求，還可通過IP的靈活性將各種應(yīng)用結(jié)合起來，如通過流媒體方式，將會議在寬帶網(wǎng)上進(jìn)行直播、點播；可進(jìn)行外設(shè)備的集成，如網(wǎng)真技術(shù)的應(yīng)用等。

3 視頻會議雙機熱備的模式設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思想

隨著視頻會議技術(shù)的發(fā)展，用戶對視頻會議系統(tǒng)的依賴程度日益增加，視頻會議的可靠性和可用性越來越重要。視頻會議的穩(wěn)定性是所有用戶最關(guān)心的一個問題，相對于面對面的會議，視頻會議是相對脆弱的，很容易被某種意外所打破，如設(shè)備掉電、網(wǎng)絡(luò)故障、設(shè)備故障。即使對于最專業(yè)的維護(hù)人員，重新召集視頻會議至少要花費5-7分鐘。對于大型會議、大型培訓(xùn)、應(yīng)急指揮，一旦出現(xiàn)意外，對于使用部門、建設(shè)部門、維護(hù)部門所承受的壓力將是巨大的，本文將從MCU雙機熱備、終端雙機熱備二個維護(hù)角度保證系統(tǒng)的高可靠性。雙機也叫熱備，主要作用是當(dāng)視頻會議主用設(shè)備出現(xiàn)物理故障時，備用設(shè)備能接管工作，而不會使整個系統(tǒng)癱瘓。一般需要兩臺設(shè)備，一主一備，兩臺設(shè)備分別連接在兩個不同的網(wǎng)絡(luò)。兩臺MCU設(shè)備通過心跳線連接，用來按時發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)包，以確定主服務(wù)器是否在線，當(dāng)主 MCU服務(wù)器死機后，自動啟用備用MCU服務(wù)器，以保障系統(tǒng)的不間斷性。兩臺終端設(shè)備通過音視頻智能切換器連接，當(dāng)主用終端出現(xiàn)故障時，音視頻智能切換器自動將信號切換到備用終端，保障信號平滑轉(zhuǎn)換。

3.2 MCU雙機熱備設(shè)計

視頻會議系統(tǒng)的工作原理是在中心點部署 MCU，負(fù)責(zé)會議的管理控制和數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)處理，相當(dāng)于多點間的交換設(shè)備，是實現(xiàn)多點會議的核心技術(shù)和設(shè)備。在各級會議室部署會議終端，與攝像頭、話筒、顯示器、擴音器等外圍設(shè)備互聯(lián)，負(fù)責(zé)接收和展示從MCU傳來的中心會議室音視頻信號。

視訊會議的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)邏輯上是一種星形連接，核心設(shè)備就是MCU，所有參與會議的終端可與MCU建立一對一的連接，終端負(fù)責(zé)采集會場的聲音和視頻，然后經(jīng)編碼后傳輸?shù)組CU，由MCU根據(jù)當(dāng)前視頻會議的模式確定對音視頻信號的處理方式和轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，然后將處理后的音視頻數(shù)據(jù)再發(fā)送到每一個與會者。MCU的可靠性和穩(wěn)定性將直接影響視訊會議的穩(wěn)定召開。 設(shè)置能夠支持雙機熱備技術(shù)的兩臺MCU互為主機和備機。當(dāng)兩臺設(shè)備均啟動后，工作中的主機MCU因意外情況，導(dǎo)致會議無法繼續(xù)進(jìn)行時，系統(tǒng)會自動進(jìn)行備份切換，由備機MCU繼續(xù)承擔(dān)開會任務(wù)，切換時間小于45秒。從而在短時間內(nèi)，不需要對備機MCU重新設(shè)置會議的情況下，備機MCU代替主機MCU將會議繼續(xù)召開，保證會議的順利進(jìn)行。并且在整個會議的切換過程中，無需人工干預(yù)，保證會議不中斷，安全級別達(dá)到電信級(圖1)。

圖1 MCU雙機熱備示意圖

3.3 終端雙機熱備設(shè)計

視頻會議系統(tǒng)終端的作用就是將某一會議點的實時圖像、語音和相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，壓縮編碼，多路復(fù)用后送到傳輸信道。同時將接收到的圖像、語音和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分解、解碼，還原成對方會場的圖像、語音和數(shù)據(jù)。另外，會議電視終端還將本會場的會議控制信號(如申請發(fā)言，申請主席等)送到多點控制器(MCU)。同時還要執(zhí)行多點控制器對本會場的控制作用。在視頻會議召開的過程中，主會場視頻終端等設(shè)備當(dāng)管理人員誤操作或非正常斷電或設(shè)備意外故障時，其音視頻信號會發(fā)生中斷，由此將會使整個視頻會議無法繼續(xù)進(jìn)行，傳統(tǒng)的解決辦法是配置第二套視頻終端作為冷備份，當(dāng)主設(shè)備發(fā)生中斷時由系統(tǒng)維護(hù)人員以手工方式切換至備用設(shè)備。本文設(shè)計的思路是通過音視頻智能切換器，解決主會場或分會場主備終端的自動、快速、無縫切換的問題(圖2)。

圖2 終端雙機熱備示意圖

該方案實現(xiàn)了自動切換，視頻信號與音頻信號可同步切換，音視頻圖像切換時間短、切換過程平滑，主會場與分會場的參會人員不會明顯感覺出會議切換過程中的中斷現(xiàn)象，保證了會議可按序正常進(jìn)行。設(shè)備同時具備掉電后信號旁路的功能，掉電后可將主信號直接輸出到輸出接口，提高了系統(tǒng)備份的等級。

雙機熱備系統(tǒng)的優(yōu)點在于：可有效提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。若主用設(shè)備或應(yīng)用程序崩潰，熱備系統(tǒng)中另一個備用設(shè)備在繼續(xù)工作的同時，接管崩潰設(shè)備的任務(wù)，最大限度地縮短MCU和終端宕機的時間，大大提高了系統(tǒng)可靠性、安全性及容錯性。

4 雙機熱備系統(tǒng)的典型特點

雙機熱備視頻會議系統(tǒng)組會靈活，會議模式多樣，應(yīng)用越來越廣泛。系統(tǒng)具備以下典型的特點：

(1) 先進(jìn)性特點

系統(tǒng)整體設(shè)計切實可行并容易實現(xiàn)，MCU雙機熱備或終端雙機熱備或MCU+終端雙機熱備的設(shè)計方式屬于業(yè)界領(lǐng)先水平，符合計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和視頻會議技術(shù)的最新發(fā)展潮流。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)性特點

系統(tǒng)遵循標(biāo)準(zhǔn)的整體協(xié)議框架，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，使用標(biāo)準(zhǔn)的音視頻協(xié)議，支持標(biāo)準(zhǔn)的視訊與數(shù)據(jù)協(xié)同工作方式等。使系統(tǒng)具有較高的兼容性，使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的廠家之間的設(shè)備能夠系統(tǒng)平滑級聯(lián)或互通。

(3) 實用性特點

雙機熱備系統(tǒng)的設(shè)計符合工程的實際需要，針對實際應(yīng)用的特點，具有多種組會模式和管理方式：終端圖形界面、WEB界面；并能支持中文會場名，會議主題、會議臨時通知等文字提示，可以使視訊會議發(fā)揮更佳的臨場效果。

(4) 安全性特點

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)硬件集成、嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效抵制網(wǎng)絡(luò)病毒和黑客等的攻擊具備系統(tǒng)級安全性；MCU具備多級密碼保護(hù)，終端能提供配置數(shù)據(jù)安全功能遠(yuǎn)程控制，按業(yè)務(wù)分配用戶名和密碼等用戶級安全性。

(5) 穩(wěn)定性特點

雙機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成度高，能夠長期穩(wěn)定工作，保證7*24小時不間斷地穩(wěn)定可靠運行，適應(yīng)工作環(huán)境能力強，故障率低。在管理人員誤操作或非正常斷電或設(shè)備意外故障的情況，MCU和終端能提供雙機熱備技術(shù)。備份設(shè)備及時接替主工作設(shè)備將會議繼續(xù)召開，保證了重大會議持續(xù)穩(wěn)定地召開，減輕會議管理人員的工作負(fù)擔(dān)。

5 視頻會議雙機熱備的應(yīng)用(以云南省電子政務(wù)為例)

視頻會議在節(jié)省時間的同時幫助了企業(yè)提高工作效率、降低運營成本，加強了在全球化進(jìn)程中的核心競爭力。尤其在電子政務(wù)、政府機關(guān)方面顯示其強大的優(yōu)勢。在此針對視頻會議雙機熱備在云南省電子政務(wù)的應(yīng)用做深入的描述。

5.1 電子政務(wù)視頻會議應(yīng)用分析

視頻會議系統(tǒng)作為電子政務(wù)信息化的重要組成部分，承擔(dān)著各級政府部門內(nèi)部及相互之間溝通、會商、決策的重要職責(zé)，各級政府的指示精神和重要事務(wù)需要通過此系統(tǒng)進(jìn)行上傳下達(dá)，面對突發(fā)事件，領(lǐng)導(dǎo)需要通過此系統(tǒng)及時全面地掌控事態(tài)發(fā)展，及時進(jìn)行決策和指揮，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性，各種不同速率和類型網(wǎng)絡(luò)的接入兼容性，穩(wěn)定清晰的畫面質(zhì)量，強大的系統(tǒng)可拓展能力，系統(tǒng)和VOIP，3G，IPTV，NGN系統(tǒng)之間的無縫融合等等，都是政府行業(yè)建設(shè)選擇視頻會議系統(tǒng)的重要考慮要素。

以云南省電子政務(wù)為例，云南省電子政務(wù)視頻會議主用系統(tǒng)基于SDH E1專線三級網(wǎng)，備用系統(tǒng)基于SDH E1專線二級網(wǎng)，與電子政務(wù)外網(wǎng)物理隔離，實現(xiàn)省、市、區(qū)縣三級720P高清圖像和聲音質(zhì)量的交互式視頻會議。同時滿足以下要求：

通過系統(tǒng)進(jìn)行云南省領(lǐng)導(dǎo)干部時代前沿知識講座、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等工作的要求。

與縣鄉(xiāng)電子政務(wù)平臺的視頻會議系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。

符合國家的政務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)信息共享，充分發(fā)揮視頻會議系統(tǒng)的作用和效益。

在功能方面，考慮到政府部門對于辦公的特殊需求，視頻系統(tǒng)的功能需要滿足：

(1) 會議管理功能：在任一計算機上管理會議，如創(chuàng)建/取消會議、啟動/停止會議、會議成員管理等，支持現(xiàn)有的各種會議控制方式。

(2) 會場終端管理功能：支持終端控制、主會場控制、遠(yuǎn)端控制等。支持多路視頻“畫中畫”，同時傳輸四路以上乃至全部與會者的聲音，實現(xiàn)音視頻同步。

(3) 與會者管理：會議主持者可以對任一與會者進(jìn)行控制。

(4) 視頻錄播功能：流媒體、硬盤錄像、字幕同步、實錄回放。

(5) 系統(tǒng)擴展功能：MCU服務(wù)器具有擴展能力，支持桌面會議，提供一對一、一對多的會議。

(6) 采用電子政務(wù)平臺統(tǒng)一的安全體系結(jié)構(gòu)，確保其安全性和可靠性。

5.2 解決方案

云南省電子政務(wù)視頻會議建成152個分會場，并具備一定的會場終端擴展能力。采用先進(jìn)的、成熟的技術(shù)，并能在將來實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑升級。

系統(tǒng)基于SDH E1專線網(wǎng)絡(luò)，采用H.320協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和H.264編解碼技術(shù)，主用系統(tǒng)以高清1080P多點控制單元(MCU)二級級聯(lián)組網(wǎng)，配置720p會議室型終端到州市、縣；備用系統(tǒng)以高清1080P多點控制單元(MCU)單級組網(wǎng)，配置720p會議室型終端到州市。主備用系統(tǒng)同時提供信號，整個系統(tǒng)提供全面的 H.320系統(tǒng)解決方案和流媒體解決方案，充分滿足政府會議的穩(wěn)定性需求,同時也能滿足進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)干部講座，遠(yuǎn)程教育，全省性大會等工作的要求，并最低限度的降低了成本(圖3)。

圖3 云南省電子政務(wù)視頻會議系統(tǒng)拓?fù)鋱D

根據(jù)云南省電子政務(wù)視頻會議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸容量的實際情況，各州市及市直屬職能部門分會場連接省級主會場的網(wǎng)絡(luò)帶寬為 4M，各縣市區(qū)及縣直屬職能部門分會場連接州市級會場的網(wǎng)絡(luò)帶寬為2M。

高清主備網(wǎng)核心平臺采用同型號的MCU，組網(wǎng)架構(gòu)一致，提供IP、E1、2E1等多種接入方式。在省網(wǎng)管中心機房實現(xiàn) 2E1傳輸線路在主用高清系統(tǒng) MCU與備用高清系統(tǒng)MCU之間的跳接。正常情況下采用主用系統(tǒng)召開全省會議，緊急情況下，可以把州市的MCU切換到備用核心MCU上召集全省會議，也可以由州市自主召開州縣二級會議，并將省至州市備用系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)接到州市二級會議實現(xiàn)省-州市-縣市區(qū)三級會議的轉(zhuǎn)播。主備用兩套系統(tǒng)相對獨立，又在核心平臺側(cè)融合對接備份，達(dá)到靈活的備用機制，提供緊急情況下的正常會議服務(wù)。

5.3 實現(xiàn)效果

云南省電子政務(wù)視頻會議系統(tǒng)可提供以下主要功能：

(1) 在各會場之間實現(xiàn)視頻會議的功能，包括圖像、語音交互、流媒體廣播以及會議的組織、控制等。

(2) 在主會場可對會議進(jìn)行實時控制和監(jiān)測，并可將控制權(quán)下放給其他多個會場。

(3) 可將各會場接收到的會議信息，以流媒體的方式上實時在電子政務(wù)外網(wǎng)上進(jìn)行廣播，各個會場無需視頻會議設(shè)備投入(只需一臺PC機)即可接收到會議圖像和語音。

(4) 領(lǐng)導(dǎo)可通過在辦公室的電腦上配置桌面視訊系統(tǒng)加入會議當(dāng)中，該領(lǐng)導(dǎo)講話時所有會場都能觀看該領(lǐng)導(dǎo)圖象，并聽到講話內(nèi)容。

6 結(jié)束語

視頻會議雙機熱備系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了視頻會議過程中，在軟件故障、硬件故障、網(wǎng)絡(luò)故障、電源故障及操作故障的情況下，系統(tǒng)自動切換，信號平滑轉(zhuǎn)換。切換時，視頻信號，音頻信號，會議資源管理模塊，MCU狀態(tài)，終端狀態(tài)工作正常，信號不丟失，轉(zhuǎn)換平滑。為視頻會議系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行提供了可靠的技術(shù)保證。

[1]蔚保國.高可用性系統(tǒng)服務(wù)器雙機熱備份技術(shù)的研究.北京：無線電通信技術(shù).1999.

[2]譚偉賢.高清晰會議電視系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù).北京：科學(xué)出版社.2004.