消防远程视频会议培训系统

周 刚 樊明辉 北京市公安局消防局 100035

消防远程视频会议培训系统

周 刚 樊明辉 北京市公安局消防局 100035

设计和实现了消防局视频会议培训系统，包括总队视频会议控制中心、支队视频会议控制分中心和视频会议终端三部分。利用基于SDH传输链路和IP技术的广域网平台和下属单位的快速以太网平台，实现视频等相关数据的传输。系统采用支持H. 320/H.323/SIP协议框架和H.264、G.722.1 Annex C音视频协议的技术和产品。

视频会议；H.323；MCU

1．引 言

视频会议适应了信息时代快捷便利的特点，而网络技术的发展也给视频会议技术提供了发展空间。近年来越来越多的政府机关、企事业单位和公司都建立了自己的视频会议系统。实际上，视频会议系统早已不再单纯用于开会。基于视频会议系统的统一通信平台，正在以人们意想不到的方式改变世界。对数据、文本、音视频的整合调用功能，前所未有的安全性和兼容性，让人们可以在一个平台上随时开展统一通信。这不仅意味着真正实现远距离沟通，更将为企业、政府客户节约大量的差旅费用和时间成本。

为了提高公安消防部队的通信指挥能力，按照“金盾工程”的总体部署和总体规划，依托公安信息网，构建集语音、图像、数据多种通信技术于一体的高效快捷的消防通信指挥体系，为消防管理和灭火救援工作提供全方位、全过程、全天候的通信保障。按照消防局消防信息通信建设规划和公安部消防局《2005年消防信息化工作要点》的要求，建设覆盖全市消防队（站）的消防远程视频会议培训系统，与市局和公安部消防局视频会议系统联网，通过公安信息网实现总队与支队、大队、直属消防处（科）的远程培训和视频会议，达到各支队、中队在驻地收看公安部、市局和总队电视电话会议的目标，并以此作为突发事件应急指挥的视频通信平台。

2．系统需求分析

2.1 系统建设目标

视频会议系统的建设目标是：充分利用网络资源、会议室环境资源和人才、技术方面的资源，运用先进的视频会议技术手段，基于网络，建设以总队为中心并覆盖所属单位，具备远程、实时、交互功能的视频会议系统。

2.2 应用功能需求

点对点会议：用于消防局领导和远端某个分部门领导之间的会议，总部领导与分部门领导之间的点对点会议。多点会议：通常为局领导对多个分部门领导召开远程会议。多组会议：同时召开多个会议是消防局视频系统必须满足的功能，系统必须同时满足多个的远程视频会议的要求。双流会议功能：视频会议系统具有双视频流（音视频图像和计算机数据信号实时的多点交互）的功能，以便用户利用视频会议系统进行工作研讨、员工培训、工作安排、重点项目汇报等方面的应用。如：重点工作安排中，总公司领导可以随时在会议室听取各地分公司领导在会议室或会议室对工程的汇报（主要包括销售数据、工作安排、工作状况等各个方面的信息）。多分屏多速率会议：支持不同速率、不同帧率、不同音频算法、不同视频解析度的终端参与同一会议，并且不降低视频会议质量和其他会议参与者的接入速率。多会场画面屏显示功能是在召开多点会议时为尽量加强与与会人员的更好交流规模和对各个会场情况的了解而设置的专门功能。根据北京市消防局视频会议应用功能的要求，系统必须配备具有多会场同屏显示的MCU设备，以满足工作需要。优秀的会议管理：优秀的会议管理控制是北京市消防局视频会议系统必须要求的功能，根据本项目的运行的特点和性质，主要用于不定时对某个事件的讨论，不需要有非相关人员参加。能够实现与会者自主控制会议。领导可以自主组建会议、控制会议、管理会议。

3．系统设计与实现

3.1 网络环境

消防局视频会议系统利用基于SDH传输链路的IP技术的广域网平台和下属单位的快速以太网平台，实现视频等相关数据的传输。就目前的网络来看，消防局已采用专线网络，因为专线构成的企业信息网稳定、安全性高、能够综合多种业务。消防局与各分部门有数据业务，专网的方式不但能够实现视频会议系统、同时也能够进行数据的传输。形成大的企业信息网，以满足企业内部各种数据业务的应用。如：视频会议、电子商务、网络IP电话、企业OA系统，企业内部管理系统等。

3.2 设计的原则

多功能化、网络化：应设计功能完善、技术现代化的多功能会议系统，能满足各类会议使用需要，并提高场地与设备的利用率；使会议系统其不仅自成体系，还要与本地局域网及远程网络良好对接，使其成为真正的网络化、智能化的多媒体会议系统，以利于面向信息时代的网络化应用。

国际化、标准化：会议系统所传达的媒体资料、使用的设备与系统应能和国际接轨，以方便中外交流；设备接口及采用制式应是国际统一标准；技术方案满足以下ITU－T有关建议及其它有关规定制定的。

数字化、多媒体化：信息时代，人们描述世界的语言已经转变为数字化，表现信息的手段也向多媒体化发展。因而，会议交流的内容与手段也必然数字化、多媒体化；

模块化：模块化系统是近几年流行的设计思想。模块化设计可使系统功能组合灵活、扩充方便，利于个性化定制；同时，升级容易，不易浪费原始投资。

3.3 总体设计

系统包括总队视频会议控制中心、支队视频会议控制分中心和视频会议终端三部分。其中总队视频会议控制中心负责管理支队视频会议控制分中心和总队机关、直属单位的视频会议终端，具有组织全总队视频会议的最高权限和功能。支队视频会议控制分中心负责管理本支队机关和所属中队的视频会议终端，具有组织本支队视频会议的权限和功能。按照总队“防消合一”后的机构编制，总队视频会议培训系统计划建设1个可以支持40点768K的总队视频会议控制中心（一级MCU）和22个支大队视频会议控制中心;总队机关配备5套视频会议终端，各支（大）队机关共配备22套视频会议终端，直属消防处（科）共配备4套视频会议终端，4个主要城区配备4套视频会议终端。会议室终端具备可选多点控制功能，可以自行组织小范围内的视频会议，同时承担双向交互视频会议的组织和运行。所有会议室视频输出采用电视或等离子屏，数据终端输出采用投影设备。

网络拓扑结构和分部门拓扑结构分别如图1和图2所示，系统的拓扑结构如图3所示。

图1 网络拓扑结构

图2 分部门拓扑结构

3.4 方案描述及功能实现

系统采用全面支持H.320/H.323/SIP协议框架和H.264、G.722.1 Annex C音视频协议的技术和产品，支持代表未来发展方向的新标准、新规范。

视频终端设备配置Polycom产品，MCU采用电信级的MGC－50。消防局4个主要城区：会议室终端采用了Polycom高性能的产品VSX7000E，视频会议终端可以支持64K～2M速率、为优质的视频提供了良好的保证。

⑴ 视频功能：作为主会场、包括大型会议室，为了可将本地会场的画面，本地不同视频源的视频信号，所接入录像机的录像资料传送至其它会场，利用交互式多点广播功能，向IP网实时广播会以现场。

⑵ 音频功能：可实现自适应全双工回声抑制；采用自动背景噪声抑制，提高声音质量；采用自动增益控制，保证发言人在距麦克风不同时音量不变；利用全向麦克风，实现声音的全方位采集；可随时调节音量。

⑶ 双视频流功能：可外接PC，传送PC上任何内容；可利用外接的图文摄像机图文或实物图像传送给其它接收站。

⑷ 控制功能：可实现点对点双向会场摄像机远端控制；可提供100个本地摄像机位置预置和100个远端摄像机位置预置；可控制主摄像机镜头的上下、左右、拉近与拉远；可切换2～3个视频源；可抓拍本地图像并广播出去；系统监测窗口可监测系统工作状态，如，网络速率、通讯协议等；系统诊断功能可对系统状态进行诊断。

⑸ 可连接设备：可连接辅助摄像机、图文摄像机、录像机、影碟机、调音台、等多种外围设备。主会场一般举办大型集团会议，会议室面积大，空间感强。摄像机应根据摄像角度会采用2台～3台，大型会议室一般将大部分会议设备安装在固定机柜中，便于管理。由于会议室空间大，视频终端设备采用Polycom VSX8400系列。各分局多为小型会议室，不需要太专业的音响系统和多角度的摄像，配置了Polycom的VSX7000S会议室系统，每个会议室通过VSX7000S自带的摄像头和高级音箱，显示通过等离子或电视机或显示器，完成本地操作。另外，视频会议终端可以实现桌面型会议系统。

3.5 视频会议系统的QoS策略

视频会议系统是基于网络的应用，它有自己独有的特点：基于网络的、交互的实时传输。因此声音、图像的任何一个微小的变化都容易被人察觉。美国Polycom公司的视频终端和MCU产品都率先支持QoS，与网络设备配合后可达到令人满意的会议效果。下面，介绍如何从视频设备和网络两方面对视频会议的QoS进行控制。

⑴ 视频会议终端设备对QoS的支持

美国Polycom公司VSX系列视频终端设备都支持QoS。对于位于公司局域网以外、 需要经WAN电路接入的视频终端，需要其打开相应的QoS设置选项，以便在网络设备的支持下，在拥挤的远程传输通路中享受优先通过的权利。

在网络发生阻塞时的第一道防线是采用缓存队列技术。当数据包到达的速率超过输出端口的处理速率时，这些数据包被临时存放在缓存队列中等待可用的网络带宽。良好的缓存设计可以解决因短时间内网络出现峰值负载而出现的数据包丢失的问题。成功设计的关键主要取决于以下几条原则：第一，缓存越大越好；第二，必须为每个商品进行独立的缓存分配。这种做法有利于避免网络各节点之间的互相影响。CISCO公司的智能交换式路由器为每个输出商品都提供了独立的缓存区，这可以将发生阻塞的节点产生的问题隔离开。在每个快速以太网端口上分配的缓存可容纳数据百个数据包，而在每个千兆以太网端口上分配的缓存区可容纳上千个数据包。

在输出的负载过重并且缓存已用完的时候，必须通过规则(或称为策略)来优化数据流的处理以保证数据流的优先级。基于策略的QoS使得网络管理员可以对响应时间和吞吐量进行控制以满足高优先级数据流的需要。智能交换式路由器的硬件将数据流划分为四个优先级。优先级是根据与目的和源节点相关的第二、三、四层信息来划分的，包括主机ID、IP地址以及第四层协议和端口号等内容。这种方法提供了极其灵活和强大的数据包识别能力同，大到可以识别VLAN或IP子网，小到可以区分每一个的主机到主机的应用数据流。

图3 系统拓扑图

⑵ MCU多点控制单元对QoS的支持

MCU设备需要占用多个以太网端口，MCU一般位于靠近网络核心的位置，通常网络正常情况下不需要网络设备对QoS的支持。但如果网络出现拥塞等其他异常情况，可通过对MCU进行相关的QoS服务进行配置，与网络设备共同启用QoS服务，可实现对视频会议的数据包进行优先传输，达到网络的优化，提高视频会议效果。

⑶ 网络的QoS策略及实施

在广域网线路上，需要同时进行多种业务数据的传输，需要采用适当的QoS策略，来保证关键业务如视频会议、电子邮件等数据的可靠、优先传输。QoS策略需要从以下几个方面来考虑：

①排队机制: 用户网络上的应用较多，假如采用对每种应用都分别处理的QoS策略，会使网络的配置和管理非常复杂，而且每添加一种应用，就要对网络进行重新配置，因此本文统一采用IP Precedence优先权技术，划分6个优先级，根据数据包的优先权值，通过拥塞管理机制和队列机制对6个优先级分别提供不同级别的QoS服务。每种应用根据其自身应用特点，可以被分配至相应的优先级别。

②拥塞控制机制：数据包被设置IP优先权后，通过路由处理被送到相应的端口等待传输。为了实现QoS控制，根据数据包的IP优先权值将其送入不同的队列，按照WFQ设定的策略进行传输，但是，假如网络拥塞造成排队数据包超出缓存，所有的数据包在进入队列前就都会被丢弃。那么QoS的控制就无从谈起，所以在排队数据包超出缓存前就应进行拥塞控制。本文选择WRED(Weighted Random Early Detection）技术作为拥塞避免控制机制。它是改良的RED技术，RED是一套拥塞控制算法，在网络中存在大量的TCP数据传输时，该算法非常有效。TCP是面向连接的可靠传输协议，它认为丢包表示网络发生了拥塞，在丢包时会自动调低数据的发送速率。

③队列输出机制：在经过拥塞避免机制WRED的处理后，数据包在输出端口根据其优先级被分配至不同的队列排队等待输出，由于广域网带宽有限，同时只能有一个数据包被发送，那么它们按照怎样的顺序输出成为QOS保证的关键。控制队列输出的机制也就是拥塞管理的机制。在用户广域网中，建议使用CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing)技术作为输出端口的拥塞管理机制。需要注意的是，分配给某一队列的带宽，在该队列没有数据传输的时候，其带宽会按照设置的比例分配给其它队列使用。从而最大限度地提高了网络利用率。CBWFQ的最大优点在于允许用户自定义Traffic Class，而且定义方式可以有多种:Protocol、ACL、Interface、IP Precedence等等，建议采用IP Precedence（IP优先权重）的方式分类流量。

在用户广域网上所有节点设备（路由器）上均采用统一的QoS控制机制，就能够保证数据包端到端的QoS服务。通过对以上几个方面采用相应的策略来为关键业务分配相应的带宽，就可以保证关键业务数据的优先、高速、可靠传输。

3.6 系统管理

⑴ 系统管理的内容

系统管理包括网管系统、设备管理和视频系统的业务管理三部分。

① 网管系统：视频会议网络管理逻辑上可能分为两大部分：一是对网络设备（包含视频设备）的管理。二是对视频系统的管理。我们选用的视频终端设备管理通信协议都采用SNMP协议，即简单网络管理协议。

② 设备管理：设备管理主要完成对设备各种状态参数的监视。它应该包含以下功能。设备搜索和提取、设备状态的实时监控、可对设备进行控制。

③ 视频系统的业务管理：会议控制和管理主要是通过多点控制器（MCU）来实现，POLYCOM公司的MGC-50多点控制器（MCU）拥有会场点管理、会议管理、会议控制、会议诊断、会议计费和日志管理。

⑵ 系统管理的方式

POLYCOM公司提供了最完善的网管系统，包括MGC MANAGER ,通过工作站方式来控制MGC-25和MGC WEBCOMMANDER（中文），通过WEB方式控制MGC-25。POLYCOM的网管中心可以管理到网络中的所有的MGC-25，并且管理到每个MGC的每一个资源。同时，唯一的多任务管理界面，为用户提供了极大的方便。MGC-25的网管包括系统管理和业务管理可通过三种操作平台对MGC进行操作和管理：工作站、WEB和电话三种方式。

4．结论

本文利用基于SDH传输链路和IP技术的广域网平台和下属单位的快速以太网平台，采用支持H.320/ H.323/SIP协议框架和H.264、G.722.1 Annex C音视频协议的技术和产品，设计和实现了消防局视频会议培训系统，实现视频等相关数据的传输。系统包括总队视频会议控制中心、支队视频会议控制分中心和视频会议终端三部分。建设了以总队为中心并覆盖所属单位，具备远程、实时、交互功能的视频会议系统。系统已经正式使用一年半，发挥了很好的作用。

[1]李向明. 视频会议市场将保持 20%增长率. 人民邮电. 2010 年3月25日，第007版.

[2]陈丽霞，范士勇，刘鑫，李红梅.基于H.323 视频会议系统及其组成.通信技术.2008，41(6), 198~200.

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.12.056

周刚，男，北京市公安局消防局工程师；樊明辉，男，北京市公安局消防局工程师。