多校区无缝实现高清视频会议

文/秦海江

多校区无缝实现高清视频会议

文/秦海江

视频会议系统是一种应用网络技术和音频/视频编解码技术来实现虚拟会议的多媒体通信系统，能使地理上分散的用户在网络上通过视频、声音、文本等信息流进行交互，具有极其广泛的发展前景和应用价值。

高清视频技术协议

对于高校来说，高清视频会议系统不仅可以进行即时、交互式的行政会议和面对面的视频交流，及时响应高校决策层的方针政策和重要工作的部署，还可以节约学校各校区间管理人员的开会时间，提高工作效率，同时也为学校科研、学术交流、技术培训等远程视频应用提供便捷而快速的手段。本文实现的高清视频会议的技术协议有H.264协议和H.239协议。

H.264协议

H.264/AVC(Advanced Video Coding)是ITU-T和MPEG合作制定的视频码标准，该标准同时作为MPEG-4的第10部分，是目前最新的视频编码。与以往的标准相比较，H.264在帧内编码、帧内预测、变换量化和熵编码等方面采用多种新技术，大幅提高编码效率。H.264具有以下优势：

1. 压缩性能：相较于H.263v2（H.263+）或MPEG-4 Simple Profile，在相同编码器最佳化的条件下，H.264最多可节省50%的位速率。

2. 抗错性（error resilience）：H.264 具有较强的的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的信道中的视频传输，它不但能处理封包网络的封包遗失，还能针对容易发生错误的无线网络，处理可能出现的位错误。

3. 网络友善性：透过网络的适应层，H.264位串流容易在不同网络上传输，从而获得平稳的图像质量。

H.263、MPEG2、MPEG4和H.264压缩性能的比较如图1所示，横坐标轴代表码率(单位:kbps)，纵坐标轴代表图像质量。信噪比越高，图像质量(单位：dB)越好。从图1可以看到MPEG2若要达到和H.264一样的画质，需要更高的码率，当图像质量达到35dB时，MPEG2需要2200kbps的码率，而H.264则需要不到900kbps的码率。上述优点使得H.264成为许多视频应用的理想技术协议标准。

H.239协议

H.239协议又称为双流技术。2003年7月，ITU批准了H.239标准，该标准支持“Additional Media Channels for H.3xx System”，即在一次呼叫建立媒体连接后，在2个H.239终端之间传送两路媒体流，这2条媒体流共享呼叫带宽，采用该技术的终端能够同时发送/接收两路视频流。这样仅需要通过共享网络带宽便能使终端得到更多的信息，无需更多的资源，通过最小的代价获得更多信息。此项技术，可以实现双流视频服务，在视频会议中同时传送和显示多路视频信息，H.239双流发送过程如图2所示。

图2中终端设备使用Open Logical Channel(extended Video Capability)消息请求打开辅流通道，在终端需要发送辅流时使用Logical Channel Active消息激活辅流通道，发送辅流完成后发送Logical Channel Inactive消息使辅流通道休眠，最后采用Close Logical Channel消息关闭辅流通道。采用此方法可以快速地将类似Power Point等制作的幻灯片、打开的Word文档、DVD视频信号等其他形式的PC桌面内容实时传送到会议中的其他分会场。

图1 H.263、MPEG2、MPEG4和H.264压缩性能比较

图2 H.239实现消息流程

整合资源构建高清视频系统

校园网是在学校区域内为学校教育提供资源共享、信息交流和协同工作的计算机网络信息系统，具有用户数量大、类型多，管理策略丰富，线路稳定、安全、可靠等特点。

高清视频会议系统不仅可以进行即时、交互式的行政会议和面对面的视频交流，还可以为科研、学术交流、技术培训等远程视频应用提供便捷而快速的手段。

近年来随着校园网系统性的建设、升级改造，高校分校区均以1000M光纤互联互通，网络线路上的稳定性、安全性等都比公众网具有优势，对大流量视频系统应用起到网络线路保障作用。学校校园网集建设、管理、维护于一体，在各校区间的各种视频会议系统作用成本相对较低。

视频会议需求分析

根据校园网的特点，视频会议系统要实现学校各校区之间、校区内部各部门之间的网络视频会议以及国际国内的远程网络视频会议的连接。在保障学校内部召开各种视频会议的同时，也要满足与上级主管部门、校际和国际学术交流活动以及与其他学术机构视频会议对接的需要，系统建设要充分利用学校现有资源，实现资源的高度整合和系统的互联互通，建成后不仅要具有视频功能，还要具有召开大型会议、远程呈现、培训、调度、重要事迹报告等功能，能实现电视和网络直播和广播功能，将来还能向更高带宽和更高图像质量扩展。系统要能实现平滑扩容和升级，可实现集中控制与管理以及远程维护等需求。

设计原则

1. 先进性：采用HD720P及以上的高清产品，具备宽带音视频技术，支持最新国际主流技术标准和规范，符合计算机、网络通讯技术和视频会议技术的主流发展方向。

2. 实用性：系统操作应用灵活方便，易于掌握，针对实际应用的特点，具有多种管理方式。

3. 集成性：集成度高、体积小、重量轻，便于移动和连接，具有丰富的数据接口，便于相关设备接入后一体化协作工作。

4. 可扩展性：有充分的扩展预留接口，便于融入随新技术发展而扩展的新功能，并符合IETF的SIP技术标准。

5. 灵活性：具有符合相关国际标准的软件、硬件、通讯、网络、操作系统和数据管理系统等方面的接口和工具，能够适应多功能、外向型的要求。

6. 安全性：系统各环节具备权限及访问控制机制，支持分类加密系统。

7. 可靠性：对工作条件和工作环境要求较低，系统启动快，系统掉电或网络传输中断后可以快速恢复正常，具备分级诊断和故障提示功能，支持冗余备份和长期稳定的工作。

关键设备技术要求

1. 终端设备：终端设备应具有丰富的网络接口、高清音视频等接口，适合大、中型会议室的需求，同时还要兼容第三方常用摄像头，支持ITU-T H.323、SIP协议标准，IP速率支持2Mbps，支持H.239双路动态视频标准、H.264视频编解码标准；支持高清晰HD画面编解码技术（1280×720）、DVI SXGA（1280×1024）视频输入和DVI XGA（1024×768）输出接口；支持IPv6版本协议；支持H.235安全认证；支持流媒体（streaming）直播、转播、广播等功能。

2. MCU：采用CPCI总线设计，插卡式结构，支持热插拔，能满足电信级的应用；支持ITU-T H.323、H.320、SIP协议标准；MCU可进行多点会议的切换和控制，保障会议清晰、流畅的需求，能支持既定终端接入容量，还应满足系统扩容的需求；支持ITU H.239双路动态视频标准、H.264视频编解码标准；支持混速会议、混协议会议，可实现动态多种分屏模式，能支持20种以上分屏显示模式及30路以上分屏显示效果。网控中心可以通过MCU内置Web服务器的视频管理和控制功能，进行多点会议的设置、召开、管理和会议控制。

3. 录播服务器：拥有一体化构架，嵌入式操作系统，可直接实时录制会议数字码流，通过网络直接接收MCU转发的数字视音频码流，避免因二次编解码带来的图像和声音损失。录制后的文件存储在本地硬盘中，码率及分辨率与原会议均保持一致。设备存储空间应不小于250G，会议录制时间应不小于600h。服务器支持HD(1280×720)高清及4CIF、CIF会议的录制，可提供基于Web的客户端在线点播服务，支持多用户实时点播，支持视频会议终端拨入录播系统回放录制的会议实况，支持单点录制、点对点会议录制、多点会议录制等多种方式，方便不同类型的使用需求。

系统实施要点

1. 高清摄像机：为获得高分辨率图像，需要配置16∶9标准支持真实高清(最低720p)的视频会议摄像机。摄像机与视频会议终端设备出自同一制造商为最佳，以保证摄像头和终端设备的功能达到最优化，从而获得最佳的端到端高清视频会议图像质量。

2. 高清MCU：MCU必须支持真实高清(至少720p)，并保持30帧/秒，才能使多点视频会议达到点对点的音视频效果，还必须是标准化(H.264)产品，从而满足尽可能多的多点通话。

3. 高质量的网络：为实现高质量的视频会议，网络宽带是一个不可或缺的因素。高清互动视频会议要求最低的数据传输速率为1Mbit/s，为达到最好的效果，数据传输速率达到或超过2Mbit/s，通过增加宽带，获得最佳音视频效果以及额外的内容共享。同时网络QoS功能可保证视频会议获得稳定、连贯的效果。

4. 高分辨率的显示器：高清视频显示器(液晶、等离子或投影仪)必须支持最低为720p的水平分辨率。另外，显示器应该配有支持高清信号的接口，如DVI-I数字接口或色差分量接口YPbPr。

5. 高清数据接口：高清视频会议的终端必须是高清兼容设备，系统设备都要支持高清数据接口（高清接口参数的区别见表1），才能使系统整体呈现高清音视频。具体工程实施过程中，要根据高清接口的信号传输模式、格式、距离等特点，合理布置设备的物理位置，使系统整体效果达到最佳状态。

图3 高清视频会议系统实施方案

多会场视频会议互联互通

以专业MCU和硬件视频会议终端与桌面软件终端无缝联结的原则来构建系统。如图3所示，四川大学望江、华西、江安三个校区会场各配备1台高清视频终端，江安校区配备1台MCU，系统设备通过10/100/1000M以太网口连接到校园网络上。各终端协议采用H.323，对外需要实现公网H.323的互通，通过物理背靠背兼容连接方式来实现与外网H.323协议音视频信号的互联互通，同时也能满足与专网H.320的兼容联接，再配备1个POTS普通电话接口，可以连接1条普通电话线，满足会议备份及外出人员语音加入会议的需求。

会场主要功能

会场的主要功能如下：

1. 可以分屏观看各分会场情况。

2. 可实现视频双流、多种电子文档的共享（Word、Excel、PDF、JPG和PowerPoint等文档）文字交流和文件上传以及电子白板功能。

3. 召开大型视频会议时，系统各分会场可参与到大型视频会议中，实现会议发言、应急指挥、远程调度、视/音频信号接收，收看实时交互信息。

4. 各会议节点可作为分会场即时连接到视频会议主会场。

5. 支持电视信号接入及流媒体的直播、转播、广播功能。

6. 进行视频会议录像资料的存储、查询、回放等会议音视频信息的管理，授权用户可以通过Internet随时随地进行视频会议的远程点播。

视频会议运行方式

表1 高清接口参数比较

1. 点对点视频会议：网络中任何一台视频会议终端都可直接呼叫全网内的其他任何一台视频会议终端，召开一个点对点的视频会议。

2. 小规模多点会议：任何一个视频会议会场都可召开小规模的多点会议。任何两台连接到数据网络中的视频会议终端都可以参与到召开的视频会议中。

3. 全网大型视频会议：采用MCU呼叫全网视频会议终端加入视频会议，任何一个视频会议会场都可加入到全网的大型视频会议中。

4. 分组视频会议：可召开分组视频会议，各组之间互不影响。

该系统除了满足校区之间的高清视频会议应用之外，同时通过技术连接方案也兼容上级主管部门视频会议系统的互联互通，在实现与香港工业局面试我校学生的外网实际应用中，音视频信号稳定、清晰、连贯，达到系统建设预期效果。视频会议系统是学校信息化建设的重要工程和基础工作，也是教育系统召开会议和应急指挥的主要渠道。为保障系统运行的稳定性和可靠性，提高运行效率，在系统建成使用时，还要制定出视频会议系统的管理制度。落实好使用申请与技术保障部门，管好用好视频会议系统，让它在实际应用中真正发挥出实际的作用。

视频会议系统建设是一个系统工程，在建设前要针对自身业务特点进行需求分析，对各种不同的技术方案进行对比、分析，尽可能做到各种设备的功能、性能的有机配合，使设备的配置科学化、梯次化，既不浪费设备功能、性能，又要避免各个设备之间不出现瓶颈，做到物尽其用。

(作者单位1为四川大学信息管理中心，2为四川大学计算机学院)