高清视频会议系统的设计与应用

陈 冉

（广东电网公司汕头供电局 广东 汕头 515041）

高清视频会议系统的设计与应用

陈 冉

（广东电网公司汕头供电局 广东 汕头 515041）

目前，电力系统建设规模逐步扩大，致使各地市局间培训、电网反事故演习、电网应急指挥等等需求与日俱增，对视频会议系统的音视频质量、安全稳定性、功能多样化等方面提出了新的要求。为满足汕头局业务需求，本文通过分析高清视频会议系统所需的带宽要求，结合汕头供电局实际应用，提出设计和建设一套安全可靠性高的高清视频会议系统的组网方案。

高清视频会议系统；比特每像素

0 前言

为了响应整个电力系统信息化建设规划，进一步提升汕头供电局的信息化技能，为广东电网公司“十二五”期间高清视频会议系统的发展提供本局建设方案，拟建立一套基于H.264、H.323协议并可同时实现文档共享、文件传送、电子白板等功能的高清视频会议系统。使整个系统在一段时期内保持技术的先进性.以适应未来的发展需求和技术升级的需要。

1 高清视频会议系统的设计

1.1 高清视频会议所需带宽分析

视频会议系统本身要求的带宽范围为384K～2M，但若要观看到高清视频图像，所需的呼叫带宽至少要1Mbps以上。下面通过计算对高清视频会议所需的带宽进行简单分析：

1）720P（1280×720）单幅图像的数据量

要计算视频的数据量，首先，要了解比特每像素这个概念。一个像素所能表达的不同颜色数取决于比特每像素(BPP)。这个最大数可以通过取二的色彩深度次幂来得到。例如，常见的取值有：8bpp[28=256；（256 色）]；16bpp[216=65536；（65，536 色，称为高彩色）]；24bpp[224=16777216；（16，777，216 色， 称为真彩色）]；48bpp[248=281474976710656；（281，474，976，710，656 色）没有任何显示器可以显示48位色彩，所以这个深度通常用于特殊专业应用，例如胶片、扫描仪和打印机。对于视频，一般我们每像素采用24位比特表示，则：

720P单幅图像的原始数据量=1280×720×24/1024/1024=21.094Mbit。

2）视频会议系统中活动图像的数据量

数字动态图像是由I帧/B帧/P帧构成。其中I帧是参考帧：可以认为是当前视频画面所呈现出来的一副图像照片。B帧和P帧简单来说可理解为预测帧，内容是图像的增量变化数据，数据量一般较小。假设每秒传输的活动图像达到30帧，并且处于极限状态下，即30帧均为每帧传输图像完全不同I帧，则：

720P活动图像的每秒传输的极限数据量=21.094Mbit×30=632.81Mbit/s，

即带宽至少为632.81M。

而实际视频会议系统在应用时，由于场景固定，因此，主要以传输增量数据为主（即以传输B帧和P帧为主），一般变化量在10%-40%之间浮动。详细计算如下：

增量数据在10%的情况下，原始数据量=21.094Mbit×10%×29帧+21.094Mbit=82.27Mbit/s

增量数据在40%的情况下，原始数据量=21.094Mbit×40%×29帧+21.094Mbit=265.78Mbit/s

所以，变化量数据在10%至40%间浮动时，原始数据量的大小为82.27Mbit/s至265.78Mbit/s。

3）H.264 压缩比

H.264之所以作为高清视频会议的主流协议之一，在于具有很高的数据压缩比率的同时还拥有高质量流畅的图像，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.264的压缩比达到惊人的102∶1！[1]

4）采用H.264压缩后的净负荷数据量

视频会议系统会对原始码流进行编解码压缩，采用H.264。假设压缩比取102：1，计算结果如下：

在10%的情况下，压缩后的净负荷数据量=82.27/102=0.807Mbit/s

在40%的情况下，压缩后的净负荷数据量=265.78/102=2.606Mbit/s

变化量数据在10%至40%间浮动时，压缩后的净负荷数据量变化范围为0.807Mbit/s至2.606Mbit/s。

5）采用H.264压缩后的传输数据量

一般而言，视频会议对网络的带宽需求为：视频带宽加IP包头开销。常用的计算方法为：网络带宽的最大需求=视频带宽×1.3。假定网络开销为净负荷数据量的30%，加上网络开销，则：传输数据量=净负荷数据量×1.3。

在10%的情况下，压缩后的传输数据量=0.807×1.3=1.049Mbit/s

在40%的情况下，压缩后的传输数据量=2.606×1.3=3.388Mbit/s

所以，变化量数据在10%至40%间浮动时，压缩后的传输数据量在1.049Mbit/s至3.388Mbit/s间浮动。

1.2 高清视频会议系统的组网规划

广东电网公司高清视频会议系统组网方案：

1）省网一级MCU与直属二级单位（汕头供电局）高清终端采用星型连接，通过光纤通信传输网2×2Mb/s专线通道和综合数据网IP网络连接。

2）汕头供电局本部高清终端2×2Mb/s接入地区二级MCU，备用IP通道接入省网一级MCU设备。

3）地区供电局二级MCU与直属县级单位（潮阳、澄海、南澳供电局）终端采用星型连接，通过光纤通信传输网2×2Mb/s专线通道和综合数据网IP网络连接。

4）传输通道和传输速率：2Mb/s专线通道通过省、地SDH光纤通信网络传输，IP通道基于广东综合数据网络传输。

汕头供电局高清视频会议系统采用了线路双备份机制。从会议室终端到MCU之间均通过双E1线路[2]相连，若其中任意一条E1中断，则其会议速率将自动下降，通过MCU的码率适配功能实现不同速率终端同网运行，当该E1线路恢复后，会议速率自动上升，保证整个会议得以继续进行。若当两条E1均中断时，系统可通过IP网实现迂回备份，使本来通过E1线路传输的视音频信号自动迂回到IP接口，通过IP数据网继续传输，以保证会议的持续进行。

2 结束语

汕头供电局高清视频会议系统是依托现有电力光纤通信传输网专线通道和综合数据网IP网络的基础上建设起来的一套上连广东电网公司下连县级供电局（潮阳、澄海、南澳供电局）的高清视频会议系统。目前该系统已经建设完毕并正式投入使用，出色完成了2010年广州亚运会、2011年深圳大运会保供电任务，为汕头供电局应急指挥系统、电网反事故演习、电力系统日常生产工作会议等等提供了远程交流的平台，系统运行至今状态良好。

［1］http://baike.baidu.com/view/56322.htm[OL].

［2］广东电网公司会议电视系统技术规范[S]2009.

周娜］