基于视频会议技术的在线会商系统设计

刘亭

(中国人民解放军91404部队,河北秦皇岛066001)

基于视频会议技术的在线会商系统设计

刘亭

(中国人民解放军91404部队,河北秦皇岛066001)

分析了大型演练演习活动对音视频信息的需求，在此基础上设计了基于视频会议技术的在线会商系统的总体框架，提出该系统设计原则，并对系统设计和实现中关键技术进行了研究和分析，设计完成了稳定性与可靠性较强的在线会商系统，为演练演习活动的指挥保障提供了有效的支撑。

在线会商系统 视频会议 设计与实现

1 引言

在信息化条件下，大型演练、演习活动对音视频需求越来越多，活动中装备情况、人员情况、演练情况以及装备受训情况都需要利用音视频设备传送到导演部和各级指挥部门，特别是训练和演练过程中的现场导调、评判、在线会商更是离不开音视频系统，目前大多数音视频系统都是利用视频会议系统来实现的，但是传统的视频会议系统MCU之间级联时，下级MCU只能同时回传1路终端的音视频图像给上级MCU进行画面合成、电视墙显示。这显然无法满足活动中导演部与各下级指挥单位之间对音视频的传输需求，本文利用科达的视频会议系统搭建了用于演练的现场导调系统，并利用该系统的级联功能实现了多路音视频系统在两极MCU之间的多路互传，实现了导演部和下级指挥所之间的多路音视频互传需求。

2 演练活动对音视频系统的需求

在大型演练过程中，导演部和各级指挥部位需要对整个演练情况进行全面的了解，都需要将演练现场的音视频传输到各级指挥单位和导演部，用于导演部与各级指挥所、部队之间的导调、在线会商、问题讨论和训练考评等，根据训练演习对音视频需要，音视频系统满足如下需求。

⑴多路音视频互传

在导演部与各级指挥所之间，需要传输的音视频不仅仅是一路，而是多路音视频，例如指挥所、环境构设系统部位、导调评估部位的音视频都需要传递到下级指挥所，同样导演部和需要所有参训部位的音视频信息，所以在导演部和各级指挥所之间需要多路音视频互传。

⑵会议控制功能

由于在进行在线会商、实时导调时需要对所有参训部位共同组会，需要各个站位进行发言讨论，需要对会议的进行实时控制，因此需要音视频服务具备会议控制的功能。

⑶智能丢包恢复

由于用于训练演习音视频传输的信息传输网络的种类不一、所处的电磁环境恶劣，音视频在传输过程会发生数据包丢失的情况，为了满足指挥、导调评估对音视频不间断的需求，需要音视频服务具有智能丢包恢复的功能。

⑷动态速率调整

由于网络的状况不可以预测性，当网络出现拥塞，视频会议的带宽得不到保证，将会出现画面马赛克甚至停顿的情况，因此需要动态速率调整技术可通过检测网络状况动态调整视频会议的码率，当网络带宽不足时，自动降低会议带宽，当网络状况恢复后，视频会议恢复到正常带宽。保证会议的连贯性，提供更好的视音频。

⑸多网段接入

为了区分不同受训单位、装备以及不同的传输网网络，信息传输网络的IP地址被划分为不同的网络，而视频传输设备要在这些不同网络中工作，则需要音视频服务能够支持多网段接入。

3 在线会商系统设计

3.1 视频会议技术

“视频会议”(video Collferencing)，又称电视会议或会议电视，是指2个或2个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及多媒体设备，将声音、图像及文件资料互传，以实现实时的、交互式的沟通，完成会议目的。从技术上来说，就是在信息的发送端，把图像、声音、文字等变成数字化信号，经过压缩后通过通信线路传送到接收端，接收端再把这些信号还原为视觉、听觉可以感知的信息。也有人把这种技术称之为“双向视频技术”[1]。

基于视频会议技术的各种应用已经广泛应用社会生活的各个方面，例如现代远程教育[2,3]、远程工程设计协作[4]等方面，大大提高了人类工作学习效率。根据上面对大型演练活动对音视频的需求分析，通过对现有视频技术进行革新应用就能够满足其需求。

3.2 设计原则

为了满足大型演练演习活动的需求，在活动中能够为导演部与各级指挥部位间建立起多路双向沟通桥梁，在设计在线会商系统时应遵循以下建设原则：

⑴满足需求

在设计在线会商系统时首先要满足大型演练演习活动需求，深入分析各种演练演习活动对音视频传输、在线会商、协调沟通的需求，在系统功能设计时综合利用视频会议技术满足演习演练的需求，不仅仅满足当前演练演习活动要求，还要着眼未来几年可能的需求，保障该系统设计完成后能够顺利保障演练演习任务。

⑵成熟技术、稳定可靠优先

由于大型演练演习任务对各级单位的重要性，作为保障演练演习任务核心系统之一的在线会商系统一定要稳定可靠运行，这就要求在进行系统设计时，尽量采用成熟且已经广泛使用而得到验证的技术，当采用技术先进性等与系统的稳定性和可靠性存在冲突时，可靠性和稳定优先。

⑶冗余备份设计

因为大型演练演习活动对在线会商要求实时性、稳定性和可靠性要求很高，这就要求在线会商系统在设计时必须考虑通信线路保障、电源系统、重要模块的冗余备份，确保整个在线会商过程稳定连续。

⑷可扩展性设计

大型演练演习活动规模每次都不固定，对系统提出的功能要求也不近相同，为了满足未来演练演习活动保障需求，要求在线会商系统设计时要充分考虑系统可扩展性，保障能够实现会商规模和功能扩展。

3.3 系统总体框架设计

根据大型演练演习活动典型应用模式，总的指挥机构一般分为两级，一级为导演部，一级为各级指挥部位负责与各级参加单位之间的指挥活动，因此作为在线会商系统的总体框架设计为3级，第一级为导演部，第二级为下级指挥部位，第三极为参加单位。所有的会商设备终端必须部署到各参加单位。在第一级和第二级部署视频会议多点控制单元（MCU）、音视频矩阵、操作控制系统和相应的图像显示设备。在第三级部署音视频采集设备和音视频会议终端。在各级之间该系统的总体框架如图1所示。

图1 在线会商系统总体框架图

4 在线会商系统关键技术

4.1 MCU级联技术

MCU级联是将多台MCU串联或并联起来，满足大型视频会议对视频接口的需求，通过MCU级联组网，从而实现多个点之间视频会议，而且通过级联技术使得会议的组织层次清楚、关系明确。多MCU方式工作方式可分为星型组网构和层级组网结构。MCU级联技术已经广泛应用各种视频会议系统[5]，该项技术已经得到广泛的验证，具有很强稳定性和可靠性。

4.2 两级指挥所间多路音视频传输

传统的视频会议系统MCU之间级联时，下级MCU只能同时回传1路终端的音视频图像给上级MCU进行画面合成、电视墙显示。为了满足指挥所之间多路音视频信息传输的需求，利用2台MCU级联组网工作,将下级MCU电视墙板挂载到上级MCU，实现导演部与下级指挥部位之间多路音视频信息互传功能。工作原理如图2所示。

图2 多路音视频回传工作原理图

多路回传的工作过程如下：启用合并级联，选择级联单回传或级联多回传，如果选择级联多回传，需要配置本级会议回传的总带宽（初始值为0，范围为0～1000 Mbps），该带宽值为可用的物理带宽值，该值必须大于等于会议带宽除去会议预留上传带宽值（等于会议带宽值）之后，可以支持回传带宽值；系统开启多路音视频回传后，既可以实现将导演部的多路终端音视频回传给下级指挥所电视墙实时显示，又可以实现在导演部的电视墙除显示从MCU下的终端图像。该技术能够很好的实现指挥所与指挥所之间、指挥所与远程战位之间多路音视频实时传输功能、为导播人员提供远程现场音视频，为指挥员决策提供直观的实况信息。

4.3 智能丢包恢复技术和QoS策略

图3 丢包恢复原理图

为保障在恶劣网络条件下音视频传输质量，被系统采用了智能丢包恢复技术和Qos策略。当IP网络出现丢包时，通过系统的丢包重传机制，在接收端会通过反向RTP通道向发送端发出充分请求，发送端将该视音频重新发送，原理如图3所示。

为了保障在线会商过程音视频传输的流畅，终端设备支持路由器、交换机等网络设备基于PQ、CQ、WFQ优先级队列等QoS控制策略，极大提高视音频数据包优先级，保证视频业务的优先传送。另外为了适应不同的通信信道质量，终端产品通过检测数据包丢失率来实现动态速率调整。当终端检测到数据包丢失率超过了指定的阀值，它将自动降低视频码率，同时通知其它参会终端做相同的动作，从而提供一个具有最优视音频效果的会议码率。

4.4 唇音同步技术

视频会议系统中视频信号和音频信号分别编码，分别传输的，由于IP优先级和音视频包大小等因素的影响，会使音视频的同步包到达顺序不一致，引起音唇不同步[6]。会议终端产品通过使用IP包中的RTP时间戳信息来纠正这一问题。利用RTP时间戳，会议终端能够确定哪一音频包与哪一视频包对应，重新调整相应的视音频包，保证声音与口型的同步。

5 结束语

本文分析了演练活动对音视频信息的需求，在此基础上设计了基于视频会议系统的在线会商系统的总体框架，并对具体实现了指挥所中心节点和远程节，通过研究该系统的具体实现和设计，对系统设计和实现中关键技术进行了研究和分析，设计完成了符合要求的在线会商系统，为演练活动的组织和保障提供支撑。

[1]孙昌达,胡新生.基于视频会议技术的远程教学系统及其应用[J].广东广播电视大学学报,2003(4):21-24.

[2]肖国亮,尚红涛,李攀,等.基于视频会议系统远程答辩的方案设计与实现[J].中国考试(研究版),2009(3):25-28.

[3]陈春晓,崔红霞.浅谈基于视频会议的网络远程教学[J].电子测试,2013(22):205-206.

[4]王荃.基于视频会议的建筑工程协同设计管理系统[J].低压电器,2005(7):23-26.

[5]朱银为.电视会议系统MCU实现三级级联[J].宁夏电力, 2004(1):47-49.

[6]http//:blog.csdn.net/chenlingming/article/details/3284815

Design on Online Consultation System Based on Video Conference Technique

LIU Ting
(Unit 91404,PLA,Qinhuangdao Hebei 066000,China)

This paper analyzes the requirements of audio and video information in grand manoeuvres,designs the framework of online consultation system based on video conference technique and puts forwards the design principle of system.The key techniques in system design and implementation are studied and analyzed.An online consultation system with high stability and reliability is designed to provide effective support for command in manoeuvres.

online consultation system;video conference;design and implementation

TP912

A

1008-1739（2015）12-57-3

定稿日期：2015-05-26