基于IP网络的智能化视频会议系统的设计

【摘要】视频会议作为电信公网与行业专网的一项重要业务，广泛应用于远程会议、多媒体新闻发布等领域。随着互联网技术和高清视频技术的发展，互联网已经成为多媒体通信的主要网络，而且高清视频会议系统正随着高清电视技术和宽带通信技术的发展的到广泛应用。研究得知，基于IP网络的智能视频会议系统通过IP地址建立数据传输通道，具有操作简便、高清影像、多画面会议等功能，具有非常广阔的应用前景。

【关键词】IP网络;网络通信;视频会议;设计

智能化视频会议系统是指将处于异地的若干个体或者群体，通过电信网络和视频设备，跨地域实时交换动态视频和语音。随着高清电视技术、互联网技术以及5G通信技术的快速发展和应用，视频会议系统的图像分辨率越来越高，会议的声音质量、图像清晰度越来越高，用户接入手段也更加丰富，使用更加便捷，从专业的智能化视频会议终端到手持移动终端，都可以随时随地的加入视频会议系统中。鉴于此，本文对基于IP网络的智能化视频会议系统的设计进行详细分析，试图为之提供行之有效的可行性建议。

1. 智能化视频会议系统设计思路

智能化视频会议是在电信业务在电信公网和行业专网基础上，进行推广和应用的一种现代化语音视频通信技术。通过智能化视频会议系统，人们可以进行远程交流沟通，提高办公效率的同时，也极大的降低了交流成本。因此，下文对智能化视频会议系统理念和设计思路进行阐述：

1.1 智能化视频会议系统理念

智能化视频会议系统是一种能把声音、图像、文本等多种信息从一个地方传送到另一个地方的现代化通信系统。采用视频会议的一方，可以使处于异地的若干个体或者群体，跨越地域限制同一时间参与到会议当中，在专有通信网络中既能听到其他会场的图像，具有更加直观的临场感，同时通过在线的形式发送电子文档，通过共享电子白板、桌面交互等方式讨论会议内容，使参与者如在现场开会一样，从而提高工作效率，降低远距离会议费用。此外，智能化视频会议系统的技术和相应的协议、标准一直处于不断发展的过程中，经历了模拟视频到数字视频、电路交换通信到IP分组通信、标清图像到高清图像、单一业务到融合业务等过程。

1.2 H.323协议

H.323协议是基于IP网络的多媒体通信协议。在通信网络中，支持多个虚拟电路连接，即允许多个设备同时进行通信，而且建立通信连接并不意味着立即使用网络中的数据传输资源。因此，可以扩展视频会议通信容量，并且支持多画面显示。H.323体系结构主要包括终端、 网关（GW）、 网守（GK）、多点控制器（MC）、多点处理器（MP）以及多点控制单元（MCU）。终端、网关和MCU作为视频会议系统的端点，具备发起呼叫和接受呼叫的功能，即在智能化视频会议过程中产生媒体信息流。网守作为视频会议通信网络的管理单元，管理所有终端、网关以及MCU。主要是为H.323端点提供地址翻译和PBN接入控制服务，提供地址翻译、带宽管理、呼叫权限管理、呼叫接纳控制以及网关定位等服务。网守可以进行呼叫控制，但不能发起呼叫，具备运输层地址。MC和MP执行多点呼叫信息流的处理和控制，是系统的功能实体，但不具备独立的运输层地址，不能发起呼叫同时也没有可寻址的H.323实体。

1.3 SIP标准

SIP（Session Initiation Protocol）标准是一种应用于智能化视频会议语音通话的初始化协议，具有扩展性好、操作简单等特点。主要由用户代理（User Agent，UA）、SIP服务器、重定向服务器（Redirect Server）以及SIP注册服务器（Register Server）四部分组成。用户代理作为SIP的终端，具备发起呼叫、接受呼叫并作出响应的功能;SIP服务器作为一个客户端，具有数据解析能力，对用户发送的数据信息，根据网络策略发送给相应的服务器，并作出相应;重定向服务器负责规划呼叫路径，获得呼叫后告诉呼叫方地址信息，然后呼叫方根据此地址向下发出申请，同时重定向服务器退出该呼叫控制过程;注册服务器用来进行用户登录，在SIP体系结构中所有用户需要通过注册才能进行登陆，而该服务器将负责接收用户端的注册请求以及保存用户注册地址。在视频会议通信过程中，用户之间的数据信息传输通常是不同类型的内容，包括普通文本信息，数字音频、视频数据等，这些不同类型的内容需要在基于SIP标准协议中实现交换。SIP标准作为一个应用层的信令控制协议被广泛应用于多媒体会议、新闻发布会以及IP电话等领域，可以在IP网络中创建、修改以及中止多方媒体信息传输等功能。

2. 智能化视频会议系统功能设计

在互联网技术的推动下，信息量以及交换频率越来越大，传统的通信工具显然已经无法满足时代发展的需要。尤其对于企、事业单位来说，市场瞬息万变、竞争也日趋激烈，作为管理者需要通过更加便捷、有效的方式商讨决策、下达重要指示。智能视频会议系统可以有效地跨越空间的限制，可以让参与会议的每一个人通过网络进行面对面交流，而且还不影响参与者的日常工作。下面就对智能化视频会议的主要功能进行详细分析：

2.1 多画面会议功能

智能化视频会议系统拥有多画面会议功能，该功能可以在一路视频流中显示两个或者以上会议场景，在线会议过程中可以灵活切换不同的画面场景，无论是声音还是画面都高度还原，可以有效提升会议临场效果。

2.2 双流功能

智能化视频会议中需要同时传送演讲人的演讲稿和演讲人的图像或者同时传送两路活动图像。在双流模式下，支持数据、文档字幕共享，会议演讲者只需要使用VGA線缆或者DVI/HDMI线缆，将PC连接在视频会议终端上，就可以将PC端的演讲稿或者PPT文档在线共享到其他分会场，而分会场同样通过VGA线缆或者DVI/HDMI线缆连接输出设备，同步将演讲稿或者PPT文档通过投影设备显示出来，此时主视频端显示演讲人画面，确保视频会议的连续性。

2.3 字幕功能

智能化视频会议系统支持多种数据共享，包括：电子文档、PPT以及白板功能等，支持静态及动态中英文字母，方便用户即时信息的传递，支持字母颜色、背景色、透明度、滚动速度可调。主会场可现场或者提前编好字幕，会议中可以通过滚动方式或者其他方式通过投影仪实时显示。用户还可以方便向远端会场发送字幕内容，并且提供区域的自动调整、自适应实景编辑、图片插入、背景透明、字体适中、多种的字幕滚动方式。智能化视频会议系统应用强大的字幕短信功能，增强了各会场之间的沟通和交流，更贴近用户使用。

2.4 会议召集功能

对于一些大型会议，主要是由管理员来调度保证，通过大型管理软件实现对会议的完全调度、管理、监控和维护等功能。此外，智能化视频会议系统还具备主叫呼集、匿名会议、网络预约、特服号入会、Outlook預约会议等功能。

3. 基于IP网络的会议系统设计与实现

智能化视频会议系统为用户打造智能化视频会议解决方案，设计内容包括：总体架构、硬件设计、视频会议系统解决方案以及视频会议连接方式等，最大限度满足用户实际使用需求。下面就对基于IP网络的智能化视频会议系统结构设计进行详细分析：

3.1 总体架构

基于IP网络的智能化视频会议系统采用IP传输网络，开放系统，视频编码采用H.323编码，可以为用户提供1080P高清视频图像。智能化视频会议系统具有完善的连接能力，可以支持H.323和SIP等不同网络，可以连接会议室、桌面等不同的终端设备，在同样带宽下，向用户提供更加逼真、更清晰、更流畅的画面。智能化视频会议系统为用户提供了最大的灵活性并且操作简单，只需简单插入，就可以一键启动内容即时共享功能。为满足用户不同输入接口需求， 方案配备HDMI及Mini-DP双输入接口，搭配以1080P/30帧高分辨率，为用户提供更优质的内容共享体验。该系统还提供多声道语音支持，提升视频会议的音质效果。支持设备的网络在线管理，用户可轻松实现设备的远程管理、监控告警、配置升级以及诊断。基于IP网络的智能化视频会议系统结构如下图1所示：

3.2 硬件设计

基于IP网络的智能化视频会议系统硬件设计方面，主要由视频会议终端和多点控制单元（Multi Control Unit，MCU）组成。视频会议终端负责对视频、音频信号的采集、编辑、压缩、解压缩、显示、播放等控制操作。采用H.323协议以及SIP标准，有效兼容主流标准的终端设备和网络设备，支持多路1080P 30fps活动图像，采用新进的音频处理技术，结合双流真彩色的传输，满足用户对图像、声音以及数据传输等多方面需求。支持超高会议带宽，可实现1920*1080分辨率数据传输。低带宽，高清晰，支持最新H.264 HP编码标准;支持多种麦克风接入方式，包括数字麦克风、USB麦克风以及模拟麦克风三种音频输入解决方案，适应不同会议场景，满足更多音频需求;内置无线Wi-Fi模块，实现无线接入网络，布线简洁，灵活方便;超高网络安全性，支持H.460防火墙穿越技术，可以有效解决公私网的安全连接。支持H.235，SRTP协议以及AES-128等加密算法，确保会议具有较高的安全性全;1080P全高清支持，支持多路（HDMI+DVI-I：HDMI、VGA）高清视频输入，2路（HDMI）高清视频输出;嵌入式DSP硬件解决方案，高效率，低延时;全开放API，支持第三方应用的开发，易于客户二次开发实现定制需求;可以选择内置高清MCU功能进行扩充，最大可支持1+3端高清视频会议，可以有效降低设备成本以及维护成本，尤其对于一些中小企业具有良好的适用性;内置VPN，支持内置VPN（服务器端/客户端），即使没有专网也可以享受专网体验;此外，还采用红外传输技术，终端支持串口接收红外信号，配合指定型号摄像机工作时，可以通过透摄像机来接收红外遥控信号，控制范围更广，为视频会议提供更多便利;多点控制单元主要负责视频、音频信号的切换。支持8路1080P接入，支持双流、多速率、多协议适配，支持8路720P/4路1080P多画面，每用户最大8M，最大支持1920*1080全高清分辨率，含多媒体通讯综合管理软件;可以兼容其它符合国际标准（H.323&SIP）的终端产品，也可与其它H.323协议的MCU级联，可兼容4CIF （704×576）、HD720P （1280×720）、HD1080P（1920×1080）等不同分辨率接入;专业的高清音视频质量，支持H.264高清以及1080P的超高清视频编解码，支持G.722.1C高清或者超高清音频编解码，加上独特的智能混音设计，给用户带来更加逼真的画面和沟通感觉;灵活的组网能力，创新的多流编码技术，即对于同一个视频源可以根据终端编码出不同速率以及分辨率的码流，适合不同终端带宽接入以及移动设备接入系统。优良的终端兼容性和支持VoIP融合：严格遵循国际电联H.323标准和优良的终端兼容性和支持融合IETF的SIP标准（可混合），多点控制单元与主流的会议电视终端（Polycom、Tandberg、Ather、LifeSize、SONY、Radvision）具有良好互通性。通过SIP语音网关或SIP服务运营商，可支持普通电话或手机加入会议，使用户在出差过程中也可以随时加入会议;突出的网络特性和稳定性，基于QoS的通讯机制，为多点会议突出的网络特性、安全性和稳定性议提供基础保障。支持H.235 AES媒体流加密标准，从而保证会议的安全性。

3.3 视频会议系统解决方案

基于IP网络的智能化视频会议系统，配备多点控制单元，总部和分支机构的MCU进行连接，可以满足大、中、小会议室全场景需求。用户可根据实际会议室大小及布局。智能化视频会议设备具有多样化特点，用户可以通过PC端软件、手机端APP、网页端便捷地接入会议，从而满足用户频繁的会议需求，系统还搭载回声消除技术的音频设备与光学变焦摄像机，为用户提供优质、清晰的音视频会议体验。此外，支持音频和视频编码转换。每个用户都可以享受高级视频处理的全部优势，包括：多分屏模式、速率匹配、文本和画面叠加、以及发言着突出显示。可以有效改善网络丢包下的视频质量，确保始终提供最好的视频质量，支持音频/视频协议的编码转换。采用优化了的H.264视频压缩算法，使得在占用不到1Mbps带宽的情况下，视频清晰度就可以达到高清效果，同时当网络状况变化时，系统还能够自适应调整，使得会议综合质量达到最佳。超强的混协议、混分辨率和混速能力，支持在同一组会议中，视频会议终端设备可以采用不同的视频压缩编码协议、不同的视频分辨率和不同的带宽接入会议。

3.4 视频会议的多种接入方式

为提高用户接入视频会议的便捷性，基于IP网络的智能化视频会议系统支持多种接入方式和多种框架协议，适应卫星传输的技术特点，即使在低带宽的情况下，也能够提供良好的视频通话效果。与此同时，卫星地面接受到信号后，可以直接转换为ISDN、E1等线路，更加快捷的接入多点控制单元中，非常方便地利用线路特点，实现方式简单。支持PSTN以及移动电话语音接入，满足在外人员接入视频会议需求管理不需要任何更改，通过IP语音网关方式，接入企业的PSTN电话和移动终端，实现企事业单位内的任意电话接入，并且有效实现了视频、语音的广泛兼容。

4. 总结

综上所述，本文首先对视频会议系统的多画面会议、双流功能、字幕功能以及会议召集功能进行分析，然后介绍了基于IP网络的智能化视频会议系统的总体构架、视频会议系统解决方案以及视频会议的多种接入方式。通过高清视频会议MCU实现了高清影像、音频采集、远距离传输和接受播放等功能。以客户需求为出发点，通过信息化技术手段，从而满足人们协同办公的沟通需求。

参考文献：

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[4]陈寿瑜.解析视频会议系统在供电局的应用[J].电子世界.2019（21）.

作者简介：王凯，山东安丘人，工程师，研究方向：有线接入网。