基于H.323的某高职院校视频会议控制系统的设计与实现

张 贞，刘成喜

（新疆生产建设兵团兴新职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830074）

多媒体技术在网上的技术内容由单纯的传送文字和图形发展到了传送声音和图像，这将成为本世纪高科技技术事业的主体。多媒体视频会议系统可看作是一个应用体系，该体系能够帮助人们实现及时互换距离较长的信息，使得合作成员能够从远程进行真实直观的视频和音频技术，并能开展合作工作，还可以实时传输视频和声音等信息。不仅如此，该体系还能在多媒体数字化技术的帮助下，面对使用者工作时需要处理的共享数值以及应用程序对其进行辅助，因此多人分享的虚拟作业体系得到构建。简而言之，技术软硬件方面的日趋成熟及网络基础设施的发展为网络视频会议系统的发展创造了条件，业务上的迫切需求成为了网络视频会议系统发展的动力，视频会议系统的发展方向趋向网络化和智能化应用[1]。

1 视频会议控制系统设计需求分析

1.1 系统非功能性需求分析

该项目所在学院分三个校区，其中新建校区距离本部校区800公里。学院除日常教学工作之外还承担大量校内外培训工作。结合学院目前的实际情况，在系统设计视频系统之初，需要充分考虑系统在建成投入实际运行之后，系统需求达到一定的技术标准，通过前期的实际调研与分析，论文研究的视频会议系统在非功能性方面还需要满足以下需求：

（1）可管理性。可管理性要求系统具有较高的安全性和可控性使得项目在出现问题时，系统管理员可以通过管理系统实现对数据的恢复，保证数据的安全。同时在系统出现故障时，也有专门的维护界面供系统管理员维护。

（2）易操作性。视频会议系统设计过程中，需要注重人机交互部分提高对人机交互界面的研究投入，保证人机交互界面的美观之外，还要保证人机交互界面易于操作，使得系统管理员在看到人机交互界面时，能够更快地理解其主要功能，以及更方便地进行维护工作。由于视频会议系统现在已经具有统一的标准，因此在实现标准之外还要进行一定的扩展，使得人机交互界面具有更多的使用功能，便于系统管理员的操作。预测系统在使用过程中可能出现的问题，为其增加专门的显示界面，系统管理员能够在系统出现问题时，第一时间找到对应的模块[2]。

（3）可扩展性。在视频会议系统设计过程中，必须注重系统的扩展性，可采用面向对象设计的方法使系统具有良好的封闭性，使系统对修改封闭、对扩展开放能够在后续研究中接纳更多的功能。同时也应该调整视频会议系统对硬件的要求，使硬件能够在升级后仍能够支持视频会议系统的运作。

（4）自动纠错性。视频会议系统必须具有良好的自动纠错性，使得视频会议中传递信息失误时，能够通过系统自行处理改正，保证视频会议的正常，并提高视频会议视频通话的容错率。一套优质的视频会议系统必须保证在用户输入出现错误时，对用户进行一定的解释，并且具有用户出现失误时可以自动纠错的功能。

（5）数据安全性。在视频会议系统设计过程中，需要注重端口的封闭性，实现信息系统传递的安全性，保证客户信息，并且关注网络环境的安全，使视频会议系统使用的网络不会发生信息泄露。同时，系统需要在技术上对视频会议传输的数据进行加密处理，保证数据不会被恶意盗取。

（6）运行稳定性。视频会议系统是一个日常办公的辅助工具系统，平时在工作中的利用频率非常之高，所以就要求整个系统在投入使用之后具有非常好的可靠性。硬件设备可以承载上千用户的资源访问，同时转发大量的视频与音频的数据流；软件方面可以保证系统稳定的运行，避免出现问题。

1.2 系统功能设计需求分析

（1）视频功能。视频会议的视频功能，是区别于传统的电话会议的重要特点，视频编码技术主要是基于H.323协议，视频功能主要通过图像识别技术与图像处理，为人们提供会议系统参与的各方实现近乎面对面的感觉体验。

（2）音频功能。音频的交互，是视频会议最基本的功能保证，音频编码技术主要基于G711协议，音频数据流是优先于视频数据流，音频的交流可以实现整个会议过程中的大部分日程，是会议系统功能的重要组成部分。

（3）数据交互功能。视频会议系统相对于电话会议系统的一个最主要的区别与优势，就是可以实现与会各方的文档数据的共享，系统支持文档数据以OFFICE，PDF，CAD等文件类型在会议系统中展示。

（4）系统管理功能。系统管理功能，主要实现整个视频会议系统后台的控制与操作，包括系统账号的分配，系统权限的设定，MCU的管理，会议模式的设定，会议模板的设计，会议日志的统计等。

1.3 系统性能设计需求分析

视频会议系统的性能需求，主要体现系统可以承载的最大在线访问人数，主要服务器硬件的CPU最大负荷占用率，视频音频转发控制服务器平均MCU转发数。MCU属于视频会议系统的扩展功能时的视频会议系统，可以同时连发多个点进行会议。较高的MC业务资源占用率，表示MCU的性能能够被更好地发挥[3]。

2 视频会议控制系统的设计与实现

2.1 系统的总体设计

2.1.1 系统的网络架构设计

体系的网络框架包含三大部分：其一，会议管控中心服务器：具备开展会议和其相关管控功能；可以进行网站服务更新、体系保护、权限设定等。其二，MCU服务器：将多路音视频进行分发控制，路由式MCU作为业内首发，能够存在多个级联。上行与下行媒体服务器是按照功能类别划分的。而这二者能够是相同或不同的服务器。其三，视频会议终端设备：实时接收多点控制单元发布的信息。

表1 系统性能需求分析用例表

网络拓扑设计方面基于本学院的实际情况，分为学院总校核心设备，主要包括各类服务器与MCU服务器；分校区分终端设备的二级架构；因此网络是二级广域网，所以采用二层路由网络结构即可满足要求。首级路由器中制定一段C类IP地址，让视频会议体系独自利用，同时这段C类IP地址利用QOS技术保障最少4M带宽[4]。

图1 视频会议系统网络结构拓扑结构图

2.1.2 系统的逻辑架构设计

H.323为一个构架性体系，这与终端设施、音视频和信息传递、传递管控、网络接口等内容相关，且涵盖了构成多点会议的MCU，多点管控设施（MC），多点处理设施（MP），网关和关守等设施。“域”为其基本构成单位，于H.323体系内，而域即被关守管控的网关、多点管理单位，多点管理设施、多点处理设施与全部终端形成的集合。一个域至少存在一个终端，同时存在一个关守。H.323体系内每一思维构成环节是H.323的实体，它包含着如下内容：MP、终端、MCU、MC、网关。能够对终端设备进行呼叫同时它也能被呼叫，但部分实体无法被呼叫（例如关守）。这一体系包含H.323终端和别的终端之间可以与不同网络下的、端至端的相连。H.323根据网络的输送体系解释了四种关键的组件：终端、网关、关守、多点管理单位（MCU）。

图2 H.323技术逻辑实现示意图

2.1.3 系统MCU的部署设计

图3 视频会议系统视频与音频测试分析曲线图

视频会议系统采用的MCU型号为华为VP8650，华为VP8650最多能够允许512个高清会场接入能力，这配置允许16路4M高清会场接通，允许1080P、4CIF、CIF等视频会议终端接通，将全部会场的码流解决和转发，由MCU负责。分级网络中的MCU设备采用级联方式，接入到整个视频会议系统的网络中，视频会议中的视频、音频数据流也是采用通过各级网络中的MCU逐级上传与下传，并最终实现分发的目的。

2.1.4 系统的功能模块化设计

表2 视频会议MCU性能测试用例表

Spring可以说是一个以DI和AOP为核心Java Web一站式的集成（粘合）框架。DI和AOP能够让代码更加简单，具有良好的松耦合特性和可测试性，极大地简化开发。Spring是一个极其优秀的一站式的Full-Stack集成框架，因此基于Spring核心，对Java应用开发中的各类通用问题几乎都提供了针对性的开发框架，比如Spring MVC，Spring Data。针对Spring的优秀特点项目组通过对比分析最终确定视频会议控制系统使用Spring框架。

2.2 系统的实际应用

2.2.1 视频会议系统的应用实现

（1）学院与上级教育局工作视频会议，部署专项工作，三个校区的工作视频会议。

（2）各学院专业的任课教师，通过视频会议系统，进行线上视频教学授课。

（3）老师与学生通过视频系统，进行视频交流及专业课程辅导答疑。

（4）疫情期间学院招聘视频面试，考核应聘的专业教师。

2.2.2 系统视频会议功能的实现

系统兼容H.323协议和SIP协议，多个画面可在同一张屏幕上面分开展示，展示方式有很多种，其中包含常用的4、16、7+1等等，可自主对不同视频的分辨率等进行更改，对于声音大小及静音的调节在针对每一路的音频进行独立调整的同时，也可以将各路音频同时输出。该系统的数据会议采用独有的双流技术，无须增加任何设备即可实现全部数据会议的功能。系统支持在线的单路或多路录像功能，包括所有数据会议的过程。

2.2.3 系统的性能测试分析

（1）视频与音频效果仿真测试。

（2）MCU性能测试。（表2）

（3）测试结论与分析。

本系统成功建立之后，对其功能进行测评，并对结果加以分析，结果显示该系统所有功能均符合其运行标准，具备投入使用的所有条件。

3 结束语

在未来，视频会议系统的应用必将使得学校教职工的工作效率大大增加，方便各校区教师的授课不受地域限制，减少现场会议集会的时间，同时保证课程、会议的时效性和安全性。可以预见，视频会议系统将在各个工作领域被广泛运用。