高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 冉

（廣東電網(wǎng)公司汕頭供電局 廣東 汕頭 515041）

高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 冉

（廣東電網(wǎng)公司汕頭供電局 廣東 汕頭 515041）

目前，電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，致使各地市局間培訓(xùn)、電網(wǎng)反事故演習(xí)、電網(wǎng)應(yīng)急指揮等等需求與日俱增，對(duì)視頻會(huì)議系統(tǒng)的音視頻質(zhì)量、安全穩(wěn)定性、功能多樣化等方面提出了新的要求。為滿足汕頭局業(yè)務(wù)需求，本文通過(guò)分析高清視頻會(huì)議系統(tǒng)所需的帶寬要求，結(jié)合汕頭供電局實(shí)際應(yīng)用，提出設(shè)計(jì)和建設(shè)一套安全可靠性高的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的組網(wǎng)方案。

高清視頻會(huì)議系統(tǒng)；比特每像素

0 前言

為了響應(yīng)整個(gè)電力系統(tǒng)信息化建設(shè)規(guī)劃，進(jìn)一步提升汕頭供電局的信息化技能，為廣東電網(wǎng)公司“十二五”期間高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展提供本局建設(shè)方案，擬建立一套基于H.264、H.323協(xié)議并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)文檔共享、文件傳送、電子白板等功能的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)。使整個(gè)系統(tǒng)在一段時(shí)期內(nèi)保持技術(shù)的先進(jìn)性.以適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展需求和技術(shù)升級(jí)的需要。

1 高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 高清視頻會(huì)議所需帶寬分析

視頻會(huì)議系統(tǒng)本身要求的帶寬范圍為384K～2M，但若要觀看到高清視頻圖像，所需的呼叫帶寬至少要1Mbps以上。下面通過(guò)計(jì)算對(duì)高清視頻會(huì)議所需的帶寬進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：

1）720P（1280×720）單幅圖像的數(shù)據(jù)量

要計(jì)算視頻的數(shù)據(jù)量，首先，要了解比特每像素這個(gè)概念。一個(gè)像素所能表達(dá)的不同顏色數(shù)取決于比特每像素(BPP)。這個(gè)最大數(shù)可以通過(guò)取二的色彩深度次冪來(lái)得到。例如，常見(jiàn)的取值有：8bpp[28=256；（256 色）]；16bpp[216=65536；（65，536 色，稱(chēng)為高彩色）]；24bpp[224=16777216；（16，777，216 色， 稱(chēng)為真彩色）]；48bpp[248=281474976710656；（281，474，976，710，656 色）沒(méi)有任何顯示器可以顯示48位色彩，所以這個(gè)深度通常用于特殊專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，例如膠片、掃描儀和打印機(jī)。對(duì)于視頻，一般我們每像素采用24位比特表示，則：

720P單幅圖像的原始數(shù)據(jù)量=1280×720×24/1024/1024=21.094Mbit。

2）視頻會(huì)議系統(tǒng)中活動(dòng)圖像的數(shù)據(jù)量

數(shù)字動(dòng)態(tài)圖像是由I幀/B幀/P幀構(gòu)成。其中I幀是參考幀：可以認(rèn)為是當(dāng)前視頻畫(huà)面所呈現(xiàn)出來(lái)的一副圖像照片。B幀和P幀簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可理解為預(yù)測(cè)幀，內(nèi)容是圖像的增量變化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量一般較小。假設(shè)每秒傳輸?shù)幕顒?dòng)圖像達(dá)到30幀，并且處于極限狀態(tài)下，即30幀均為每幀傳輸圖像完全不同I幀，則：

720P活動(dòng)圖像的每秒傳輸?shù)臉O限數(shù)據(jù)量=21.094Mbit×30=632.81Mbit/s，

即帶寬至少為632.81M。

而實(shí)際視頻會(huì)議系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)，由于場(chǎng)景固定，因此，主要以傳輸增量數(shù)據(jù)為主（即以傳輸B幀和P幀為主），一般變化量在10%-40%之間浮動(dòng)。詳細(xì)計(jì)算如下：

增量數(shù)據(jù)在10%的情況下，原始數(shù)據(jù)量=21.094Mbit×10%×29幀+21.094Mbit=82.27Mbit/s

增量數(shù)據(jù)在40%的情況下，原始數(shù)據(jù)量=21.094Mbit×40%×29幀+21.094Mbit=265.78Mbit/s

所以，變化量數(shù)據(jù)在10%至40%間浮動(dòng)時(shí)，原始數(shù)據(jù)量的大小為82.27Mbit/s至265.78Mbit/s。

3）H.264 壓縮比

H.264之所以作為高清視頻會(huì)議的主流協(xié)議之一，在于具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率的同時(shí)還擁有高質(zhì)量流暢的圖像，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。舉個(gè)例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而采用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變?yōu)?79MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達(dá)到驚人的102∶1！[1]

4）采用H.264壓縮后的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量

視頻會(huì)議系統(tǒng)會(huì)對(duì)原始碼流進(jìn)行編解碼壓縮，采用H.264。假設(shè)壓縮比取102：1，計(jì)算結(jié)果如下：

在10%的情況下，壓縮后的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量=82.27/102=0.807Mbit/s

在40%的情況下，壓縮后的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量=265.78/102=2.606Mbit/s

變化量數(shù)據(jù)在10%至40%間浮動(dòng)時(shí)，壓縮后的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量變化范圍為0.807Mbit/s至2.606Mbit/s。

5）采用H.264壓縮后的傳輸數(shù)據(jù)量

一般而言，視頻會(huì)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求為：視頻帶寬加IP包頭開(kāi)銷(xiāo)。常用的計(jì)算方法為：網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大需求=視頻帶寬×1.3。假定網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)為凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量的30%，加上網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，則：傳輸數(shù)據(jù)量=凈負(fù)荷數(shù)據(jù)量×1.3。

在10%的情況下，壓縮后的傳輸數(shù)據(jù)量=0.807×1.3=1.049Mbit/s

在40%的情況下，壓縮后的傳輸數(shù)據(jù)量=2.606×1.3=3.388Mbit/s

所以，變化量數(shù)據(jù)在10%至40%間浮動(dòng)時(shí)，壓縮后的傳輸數(shù)據(jù)量在1.049Mbit/s至3.388Mbit/s間浮動(dòng)。

1.2 高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的組網(wǎng)規(guī)劃

廣東電網(wǎng)公司高清視頻會(huì)議系統(tǒng)組網(wǎng)方案：

1）省網(wǎng)一級(jí)MCU與直屬二級(jí)單位（汕頭供電局）高清終端采用星型連接，通過(guò)光纖通信傳輸網(wǎng)2×2Mb/s專(zhuān)線通道和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)連接。

2）汕頭供電局本部高清終端2×2Mb/s接入地區(qū)二級(jí)MCU，備用IP通道接入省網(wǎng)一級(jí)MCU設(shè)備。

3）地區(qū)供電局二級(jí)MCU與直屬縣級(jí)單位（潮陽(yáng)、澄海、南澳供電局）終端采用星型連接，通過(guò)光纖通信傳輸網(wǎng)2×2Mb/s專(zhuān)線通道和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)連接。

4）傳輸通道和傳輸速率：2Mb/s專(zhuān)線通道通過(guò)省、地SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，IP通道基于廣東綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

汕頭供電局高清視頻會(huì)議系統(tǒng)采用了線路雙備份機(jī)制。從會(huì)議室終端到MCU之間均通過(guò)雙E1線路[2]相連，若其中任意一條E1中斷，則其會(huì)議速率將自動(dòng)下降，通過(guò)MCU的碼率適配功能實(shí)現(xiàn)不同速率終端同網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)該E1線路恢復(fù)后，會(huì)議速率自動(dòng)上升，保證整個(gè)會(huì)議得以繼續(xù)進(jìn)行。若當(dāng)兩條E1均中斷時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)IP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)迂回備份，使本來(lái)通過(guò)E1線路傳輸?shù)囊曇纛l信號(hào)自動(dòng)迂回到IP接口，通過(guò)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)繼續(xù)傳輸，以保證會(huì)議的持續(xù)進(jìn)行。

2 結(jié)束語(yǔ)

汕頭供電局高清視頻會(huì)議系統(tǒng)是依托現(xiàn)有電力光纖通信傳輸網(wǎng)專(zhuān)線通道和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建設(shè)起來(lái)的一套上連廣東電網(wǎng)公司下連縣級(jí)供電局（潮陽(yáng)、澄海、南澳供電局）的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完畢并正式投入使用，出色完成了2010年廣州亞運(yùn)會(huì)、2011年深圳大運(yùn)會(huì)保供電任務(wù)，為汕頭供電局應(yīng)急指揮系統(tǒng)、電網(wǎng)反事故演習(xí)、電力系統(tǒng)日常生產(chǎn)工作會(huì)議等等提供了遠(yuǎn)程交流的平臺(tái)，系統(tǒng)運(yùn)行至今狀態(tài)良好。

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

［2］廣東電網(wǎng)公司會(huì)議電視系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S]2009.

周娜］