基于視頻會(huì)議技術(shù)的在線會(huì)商系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉亭

(中國人民解放軍91404部隊(duì),河北秦皇島066001)

基于視頻會(huì)議技術(shù)的在線會(huì)商系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉亭

(中國人民解放軍91404部隊(duì),河北秦皇島066001)

分析了大型演練演習(xí)活動(dòng)對(duì)音視頻信息的需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于視頻會(huì)議技術(shù)的在線會(huì)商系統(tǒng)的總體框架，提出該系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，設(shè)計(jì)完成了穩(wěn)定性與可靠性較強(qiáng)的在線會(huì)商系統(tǒng)，為演練演習(xí)活動(dòng)的指揮保障提供了有效的支撐。

在線會(huì)商系統(tǒng) 視頻會(huì)議 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言

在信息化條件下，大型演練、演習(xí)活動(dòng)對(duì)音視頻需求越來越多，活動(dòng)中裝備情況、人員情況、演練情況以及裝備受訓(xùn)情況都需要利用音視頻設(shè)備傳送到導(dǎo)演部和各級(jí)指揮部門，特別是訓(xùn)練和演練過程中的現(xiàn)場導(dǎo)調(diào)、評(píng)判、在線會(huì)商更是離不開音視頻系統(tǒng)，目前大多數(shù)音視頻系統(tǒng)都是利用視頻會(huì)議系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，但是傳統(tǒng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)MCU之間級(jí)聯(lián)時(shí)，下級(jí)MCU只能同時(shí)回傳1路終端的音視頻圖像給上級(jí)MCU進(jìn)行畫面合成、電視墻顯示。這顯然無法滿足活動(dòng)中導(dǎo)演部與各下級(jí)指揮單位之間對(duì)音視頻的傳輸需求，本文利用科達(dá)的視頻會(huì)議系統(tǒng)搭建了用于演練的現(xiàn)場導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)功能實(shí)現(xiàn)了多路音視頻系統(tǒng)在兩極MCU之間的多路互傳，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)演部和下級(jí)指揮所之間的多路音視頻互傳需求。

2 演練活動(dòng)對(duì)音視頻系統(tǒng)的需求

在大型演練過程中，導(dǎo)演部和各級(jí)指揮部位需要對(duì)整個(gè)演練情況進(jìn)行全面的了解，都需要將演練現(xiàn)場的音視頻傳輸?shù)礁骷?jí)指揮單位和導(dǎo)演部，用于導(dǎo)演部與各級(jí)指揮所、部隊(duì)之間的導(dǎo)調(diào)、在線會(huì)商、問題討論和訓(xùn)練考評(píng)等，根據(jù)訓(xùn)練演習(xí)對(duì)音視頻需要，音視頻系統(tǒng)滿足如下需求。

⑴多路音視頻互傳

在導(dǎo)演部與各級(jí)指揮所之間，需要傳輸?shù)囊粢曨l不僅僅是一路，而是多路音視頻，例如指揮所、環(huán)境構(gòu)設(shè)系統(tǒng)部位、導(dǎo)調(diào)評(píng)估部位的音視頻都需要傳遞到下級(jí)指揮所，同樣導(dǎo)演部和需要所有參訓(xùn)部位的音視頻信息，所以在導(dǎo)演部和各級(jí)指揮所之間需要多路音視頻互傳。

⑵會(huì)議控制功能

由于在進(jìn)行在線會(huì)商、實(shí)時(shí)導(dǎo)調(diào)時(shí)需要對(duì)所有參訓(xùn)部位共同組會(huì)，需要各個(gè)站位進(jìn)行發(fā)言討論，需要對(duì)會(huì)議的進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此需要音視頻服務(wù)具備會(huì)議控制的功能。

⑶智能丟包恢復(fù)

由于用于訓(xùn)練演習(xí)音視頻傳輸?shù)男畔鬏斁W(wǎng)絡(luò)的種類不一、所處的電磁環(huán)境惡劣，音視頻在傳輸過程會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失的情況，為了滿足指揮、導(dǎo)調(diào)評(píng)估對(duì)音視頻不間斷的需求，需要音視頻服務(wù)具有智能丟包恢復(fù)的功能。

⑷動(dòng)態(tài)速率調(diào)整

由于網(wǎng)絡(luò)的狀況不可以預(yù)測性，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，視頻會(huì)議的帶寬得不到保證，將會(huì)出現(xiàn)畫面馬賽克甚至停頓的情況，因此需要?jiǎng)討B(tài)速率調(diào)整技術(shù)可通過檢測網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整視頻會(huì)議的碼率，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足時(shí)，自動(dòng)降低會(huì)議帶寬，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況恢復(fù)后，視頻會(huì)議恢復(fù)到正常帶寬。保證會(huì)議的連貫性，提供更好的視音頻。

⑸多網(wǎng)段接入

為了區(qū)分不同受訓(xùn)單位、裝備以及不同的傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的IP地址被劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)，而視頻傳輸設(shè)備要在這些不同網(wǎng)絡(luò)中工作，則需要音視頻服務(wù)能夠支持多網(wǎng)段接入。

3 在線會(huì)商系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 視頻會(huì)議技術(shù)

“視頻會(huì)議”(video Collferencing)，又稱電視會(huì)議或會(huì)議電視，是指2個(gè)或2個(gè)以上不同地方的個(gè)人或群體，通過傳輸線路及多媒體設(shè)備，將聲音、圖像及文件資料互傳，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、交互式的溝通，完成會(huì)議目的。從技術(shù)上來說，就是在信息的發(fā)送端，把圖像、聲音、文字等變成數(shù)字化信號(hào)，經(jīng)過壓縮后通過通信線路傳送到接收端，接收端再把這些信號(hào)還原為視覺、聽覺可以感知的信息。也有人把這種技術(shù)稱之為“雙向視頻技術(shù)”[1]。

基于視頻會(huì)議技術(shù)的各種應(yīng)用已經(jīng)廣泛應(yīng)用社會(huì)生活的各個(gè)方面，例如現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育[2,3]、遠(yuǎn)程工程設(shè)計(jì)協(xié)作[4]等方面，大大提高了人類工作學(xué)習(xí)效率。根據(jù)上面對(duì)大型演練活動(dòng)對(duì)音視頻的需求分析，通過對(duì)現(xiàn)有視頻技術(shù)進(jìn)行革新應(yīng)用就能夠滿足其需求。

3.2 設(shè)計(jì)原則

為了滿足大型演練演習(xí)活動(dòng)的需求，在活動(dòng)中能夠?yàn)閷?dǎo)演部與各級(jí)指揮部位間建立起多路雙向溝通橋梁，在設(shè)計(jì)在線會(huì)商系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循以下建設(shè)原則：

⑴滿足需求

在設(shè)計(jì)在線會(huì)商系統(tǒng)時(shí)首先要滿足大型演練演習(xí)活動(dòng)需求，深入分析各種演練演習(xí)活動(dòng)對(duì)音視頻傳輸、在線會(huì)商、協(xié)調(diào)溝通的需求，在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)綜合利用視頻會(huì)議技術(shù)滿足演習(xí)演練的需求，不僅僅滿足當(dāng)前演練演習(xí)活動(dòng)要求，還要著眼未來幾年可能的需求，保障該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后能夠順利保障演練演習(xí)任務(wù)。

⑵成熟技術(shù)、穩(wěn)定可靠優(yōu)先

由于大型演練演習(xí)任務(wù)對(duì)各級(jí)單位的重要性，作為保障演練演習(xí)任務(wù)核心系統(tǒng)之一的在線會(huì)商系統(tǒng)一定要穩(wěn)定可靠運(yùn)行，這就要求在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采用成熟且已經(jīng)廣泛使用而得到驗(yàn)證的技術(shù)，當(dāng)采用技術(shù)先進(jìn)性等與系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性存在沖突時(shí)，可靠性和穩(wěn)定優(yōu)先。

⑶冗余備份設(shè)計(jì)

因?yàn)榇笮脱菥氀萘?xí)活動(dòng)對(duì)在線會(huì)商要求實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性要求很高，這就要求在線會(huì)商系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮通信線路保障、電源系統(tǒng)、重要模塊的冗余備份，確保整個(gè)在線會(huì)商過程穩(wěn)定連續(xù)。

⑷可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

大型演練演習(xí)活動(dòng)規(guī)模每次都不固定，對(duì)系統(tǒng)提出的功能要求也不近相同，為了滿足未來演練演習(xí)活動(dòng)保障需求，要求在線會(huì)商系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮系統(tǒng)可擴(kuò)展性，保障能夠?qū)崿F(xiàn)會(huì)商規(guī)模和功能擴(kuò)展。

3.3 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)大型演練演習(xí)活動(dòng)典型應(yīng)用模式，總的指揮機(jī)構(gòu)一般分為兩級(jí)，一級(jí)為導(dǎo)演部，一級(jí)為各級(jí)指揮部位負(fù)責(zé)與各級(jí)參加單位之間的指揮活動(dòng)，因此作為在線會(huì)商系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)為3級(jí)，第一級(jí)為導(dǎo)演部，第二級(jí)為下級(jí)指揮部位，第三極為參加單位。所有的會(huì)商設(shè)備終端必須部署到各參加單位。在第一級(jí)和第二級(jí)部署視頻會(huì)議多點(diǎn)控制單元（MCU）、音視頻矩陣、操作控制系統(tǒng)和相應(yīng)的圖像顯示設(shè)備。在第三級(jí)部署音視頻采集設(shè)備和音視頻會(huì)議終端。在各級(jí)之間該系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

圖1 在線會(huì)商系統(tǒng)總體框架圖

4 在線會(huì)商系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 MCU級(jí)聯(lián)技術(shù)

MCU級(jí)聯(lián)是將多臺(tái)MCU串聯(lián)或并聯(lián)起來，滿足大型視頻會(huì)議對(duì)視頻接口的需求，通過MCU級(jí)聯(lián)組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)之間視頻會(huì)議，而且通過級(jí)聯(lián)技術(shù)使得會(huì)議的組織層次清楚、關(guān)系明確。多MCU方式工作方式可分為星型組網(wǎng)構(gòu)和層級(jí)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。MCU級(jí)聯(lián)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用各種視頻會(huì)議系統(tǒng)[5]，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的驗(yàn)證，具有很強(qiáng)穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 兩級(jí)指揮所間多路音視頻傳輸

傳統(tǒng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)MCU之間級(jí)聯(lián)時(shí)，下級(jí)MCU只能同時(shí)回傳1路終端的音視頻圖像給上級(jí)MCU進(jìn)行畫面合成、電視墻顯示。為了滿足指揮所之間多路音視頻信息傳輸?shù)男枨?，利?臺(tái)MCU級(jí)聯(lián)組網(wǎng)工作,將下級(jí)MCU電視墻板掛載到上級(jí)MCU，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演部與下級(jí)指揮部位之間多路音視頻信息互傳功能。工作原理如圖2所示。

圖2 多路音視頻回傳工作原理圖

多路回傳的工作過程如下：啟用合并級(jí)聯(lián)，選擇級(jí)聯(lián)單回傳或級(jí)聯(lián)多回傳，如果選擇級(jí)聯(lián)多回傳，需要配置本級(jí)會(huì)議回傳的總帶寬（初始值為0，范圍為0～1000 Mbps），該帶寬值為可用的物理帶寬值，該值必須大于等于會(huì)議帶寬除去會(huì)議預(yù)留上傳帶寬值（等于會(huì)議帶寬值）之后，可以支持回傳帶寬值；系統(tǒng)開啟多路音視頻回傳后，既可以實(shí)現(xiàn)將導(dǎo)演部的多路終端音視頻回傳給下級(jí)指揮所電視墻實(shí)時(shí)顯示，又可以實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)演部的電視墻除顯示從MCU下的終端圖像。該技術(shù)能夠很好的實(shí)現(xiàn)指揮所與指揮所之間、指揮所與遠(yuǎn)程戰(zhàn)位之間多路音視頻實(shí)時(shí)傳輸功能、為導(dǎo)播人員提供遠(yuǎn)程現(xiàn)場音視頻，為指揮員決策提供直觀的實(shí)況信息。

4.3 智能丟包恢復(fù)技術(shù)和QoS策略

圖3 丟包恢復(fù)原理圖

為保障在惡劣網(wǎng)絡(luò)條件下音視頻傳輸質(zhì)量，被系統(tǒng)采用了智能丟包恢復(fù)技術(shù)和Qos策略。當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)丟包時(shí)，通過系統(tǒng)的丟包重傳機(jī)制，在接收端會(huì)通過反向RTP通道向發(fā)送端發(fā)出充分請(qǐng)求，發(fā)送端將該視音頻重新發(fā)送，原理如圖3所示。

為了保障在線會(huì)商過程音視頻傳輸?shù)牧鲿常K端設(shè)備支持路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于PQ、CQ、WFQ優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等QoS控制策略，極大提高視音頻數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)，保證視頻業(yè)務(wù)的優(yōu)先傳送。另外為了適應(yīng)不同的通信信道質(zhì)量，終端產(chǎn)品通過檢測數(shù)據(jù)包丟失率來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)速率調(diào)整。當(dāng)終端檢測到數(shù)據(jù)包丟失率超過了指定的閥值，它將自動(dòng)降低視頻碼率，同時(shí)通知其它參會(huì)終端做相同的動(dòng)作，從而提供一個(gè)具有最優(yōu)視音頻效果的會(huì)議碼率。

4.4 唇音同步技術(shù)

視頻會(huì)議系統(tǒng)中視頻信號(hào)和音頻信號(hào)分別編碼，分別傳輸?shù)模捎贗P優(yōu)先級(jí)和音視頻包大小等因素的影響，會(huì)使音視頻的同步包到達(dá)順序不一致，引起音唇不同步[6]。會(huì)議終端產(chǎn)品通過使用IP包中的RTP時(shí)間戳信息來糾正這一問題。利用RTP時(shí)間戳，會(huì)議終端能夠確定哪一音頻包與哪一視頻包對(duì)應(yīng)，重新調(diào)整相應(yīng)的視音頻包，保證聲音與口型的同步。

5 結(jié)束語

本文分析了演練活動(dòng)對(duì)音視頻信息的需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于視頻會(huì)議系統(tǒng)的在線會(huì)商系統(tǒng)的總體框架，并對(duì)具體實(shí)現(xiàn)了指揮所中心節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程節(jié)，通過研究該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，設(shè)計(jì)完成了符合要求的在線會(huì)商系統(tǒng)，為演練活動(dòng)的組織和保障提供支撐。

[1]孫昌達(dá),胡新生.基于視頻會(huì)議技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].廣東廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào),2003(4):21-24.

[2]肖國亮,尚紅濤,李攀,等.基于視頻會(huì)議系統(tǒng)遠(yuǎn)程答辯的方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國考試(研究版),2009(3):25-28.

[3]陳春曉,崔紅霞.淺談基于視頻會(huì)議的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)[J].電子測試,2013(22):205-206.

[4]王荃.基于視頻會(huì)議的建筑工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)[J].低壓電器,2005(7):23-26.

[5]朱銀為.電視會(huì)議系統(tǒng)MCU實(shí)現(xiàn)三級(jí)級(jí)聯(lián)[J].寧夏電力, 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