程佳亮，楊 磊

(1.73681部隊523分隊，江蘇 南京 210000;2.解放軍理工大學(xué)，江蘇 南京 210007)

0 引言

視頻會議是一種利用視頻和通信網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)遠程實時視音頻通信的技術(shù)。召開視頻會議時，處于不同地點的與會者，既可以聽到對方的聲音，又能實時看到對方的形象，同時還能看到對方會議的場景，以及在會議中展示的實物、圖片和表格、文件等電子文檔［1］。目前，視頻會議系統(tǒng)已成為我軍信息化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，成為提高效率、節(jié)約開支、增強遠程指揮和協(xié)同作戰(zhàn)的重要手段［2］。

隨著視頻會議技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于IP分組網(wǎng)絡(luò)的視頻會議逐步成為市場的熱點［3］。隨著與會者在感官上要求的不斷提高，高清視頻會議應(yīng)運而生，其對服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)提出了更高的要求，而IP分組網(wǎng)絡(luò)是一種面向無連接的網(wǎng)絡(luò)，基本思想是盡力而為(Best effort)，不直接提供QoS支持。在傳統(tǒng)標清視頻會議系統(tǒng)向基于IP網(wǎng)絡(luò)的高清視頻會議系統(tǒng)升級的過程中，不光需要對相應(yīng)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)進行必要升級，還需要采取相應(yīng)措施，進行一體化地考慮，使整個系統(tǒng)滿足相應(yīng)的QoS支持。

1 高清視頻會議系統(tǒng)及一體化QoS保障概述

1.1 視頻會議體系

視頻會議系統(tǒng)一般由多點控制單元(MCU，Multipoint Control Unit)、終端、以及傳輸網(wǎng)絡(luò)三部分組成［1-3］。其中MCU和終端是視頻會議系統(tǒng)中特有的設(shè)備。

高清視頻會議系統(tǒng)是相對傳統(tǒng)的標準清晰度視頻會議系統(tǒng)即標清系統(tǒng)而言的概念，目前對于高清視頻的標準，一般采用信息產(chǎn)業(yè)部編制的《數(shù)字電視接收設(shè)備——顯示器標準》來界定的高清，規(guī)定視頻會議系統(tǒng)的從系統(tǒng)輸入到輸出的全過程顯示清晰度最低要達到1 280×720像素的分辨率，并且為逐行掃描才算是高清視頻會議系統(tǒng)［4-5］。

高清視頻會議系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)視頻會議系統(tǒng)一致，但大幅改善了使用者在視覺、聽覺上的感官體驗。

1.2 視頻會議系統(tǒng)的QoS機制

廣義的范圍上來說，服務(wù)質(zhì)量(QoS)是指所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括所有的網(wǎng)絡(luò)主機、涵蓋一切在網(wǎng)絡(luò)上運行的軟硬件，在一定程度上能夠滿足流量及業(yè)務(wù)需求的能力［6］。

IP網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)是一個基于IP網(wǎng)絡(luò)的H.323的一體化應(yīng)用平臺，整體性能不光決定于MCU和終端，還需要網(wǎng)絡(luò)的保障，任何一方出現(xiàn)故障都會引起性能的下降。因此視頻會議系統(tǒng)的QoS保障可以分為兩個部分:基于網(wǎng)絡(luò)的QoS保障和基于應(yīng)用的QoS保障［7］。

如圖1所示，基于網(wǎng)絡(luò)的QoS是由網(wǎng)絡(luò)中路由器、交換機等提供QoS支持，如路由器通過對不同服務(wù)等級的數(shù)據(jù)包采用排隊策略，對視頻會議的數(shù)據(jù)包提供高等級的服務(wù)。基于應(yīng)用的QoS技術(shù)只需在參與會議的終端進行相應(yīng)的配置，就能實現(xiàn)相應(yīng)的QoS保障。

圖1 視頻會議系統(tǒng)一體化QoS保障模型

1.3 某部高清視頻會議系統(tǒng)概述

某部高清視頻會議系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖2，為星型網(wǎng)絡(luò)，以軍區(qū)會議中心為中心節(jié)點，其他多個團級單位和多個師級單位構(gòu)成分節(jié)點。接入方式有IP專網(wǎng)和E1專線兩種，主要采用IP專網(wǎng)方式接入，不具備IP組網(wǎng)條件的單位采用E1專線組網(wǎng)。

圖2 高清視頻會議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖

該系統(tǒng)MCU選用了華為ViewPoint 8660 MCU，視頻支持H.264編解碼，最高可以達到1080P(20CIF)畫質(zhì)，音頻支持AAC-LD話音編解碼。具有高穩(wěn)定性、大容量、多接口、組網(wǎng)能力強、易操作維護等特點。MCU服務(wù)器采用安裝了ViewPoint 8000 Gatekeeper等軟件的服務(wù)器，實現(xiàn)H.323節(jié)點呼叫的控制與管理，并提供附加服務(wù)。師級以上單位終端采用華為ViewPoint 9039，團級單位終端選用華為ViewPoint 9036。

2 基于網(wǎng)絡(luò)的QoS保障的實現(xiàn)

2.1 服務(wù)模型選擇

可以采用的體系模型有:綜合服務(wù)、區(qū)分服務(wù)和多協(xié)議標記交換等，從本次工程的特點和實現(xiàn)的復(fù)雜度角度考慮，選擇區(qū)分服務(wù)模型，進行流量標志和分類處理，路由器根據(jù)流量標志對該流量進行相應(yīng)服務(wù)質(zhì)量類別的處理，從而保證相應(yīng)的IP服務(wù)。具體實現(xiàn)時需要在終端設(shè)備上開啟區(qū)分服務(wù)，配置相應(yīng)的DSCP值，在路由器上根據(jù)DSCP標記對視頻流進行分類處理。

2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

IP專網(wǎng)由核心層、匯接層和接入層組成，基于光纖MSTP平臺進行建設(shè)，數(shù)據(jù)包經(jīng)過一個節(jié)點的傳輸延時在10ms以內(nèi)。在本次工程設(shè)計中，保證網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間的路由跳數(shù)最多為4跳，在目前網(wǎng)絡(luò)采用高性能路由器的情況下，數(shù)據(jù)包在骨干網(wǎng)的正常延時在50 ms左右，可以滿足視頻會議系統(tǒng)對延時的要求。

根據(jù)視頻會議設(shè)備手冊，配置為1080P/720P高清模式下，需使用8 Mbps的網(wǎng)絡(luò)帶寬，工程采用IP方式接入的分節(jié)點不超過40個，MCU需要總的帶寬是8 Mbps×40=320 Mbps，考慮20%的冗余，MCU需求的帶寬是320 Mbps×1.2=384 Mbps，采用1 000 M網(wǎng)絡(luò)接入，終端接入帶寬在MSTP中配置為8 Mbps。

2.3 排隊策略實現(xiàn)

對于此次工程，雖然采用IP專網(wǎng)，業(yè)務(wù)比較單一，主要是高清視頻業(yè)務(wù)，也兼作其他數(shù)據(jù)傳輸，雖然網(wǎng)絡(luò)帶寬比較寬裕，但由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點，這些業(yè)務(wù)在突發(fā)期間會造成網(wǎng)絡(luò)的過載和擁塞，如果在擁塞期間沒有任何措施進行處理，則將影響高清會議業(yè)務(wù)的質(zhì)量，如畫面圖像不連續(xù)、視頻業(yè)務(wù)大量丟幀，嚴重情況下還可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。所以需要保證高清視頻業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包優(yōu)先發(fā)送，限制其他業(yè)務(wù)對帶寬的占用。

排隊策略若使用默認FIFO排隊，對于視頻業(yè)務(wù)，在擁塞時可能發(fā)生丟包，而且存在延時抖動，造成圖像質(zhì)量不穩(wěn)定，出現(xiàn)馬賽克、圖像不連續(xù)等現(xiàn)象。需要給視頻會議流分配較高的優(yōu)先權(quán)，并保證較低的延時。

可選擇的排隊方式有優(yōu)先權(quán)排隊(PQ)、基于類別的加權(quán)公平排隊(CBWFQ)和低延時排隊(LLQ)三種。使用PQ可以保證視頻會議流擁有最高的服務(wù)等級，但是在網(wǎng)絡(luò)流量較大時，其他優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)包一直等待最高優(yōu)先權(quán)的隊列被清空而得不到服務(wù)，對其他業(yè)務(wù)造成較大影響。使用CBWFQ可以在一定程度上解決上述問題，但是對于特定優(yōu)先權(quán)的隊列無法保證延時，在某些時候延時抖動較大。而采用LLQ可以解決基于類別的加權(quán)公平排隊機制在擁塞情況下無法保障低延時傳輸?shù)膯栴}，確保了指定類型的數(shù)據(jù)包在進行轉(zhuǎn)發(fā)時具有最小的延時。

在核心路由器上配置LLQ主要有三個步驟:(1)定義類映射表;(2)創(chuàng)建策略映射表;(3)將策略用于接口。類映射表決定什么流量進入什么類別，它可以被用在一個或者多個策略映射表中，策略映射表決定流量是怎樣被處理的，最后應(yīng)用于接口后策略映射表才起作用。

3 基于應(yīng)用終端的QoS保障的實現(xiàn)

基于應(yīng)用終端的QoS實現(xiàn)就是在MCU和終端上選擇適當(dāng)?shù)腝oS策略，進行相應(yīng)的配置，確保相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。

在本次工程中需要配置區(qū)分服務(wù)、帶寬動態(tài)調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)抖動等參數(shù)［8］。

3.1 配置區(qū)分服務(wù)

在本次工程設(shè)計中，采用了區(qū)分服務(wù)模型，將視頻會議的數(shù)據(jù)流DSCP值配置為AF41，即為34，需要在MCU和終端側(cè)分別進行配置，啟用相應(yīng)的QoS選項。

配置MCU參數(shù)時，通過Telnet方式訪問MCU進行相關(guān)配置，在tos命令中進行相應(yīng)選擇，并輸入DSCP值34，完成對MCU側(cè)區(qū)分服務(wù)的設(shè)置。

在終端的設(shè)置菜單中選擇“主菜單—系統(tǒng)配置—網(wǎng)絡(luò)配置—安全—QoS類型”中進行相應(yīng)的配置。根據(jù)項目的設(shè)計，QoS類型選擇“區(qū)分服務(wù)”，DSCP值配置為34。

3.2 配置帶寬動態(tài)調(diào)整

啟用動態(tài)帶寬后，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬不足時導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)持續(xù)丟包，終端將會自動降低會議帶寬。網(wǎng)絡(luò)丟包后，終端將通過動態(tài)帶寬調(diào)整策略在1分鐘內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)。

在系統(tǒng)配置菜單“主菜單—系統(tǒng)配置—會議參數(shù)—動態(tài)調(diào)整帶寬”，選擇“啟用”。

3.3 配置網(wǎng)絡(luò)抖動參數(shù)

視音頻解碼上需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)抖動緩沖區(qū)的大小，用來克服數(shù)據(jù)包延時抖動的影響。在“主菜單—設(shè)備控制—音頻控制—網(wǎng)絡(luò)抖動”中配置，根據(jù)配置手冊指導(dǎo)，本工程使用有線網(wǎng)絡(luò)進行視頻通信的默認值即可。

4 結(jié)束語

本文分析了高清視頻會議系統(tǒng)一體化QoS的保障機制，并將成功應(yīng)用于某部高清視頻會議系統(tǒng)。目前，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，減少了延時、延時抖動和丟包等帶來的影響，圖像、話音的質(zhì)量較高，達到了預(yù)期的設(shè)計目標。

［1］王汝言.多媒體通信技術(shù)［M］.陜西:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

［2］視頻會議系統(tǒng)在軍事信息化中的應(yīng)用［J］.軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2006(7):32－33.

［3］張明德，王永東.視頻會議系統(tǒng)原理與應(yīng)用［M］.北京:北京希望電子出版社，1999.

［4］李伯中.高清晰視頻會議系統(tǒng)中主要技術(shù)標準的分析［J］.電力系統(tǒng)通信，2006，27(168):68－70.

［5］李伯中.高清晰電視會議系統(tǒng)中視音頻信號的特點［J］.電力系統(tǒng)通信，2007，28(172):8－11.

［6］Benoit Durand.IP網(wǎng)絡(luò)的 Cisco QoS管理［M］.寧科，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

［7］劉濤，康巧燕.基于視頻會議的QoS研究［J］.火力與指揮控制，2008，33(3):63－66.

［8］ViewPoint9039超高清群組型視訊終端產(chǎn)品概述［Z］.華為技術(shù)有限公司，2007.7.