劉亭

(中國人民解放軍91404部隊,河北秦皇島066001)

基于視頻會議技術(shù)的在線會商系統(tǒng)設(shè)計

劉亭

(中國人民解放軍91404部隊,河北秦皇島066001)

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

在線會商系統(tǒng) 視頻會議 設(shè)計與實現(xiàn)

1 引言

在信息化條件下，大型演練、演習(xí)活動對音視頻需求越來越多，活動中裝備情況、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)、評判、在線會商更是離不開音視頻系統(tǒng)，目前大多數(shù)音視頻系統(tǒng)都是利用視頻會議系統(tǒng)來實現(xiàn)的，但是傳統(tǒng)的視頻會議系統(tǒng)MCU之間級聯(lián)時，下級MCU只能同時回傳1路終端的音視頻圖像給上級MCU進(jìn)行畫面合成、電視墻顯示。這顯然無法滿足活動中導(dǎo)演部與各下級指揮單位之間對音視頻的傳輸需求，本文利用科達(dá)的視頻會議系統(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)的級聯(lián)功能實現(xiàn)了多路音視頻系統(tǒng)在兩極MCU之間的多路互傳，實現(xiàn)了導(dǎo)演部和下級指揮所之間的多路音視頻互傳需求。

2 演練活動對音視頻系統(tǒng)的需求

在大型演練過程中，導(dǎo)演部和各級指揮部位需要對整個演練情況進(jìn)行全面的了解，都需要將演練現(xiàn)場的音視頻傳輸?shù)礁骷壷笓]單位和導(dǎo)演部，用于導(dǎo)演部與各級指揮所、部隊之間的導(dǎo)調(diào)、在線會商、問題討論和訓(xùn)練考評等，根據(jù)訓(xùn)練演習(xí)對音視頻需要，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)評估部位的音視頻都需要傳遞到下級指揮所，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)演部和各級指揮所之間需要多路音視頻互傳。

⑵會議控制功能

由于在進(jìn)行在線會商、實時導(dǎo)調(diào)時需要對所有參訓(xùn)部位共同組會，需要各個站位進(jìn)行發(fā)言討論，需要對會議的進(jìn)行實時控制，因此需要音視頻服務(wù)具備會議控制的功能。

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發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失的情況，為了滿足指揮、導(dǎo)調(diào)評估對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，視頻會議的帶寬得不到保證，將會出現(xiàn)畫面馬賽克甚至停頓的情況，因此需要動態(tài)速率調(diào)整技術(shù)可通過檢測網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)調(diào)整視頻會議的碼率，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足時，自動降低會議帶寬，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況恢復(fù)后，視頻會議恢復(fù)到正常帶寬。保證會議的連貫性，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 在線會商系統(tǒng)設(shè)計

3.1 視頻會議技術(shù)

“視頻會議”(video Collferencing)，又稱電視會議或會議電視，是指2個或2個以上不同地方的個人或群體，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，以實現(xiàn)實時的、交互式的溝通，完成會議目的。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，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]。

基于視頻會議技術(shù)的各種應(yīng)用已經(jīng)廣泛應(yīng)用社會生活的各個方面，例如現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育[2,3]、遠(yuǎn)程工程設(shè)計協(xié)作[4]等方面，大大提高了人類工作學(xué)習(xí)效率。根據(jù)上面對大型演練活動對音視頻的需求分析，通過對現(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)計原則

為了滿足大型演練演習(xí)活動的需求，在活動中能夠為導(dǎo)演部與各級指揮部位間建立起多路雙向溝通橋梁，在設(shè)計在線會商系統(tǒng)時應(yīng)遵循以下建設(shè)原則：

⑴滿足需求

在設(shè)計在線會商系統(tǒng)時首先要滿足大型演練演習(xí)活動需求，深入分析各種演練演習(xí)活動對音視頻傳輸、在線會商、協(xié)調(diào)溝通的需求，在系統(tǒng)功能設(shè)計時綜合利用視頻會議技術(shù)滿足演習(xí)演練的需求，不僅僅滿足當(dāng)前演練演習(xí)活動要求，還要著眼未來幾年可能的需求，保障該系統(tǒng)設(shè)計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)對各級單位的重要性，作為保障演練演習(xí)任務(wù)核心系統(tǒng)之一的在線會商系統(tǒng)一定要穩(wěn)定可靠運行，這就要求在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，盡量采用成熟且已經(jīng)廣泛使用而得到驗證的技術(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，可靠性和穩(wěn)定優(yōu)先。

⑶冗余備份設(shè)計

因為大型演練演習(xí)活動對在線會商要求實時性、穩(wěn)定性和可靠性要求很高，這就要求在線會商系統(tǒng)在設(shè)計時必須考慮通信線路保障、電源系統(tǒng)、重要模塊的冗余備份，確保整個在線會商過程穩(wěn)定連續(xù)。

⑷可擴展性設(shè)計

大型演練演習(xí)活動規(guī)模每次都不固定，對系統(tǒng)提出的功能要求也不近相同，為了滿足未來演練演習(xí)活動保障需求，要求在線會商系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮系統(tǒng)可擴展性，保障能夠?qū)崿F(xiàn)會商規(guī)模和功能擴展。

3.3 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

根據(jù)大型演練演習(xí)活動典型應(yīng)用模式，總的指揮機構(gòu)一般分為兩級，一級為導(dǎo)演部，一級為各級指揮部位負(fù)責(zé)與各級參加單位之間的指揮活動，因此作為在線會商系統(tǒng)的總體框架設(shè)計為3級，第一級為導(dǎo)演部，第二級為下級指揮部位，第三極為參加單位。所有的會商設(shè)備終端必須部署到各參加單位。在第一級和第二級部署視頻會議多點控制單元（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。在第三級部署音視頻采集設(shè)備和音視頻會議終端。在各級之間該系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

圖1 在線會商系統(tǒng)總體框架圖

4 在線會商系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 MCU級聯(lián)技術(shù)

MCU級聯(lián)是將多臺MCU串聯(lián)或并聯(lián)起來，滿足大型視頻會議對視頻接口的需求，通過MCU級聯(lián)組網(wǎng)，從而實現(xiàn)多個點之間視頻會議，而且通過級聯(lián)技術(shù)使得會議的組織層次清楚、關(guān)系明確。多MCU方式工作方式可分為星型組網(wǎng)構(gòu)和層級組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。MCU級聯(lián)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用各種視頻會議系統(tǒng)[5]，該項技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的驗證，具有很強穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 兩級指揮所間多路音視頻傳輸

傳統(tǒng)的視頻會議系統(tǒng)MCU之間級聯(lián)時，下級MCU只能同時回傳1路終端的音視頻圖像給上級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)男枨螅?臺MCU級聯(lián)組網(wǎng)工作,將下級MCU電視墻板掛載到上級MCU，實現(xiàn)導(dǎo)演部與下級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：啟用合并級聯(lián)，選擇級聯(lián)單回傳或級聯(lián)多回傳，如果選擇級聯(lián)多回傳，需要配置本級會議回傳的總帶寬（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議帶寬除去會議預(yù)留上傳帶寬值（等于會議帶寬值）之后，可以支持回傳帶寬值；系統(tǒng)開啟多路音視頻回傳后，既可以實現(xiàn)將導(dǎo)演部的多路終端音視頻回傳給下級指揮所電視墻實時顯示，又可以實現(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時傳輸功能、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，通過系統(tǒng)的丟包重傳機制，在接收端會通過反向RTP通道向發(fā)送端發(fā)出充分請求，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、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于PQ、CQ、WFQ優(yōu)先級隊列等QoS控制策略，極大提高視音頻數(shù)據(jù)包優(yōu)先級，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)包丟失率來實現(xiàn)動態(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，它將自動降低視頻碼率，同時通知其它參會終端做相同的動作，從而提供一個具有最優(yōu)視音頻效果的會議碼率。

4.4 唇音同步技術(shù)

視頻會議系統(tǒng)中視頻信號和音頻信號分別編碼，分別傳輸?shù)?，由于IP優(yōu)先級和音視頻包大小等因素的影響，會使音視頻的同步包到達(dá)順序不一致，引起音唇不同步[6]。會議終端產(chǎn)品通過使用IP包中的RTP時間戳信息來糾正這一問題。利用RTP時間戳，會議終端能夠確定哪一音頻包與哪一視頻包對應(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對音視頻信息的需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于視頻會議系統(tǒng)的在線會商系統(tǒng)的總體框架，并對具體實現(xiàn)了指揮所中心節(jié)點和遠(yuǎn)程節(jié)，通過研究該系統(tǒng)的具體實現(xiàn)和設(shè)計，對系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，設(shè)計完成了符合要求的在線會商系統(tǒng)，為演練活動的組織和保障提供支撐。

[1]孫昌達(dá),胡新生.基于視頻會議技術(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,2003(4):21-24.

[2]肖國亮,尚紅濤,李攀,等.基于視頻會議系統(tǒng)遠(yuǎn)程答辯的方案設(shè)計與實現(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.基于視頻會議的建筑工程協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)[J].低壓電器,2005(7):23-26.

[5]朱銀為.電視會議系統(tǒng)MCU實現(xiàn)三級級聯(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