劉昶，蔡偉利，賈夢(mèng)媛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司政企客戶分公司，北京 100083）

隨著企業(yè)信息化趨勢(shì)及公車改革的實(shí)施，政企客戶在追求高效溝通的同時(shí)更注重降本增效，國(guó)內(nèi)外高清視頻會(huì)議市場(chǎng)日漸活躍。傳統(tǒng)視頻會(huì)議系統(tǒng)建設(shè)受到技術(shù)、格局及成本約束，適用范圍僅限于高精尖企業(yè)。中國(guó)移動(dòng)基于傳統(tǒng)通信管道發(fā)展新型通信服務(wù)，打造覆蓋全球的云視訊視頻會(huì)議業(yè)務(wù)，以云化的多方融合視頻通信滿足政企客戶降本增效的高效溝通需求。

中國(guó)移動(dòng)云視訊遵循IETF業(yè)務(wù)框架和3GPP組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，基于IMS網(wǎng)絡(luò)面向行業(yè)客戶提供的視頻會(huì)議產(chǎn)品，采用SIP協(xié)議的開放式架構(gòu)打破H.323等傳統(tǒng)視頻會(huì)議系統(tǒng)的孤島狀態(tài)，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了控制與業(yè)務(wù)的分離，具備更為開放、融合、兼容的特性，可提供跨省、跨國(guó)、跨企業(yè)的視頻會(huì)議服務(wù)，并支持會(huì)議與傳統(tǒng)PSTN、VoLTE的互融互通。

中國(guó)移動(dòng)云視訊自主研發(fā)多款低成本高清會(huì)議終端及行業(yè)定制終端，結(jié)合第三方終端打造全系列終端鏈，最大程度滿足用戶需求。并針對(duì)自研終端提出媒體傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)化方案，增強(qiáng)了自研終端的抗傳輸分組丟失、抖動(dòng)、時(shí)延能力，提高了視頻會(huì)議服務(wù)質(zhì)量，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸條件差時(shí)的視頻會(huì)議效果。

1 自研低成本會(huì)議終端

云視訊自研低成本會(huì)議終端全面覆蓋各種辦公及行業(yè)場(chǎng)景視頻會(huì)議需求。形態(tài)上，研發(fā)了便于集成分體式、無需安裝一體式、即插即用輕巧型、桌面型等多種形態(tài)終端，首次推出了投影式、智能觸控式等新型會(huì)議形態(tài)，滿足各種大中小型、移動(dòng)辦公會(huì)議場(chǎng)景需求。體驗(yàn)上，采用簡(jiǎn)潔UI/UE風(fēng)格及便捷安裝方式，終端自主檢測(cè)與遠(yuǎn)程升級(jí)，傻瓜式操作無需專業(yè)人員安裝及配置。能力上，采用硬件編解碼，支持SIP、H.323雙協(xié)議注冊(cè)，BFCP高清雙流傳輸，視頻支持100°超廣角4K圖像采集，1080 P 60 fps高清輸出，音頻支持48 kHz全頻帶高保真音質(zhì)。面向中小企業(yè)市場(chǎng)，其終端優(yōu)勢(shì)如下。

1.1 高清的音視頻體驗(yàn)

終端內(nèi)置硬件編解碼器，采用進(jìn)階處理的H.264視頻編解碼技術(shù)，圖像編解碼支持1080 P/30幀、720 P/30幀、4 CIF、 CIF等多種格式，支持高清視頻分層編碼傳輸控制技術(shù)、分組丟失恢復(fù)（PLC）技術(shù)，保證在大量分組丟失情況下圖像連續(xù)。音頻支持G.711、G.722、Opus等多種音頻編解碼協(xié)議，具備快速回聲消除（AEC）、 北京噪音抑制（ANS）、 自動(dòng)增益補(bǔ)償（AGC）等音頻特性。

1.2 高效的終端管理

配套研發(fā)終端管理平臺(tái)，對(duì)所有部署的云視訊會(huì)議終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程配置與管理，無需客戶側(cè)投入專業(yè)的IT運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員，減少人工運(yùn)營(yíng)成本。

圖1 高清會(huì)議媒體優(yōu)化方案

1.3 深度的行業(yè)封裝

深度契合教育、醫(yī)療、應(yīng)急指揮等多種行業(yè)，提供豐富接口與行業(yè)專用器械結(jié)合，為行業(yè)遠(yuǎn)程溝通提供專業(yè)化解決方案。

2 媒體質(zhì)量?jī)?yōu)化方案

為了解決跨網(wǎng)傳輸過程中的視頻圖像卡頓、馬賽克、音視頻不同步等問題，創(chuàng)新性提出了在傳輸層面通過媒體加速優(yōu)化技術(shù)，確保在時(shí)延小于800 ms、雙向分組丟失小于40%的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，視頻會(huì)議體驗(yàn)清晰無卡頓。技術(shù)上從傳輸層切入，采用透明部署方案，將視頻流由UDP傳輸改為由TCP協(xié)議傳輸，采用相對(duì)于傳統(tǒng)TCP協(xié)議更為精確的分組丟失判斷及擁塞預(yù)測(cè)算法，改進(jìn)重傳機(jī)制，優(yōu)化傳輸特性，并且采用雙向加速的機(jī)制，從而搭建高效視頻通道。高清會(huì)議媒體優(yōu)化方案如圖1所示。

2.1 增設(shè)媒體優(yōu)化設(shè)備

在集中SBC與CMNet出口之間集中增設(shè)高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在自研視頻終端安裝加速軟件模塊。終端到高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的視頻流由UDP傳輸改為由TCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，不需搭載FEC算法，對(duì)分組丟失進(jìn)行快速重傳。加速設(shè)備至SBC、會(huì)議平臺(tái)之間仍還原為UDP報(bào)文進(jìn)行傳輸。非自研視頻終端與會(huì)議平臺(tái)之間保持FEC算法，采用UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸，高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)UDP報(bào)文進(jìn)行透?jìng)?，不做處理。視頻流傳輸示意圖如圖2所示。

其中，高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)邏輯功能劃分，平臺(tái)包括5個(gè)邏輯模塊。

圖2 視頻流傳輸示意圖

流量識(shí)別模塊：設(shè)備自動(dòng)識(shí)別流經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)流量，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議流進(jìn)入加速狀態(tài)、其它流量進(jìn)入直通狀態(tài)的功能。

視頻會(huì)議媒體流優(yōu)化模塊：自動(dòng)和對(duì)端設(shè)備 (視頻終端設(shè)備) 實(shí)現(xiàn)加速連接，對(duì)視頻流進(jìn)行加速，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率，形成無分組丟失的視頻傳輸通道。

安全模塊：自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)置Bypass功能，在設(shè)備出現(xiàn)軟硬件故障時(shí)快速自動(dòng)切換到直通狀態(tài)，保障業(yè)務(wù)正常。

流量監(jiān)控模塊：統(tǒng)計(jì)當(dāng)前流經(jīng)的總數(shù)據(jù)流和視頻加速數(shù)據(jù)流的情況。

網(wǎng)管功能模塊：網(wǎng)管功能模塊提供SNMP接口，網(wǎng)管系統(tǒng)可通過網(wǎng)管功能模塊對(duì)優(yōu)化設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、配置與管理。

視頻流量數(shù)據(jù)經(jīng)過設(shè)備時(shí)，先進(jìn)入交換模塊，由交換模塊進(jìn)行流量分擔(dān)，分配到不同的加速模塊上，由不同的加速模塊進(jìn)行策略匹配以及加速，優(yōu)化完成后將流量轉(zhuǎn)發(fā)回交換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 嵌入加速軟件模塊

自研終端嵌入獨(dú)立加速軟件模塊，用以適配加速設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。該模塊需要支持安卓4.0及以上的版本，并可以按照實(shí)際要求部署在Linux操作系統(tǒng)中。該模塊具備視頻會(huì)議優(yōu)化功能，消除在鏈路分組丟失環(huán)境下的視頻圖像丟幀及馬賽克等現(xiàn)象。支持NAT穿透，并且支持同一NAT后面多個(gè)終端設(shè)備同時(shí)接入優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以保障同一公司內(nèi)部多個(gè)終端同時(shí)參會(huì)。

終端嵌入軟件以用戶態(tài)可執(zhí)行程序的方式運(yùn)行在終端設(shè)備中，并在終端設(shè)備系統(tǒng)的內(nèi)核層對(duì)視頻流進(jìn)行重定向，將其重定向到用戶態(tài)加速模塊的TCP隧道中進(jìn)行加速，經(jīng)視頻優(yōu)化通道發(fā)送到高清媒體會(huì)議優(yōu)化網(wǎng)關(guān)。會(huì)議媒體優(yōu)化設(shè)備自動(dòng)和云視訊視頻終端上的加速模塊建立加速配對(duì)，無需手工指定即可形成視頻優(yōu)化通道，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議優(yōu)化，以保障終端優(yōu)化大規(guī)模部署的便利性。終端軟件嵌入邏輯示意圖如圖4所示。

圖4 終端軟件嵌入邏輯示意圖

2.3 引入傳輸層優(yōu)化技術(shù)

(1) 建立SSL VPN隧道：將視頻流由UDP傳輸改為由TCP協(xié)議傳輸。

(2) TCP協(xié)議優(yōu)化技術(shù)：采用相對(duì)傳統(tǒng)TCP協(xié)議更為精確的分組丟失判斷及擁塞預(yù)測(cè)算法，從而避免錯(cuò)誤判斷分組丟失引發(fā)大量重傳進(jìn)而導(dǎo)致的擁塞，避免帶寬資源的浪費(fèi)。

(3) 數(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)：通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)最大限度地縮減網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)緩存技術(shù)對(duì)UDP數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、代理，自動(dòng)感知鏈路分組丟失，進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇性重傳，大幅降低分組丟失率。

(4) 帶寬保障技術(shù)：為視頻會(huì)議設(shè)置帶寬保障通道，如設(shè)置視頻會(huì)議最小保障帶寬為2 M并定為最高優(yōu)先級(jí)，視頻會(huì)議開啟時(shí)自動(dòng)分配2 M帶寬，為視頻會(huì)議連接保障充分的所需帶寬，保障視頻流的通暢傳輸。

(5) 流量削減技術(shù)：針對(duì)其余業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行流量削減，降低帶寬要求，保障視頻會(huì)議的順利進(jìn)行。

3 行業(yè)定制化終端解決方案

3.1 教育行業(yè)定制

云視訊教育終端解決方案采用固定式課程錄播工作站，擴(kuò)展探測(cè)或圖像識(shí)別技術(shù)、跟蹤、定位、智能策略等模塊實(shí)現(xiàn)。教學(xué)過程中，自動(dòng)跟蹤主機(jī)根據(jù)獲取的各種探測(cè)信號(hào)、語音激勵(lì)信號(hào)、中控切換信號(hào)、鍵盤鼠標(biāo)動(dòng)作等，采用科學(xué)策略進(jìn)行綜合智能分析，靈活準(zhǔn)確的調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)、調(diào)音臺(tái)等采集設(shè)備，保證拍攝主體，自動(dòng)調(diào)節(jié)景別景深，實(shí)現(xiàn)課堂無干擾、無意識(shí)控制、無人值守的全自動(dòng)智能錄播；同時(shí)內(nèi)置交互模塊，接入中國(guó)移動(dòng)云視訊管理平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)異地的同步課堂及互動(dòng)教學(xué)。同步課堂系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示。

該方案有效補(bǔ)充了市場(chǎng)對(duì)于中高端遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、常態(tài)化錄播的盲點(diǎn)，形成常態(tài)化遠(yuǎn)程教學(xué)場(chǎng)景，建立學(xué)校聯(lián)盟，助力教育均衡化發(fā)展。

3.2 醫(yī)療行業(yè)定制

云視訊教育終端解決方案采用雙目攝像頭，滿足醫(yī)患同端入會(huì)需求，同時(shí)拍攝醫(yī)生和患者。面對(duì)患者攝像頭可左右旋轉(zhuǎn)350°，以適應(yīng)不同的座位，純硬件視頻信號(hào)拼接，不可截取和涂抹。雙路攝像雙向拾音，滿足醫(yī)療面對(duì)面場(chǎng)景的實(shí)時(shí)多畫面、多指向采集圖像、拾取聲音的需求。

本產(chǎn)品采用索尼專業(yè)級(jí)CMOS傳感器，感光尺寸1/2.9，最大支持200萬像素1080 P全高清輸出。鏡頭大角度低畸變，水平FOV達(dá)到80°以上，光圈F2.0，大光圈圖像光鮮明亮。內(nèi)置雙個(gè)MIC，分別采集醫(yī)生和患者聲音；采用美國(guó)德州儀器TI專業(yè)雙通道低功耗音頻處理器，通過自主AEC、AGC、ANS算法實(shí)現(xiàn)聲音穩(wěn)定處理。支持雙拼、畫中畫、單路等模式；雙路視頻信號(hào)硬件拼接，內(nèi)置硬件水印，可防止視頻后期修改和涂抹，有效保證視頻同源和同時(shí)。自適BLC算法，強(qiáng)光抑制弱光補(bǔ)償，高反差情況下合成優(yōu)質(zhì)影像。逆光補(bǔ)償算法，增強(qiáng)人的面部輪廓特性，利于后期人臉識(shí)別的應(yīng)用。

圖5 同步課堂系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 結(jié)束語

云視訊視頻會(huì)議終端自2016年全網(wǎng)銷售以來，已成功落地政府、教育、醫(yī)療等各領(lǐng)域，年銷售量破3萬。該類終端具有普適性，滿足各類行業(yè)、各種規(guī)模企業(yè)客戶多方溝通需求。我們從傳輸層切入，引入傳輸層優(yōu)化技術(shù)，匯聚入口增設(shè)高清會(huì)議媒體優(yōu)化網(wǎng)關(guān)設(shè)備，視頻終端嵌入加速軟件模塊，搭建高效視頻通道，保證視頻會(huì)議數(shù)據(jù)無分組丟失的傳輸?shù)綄?duì)端，保證視頻畫面完整，提升云視訊業(yè)務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)為不同廠商之間視頻會(huì)議系統(tǒng)的互連，提供良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，提升云視訊業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性。

[1] 劉昶，蔡偉利，汪衛(wèi)斌. 中國(guó)移動(dòng)云視訊媒體質(zhì)量?jī)?yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2017(12).