消防遠程視頻會議培訓系統

周 剛 樊明輝 北京市公安局消防局 100035

消防遠程視頻會議培訓系統

周 剛 樊明輝 北京市公安局消防局 100035

設計和實現了消防局視頻會議培訓系統，包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。利用基于SDH傳輸鏈路和IP技術的廣域網平臺和下屬單位的快速以太網平臺，實現視頻等相關數據的傳輸。系統采用支持H. 320/H.323/SIP協議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協議的技術和產品。

視頻會議；H.323；MCU

1．引 言

視頻會議適應了信息時代快捷便利的特點，而網絡技術的發展也給視頻會議技術提供了發展空間。近年來越來越多的政府機關、企事業單位和公司都建立了自己的視頻會議系統。實際上，視頻會議系統早已不再單純用于開會?；谝曨l會議系統的統一通信平臺，正在以人們意想不到的方式改變世界。對數據、文本、音視頻的整合調用功能，前所未有的安全性和兼容性，讓人們可以在一個平臺上隨時開展統一通信。這不僅意味著真正實現遠距離溝通，更將為企業、政府客戶節約大量的差旅費用和時間成本。

為了提高公安消防部隊的通信指揮能力，按照“金盾工程”的總體部署和總體規劃，依托公安信息網，構建集語音、圖像、數據多種通信技術于一體的高效快捷的消防通信指揮體系，為消防管理和滅火救援工作提供全方位、全過程、全天候的通信保障。按照消防局消防信息通信建設規劃和公安部消防局《2005年消防信息化工作要點》的要求，建設覆蓋全市消防隊（站）的消防遠程視頻會議培訓系統，與市局和公安部消防局視頻會議系統聯網，通過公安信息網實現總隊與支隊、大隊、直屬消防處（科）的遠程培訓和視頻會議，達到各支隊、中隊在駐地收看公安部、市局和總隊電視電話會議的目標，并以此作為突發事件應急指揮的視頻通信平臺。

2．系統需求分析

2.1 系統建設目標

視頻會議系統的建設目標是：充分利用網絡資源、會議室環境資源和人才、技術方面的資源，運用先進的視頻會議技術手段，基于網絡，建設以總隊為中心并覆蓋所屬單位，具備遠程、實時、交互功能的視頻會議系統。

2.2 應用功能需求

點對點會議：用于消防局領導和遠端某個分部門領導之間的會議，總部領導與分部門領導之間的點對點會議。多點會議：通常為局領導對多個分部門領導召開遠程會議。多組會議：同時召開多個會議是消防局視頻系統必須滿足的功能，系統必須同時滿足多個的遠程視頻會議的要求。雙流會議功能：視頻會議系統具有雙視頻流（音視頻圖像和計算機數據信號實時的多點交互）的功能，以便用戶利用視頻會議系統進行工作研討、員工培訓、工作安排、重點項目匯報等方面的應用。如：重點工作安排中，總公司領導可以隨時在會議室聽取各地分公司領導在會議室或會議室對工程的匯報（主要包括銷售數據、工作安排、工作狀況等各個方面的信息）。多分屏多速率會議：支持不同速率、不同幀率、不同音頻算法、不同視頻解析度的終端參與同一會議，并且不降低視頻會議質量和其他會議參與者的接入速率。多會場畫面屏顯示功能是在召開多點會議時為盡量加強與與會人員的更好交流規模和對各個會場情況的了解而設置的專門功能。根據北京市消防局視頻會議應用功能的要求，系統必須配備具有多會場同屏顯示的MCU設備，以滿足工作需要。優秀的會議管理：優秀的會議管理控制是北京市消防局視頻會議系統必須要求的功能，根據本項目的運行的特點和性質，主要用于不定時對某個事件的討論，不需要有非相關人員參加。能夠實現與會者自主控制會議。領導可以自主組建會議、控制會議、管理會議。

3．系統設計與實現

3.1 網絡環境

消防局視頻會議系統利用基于SDH傳輸鏈路的IP技術的廣域網平臺和下屬單位的快速以太網平臺，實現視頻等相關數據的傳輸。就目前的網絡來看，消防局已采用專線網絡，因為專線構成的企業信息網穩定、安全性高、能夠綜合多種業務。消防局與各分部門有數據業務，專網的方式不但能夠實現視頻會議系統、同時也能夠進行數據的傳輸。形成大的企業信息網，以滿足企業內部各種數據業務的應用。如：視頻會議、電子商務、網絡IP電話、企業OA系統，企業內部管理系統等。

3.2 設計的原則

多功能化、網絡化：應設計功能完善、技術現代化的多功能會議系統，能滿足各類會議使用需要，并提高場地與設備的利用率；使會議系統其不僅自成體系，還要與本地局域網及遠程網絡良好對接，使其成為真正的網絡化、智能化的多媒體會議系統，以利于面向信息時代的網絡化應用。

國際化、標準化：會議系統所傳達的媒體資料、使用的設備與系統應能和國際接軌，以方便中外交流；設備接口及采用制式應是國際統一標準；技術方案滿足以下ITU－T有關建議及其它有關規定制定的。

數字化、多媒體化：信息時代，人們描述世界的語言已經轉變為數字化，表現信息的手段也向多媒體化發展。因而，會議交流的內容與手段也必然數字化、多媒體化；

模塊化：模塊化系統是近幾年流行的設計思想。模塊化設計可使系統功能組合靈活、擴充方便，利于個性化定制；同時，升級容易，不易浪費原始投資。

3.3 總體設計

系統包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。其中總隊視頻會議控制中心負責管理支隊視頻會議控制分中心和總隊機關、直屬單位的視頻會議終端，具有組織全總隊視頻會議的最高權限和功能。支隊視頻會議控制分中心負責管理本支隊機關和所屬中隊的視頻會議終端，具有組織本支隊視頻會議的權限和功能。按照總隊“防消合一”后的機構編制，總隊視頻會議培訓系統計劃建設1個可以支持40點768K的總隊視頻會議控制中心（一級MCU）和22個支大隊視頻會議控制中心;總隊機關配備5套視頻會議終端，各支（大）隊機關共配備22套視頻會議終端，直屬消防處（科）共配備4套視頻會議終端，4個主要城區配備4套視頻會議終端。會議室終端具備可選多點控制功能，可以自行組織小范圍內的視頻會議，同時承擔雙向交互視頻會議的組織和運行。所有會議室視頻輸出采用電視或等離子屏，數據終端輸出采用投影設備。

網絡拓撲結構和分部門拓撲結構分別如圖1和圖2所示，系統的拓撲結構如圖3所示。

圖1 網絡拓撲結構

圖2 分部門拓撲結構

3.4 方案描述及功能實現

系統采用全面支持H.320/H.323/SIP協議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協議的技術和產品，支持代表未來發展方向的新標準、新規范。

視頻終端設備配置Polycom產品，MCU采用電信級的MGC－50。消防局4個主要城區：會議室終端采用了Polycom高性能的產品VSX7000E，視頻會議終端可以支持64K～2M速率、為優質的視頻提供了良好的保證。

⑴ 視頻功能：作為主會場、包括大型會議室，為了可將本地會場的畫面，本地不同視頻源的視頻信號，所接入錄像機的錄像資料傳送至其它會場，利用交互式多點廣播功能，向IP網實時廣播會以現場。

⑵ 音頻功能：可實現自適應全雙工回聲抑制；采用自動背景噪聲抑制，提高聲音質量；采用自動增益控制，保證發言人在距麥克風不同時音量不變；利用全向麥克風，實現聲音的全方位采集；可隨時調節音量。

⑶ 雙視頻流功能：可外接PC，傳送PC上任何內容；可利用外接的圖文攝像機圖文或實物圖像傳送給其它接收站。

⑷ 控制功能：可實現點對點雙向會場攝像機遠端控制；可提供100個本地攝像機位置預置和100個遠端攝像機位置預置；可控制主攝像機鏡頭的上下、左右、拉近與拉遠；可切換2～3個視頻源；可抓拍本地圖像并廣播出去；系統監測窗口可監測系統工作狀態，如，網絡速率、通訊協議等；系統診斷功能可對系統狀態進行診斷。

⑸ 可連接設備：可連接輔助攝像機、圖文攝像機、錄像機、影碟機、調音臺、等多種外圍設備。主會場一般舉辦大型集團會議，會議室面積大，空間感強。攝像機應根據攝像角度會采用2臺～3臺，大型會議室一般將大部分會議設備安裝在固定機柜中，便于管理。由于會議室空間大，視頻終端設備采用Polycom VSX8400系列。各分局多為小型會議室，不需要太專業的音響系統和多角度的攝像，配置了Polycom的VSX7000S會議室系統，每個會議室通過VSX7000S自帶的攝像頭和高級音箱，顯示通過等離子或電視機或顯示器，完成本地操作。另外，視頻會議終端可以實現桌面型會議系統。

3.5 視頻會議系統的QoS策略

視頻會議系統是基于網絡的應用，它有自己獨有的特點：基于網絡的、交互的實時傳輸。因此聲音、圖像的任何一個微小的變化都容易被人察覺。美國Polycom公司的視頻終端和MCU產品都率先支持QoS，與網絡設備配合后可達到令人滿意的會議效果。下面，介紹如何從視頻設備和網絡兩方面對視頻會議的QoS進行控制。

⑴ 視頻會議終端設備對QoS的支持

美國Polycom公司VSX系列視頻終端設備都支持QoS。對于位于公司局域網以外、 需要經WAN電路接入的視頻終端，需要其打開相應的QoS設置選項，以便在網絡設備的支持下，在擁擠的遠程傳輸通路中享受優先通過的權利。

在網絡發生阻塞時的第一道防線是采用緩存隊列技術。當數據包到達的速率超過輸出端口的處理速率時，這些數據包被臨時存放在緩存隊列中等待可用的網絡帶寬。良好的緩存設計可以解決因短時間內網絡出現峰值負載而出現的數據包丟失的問題。成功設計的關鍵主要取決于以下幾條原則：第一，緩存越大越好；第二，必須為每個商品進行獨立的緩存分配。這種做法有利于避免網絡各節點之間的互相影響。CISCO公司的智能交換式路由器為每個輸出商品都提供了獨立的緩存區，這可以將發生阻塞的節點產生的問題隔離開。在每個快速以太網端口上分配的緩存可容納數據百個數據包，而在每個千兆以太網端口上分配的緩存區可容納上千個數據包。

在輸出的負載過重并且緩存已用完的時候，必須通過規則(或稱為策略)來優化數據流的處理以保證數據流的優先級?；诓呗缘腝oS使得網絡管理員可以對響應時間和吞吐量進行控制以滿足高優先級數據流的需要。智能交換式路由器的硬件將數據流劃分為四個優先級。優先級是根據與目的和源節點相關的第二、三、四層信息來劃分的，包括主機ID、IP地址以及第四層協議和端口號等內容。這種方法提供了極其靈活和強大的數據包識別能力同，大到可以識別VLAN或IP子網，小到可以區分每一個的主機到主機的應用數據流。

圖3 系統拓撲圖

⑵ MCU多點控制單元對QoS的支持

MCU設備需要占用多個以太網端口，MCU一般位于靠近網絡核心的位置，通常網絡正常情況下不需要網絡設備對QoS的支持。但如果網絡出現擁塞等其他異常情況，可通過對MCU進行相關的QoS服務進行配置，與網絡設備共同啟用QoS服務，可實現對視頻會議的數據包進行優先傳輸，達到網絡的優化，提高視頻會議效果。

⑶ 網絡的QoS策略及實施

在廣域網線路上，需要同時進行多種業務數據的傳輸，需要采用適當的QoS策略，來保證關鍵業務如視頻會議、電子郵件等數據的可靠、優先傳輸。QoS策略需要從以下幾個方面來考慮：

①排隊機制: 用戶網絡上的應用較多，假如采用對每種應用都分別處理的QoS策略，會使網絡的配置和管理非常復雜，而且每添加一種應用，就要對網絡進行重新配置，因此本文統一采用IP Precedence優先權技術，劃分6個優先級，根據數據包的優先權值，通過擁塞管理機制和隊列機制對6個優先級分別提供不同級別的QoS服務。每種應用根據其自身應用特點，可以被分配至相應的優先級別。

②擁塞控制機制：數據包被設置IP優先權后，通過路由處理被送到相應的端口等待傳輸。為了實現QoS控制，根據數據包的IP優先權值將其送入不同的隊列，按照WFQ設定的策略進行傳輸，但是，假如網絡擁塞造成排隊數據包超出緩存，所有的數據包在進入隊列前就都會被丟棄。那么QoS的控制就無從談起，所以在排隊數據包超出緩存前就應進行擁塞控制。本文選擇WRED(Weighted Random Early Detection）技術作為擁塞避免控制機制。它是改良的RED技術，RED是一套擁塞控制算法，在網絡中存在大量的TCP數據傳輸時，該算法非常有效。TCP是面向連接的可靠傳輸協議，它認為丟包表示網絡發生了擁塞，在丟包時會自動調低數據的發送速率。

③隊列輸出機制：在經過擁塞避免機制WRED的處理后，數據包在輸出端口根據其優先級被分配至不同的隊列排隊等待輸出，由于廣域網帶寬有限，同時只能有一個數據包被發送，那么它們按照怎樣的順序輸出成為QOS保證的關鍵?？刂脐犃休敵龅臋C制也就是擁塞管理的機制。在用戶廣域網中，建議使用CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing)技術作為輸出端口的擁塞管理機制。需要注意的是，分配給某一隊列的帶寬，在該隊列沒有數據傳輸的時候，其帶寬會按照設置的比例分配給其它隊列使用。從而最大限度地提高了網絡利用率。CBWFQ的最大優點在于允許用戶自定義Traffic Class，而且定義方式可以有多種:Protocol、ACL、Interface、IP Precedence等等，建議采用IP Precedence（IP優先權重）的方式分類流量。

在用戶廣域網上所有節點設備（路由器）上均采用統一的QoS控制機制，就能夠保證數據包端到端的QoS服務。通過對以上幾個方面采用相應的策略來為關鍵業務分配相應的帶寬，就可以保證關鍵業務數據的優先、高速、可靠傳輸。

3.6 系統管理

⑴ 系統管理的內容

系統管理包括網管系統、設備管理和視頻系統的業務管理三部分。

① 網管系統：視頻會議網絡管理邏輯上可能分為兩大部分：一是對網絡設備（包含視頻設備）的管理。二是對視頻系統的管理。我們選用的視頻終端設備管理通信協議都采用SNMP協議，即簡單網絡管理協議。

② 設備管理：設備管理主要完成對設備各種狀態參數的監視。它應該包含以下功能。設備搜索和提取、設備狀態的實時監控、可對設備進行控制。

③ 視頻系統的業務管理：會議控制和管理主要是通過多點控制器（MCU）來實現，POLYCOM公司的MGC-50多點控制器（MCU）擁有會場點管理、會議管理、會議控制、會議診斷、會議計費和日志管理。

⑵ 系統管理的方式

POLYCOM公司提供了最完善的網管系統，包括MGC MANAGER ,通過工作站方式來控制MGC-25和MGC WEBCOMMANDER（中文），通過WEB方式控制MGC-25。POLYCOM的網管中心可以管理到網絡中的所有的MGC-25，并且管理到每個MGC的每一個資源。同時，唯一的多任務管理界面，為用戶提供了極大的方便。MGC-25的網管包括系統管理和業務管理可通過三種操作平臺對MGC進行操作和管理：工作站、WEB和電話三種方式。

4．結論

本文利用基于SDH傳輸鏈路和IP技術的廣域網平臺和下屬單位的快速以太網平臺，采用支持H.320/ H.323/SIP協議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協議的技術和產品，設計和實現了消防局視頻會議培訓系統，實現視頻等相關數據的傳輸。系統包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。建設了以總隊為中心并覆蓋所屬單位，具備遠程、實時、交互功能的視頻會議系統。系統已經正式使用一年半，發揮了很好的作用。

[1]李向明. 視頻會議市場將保持 20%增長率. 人民郵電. 2010 年3月25日，第007版.

[2]陳麗霞，范士勇，劉鑫，李紅梅.基于H.323 視頻會議系統及其組成.通信技術.2008，41(6), 198~200.

[3]曹寧, 門朝敏. H.263壓縮協議在H.323會議系統中的嵌入. 計算機工程.2004, 7:143~145.

[4]陸西寧, 鄭玉山. 基于H.263解壓算法和UDP協議的多方視頻會議系統.計算機工程與設計. 2007, 4:1578~156.

[5]J. D. Gibson. 多媒體數字壓縮原理與標準. 李煜，朱山風，段上為譯. 北京：電子工業出版社.2000：15~30.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.12.056

周剛，男，北京市公安局消防局工程師；樊明輝，男，北京市公安局消防局工程師。