電視會議系統設計中安全及服務質量技術應用

劉昌鵬，劉佳玲

惠州經濟職業技術學院，廣東惠州 516057

0 引言

長沙市望城縣公安局視頻會議系統由湖南佳樂實業有限公司承建。該系統建成后能在望城縣公安局及其下轄派出所等會議用戶間隨時召開視頻會議。

鑒于公安部門工作特殊性，該電視會議系統除應具備一般電視系統所要求的高信息服務質量外，還必須是一個安全性極高的系統。

1 系統設計概述

湖南佳樂實業有限公司為望城縣公安局設計的視頻會議系統為星型結構，主會場為望城縣公安局會議室，分會場為下轄派出所等單位的18個二級會議室。主要設備為1臺MCU（ZXMVC M800），18臺IP會議電視終端。

望城縣公安局視頻會議系統拓撲圖如圖1所示。

圖1 視頻會議系統網絡拓撲圖

中心機房放置整體系統平臺，負責系統的整體管理、運行，并連接各會場、移動終端。中心主會場作為視頻會議系統調度和指揮中心，實現對整個視頻會議系統的集中控制和集中管理。

2 系統安全設計

在望城縣公安局視頻會議系統中系統安全是重點考慮因素，佳樂公司對該電視電話會議系統采用以下安全措施。

2.1 會議管理系統安全設計

1）會議召開設定有會議密碼，進入會議必須有該密碼；

2）會議的控制需要授權用戶名、密碼；

3）系統管理和設備管理需要授權的用戶名、密碼。

2.2 MCU安全特性

1）采用了加密技術。支持外部加密和內部加密兩種方式：外部加密方面，可以與各類基于線路或業務的加密機互聯，視頻會議業務可透過加密機正常運行；內部加密方面，MCU支持基于AES、DES算法的硬件加密，該算法實現速度快，適合于對實時數據流的加密；

2）WAN層：在WAN上支持防火墻和H.323代理，使不同網段和不同H.323域中的終端受到合理的安全保護，并防止非法用戶的入侵；

3） LAN層：在LAN上或同一網段之中，MCU設備通過IP地址、端口號、別名、終端號碼的預置方式設有相關的安全保護和認證功能；

4）用戶層：提供三級安全保護。會議召開設定有會議密碼，進入會議必須有該密碼；會議的控制需要授權用戶名、密碼；網絡管理和設備管理需要授權的用戶名、密碼。

2.3 視頻終端安全特性

1）在對終端的遠程登陸時，系統會要求登陸者輸入登陸的用戶名和密碼，以識別是否為合法用戶進行管理，以保障用戶在使用時的安全性要求；

2）在本地登陸時，系統會要求登陸者輸入登陸的用戶名和密碼，以識別是否為合法用戶進行管理，以保障用戶在使用時的安全性要求。

3 系統服務質量（QoS）保證

QoS是指IP的服務質量，即IP數據流通過網絡時的性能。它的目的就是向用戶提供端到端的服務質量保證。

本設計方案中將通過多項技術、策略的綜合應用，整體提升多媒體通訊在IP網絡中的QoS。具體QoS保證措施如下。

3.1 數據包排序

視頻會議的實時應用性較強，如果接收到的數據包次序混亂，將帶來的問題是數據包的丟失或遲到，將導致視頻圖像的凍結或聲音的中斷。因為在路由器上，要想避免數據包的次序混亂事實上是不可能的，所以只有通過視頻終端對數據包的次序進行糾正。當數據包到達時，對其次序進行驗證，無序的數據包（在一定的限度內）被退回，以維護發送給終端用戶的音頻和視頻流的連續性。

本項目中配置的中興MCU ZXMVCM800和視頻終端ZXV10 T502采用數據包排序的策略能夠保證視音頻傳輸的連續性，避免視頻圖像的凍結或聲音的中斷。

3.2 抖動糾正

當音頻和視頻數據包離開發送終端時，它們按照規則的間隔均勻的排列著。然而，在通過路由器之后，這一均勻的間隔很輕易就被破壞，一些數據包之間可能沒有足夠的延遲，而另一些數據包之間可能有太多的延遲，這就叫抖動。抖動會導致目標終端上音頻和視頻流的不連貫。

本項目采用的中興視頻終端ZXMVCM800會根據需要自動增加或減少延遲，以維護終端用戶接收到的音頻和視頻流的連續性。這一調整是在終端上完成，而不是在網絡上。抖動糾正如示意圖2。

圖2 抖動糾正示意圖

3.3 唇音同步

當音頻和視頻數據包離開發送終端時，音頻數據包與對應的視頻數據包相配成對。但是在通過路由器時，各種隊列算法會對音頻數據包和視頻數據包進行不同的處理。這將打亂音頻數據包與相應的視頻數據包的對應關系。最終的結果將會是失去聲音與口型的同步，路由器越是擁塞，結果越糟。本項目視頻會議系統通過視頻會議系統管理軟件設置MCU，利用數據包中的RTP時間郵戳信息來糾正這一問題。

本項目采用的中興MCU ZXV10 T502能夠確定哪一音頻數據包與哪一視頻數據包相配對。進一步重新對齊相應的數據包將保證聲音/口型的同步，即使數據流經過了擁塞的網絡，這一功能是在終端上完成，而不是在網絡上。唇音同步校正如下示意圖3。

圖3 唇音同步校正示意圖

3.4 碼率控制

在傳統的編碼碼率控制基礎上，參考人眼的視覺特性（如：對亮度敏感），我們對整幀量化系數的分配進行調整。采用此方法，在一定傳輸速率下，很大程度上消除了劇烈運動幀引起的馬賽克效應和邊沿鋸齒現象，降低劇烈運動幀對傳輸碼率的影響，從而減輕網絡的負載。總體上使圖像的主觀評價大大優化。

本項目中采用的中興視頻終端ZXV10 T502采用H.263+等一系列可選的視頻算法來實現碼率控制。

由以上技術措施，此次望城縣公安局視頻會議系統保證了會議聲、視傳輸的高質量。

4 結論

望城縣公安局電視會議系統采用了具備多級密碼管理機制的中興MCU ZXMVCM800、ZXV10 T502；同時，網絡管理實行分區域管理、網管操作員分級別管理。這些措施使整個電視會議系統處于多重安全保護之下，有效阻止了各方面的非法訪問及操作，使系統具有極高的安全性。

該電視會議系統還通過數據包排序、抖動糾正、唇音同步等多項技術策略的綜合應用，整體提升了多媒體通訊在IP網絡中的QoS，使會議聲音、圖像傳輸質量得到很好的保證。

本設計方案實現了針對公安系統電視會議既重視、聲傳送質量，又重系統安全的預期設計要求。

[1]中興公司視頻終端設備使用手冊.