高清視頻會議系統的設計與應用

陳 冉

（廣東電網公司汕頭供電局 廣東 汕頭 515041）

高清視頻會議系統的設計與應用

陳 冉

（廣東電網公司汕頭供電局 廣東 汕頭 515041）

目前，電力系統建設規模逐步擴大，致使各地市局間培訓、電網反事故演習、電網應急指揮等等需求與日俱增，對視頻會議系統的音視頻質量、安全穩定性、功能多樣化等方面提出了新的要求。為滿足汕頭局業務需求，本文通過分析高清視頻會議系統所需的帶寬要求，結合汕頭供電局實際應用，提出設計和建設一套安全可靠性高的高清視頻會議系統的組網方案。

高清視頻會議系統；比特每像素

0 前言

為了響應整個電力系統信息化建設規劃，進一步提升汕頭供電局的信息化技能，為廣東電網公司“十二五”期間高清視頻會議系統的發展提供本局建設方案，擬建立一套基于H.264、H.323協議并可同時實現文檔共享、文件傳送、電子白板等功能的高清視頻會議系統。使整個系統在一段時期內保持技術的先進性.以適應未來的發展需求和技術升級的需要。

1 高清視頻會議系統的設計

1.1 高清視頻會議所需帶寬分析

視頻會議系統本身要求的帶寬范圍為384K～2M，但若要觀看到高清視頻圖像，所需的呼叫帶寬至少要1Mbps以上。下面通過計算對高清視頻會議所需的帶寬進行簡單分析：

1）720P（1280×720）單幅圖像的數據量

要計算視頻的數據量，首先，要了解比特每像素這個概念。一個像素所能表達的不同顏色數取決于比特每像素(BPP)。這個最大數可以通過取二的色彩深度次冪來得到。例如，常見的取值有：8bpp[28=256；（256 色）]；16bpp[216=65536；（65，536 色，稱為高彩色）]；24bpp[224=16777216；（16，777，216 色， 稱為真彩色）]；48bpp[248=281474976710656；（281，474，976，710，656 色）沒有任何顯示器可以顯示48位色彩，所以這個深度通常用于特殊專業應用，例如膠片、掃描儀和打印機。對于視頻，一般我們每像素采用24位比特表示，則：

720P單幅圖像的原始數據量=1280×720×24/1024/1024=21.094Mbit。

2）視頻會議系統中活動圖像的數據量

數字動態圖像是由I幀/B幀/P幀構成。其中I幀是參考幀：可以認為是當前視頻畫面所呈現出來的一副圖像照片。B幀和P幀簡單來說可理解為預測幀，內容是圖像的增量變化數據，數據量一般較小。假設每秒傳輸的活動圖像達到30幀，并且處于極限狀態下，即30幀均為每幀傳輸圖像完全不同I幀，則：

720P活動圖像的每秒傳輸的極限數據量=21.094Mbit×30=632.81Mbit/s，

即帶寬至少為632.81M。

而實際視頻會議系統在應用時，由于場景固定，因此，主要以傳輸增量數據為主（即以傳輸B幀和P幀為主），一般變化量在10%-40%之間浮動。詳細計算如下：

增量數據在10%的情況下，原始數據量=21.094Mbit×10%×29幀+21.094Mbit=82.27Mbit/s

增量數據在40%的情況下，原始數據量=21.094Mbit×40%×29幀+21.094Mbit=265.78Mbit/s

所以，變化量數據在10%至40%間浮動時，原始數據量的大小為82.27Mbit/s至265.78Mbit/s。

3）H.264 壓縮比

H.264之所以作為高清視頻會議的主流協議之一，在于具有很高的數據壓縮比率的同時還擁有高質量流暢的圖像，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。舉個例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標準壓縮后變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而采用H.264壓縮標準壓縮后變為879MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達到驚人的102∶1！[1]

4）采用H.264壓縮后的凈負荷數據量

視頻會議系統會對原始碼流進行編解碼壓縮，采用H.264。假設壓縮比取102：1，計算結果如下：

在10%的情況下，壓縮后的凈負荷數據量=82.27/102=0.807Mbit/s

在40%的情況下，壓縮后的凈負荷數據量=265.78/102=2.606Mbit/s

變化量數據在10%至40%間浮動時，壓縮后的凈負荷數據量變化范圍為0.807Mbit/s至2.606Mbit/s。

5）采用H.264壓縮后的傳輸數據量

一般而言，視頻會議對網絡的帶寬需求為：視頻帶寬加IP包頭開銷。常用的計算方法為：網絡帶寬的最大需求=視頻帶寬×1.3。假定網絡開銷為凈負荷數據量的30%，加上網絡開銷，則：傳輸數據量=凈負荷數據量×1.3。

在10%的情況下，壓縮后的傳輸數據量=0.807×1.3=1.049Mbit/s

在40%的情況下，壓縮后的傳輸數據量=2.606×1.3=3.388Mbit/s

所以，變化量數據在10%至40%間浮動時，壓縮后的傳輸數據量在1.049Mbit/s至3.388Mbit/s間浮動。

1.2 高清視頻會議系統的組網規劃

廣東電網公司高清視頻會議系統組網方案：

1）省網一級MCU與直屬二級單位（汕頭供電局）高清終端采用星型連接，通過光纖通信傳輸網2×2Mb/s專線通道和綜合數據網IP網絡連接。

2）汕頭供電局本部高清終端2×2Mb/s接入地區二級MCU，備用IP通道接入省網一級MCU設備。

3）地區供電局二級MCU與直屬縣級單位（潮陽、澄海、南澳供電局）終端采用星型連接，通過光纖通信傳輸網2×2Mb/s專線通道和綜合數據網IP網絡連接。

4）傳輸通道和傳輸速率：2Mb/s專線通道通過省、地SDH光纖通信網絡傳輸，IP通道基于廣東綜合數據網絡傳輸。

汕頭供電局高清視頻會議系統采用了線路雙備份機制。從會議室終端到MCU之間均通過雙E1線路[2]相連，若其中任意一條E1中斷，則其會議速率將自動下降，通過MCU的碼率適配功能實現不同速率終端同網運行，當該E1線路恢復后，會議速率自動上升，保證整個會議得以繼續進行。若當兩條E1均中斷時，系統可通過IP網實現迂回備份，使本來通過E1線路傳輸的視音頻信號自動迂回到IP接口，通過IP數據網繼續傳輸，以保證會議的持續進行。

2 結束語

汕頭供電局高清視頻會議系統是依托現有電力光纖通信傳輸網專線通道和綜合數據網IP網絡的基礎上建設起來的一套上連廣東電網公司下連縣級供電局（潮陽、澄海、南澳供電局）的高清視頻會議系統。目前該系統已經建設完畢并正式投入使用，出色完成了2010年廣州亞運會、2011年深圳大運會保供電任務，為汕頭供電局應急指揮系統、電網反事故演習、電力系統日常生產工作會議等等提供了遠程交流的平臺，系統運行至今狀態良好。

［1］http://baike.baidu.com/view/56322.htm[OL].

［2］廣東電網公司會議電視系統技術規范[S]2009.

周娜］