基于視頻會議技術的在線會商系統設計

劉亭

(中國人民解放軍91404部隊,河北秦皇島066001)

基于視頻會議技術的在線會商系統設計

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活動對音視頻信息的需求，在此基礎上設計了基于視頻會議技術的在線會商系統的總體框架，提出該系統設計原則，并對系統設計和實現中關鍵技術進行了研究和分析，設計完成了穩定性與可靠性較強的在線會商系統，為演練演習活動的指揮保障提供了有效的支撐。

在線會商系統 視頻會議 設計與實現

1 引言

在信息化條件下，大型演練、演習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情況都需要利用音視頻設備傳送到導演部和各級指揮部門，特別是訓練和演練過程中的現場導調、評判、在線會商更是離不開音視頻系統，目前大多數音視頻系統都是利用視頻會議系統來實現的，但是傳統的視頻會議系統MCU之間級聯時，下級MCU只能同時回傳1路終端的音視頻圖像給上級MCU進行畫面合成、電視墻顯示。這顯然無法滿足活動中導演部與各下級指揮單位之間對音視頻的傳輸需求，本文利用科達的視頻會議系統搭建了用于演練的現場導調系統，并利用該系統的級聯功能實現了多路音視頻系統在兩極MCU之間的多路互傳，實現了導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的需求

在大型演練過程中，導演部和各級指揮部位需要對整個演練情況進行全面的了解，都需要將演練現場的音視頻傳輸到各級指揮單位和導演部，用于導演部與各級指揮所、部隊之間的導調、在線會商、問題討論和訓練考評等，根據訓練演習對音視頻需要，音視頻系統滿足如下需求。

⑴多路音視頻互傳

在導演部與各級指揮所之間，需要傳輸的音視頻不僅僅是一路，而是多路音視頻，例如指揮所、環境構設系統部位、導調評估部位的音視頻都需要傳遞到下級指揮所，同樣導演部和需要所有參訓部位的音視頻信息，所以在導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

由于在進行在線會商、實時導調時需要對所有參訓部位共同組會，需要各個站位進行發言討論，需要對會議的進行實時控制，因此需要音視頻服務具備會議控制的功能。

⑶智能丟包恢復

由于用于訓練演習音視頻傳輸的信息傳輸網絡的種類不一、所處的電磁環境惡劣，音視頻在傳輸過程會發生數據包丟失的情況，為了滿足指揮、導調評估對音視頻不間斷的需求，需要音視頻服務具有智能丟包恢復的功能。

⑷動態速率調整

由于網絡的狀況不可以預測性，當網絡出現擁塞，視頻會議的帶寬得不到保證，將會出現畫面馬賽克甚至停頓的情況，因此需要動態速率調整技術可通過檢測網絡狀況動態調整視頻會議的碼率，當網絡帶寬不足時，自動降低會議帶寬，當網絡狀況恢復后，視頻會議恢復到正常帶寬。保證會議的連貫性，提供更好的視音頻。

⑸多網段接入

為了區分不同受訓單位、裝備以及不同的傳輸網網絡，信息傳輸網絡的IP地址被劃分為不同的網絡，而視頻傳輸設備要在這些不同網絡中工作，則需要音視頻服務能夠支持多網段接入。

3 在線會商系統設計

3.1 視頻會議技術

“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備，將聲音、圖像及文件資料互傳，以實現實時的、交互式的溝通，完成會議目的。從技術上來說，就是在信息的發送端，把圖像、聲音、文字等變成數字化信號，經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。也有人把這種技術稱之為“雙向視頻技術”[1]。

基于視頻會議技術的各種應用已經廣泛應用社會生活的各個方面，例如現代遠程教育[2,3]、遠程工程設計協作[4]等方面，大大提高了人類工作學習效率。根據上面對大型演練活動對音視頻的需求分析，通過對現有視頻技術進行革新應用就能夠滿足其需求。

3.2 設計原則

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

⑴滿足需求

在設計在線會商系統時首先要滿足大型演練演習活動需求，深入分析各種演練演習活動對音視頻傳輸、在線會商、協調溝通的需求，在系統功能設計時綜合利用視頻會議技術滿足演習演練的需求，不僅僅滿足當前演練演習活動要求，還要著眼未來幾年可能的需求，保障該系統設計完成后能夠順利保障演練演習任務。

⑵成熟技術、穩定可靠優先

由于大型演練演習任務對各級單位的重要性，作為保障演練演習任務核心系統之一的在線會商系統一定要穩定可靠運行，這就要求在進行系統設計時，盡量采用成熟且已經廣泛使用而得到驗證的技術，當采用技術先進性等與系統的穩定性和可靠性存在沖突時，可靠性和穩定優先。

⑶冗余備份設計

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

⑷可擴展性設計

大型演練演習活動規模每次都不固定，對系統提出的功能要求也不近相同，為了滿足未來演練演習活動保障需求，要求在線會商系統設計時要充分考慮系統可擴展性，保障能夠實現會商規模和功能擴展。

3.3 系統總體框架設計

根據大型演練演習活動典型應用模式，總的指揮機構一般分為兩級，一級為導演部，一級為各級指揮部位負責與各級參加單位之間的指揮活動，因此作為在線會商系統的總體框架設計為3級，第一級為導演部，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、操作控制系統和相應的圖像顯示設備。在第三級部署音視頻采集設備和音視頻會議終端。在各級之間該系統的總體框架如圖1所示。

圖1 在線會商系統總體框架圖

4 在線會商系統關鍵技術

4.1 MCU級聯技術

MCU級聯是將多臺MCU串聯或并聯起來，滿足大型視頻會議對視頻接口的需求，通過MCU級聯組網，從而實現多個點之間視頻會議，而且通過級聯技術使得會議的組織層次清楚、關系明確。多MCU方式工作方式可分為星型組網構和層級組網結構。MCU級聯技術已經廣泛應用各種視頻會議系統[5]，該項技術已經得到廣泛的驗證，具有很強穩定性和可靠性。

4.2 兩級指揮所間多路音視頻傳輸

傳統的視頻會議系統MCU之間級聯時，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的需求，利用2臺MCU級聯組網工作,將下級MCU電視墻板掛載到上級MCU，實現導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，選擇級聯單回傳或級聯多回傳，如果選擇級聯多回傳，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；系統開啟多路音視頻回傳后，既可以實現將導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，又可以實現在導演部的電視墻除顯示從MCU下的終端圖像。該技術能夠很好的實現指揮所與指揮所之間、指揮所與遠程戰位之間多路音視頻實時傳輸功能、為導播人員提供遠程現場音視頻，為指揮員決策提供直觀的實況信息。

4.3 智能丟包恢復技術和QoS策略

圖3 丟包恢復原理圖

為保障在惡劣網絡條件下音視頻傳輸質量，被系統采用了智能丟包恢復技術和Qos策略。當IP網絡出現丟包時，通過系統的丟包重傳機制，在接收端會通過反向RTP通道向發送端發出充分請求，發送端將該視音頻重新發送，原理如圖3所示。

為了保障在線會商過程音視頻傳輸的流暢，終端設備支持路由器、交換機等網絡設備基于PQ、CQ、WFQ優先級隊列等QoS控制策略，極大提高視音頻數據包優先級，保證視頻業務的優先傳送。另外為了適應不同的通信信道質量，終端產品通過檢測數據包丟失率來實現動態速率調整。當終端檢測到數據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視音頻效果的會議碼率。

4.4 唇音同步技術

視頻會議系統中視頻信號和音頻信號分別編碼，分別傳輸的，由于IP優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順序不一致，引起音唇不同步[6]。會議終端產品通過使用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，重新調整相應的視音頻包，保證聲音與口型的同步。

5 結束語

本文分析了演練活動對音視頻信息的需求，在此基礎上設計了基于視頻會議系統的在線會商系統的總體框架，并對具體實現了指揮所中心節點和遠程節，通過研究該系統的具體實現和設計，對系統設計和實現中關鍵技術進行了研究和分析，設計完成了符合要求的在線會商系統，為演練活動的組織和保障提供支撐。

[1]孫昌達,胡新生.基于視頻會議技術的遠程教學系統及其應用[J].廣東廣播電視大學學報,2003(4):21-24.

[2]肖國亮,尚紅濤,李攀,等.基于視頻會議系統遠程答辯的方案設計與實現[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絡遠程教學[J].電子測試,2013(22):205-206.

[4]王荃.基于視頻會議的建筑工程協同設計管理系統[J].低壓電器,2005(7):23-26.

[5]朱銀為.電視會議系統MCU實現三級級聯[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