基于無參考質量評估的會議電視運維系統研究

馮 敏，羅 旺，余 磊，洪功義，彭啟偉，張天兵，張云翔，曹玲玲

(1.南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 210003；2.國網江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；3.北方信息控制集團有限公司,江蘇 南京 211111)

基于無參考質量評估的會議電視運維系統研究

馮 敏1，羅 旺1，余 磊1，洪功義1，彭啟偉1，張天兵1，張云翔2，曹玲玲3

(1.南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 210003；2.國網江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；3.北方信息控制集團有限公司,江蘇 南京 211111)

會議電視系統運維是保證系統穩定高效運行的重要工作，而用戶希望通過自動化的方式完成日常運維工作。為此，文中首先分析了會議電視系統及音視頻質量評估方法的現狀，然后在會議電視智能化運維系統建設目標和定位的基礎之上，從系統總體架構出發，歸納運維業務需求，建立系統應用架構和數據分類，并提出系統邏輯架構和邏輯分層的技術實現方式，最后對系統安全、應用集成的設計方法進行分析。文中詳細闡述了基于無參考音視頻質量評估方法的會議電視智能化運維系統的設計，實際應用表明該系統實現了會議自動巡檢及故障排查，建立了完善的會議質量評估方法，在流程上實現了會議的閉環，可以滿足會議電視系統運維工作自動化、智能化的需求。

會議電視系統；無參考音視頻質量評估；智能化運維；自動巡檢

0 引 言

會議電視系統作為一種方便、快捷的會議方式，已經受到政府、企業的重視。全國性的重大會議更是對會議電視系統提出了很高的要求。會議電視系統的運維工作是保證會議電視系統穩定高效運行的重要手段。通過對會議電視設備運行進行常態化的運維檢查，能夠發現會議電視設備運行隱患及存在的故障，從而采取及時有效的檢修，保證會議電視設備的穩定高效運行。目前，會議電視系統運維工作以人工巡檢為主，尚存在巡檢不及時、巡檢面窄、巡檢準確性差等缺陷。隨著各行業、各單位會議電視系統不斷發展，會議電視系統不斷建設，視頻會議召開次數不斷增加，會議電視系統的運維壓力在成倍增長。

如何采取智能化的手段，完成會議電視系統的運維工作，實現智能化巡檢、自動化告警，成為當前會議電視系統運維工作的關鍵點。文中將討論一種會議電視智能化運維系統，系統基于無參考音視頻質量評估方法，實現了會議電視系統運維的可視化、自動化、智能化。

1 現狀分析

1.1 會議電視系統運維現狀

會議電視系統在各行業、各單位的建設情況不一，文中以具有代表性的電力行業中電力公司會議電視系統建設情況進行分析。在電力行業中，隨著信息化進程的不斷推進，國家電網公司以智能電網和“三集五大”信息化建設為重心，信息化程度已處于行業領先，其中針對會議電視系統的信息化建設工作也在不斷深化[1]。某電力公司(以下簡稱“公司”)會議電視系統主要用于行政、應急、調度等業務部門。會議電視系統的廣泛應用給電力公司帶來了巨大的經濟效益，同時也給管理、運維部門帶來了新的挑戰。大量的專業運維技術人員，整日疲于日常繁瑣的會議召開與保障工作中，浪費了大量的人力物力。另一方面，運維部門也缺乏有效的技術手段，無法對會議電視設備進行統一的管理，在設備維護管理層面也處于有心無力的局面[2]，具體體現在：

(1)會議電視系統及設備由不同廠家提供，各廠家設備的產品結構、系統接口、通信協議、所采用的技術標準體制等都存在一定的差異[3]，使得故障類型繁多、解決故障的難度增大、運維人員工作量劇增等。在運維手段上，各廠家所能提供的設備管理軟件，往往只能管理單一廠家的設備，無法做到對多廠家設備的統一管理，缺乏統一的會議電視設備管理平臺，無法實現對不同平臺會議電視系統設備的統一管理。

(2)公司需要根據運維流程，實現日常的設備資產管理，目前缺乏有效的智能化管理手段支撐[4]；缺乏有效的設備和會議集中監控、預警手段，往往是參會人員上報故障，才知道設備發生問題，總是處于被動的局面；同時，缺乏對視頻終端音視頻質量的分析統計手段[5]，無法在發生問題后迅速找到問題的根源。

(3)會議系統僅能依靠獨立的網管系統監測系統的日常運行，不能實現自動巡檢管理和工作狀態監控、不能實現視頻會議過程中的拓撲管理和告警管理以及會議結束后的會議質量分析和統計。

(4)會議系統沒有與國網TMS系統[6](通信管理系統)對接的標準接口，不能向TMS系統提供設備實時狀態、告警信息、鏈路信息等數據，導致TMS系統無法對電網公司會議電視設備進行有效監控。

1.2 會議電視視頻質量評估方法現狀

在會議電視系統中，視頻處理過程的各個環節將對視頻圖像質量產生不可避免的負面影響[7]，如編碼器對視頻內容的壓縮、解碼器對視頻內容的解壓縮、網絡丟包等。為了保障視頻業務的用戶體驗[8]，越來越多的研究開始關注于如何評估視頻質量。視頻質量評估以圖像質量評估為基礎。目前，圖像質量評估可分為主觀圖像質量評估和客觀圖像質量評估。

主觀圖像質量評估方法無疑是最為直接和可靠的方法，因為人眼常常是圖像的最終接收者。但是該方法的缺點是無法應用數學模型對其進行描述，不易定量準確測量，易受客觀因素的影響，比較費時費力，很難直接應用于實際的圖像系統中進行圖像質量的度量，更多時候是作為圖像質量定性分析的一種輔助手段。

隨著圖像技術的發展，人們希望能夠用客觀的和可定量分析的數學模型衡量出人們對圖像的主觀感受，即客觀圖像質量評估方法?？陀^圖像質量評估方法分為三大類：全參考圖像質量評估方法、半參考圖像質量評估方法和無參考圖像質量評估方法。全參考圖像質量評估方法是相對比較成熟的，也比較與主觀評估方法相一致，但是它必須借助原始的非失真圖像作為參考，這極大地限制了它的應用范圍。

在會議電視系統中很難獲取各會場終端的非失真圖像，需要很高的代價來建立輔助通道傳輸非失真圖像或特征參數，并在各會場終端網絡處部署質量評估服務，進行全參考或半參考圖像質量評估。尤其是在應對實時會議視頻質量評估時，全參考或半參考圖像質量評估方法對質量評估系統提出了很高的要求，系統的復雜度和造價會變得異常之高。所以，考慮會議電視的實際應用情況，無參考的圖像質量評估方法更為合理。無參考圖像質量評估方法可以分為兩大類：一類是針對單一失真類型的方法，如模糊失真、JPEG壓縮失真等；另一類是可以評估多種失真類型的混合失真無參考圖像質量評估方法[9-10]。

1.3 會議電視音頻質量評估方法現狀

音頻作為會議電視系統中傳遞信息的重要載體，音頻質量的好壞成為會議中信息交流是否暢通的重要因素，是評價系統性能優劣的重要標志。所以，研究有效、可靠的語音質量評估方法成為了國內外學者共同努力的目標。

語音質量包括清晰度和自然度兩方面內容。前者是衡量語音中的字、詞、句的清晰程度，后者是對講話人語音的辨識水平。語音質量評估不僅與語音學、語言學、信號處理等學科有密切的聯系，而且還與心理學、生理學等學科有關。因此，語音質量評估是一個極其復雜的問題。語音質量評估從評估主體上講可分為兩大類[11]：主觀評估和客觀評估。

主觀評估是依靠評聽者意見對通信系統性能做出判決，直接反映用戶的觀點并與系統的適應性相聯系。目前國內外采用較多的主觀評估方法有平均意見分法(MOS)、下降平均意見法(DMOS)、診斷押韻測試(DRT)、滿意度判斷測量(DAM)等。但是該類方法無法滿足實時性質量評估需求。

客觀評估可分為基于輸入-輸出的評估和基于輸出的評估[12-13]?；谳斎?輸出的評估需要將原始語音信號和失真信號的誤差進行對比。然而在會議電視場合中很難獲取原始的語音信號?；谳敵龅脑u估方法可以在無參考信號情況下對輸出語音進行評估，該類算法具有較好的發展前景和實用性。

2 目標和定位

2.1 系統定位

該系統定位為會議電視智能化運維系統，通過會議電視系統獲取視頻流數據，實現對會議電視系統會議視頻質量、會議音頻質量、網絡通斷、網絡延遲等情況進行實時監測，以拓撲圖形式顯示系統中的視頻會議終端信息、正在召開的視頻會議信息以及報警信息。提供多種方式對歷史報警進行查詢，并將報警信息以短信、郵件的方式發送給指定人員，同時可與通信管理系統互聯，實現通信管理系統對會議電視系統的狀態和告警監測。

2.2 系統目標

通過該項目的研究，能夠建立完善的會議電視智能化運維系統，實現系統的統一運維、減小運維人員的工作負荷、提高運維人員的技術水平和技術手段、建立完善的會議質量評估系統，在流程上實現會議的閉環、提高會議質量和辦公效率、實現會議電視運維的智能化，更好地服務于電力生產和建設。

3 系統架構設計

3.1 總體架構

會議電視智能化運維系統總體架構由業務架構、應用架構、數據架構、技術架構等[14]部分組成，如圖1所示。各組成部分既獨立地支撐會議電視智能化運維系統的各個部分，又相互之間協調配合，整體構成會議電視智能化運維系統體系架構。

圖1 系統總體架構

3.2 業務架構

結合會議電視各類業務部門對于運維的需求，會議電視智能化運維系統考慮日常維護人員、會議召開人員、會議管理人員等對業務功能的需求，結合不同業務發展需求形成業務模型，實現了配置管理、會議保障、日常維護、統計分析、系統接口服務各業務功能，為會議電視智能化運維系統的應用架構、數據架構和技術架構的設計提供依據。系統業務架構如圖2所示。

配置管理功能完成系統自身運行與維護工作的配置管理，主要實現用戶管理功能，系統參數配置、系統服務配置、系統服務運行管理的系統功能，MCU、終端等設備的配置和管理功能，對MCU告警、終端告警、網絡告警、視頻告警、音頻告警、告警通知等進行配置和管理的功能。

圖2 業務架構概覽

會議保障功能以拓撲圖方式顯示正在召開的視頻會議信息；能夠查詢顯示視頻會議服務端信息、終端信息、會議信息；查詢、實現對擬召開會議的設備、網絡、視頻、音頻質量進行即時或定時巡檢。

日常維護功能可以實時獲取MCU、終端等設備上報的告警信息以及狀態信息；完成針對網絡、音視頻的日常巡檢任務的創建、執行、查看和刪除。

統計分析功能通過實現對MCU和終端設備的告警情況的統計，對會議中網絡、音視頻質量的評估打分，直觀地展現會議電視系統的各項統計分析結果。

系統接口服務功能支持MCU及終端設備信息的接入及控制，支持與TMS系統、郵件系統、短信系統等其他業務系統集成的應用接口，實現會議電視設備狀態、鏈路信息、告警信息等數據的上報及通知。

3.3 應用架構

針對業務模型，通過系統分析方法，應用架構由客戶端功能、服務功能、接口功能三大部分組成。運維客戶端以Web形式進行展現和操作，為用戶實現對智能化運維系統的管理提供相應的人機交互界面，實現對會議電視會議系統的統一管理和維護。支撐服務功能由Web服務單元、音視頻質量評估服務單元、設備控制服務單元組成，提供系統配置管理、設備接入控制、會議管理、巡檢任務管理、網絡數據抓取、音視頻解碼、音視頻分析等服務功能。通過業務應用接口實現告警信息的郵件和短信通知；橫向對接TMS系統，上報會議電視設備、鏈路、告警信息。應用架構如圖3所示。

圖3 應用架構概覽

3.4 數據架構

數據架構對會議電視智能化運維系統涉及的數據進行分類處理，確定各類數據的業務內容，主要包括實時數據、歷史數據、資源數據和管理數據，如圖4所示。

圖4 數據架構概覽

3.5 技術架構

技術架構遵循分層、組件化的實現方式設計，其邏輯架構如圖5所示。圖中，主要業務實現的流程說明如下：

圖5 系統邏輯架構

(1)用戶通過Web服務客戶端進行操作，Web服務通過Socket協議與設備控制服務通信，設備控制服務通過SOAP協議完成MCU會議組織，將需要參會的終端加入該次會議，實現會議調度和控制；設備控制服務通過SNMP協議，獲取MCU和終端的設備信息、設備狀態、告警信息等。

(2)Web服務通過Socket協議與音視頻質量評估服務通信，發起音視頻質量評估巡檢任務。

(3)音視頻質量評估服務通過端口鏡像方式，完成對巡檢任務中終端音視頻流的抓取、過濾、解碼和分析，并將各終端音頻、視頻質量的評分結果上報給Web服務。

(4)Web服務對會議電視系統的會議信息、設備信息、網絡信息、音視頻質量進行處理、存儲、展示，并按照TMS系統、郵件系統、短信系統提供的接口調用方式，將會議電視系統的相關運維信息傳送給TMS系統，并以短信、郵件方式發送給指定運維人員。

系統邏輯分層由上至下包括應用展現層、服務實現層、基礎支撐層和通信協議層，如圖6所示。

應用展現層B/S運維客戶端以Web形式進行展現和操作，為用戶對智能化運維系統的管理提供相應的人機交互界面，接收用戶輸入數據并呈現，實現對會議電視系統的統一管理和維護。

服務實現層由Web服務、音視頻質量評估服務、設備控制服務組件組成，為系統提供各項服務功能，包括系統接口及業務應用功能。

基礎支撐層為服務實現層提供各項功能組件支撐，以便于服務實現層進行方便地調用實現，包括日志打印、XML解析的公用組件，TMS、短信、郵件的接口組件，統計分析、自動巡檢任務、會議調度、會議控制、告警管理、設備管理、視頻評估算法、音頻評估算法、算法適配、音頻解碼、視頻解碼、數據包分析、網絡抓包的功能組件。

圖6 系統邏輯分層

通信協議層基于TCP/UDP之上，實現信令控制數據、媒體數據按指定格式進行解析的功能。功能組件包括HTTP協議組件、SNMP協議組件、SOAP協議組件、Socket協議組件、RTP協議組件。

3.6 系統安全

系統安全架構中包括應用安全、身份認證、授權管理、輸入輸出數據管理、異常管理、審核和日志功能。數據安全措施如下：資源數據由系統統一維護，采用接口方式提供給業務系統授權用戶；實時數據由會議電視終端及管理設備通過網絡上傳至平臺后，統一管理和處理；歷史數據保存在系統數據庫中，在需要調用時，通過授權后訪問并獲??；統計數據由系統統一管理或實時統計后提供給用戶終端顯示；管理數據由管理員通過界面統一維護，并存儲在系統中。主機安全主要包括服務器訪問控制、服務器安全加固。通過訪問控制、地址端口綁定、網絡攻擊行為，分析并保護網絡安全。終端安全主要包括信息內網辦公計算機終端口令認證、防火墻設置等。

3.7 應用集成

在應用集成方面，系統擁有會議電視系統運維信息分享的業務支撐能力，支撐國網通信管理系統、郵件系統、短信系統的橫向集成，實現了與會議電視設備、會議電視系統的集成接入。業務系統可以通過系統提供的接口進行運維信息的獲取。

4 結束語

目前，基于無參考質量評估的會議電視運維系統已經在某省電力公司進行初步建設，系統實施后，實現了會議自動巡檢及故障排查，建立了完善的會議質量評估方法，實現了運維的智能化，減少了會議故障處理時間，提高了會議調試保障工作效率和會議召開質量，減少了會議電視系統運維成本，減輕了運維負擔和調試難度，在流程上實現會議的閉環，更好地服務于電力生產和建設，該系統具有較好的推廣價值。

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Research on Video Conference Maintenance System Based on No-reference Video Quality Assessment Method

FENG Min1,LUO Wang1,YU Lei1,HONG Gong-yi1,PENG Qi-wei1,ZHANG Tian-bing1,ZHANG Yun-xiang2,CAO Ling-ling3

(1.Nari Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute),Nanjing 210003,China;2.State Grid Jiangsu Electric Power Company,Nanjing 210024,China;3.North Information Control Group Co., Ltd.,Nanjing 211111,China)

The maintenance of the video conference system is an important activity to ensure its stable and efficient operation for system.In order to meet the user needs of automatic maintenance,it analyzes firstly the current situation of the video conference system and the video quality assessment in this paper.Then,based on the project orientation and construction objective,starting the overall architecture,the maintenance business requirements is generalized,the system application architecture and data classification is established,and its logic architecture and the logic layered technology for system is presented.Finally,the analysis is conducted in design method of system security and application integration.The design of the video conference maintenance system using no-reference video quality assessment method is described in detail.In the application,the system realizes the automatic inspection and failure detection,and establishes complete conference quality assessment method to implement closed loop in process,which can meet the requirements for the automatic and intelligent maintenance of the video conference system.

video conference system;no-reference video quality assessment;intelligent maintenance;automatic inspection

2015-04-14

2015-08-05

時間：2016-06-22

江蘇省自然科學基金青年基金項目(BK20130107)；江蘇省電力公司科技項目(J2014048)

馮 敏(1987-)，男，碩士，研究方向為多媒體技術。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160621.1701.004.html

TN949.23

A

1673-629X(2016)07-0187-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.07.040