軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)應(yīng)用研究

王昊鵬

摘要：高清視頻會(huì)議系統(tǒng)作為一種便捷的通信和交流工具，突破了地域的限制，提供更為靈活的音視頻信息和計(jì)算機(jī)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸，具有極其廣泛的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。介紹了高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并分析了硬件視頻會(huì)議和軟件視頻會(huì)議的功能與特點(diǎn)，然后結(jié)合實(shí)例研究了軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：視頻會(huì)議;視頻信號(hào);多媒體;計(jì)算機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN948.63

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.10.013

高清視頻會(huì)議系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)壓縮技術(shù)，將音視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信息處理后傳送到遠(yuǎn)端，實(shí)現(xiàn)更加全面、逼真的交流，是通信、多媒體、計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合的應(yīng)用系統(tǒng)。視頻會(huì)議系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程傳輸清晰的音視頻信號(hào)，同時(shí)還可利用系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同工作中各種數(shù)據(jù)信息的處理，極大地提高了與會(huì)者之間溝通交流的效率。高清視頻會(huì)議系統(tǒng)與傳統(tǒng)會(huì)議相比具有明顯優(yōu)勢(shì)：①節(jié)省差旅費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本;②縮短旅途時(shí)間，提高工作效率;③減少碳排放，提高環(huán)境效益等，真正起到降本增效、提升運(yùn)行質(zhì)量和效益的作用。

1 視頻會(huì)議系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 視頻編解碼技術(shù)

視頻編解碼技術(shù)是視頻會(huì)議的關(guān)鍵技術(shù)之一，高效的視頻編解碼是提供優(yōu)質(zhì)清晰視頻畫面的重要保證。H.264 HP（Hi曲profile）是一種高度壓縮數(shù)字視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)、高性能的視頻編解碼技術(shù)。

H.264 HP技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①圖像質(zhì)量更高，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中占用較少的帶寬，提供更高質(zhì)量、更加流暢的圖像;②容錯(cuò)能力更強(qiáng)，對(duì)連接中出現(xiàn)的異常情況提供了處理和恢復(fù)機(jī)制，能夠更加有效地處理網(wǎng)絡(luò)丟包、延遲等問題;③網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，極大地提高了高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 同步技術(shù)

同步技術(shù)主要功能是維護(hù)媒體對(duì)象間的時(shí)間關(guān)系，比如音頻與視頻之間的時(shí)間關(guān)系、音視頻與文字之間的時(shí)間關(guān)系等。在視頻會(huì)議系統(tǒng)中要求音頻和視頻媒體同步，主要使用存儲(chǔ)器緩沖、時(shí)間戳的方法來實(shí)現(xiàn)信息同步，使用存儲(chǔ)在接收緩沖區(qū)的方法設(shè)置一些合適的內(nèi)存，通過信息存儲(chǔ)消除來自不同會(huì)場(chǎng)的信息延遲差異。

1.3 組播技術(shù)

組播技術(shù)是允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠有效地解決單點(diǎn)發(fā)送、多點(diǎn)接收的問題，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中單點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳輸，可節(jié)省大量網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。無論有多少個(gè)接收者，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包，提高了數(shù)據(jù)傳送效率，降低了主干網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的可能性。

通過IP組播方式直接進(jìn)行多媒體信息的多點(diǎn)傳輸，降低了網(wǎng)絡(luò)資源占用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，也提高了傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

2 視頻會(huì)議系統(tǒng)分類

視頻會(huì)議系統(tǒng)主要分為硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)和軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)。

硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)是基于嵌入式架構(gòu)的硬件平臺(tái)及操作系統(tǒng)，通過嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)音視頻傳輸、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)信息處理等功能。其最大的特點(diǎn)是穩(wěn)定性和可靠性高，視頻質(zhì)量和效果更好，但造價(jià)成本高、靈活性低，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，因而大多數(shù)中高端視頻會(huì)議系統(tǒng)都采用硬件方式。軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)基于PC架構(gòu)，利用高性能的PC和服務(wù)器結(jié)合模式來實(shí)現(xiàn)，音視頻的編解碼主要通過CPU處理完成，其最大的特點(diǎn)是軟件集成方便，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低，而且造價(jià)成本較低，在應(yīng)用和擴(kuò)容等方面靈活性更好，但軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)的穩(wěn)定性、視頻質(zhì)量等方面還有待提高。

硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)和軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，可以組建軟硬件結(jié)合的視頻會(huì)議系統(tǒng)，通常以硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)作為主干，利用硬件系統(tǒng)高穩(wěn)定性和高畫質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，保證整個(gè)視頻會(huì)議系統(tǒng)穩(wěn)定高效;同時(shí)以軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)作為補(bǔ)充，利用軟件系統(tǒng)高擴(kuò)展性和低成本的優(yōu)勢(shì)，提高整個(gè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的覆蓋面和性價(jià)比。

3 高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用背景

某集團(tuán)公司管轄的單位分布全國(guó)各地，其組織機(jī)構(gòu)和人員數(shù)量龐大而分散，所承擔(dān)的任務(wù)日益繁重，日常協(xié)調(diào)工作逐漸增多，為了加強(qiáng)集團(tuán)公司的集約化管理，需建設(shè)一套成熟、穩(wěn)定的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)來降低運(yùn)營(yíng)成本，提升協(xié)調(diào)效果。在全集團(tuán)范圍內(nèi)建設(shè)高清視頻會(huì)議系統(tǒng)是信息化建設(shè)的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)全國(guó)性業(yè)務(wù)信息交流、項(xiàng)目溝通協(xié)調(diào)、會(huì)議精神傳達(dá)以及培訓(xùn)學(xué)習(xí)的重要技術(shù)手段。

此系統(tǒng)是覆蓋集團(tuán)公司總部、一級(jí)單位和二級(jí)單位的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)，并可實(shí)現(xiàn)硬件終端和軟件終端遠(yuǎn)程參與會(huì)議的軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)。系統(tǒng)采用H.323通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)1080P高清視頻會(huì)議效果，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多組多點(diǎn)、多分屏的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程高清視頻會(huì)議，滿足集團(tuán)公司總部與各級(jí)單位之間進(jìn)行高效溝通、決策需求，全面提升集團(tuán)公司的信息化水平和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

結(jié)合集團(tuán)公司的實(shí)際應(yīng)用情況，利用現(xiàn)有高帶寬專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在集團(tuán)公司總部、一級(jí)單位和二級(jí)單位建設(shè)一套軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)中心建設(shè)多套MCU（多點(diǎn)控制單元）、軟視頻服務(wù)器核心設(shè)備作為視頻會(huì)議系統(tǒng)的服務(wù)器端;在集團(tuán)公司總部建設(shè)高清硬件終端和軟件終端作為主會(huì)場(chǎng)，可以實(shí)時(shí)地組織召開各種類型的會(huì)議;在一級(jí)單位、二級(jí)單位建設(shè)高清硬件終端和軟件終端作為分會(huì)場(chǎng)，可以實(shí)時(shí)地參與主會(huì)場(chǎng)組織召開的會(huì)議。在每個(gè)一級(jí)單位建設(shè)一套MCU用于連接其二級(jí)單位的會(huì)議終端，并實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)中心MCU的級(jí)聯(lián)，可節(jié)省主干鏈路網(wǎng)絡(luò)帶寬，便于集中控制管理。某集團(tuán)公司高清視頻會(huì)議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

本系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)覆蓋全行業(yè)的軟硬件相結(jié)合的視訊協(xié)作平臺(tái)，既保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，又以較低的成本實(shí)現(xiàn)最大的覆蓋面，還能減少網(wǎng)絡(luò)資源的占用，并達(dá)到了高清的畫面要求。系統(tǒng)從底層到高層采用以下四層結(jié)構(gòu)：①接人層。包括集團(tuán)公司總部、一級(jí)單位和二級(jí)單位的硬件終端和軟件終端。②傳輸層。以集團(tuán)公司高帶寬的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為載體，采用H.323協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行視頻會(huì)議音視頻信號(hào)及雙流信號(hào)的傳輸。③控制層。包括MCU、軟視頻服務(wù)器，可以對(duì)所有硬件終端和軟件終端進(jìn)行控制。④應(yīng)用層。包括硬件視頻會(huì)議管理軟件和軟件視頻會(huì)議管理軟件。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)建設(shè)完成后，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司總部、一級(jí)單位和二級(jí)單位的全覆蓋，用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求組織召開各種類型視頻會(huì)議。

3.3.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議

本高清視頻會(huì)議系統(tǒng)中任意一臺(tái)會(huì)議終端（包括硬件終端和軟件終端），都可以直接呼叫系統(tǒng)中的另一臺(tái)會(huì)議終端，建立雙向連接，進(jìn)行會(huì)議和交流。

3.3.2 多點(diǎn)會(huì)議

多點(diǎn)會(huì)議是視頻會(huì)議系統(tǒng)主要的召開形式，這種形式的會(huì)議需要MCU與會(huì)議終端配合召開會(huì)議，通過視頻會(huì)議管理軟件訪問MCU并調(diào)度管理會(huì)議終端。本視頻會(huì)議系統(tǒng)可以同時(shí)召開多組會(huì)議，可以滿足多個(gè)遠(yuǎn)程視頻會(huì)議同時(shí)召開的需求，多個(gè)項(xiàng)目可以同時(shí)進(jìn)行會(huì)議溝通，不同的會(huì)場(chǎng)之間可以召開不同方面的工作會(huì)議。

3.3.3 多分屏?xí)h

MCU和軟視頻服務(wù)器均支持多種動(dòng)態(tài)分屏模式，可在會(huì)議進(jìn)行中任意選擇和更改分屏顯示模式，分屏中每個(gè)窗口的圖像既可以通過語音激勵(lì)實(shí)現(xiàn)切換，也可以由運(yùn)行維護(hù)人員指定。系統(tǒng)通過MCU將參加會(huì)議的會(huì)場(chǎng)畫面進(jìn)行合成和編碼，并把合成的圖像傳送到各分會(huì)場(chǎng)，使與會(huì)者可以看到多個(gè)會(huì)場(chǎng)畫面，還可以通過MCU指定自動(dòng)輪詢、設(shè)置輪詢時(shí)間，每個(gè)分會(huì)場(chǎng)的畫面可以自動(dòng)顯示。

3.3.4 雙流數(shù)據(jù)會(huì)議

系統(tǒng)具有雙流數(shù)據(jù)功能，支持H.239協(xié)議，采用“人物+內(nèi)容”技術(shù)模式，用戶可以將計(jì)算機(jī)信號(hào)作為視頻源輸入到視頻會(huì)議終端上，該計(jì)算機(jī)信號(hào)同時(shí)傳送給所有會(huì)議終端。系統(tǒng)支持兩路視頻流，一路視頻流傳輸聲音和圖像，另一路視頻流傳送計(jì)算機(jī)信號(hào)，在召開視頻會(huì)議時(shí)既可以傳輸會(huì)場(chǎng)聲音圖像，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)資料共享、宣傳片展示等功能。

4 結(jié)束語

軟硬件結(jié)合的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)很大程度上解決了圖像質(zhì)量低、網(wǎng)絡(luò)延遲大和造價(jià)成本高等問題，極大地提升了視頻會(huì)議系統(tǒng)的使用頻率，已成為信息化辦公中重要組成部分。其巨大的應(yīng)用需求促使視頻會(huì)議成為計(jì)算機(jī)及通信行業(yè)重要的研究課題，高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的技術(shù)必將不斷創(chuàng)新，帶給人們更加真實(shí)逼真的體驗(yàn)。

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