基于H.323的某高職院校視頻會議控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張 貞，劉成喜

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團興新職業(yè)技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 830074）

多媒體技術(shù)在網(wǎng)上的技術(shù)內(nèi)容由單純的傳送文字和圖形發(fā)展到了傳送聲音和圖像，這將成為本世紀高科技技術(shù)事業(yè)的主體。多媒體視頻會議系統(tǒng)可看作是一個應用體系，該體系能夠幫助人們實現(xiàn)及時互換距離較長的信息，使得合作成員能夠從遠程進行真實直觀的視頻和音頻技術(shù)，并能開展合作工作，還可以實時傳輸視頻和聲音等信息。不僅如此，該體系還能在多媒體數(shù)字化技術(shù)的幫助下，面對使用者工作時需要處理的共享數(shù)值以及應用程序?qū)ζ溥M行輔助，因此多人分享的虛擬作業(yè)體系得到構(gòu)建。簡而言之，技術(shù)軟硬件方面的日趨成熟及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，業(yè)務(wù)上的迫切需求成為了網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)發(fā)展的動力，視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展方向趨向網(wǎng)絡(luò)化和智能化應用[1]。

1 視頻會議控制系統(tǒng)設(shè)計需求分析

1.1 系統(tǒng)非功能性需求分析

該項目所在學院分三個校區(qū)，其中新建校區(qū)距離本部校區(qū)800公里。學院除日常教學工作之外還承擔大量校內(nèi)外培訓工作。結(jié)合學院目前的實際情況，在系統(tǒng)設(shè)計視頻系統(tǒng)之初，需要充分考慮系統(tǒng)在建成投入實際運行之后，系統(tǒng)需求達到一定的技術(shù)標準，通過前期的實際調(diào)研與分析，論文研究的視頻會議系統(tǒng)在非功能性方面還需要滿足以下需求：

（1）可管理性。可管理性要求系統(tǒng)具有較高的安全性和可控性使得項目在出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)管理員可以通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的恢復，保證數(shù)據(jù)的安全。同時在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，也有專門的維護界面供系統(tǒng)管理員維護。

（2）易操作性。視頻會議系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要注重人機交互部分提高對人機交互界面的研究投入，保證人機交互界面的美觀之外，還要保證人機交互界面易于操作，使得系統(tǒng)管理員在看到人機交互界面時，能夠更快地理解其主要功能，以及更方便地進行維護工作。由于視頻會議系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)具有統(tǒng)一的標準，因此在實現(xiàn)標準之外還要進行一定的擴展，使得人機交互界面具有更多的使用功能，便于系統(tǒng)管理員的操作。預測系統(tǒng)在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，為其增加專門的顯示界面，系統(tǒng)管理員能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，第一時間找到對應的模塊[2]。

（3）可擴展性。在視頻會議系統(tǒng)設(shè)計過程中，必須注重系統(tǒng)的擴展性，可采用面向?qū)ο笤O(shè)計的方法使系統(tǒng)具有良好的封閉性，使系統(tǒng)對修改封閉、對擴展開放能夠在后續(xù)研究中接納更多的功能。同時也應該調(diào)整視頻會議系統(tǒng)對硬件的要求，使硬件能夠在升級后仍能夠支持視頻會議系統(tǒng)的運作。

（4）自動糾錯性。視頻會議系統(tǒng)必須具有良好的自動糾錯性，使得視頻會議中傳遞信息失誤時，能夠通過系統(tǒng)自行處理改正，保證視頻會議的正常，并提高視頻會議視頻通話的容錯率。一套優(yōu)質(zhì)的視頻會議系統(tǒng)必須保證在用戶輸入出現(xiàn)錯誤時，對用戶進行一定的解釋，并且具有用戶出現(xiàn)失誤時可以自動糾錯的功能。

（5）數(shù)據(jù)安全性。在視頻會議系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要注重端口的封閉性，實現(xiàn)信息系統(tǒng)傳遞的安全性，保證客戶信息，并且關(guān)注網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全，使視頻會議系統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)不會發(fā)生信息泄露。同時，系統(tǒng)需要在技術(shù)上對視頻會議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，保證數(shù)據(jù)不會被惡意盜取。

（6）運行穩(wěn)定性。視頻會議系統(tǒng)是一個日常辦公的輔助工具系統(tǒng)，平時在工作中的利用頻率非常之高，所以就要求整個系統(tǒng)在投入使用之后具有非常好的可靠性。硬件設(shè)備可以承載上千用戶的資源訪問，同時轉(zhuǎn)發(fā)大量的視頻與音頻的數(shù)據(jù)流；軟件方面可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，避免出現(xiàn)問題。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計需求分析

（1）視頻功能。視頻會議的視頻功能，是區(qū)別于傳統(tǒng)的電話會議的重要特點，視頻編碼技術(shù)主要是基于H.323協(xié)議，視頻功能主要通過圖像識別技術(shù)與圖像處理，為人們提供會議系統(tǒng)參與的各方實現(xiàn)近乎面對面的感覺體驗。

（2）音頻功能。音頻的交互，是視頻會議最基本的功能保證，音頻編碼技術(shù)主要基于G711協(xié)議，音頻數(shù)據(jù)流是優(yōu)先于視頻數(shù)據(jù)流，音頻的交流可以實現(xiàn)整個會議過程中的大部分日程，是會議系統(tǒng)功能的重要組成部分。

（3）數(shù)據(jù)交互功能。視頻會議系統(tǒng)相對于電話會議系統(tǒng)的一個最主要的區(qū)別與優(yōu)勢，就是可以實現(xiàn)與會各方的文檔數(shù)據(jù)的共享，系統(tǒng)支持文檔數(shù)據(jù)以O(shè)FFICE，PDF，CAD等文件類型在會議系統(tǒng)中展示。

（4）系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)管理功能，主要實現(xiàn)整個視頻會議系統(tǒng)后臺的控制與操作，包括系統(tǒng)賬號的分配，系統(tǒng)權(quán)限的設(shè)定，MCU的管理，會議模式的設(shè)定，會議模板的設(shè)計，會議日志的統(tǒng)計等。

1.3 系統(tǒng)性能設(shè)計需求分析

視頻會議系統(tǒng)的性能需求，主要體現(xiàn)系統(tǒng)可以承載的最大在線訪問人數(shù)，主要服務(wù)器硬件的CPU最大負荷占用率，視頻音頻轉(zhuǎn)發(fā)控制服務(wù)器平均MCU轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)。MCU屬于視頻會議系統(tǒng)的擴展功能時的視頻會議系統(tǒng)，可以同時連發(fā)多個點進行會議。較高的MC業(yè)務(wù)資源占用率，表示MCU的性能能夠被更好地發(fā)揮[3]。

2 視頻會議控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

體系的網(wǎng)絡(luò)框架包含三大部分：其一，會議管控中心服務(wù)器：具備開展會議和其相關(guān)管控功能；可以進行網(wǎng)站服務(wù)更新、體系保護、權(quán)限設(shè)定等。其二，MCU服務(wù)器：將多路音視頻進行分發(fā)控制，路由式MCU作為業(yè)內(nèi)首發(fā)，能夠存在多個級聯(lián)。上行與下行媒體服務(wù)器是按照功能類別劃分的。而這二者能夠是相同或不同的服務(wù)器。其三，視頻會議終端設(shè)備：實時接收多點控制單元發(fā)布的信息。

表1 系統(tǒng)性能需求分析用例表

網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計方面基于本學院的實際情況，分為學院總校核心設(shè)備，主要包括各類服務(wù)器與MCU服務(wù)器；分校區(qū)分終端設(shè)備的二級架構(gòu)；因此網(wǎng)絡(luò)是二級廣域網(wǎng)，所以采用二層路由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即可滿足要求。首級路由器中制定一段C類IP地址，讓視頻會議體系獨自利用，同時這段C類IP地址利用QOS技術(shù)保障最少4M帶寬[4]。

圖1 視頻會議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計

H.323為一個構(gòu)架性體系，這與終端設(shè)施、音視頻和信息傳遞、傳遞管控、網(wǎng)絡(luò)接口等內(nèi)容相關(guān)，且涵蓋了構(gòu)成多點會議的MCU，多點管控設(shè)施（MC），多點處理設(shè)施（MP），網(wǎng)關(guān)和關(guān)守等設(shè)施?！坝颉睘槠浠緲?gòu)成單位，于H.323體系內(nèi)，而域即被關(guān)守管控的網(wǎng)關(guān)、多點管理單位，多點管理設(shè)施、多點處理設(shè)施與全部終端形成的集合。一個域至少存在一個終端，同時存在一個關(guān)守。H.323體系內(nèi)每一思維構(gòu)成環(huán)節(jié)是H.323的實體，它包含著如下內(nèi)容：MP、終端、MCU、MC、網(wǎng)關(guān)。能夠?qū)K端設(shè)備進行呼叫同時它也能被呼叫，但部分實體無法被呼叫（例如關(guān)守）。這一體系包含H.323終端和別的終端之間可以與不同網(wǎng)絡(luò)下的、端至端的相連。H.323根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的輸送體系解釋了四種關(guān)鍵的組件：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、多點管理單位（MCU）。

圖2 H.323技術(shù)邏輯實現(xiàn)示意圖

2.1.3 系統(tǒng)MCU的部署設(shè)計

圖3 視頻會議系統(tǒng)視頻與音頻測試分析曲線圖

視頻會議系統(tǒng)采用的MCU型號為華為VP8650，華為VP8650最多能夠允許512個高清會場接入能力，這配置允許16路4M高清會場接通，允許1080P、4CIF、CIF等視頻會議終端接通，將全部會場的碼流解決和轉(zhuǎn)發(fā)，由MCU負責。分級網(wǎng)絡(luò)中的MCU設(shè)備采用級聯(lián)方式，接入到整個視頻會議系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，視頻會議中的視頻、音頻數(shù)據(jù)流也是采用通過各級網(wǎng)絡(luò)中的MCU逐級上傳與下傳，并最終實現(xiàn)分發(fā)的目的。

2.1.4 系統(tǒng)的功能模塊化設(shè)計

表2 視頻會議MCU性能測試用例表

Spring可以說是一個以DI和AOP為核心Java Web一站式的集成（粘合）框架。DI和AOP能夠讓代碼更加簡單，具有良好的松耦合特性和可測試性，極大地簡化開發(fā)。Spring是一個極其優(yōu)秀的一站式的Full-Stack集成框架，因此基于Spring核心，對Java應用開發(fā)中的各類通用問題幾乎都提供了針對性的開發(fā)框架，比如Spring MVC，Spring Data。針對Spring的優(yōu)秀特點項目組通過對比分析最終確定視頻會議控制系統(tǒng)使用Spring框架。

2.2 系統(tǒng)的實際應用

2.2.1 視頻會議系統(tǒng)的應用實現(xiàn)

（1）學院與上級教育局工作視頻會議，部署專項工作，三個校區(qū)的工作視頻會議。

（2）各學院專業(yè)的任課教師，通過視頻會議系統(tǒng)，進行線上視頻教學授課。

（3）老師與學生通過視頻系統(tǒng)，進行視頻交流及專業(yè)課程輔導答疑。

（4）疫情期間學院招聘視頻面試，考核應聘的專業(yè)教師。

2.2.2 系統(tǒng)視頻會議功能的實現(xiàn)

系統(tǒng)兼容H.323協(xié)議和SIP協(xié)議，多個畫面可在同一張屏幕上面分開展示，展示方式有很多種，其中包含常用的4、16、7+1等等，可自主對不同視頻的分辨率等進行更改，對于聲音大小及靜音的調(diào)節(jié)在針對每一路的音頻進行獨立調(diào)整的同時，也可以將各路音頻同時輸出。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)會議采用獨有的雙流技術(shù)，無須增加任何設(shè)備即可實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)會議的功能。系統(tǒng)支持在線的單路或多路錄像功能，包括所有數(shù)據(jù)會議的過程。

2.2.3 系統(tǒng)的性能測試分析

（1）視頻與音頻效果仿真測試。

（2）MCU性能測試。（表2）

（3）測試結(jié)論與分析。

本系統(tǒng)成功建立之后，對其功能進行測評，并對結(jié)果加以分析，結(jié)果顯示該系統(tǒng)所有功能均符合其運行標準，具備投入使用的所有條件。

3 結(jié)束語

在未來，視頻會議系統(tǒng)的應用必將使得學校教職工的工作效率大大增加，方便各校區(qū)教師的授課不受地域限制，減少現(xiàn)場會議集會的時間，同時保證課程、會議的時效性和安全性?？梢灶A見，視頻會議系統(tǒng)將在各個工作領(lǐng)域被廣泛運用。