分布式遠程多媒體會議控制系統的設計與實現

白 滔，李 波，李 玨,譚海波，曹 華

(貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

隨著信息技術的發展，企業和機關事業單位越來越多地采用電視電話方式召開會議，這不僅提高工作效率，還可降低會議成本。傳統的多媒體會議室一般通過部署會商終端等設備實現遠程多媒體會議的召開，但一些大型企業和機關事業單位存在多個會議室、多套會議系統和多種遠程會議召開模式，僅通過部署會商終端等設備無法滿足會議需求。

首先，如果在每個會議室部署會商終端，當多個會議室同時召開不同會議時，則需要多名保障人員在每個會議室進行聽會和會議控制，造成設備投入、人力成本高，易出現人為操作失誤，而且會議控制模式受到會商終端功能的局限，不能任意切換和調用不同會議室的音視頻信號。

其次，傳統的遠程多媒體會議室中的麥克風、攝像機、電腦是用不同的專用音頻線、視頻線直接連接到音箱、視頻播放設備(大屏、投影、電視等)或會商終端，各類線纜的接口各不相同，且都有距離限制。當會議規模較大或需分部門參會時，要求將任意會議室的攝像機信號、電腦信號、音頻信號或會商終端的輸出信號切換至任意會議室的視頻播放設備、音箱設備或會商終端的信號輸入端口，此時需要根據會議對視音頻信號的播放要求，重新連接每個參會會議室的各類線纜，造成人力成本偏高。每次召開會議均需要根據要求重新布線，耗時耗力，易出錯，而且還常常無法實現。

因此急需一套滿足復雜結構和多種會議場景，部署靈活，具有高擴展性，控制簡單、不易出錯的遠程多媒體會議控制系統。

1 系統設計與實現

1.1 基本遠程多媒體會議系統介紹

一個多媒體會議室一般由電視(或投影、或大屏)、音響、麥克風等設備組成，如果需要召開遠程會議則需要增加攝像機和會商終端設備，即構成一個遠程多媒體會議室，如圖1所示。

圖1 遠程多媒體會議室結構示意圖Fig.1 Structure of remote multimedia conference room

此情況下無法召開遠程多媒體會議，因為還需將各個會議室通過網絡(IP網絡)進行互連，再配備MCU(Multi Control Unit,多點控制單元)、錄播服務器、電視墻服務器等設備組成遠程會議控制中心，通過MCU進行會議組建、召開和控制，這樣即可建成一個基于IP網絡的遠程多媒體會議系統。但這種遠程多媒體會議系統只能通過MCU進行會議控制，無法適用于某些較為復雜的多媒體會議室或遠程結構比較復雜、會議控制場景繁多的情況。

1.2 遠程多媒體會議控制系統的設計

省級常用的遠程會議室有4個，其中會議室一和會議室二均有1套北京總部下發的會商設備(用于參加北京總部會議)和1套省級分部自建的省內會商設備(用于與省內市縣部門開會)，會議室三和會議室四各有1套省級分部自建的省內會商設備。

以會議室一為例：會議室一有2臺電視和1個拼接大屏用于播放視頻、2臺電腦播放幻燈片等數字信息、2套會商設備(2臺高清會商終端、2臺高清攝像機)、1套音響，如圖2所示。

圖2 會議室一設備連接示意圖Fig.2 Equipment connection diagram of conference room I

會議室一主要有本地會議和遠程會議兩種會議場景，具體如下：

①場景一:本地會議，有多媒體演示發言。

該場景不召開和參加遠程多媒體會議，僅用于召開本地多媒體會議，使用幻燈片進行發言。即圖2中綠色連接箭頭模式，麥克風輸入聲音直接通過音頻設備傳輸給音響設備，電腦輸出的數字信號直接傳輸給拼接大屏，攝像機輸出的視頻信號直接傳輸給電視。

②場景二:作為主會場組織召開省內會議、或作為分會場參加省內會議和北京總部會議。

該場景結合MCU會議控制平臺，進行會議組建、召開及會議控制等。即圖2中藍色連接箭頭模式，會議室一的麥克風、電腦和攝像機的信號經相關設備傳輸到會商終端；會商終端通過網絡接收北京總部或省內分部的遠程雙流信號(攝像機視頻信號為主流信號，電腦信號為輔流信號，簡稱為雙流信號)和音頻信號，傳輸給會議室一的視頻播放設備和音響設備，即一臺電視播放遠端發送的視頻信號，一臺電視播放本會場攝像機信號，拼接大屏播放遠端發送的電腦信號(數字幻燈片)，實現與北京總部或省內分部的雙流互動。

省級其他3個會議室的設備連接和會議場景與會議室一基本相同。省級4個多媒體會議室分布在不同物理位置,再加上北京總部和省內市縣分部發送的音頻信號和雙流信號的情況下，可以將北京總部和省內市縣分部發來的雙流信號任意切換到省級4個會議室任意一個視頻播放設備上，同時可以將省級任意一個會議室的雙流信號發送給北京總部和省內市縣分部，省級4個會議室的雙流信號也可以進行會議室間的任意切換，切換雙流信號時聲音信號同步聯動切換。

在這種多會議室、結構復雜、會議場景需求繁多的情況下，省級多媒體會議室的現有設備和會控系統無法滿足會議需求，這里采用分布式網絡視頻編/解碼器解決此問題。

網絡視頻編/解碼器是一種壓縮、處理視頻數據的專業網絡傳輸設備，由視頻壓縮編解碼器芯片、輸入輸出通道、網絡接口、視頻接口、RS485串行接口控制、協議接口控制、系統管理軟件等構成，主要提供視頻壓縮或解壓功能，完成圖像數據的采集或復原等。關于網絡視頻編/解碼器的具體工作原理在這里不作詳述。

如何通過部署網絡視頻編/解碼器對現有的多個遠程多媒體會議室及會議控系統進行改造，以滿足上述需求呢？具體設計如下：

在每個會議室的視頻信號源設備后端加裝網絡視頻編碼器，即將攝像機、電腦和會商終端的視頻信號輸出端用視頻線連接到網絡視頻編碼器，網絡視頻編碼器通過網線接入會議專用IP網絡，網絡視頻編碼器將前端設備的視頻信號編碼后，通過網口向會議專用網絡廣播。

在每個會議室的視頻播放設備前端加裝網絡視頻解碼器，即將大屏、投影、電視和會商終端的視頻信號輸入端用視頻線連接到網絡視頻解碼器，網絡視頻解碼器通過網線接入會議專用IP網絡，網絡視頻解碼器通過網絡獲取編碼后的視頻信號，并將其解碼還原傳輸給視頻播放設備進行播放。

網絡視頻編碼器的信號發送分為主動發送和被動調用兩種方式。主動發送方式即網絡視頻編碼器將視頻信號編碼后主動向網絡廣播；被動調用方式即編碼后不主動向網絡中廣播，而是等待網絡視頻解碼器調用。同理，網絡視頻解碼器的信號調用也分為主動調用和被動接收兩種方式，主動調用方式即網絡視頻解碼器主動獲取相應網絡視頻編碼器的視頻編碼信號；被動接收方式即網絡視頻解碼器被動接收網絡中發給自己的視頻編碼信號。

網絡視頻編/解碼器安裝完成后，需要對其進行參數設置，主要包括IP地址設置、視頻信號的編/解碼參數設置等。關于網絡視頻編/解碼器的設置，還需注意以下幾點：首先，需要根據整個會議系統提前規劃設計IP地址，并對相關網絡設備進行配置，形成相對獨立的會議專用IP網絡。其次，需要根據會議網絡的復雜程度決定網絡視頻編/解碼器的信號發送和接收方式。例如：網絡相對簡單或僅一個會議室，網絡視頻編碼器可采用被動調用方式，網絡視頻解碼器可采用主動調用方式；或網絡視頻編碼器可采用主動發送方式，網絡視頻解碼器可采用被動接收方式。如果會議室較多且分布在不同物理地點、網絡結構比較復雜、存在跨網段和跨VLAN的情況時，就需要將網絡視頻編碼器的信號發送方式設置為主動發送方式，將網絡視頻解碼器的信號接收方式設置成主動調用方式。

分布式網絡視頻編/解碼器的連接如圖3所示。

圖3 分布式網絡視頻編/解碼器連接示意圖Fig.3 Connection diagram of distributed network video codec

當所有的視頻信號都經過編碼傳輸到網絡后，每個網絡視頻解碼器又如何知道自己應該解碼哪一路信號呢？這樣就需要根據所選用的網絡視頻編/解碼器的技術規格，結合會議需求定制開發一套會議控制軟件。部署網絡視頻編/解碼器后，能否充分發揮其功能和作用與會議控制軟件密切相關，也是分布式遠程多媒體會議控制系統實現的關鍵。

1.3 分布式遠程多媒體會議控制系統的實現

分布式遠程多媒體會議控制系統軟件(以下簡稱“會控軟件”)由視頻信號切換軟件、音頻聯動控制軟件組成，主要實現各會議室多媒體會議設備的一鍵開關機、一鍵會議場景模式切換和音頻聯動功能。

1.3.1 一鍵開關機功能的實現 一鍵開關機功能主要通過安裝網絡電源時序控制器實現。

首先，將會議室的電視、投影、大屏、攝像機、會商終端、麥克風、音響、網絡視頻編/解碼器、網絡數字音頻媒體矩陣等設備的電源接入網絡電源時序控制器。

然后，在網絡電源時序控制器上設置每個電源打開和關閉的順序以及時間間隔等，用于控制每一個設備的供電，切記不能同時打開所有設備的電源，避免瞬間電流過大。

會議控制中心使用會控軟件通過網絡向某會議室的網絡電源時序控制器發送開關機信號，網絡電源時序控制器收到開關機信號后，按照設置好的順序和時間間隔依次打開或關閉相應設備的電源。或通過會控軟件直接發送開關機順序及時間間隔，網絡電源時序控制器按收到順序信號和時間間隔依次打開或關閉相應設備的電源。一鍵開關機界面如圖4所示。

圖4 一鍵開關機界面Fig.4 One button on / off interface

需要注意的是，通過網絡電源時序控制器控制電源的設備均需設置成加電開機狀態，以便網絡電源時序控制器打開相應設備電源時設備會自動開機。如果視頻播放設備可以接入多個信號源時需預先設置開機默認的信號源，攝像機還需設置開機默認預設位。如果會議室使用的是投影幕布，需預先設置一鍵開機時幕布自動展開、一鍵關機時幕布自動收納。

1.3.2 一鍵會議場景模式切換功能的實現 一鍵會議場景模式切換功能主要通過在每個會議室部署分布式網絡視頻編/解碼器，以及在會議控制中心部署安裝視頻信號切換軟件實現。

首先，在會議室的攝像機和會商終端的信號輸出端前安裝網絡視頻編碼器，在視頻播放設備和會商終端的信號輸入端前安裝網絡視頻解碼器，每個網絡視頻編/解碼器都有獨立的IP地址，網絡視頻編碼器將攝像機和會商終端的輸出信號編碼后通過網絡向網絡視頻解碼器傳輸，網絡視頻解碼器收到編碼的視頻信號后進行解碼傳到后端的視頻播放設備或會商終端的信號輸入端。但是現在有多個會議室，各個會議室加起來有多個視頻源信號和多個視頻播放設備及會商設備，每個網絡視頻解碼器又如何知道該從網絡中獲取哪一路編碼后的視頻信號進行解碼呢？

這就需要根據網絡視頻編/解碼器的控制方式將每個網絡視頻編/解碼器作為輸入/輸出信號源寫入視頻信號切換軟件，通過視頻信號切換軟件向網絡視頻解碼器發送控制信號，告知網絡視頻解碼器獲取哪一路編碼后的視頻信號將其還原輸出給視頻播放設備或會商終端的信號輸入端。這樣就可以通過視頻信號切換軟件將不同會議室的任意攝像機或會商終端輸出的視頻信號及電腦信號傳輸給不同會議室的任意視頻播放設備。但是有多路視頻編碼信號，一路一路控制十分復雜。

最后，在視頻信號切換軟件中將每個會議室的每一個會議場景進行模式定義，即將某個會議室的某一個會議場景所需使用的每一個視頻播放設備的網絡視頻解碼器所需獲取的視頻編碼信號定義在一起，也就是該會議場景需要使用幾個視頻播放設備，每個視頻播放設備播放哪一路視頻信號，就將每一個視頻播放設備的網絡視頻解碼器從網絡中獲取的每一路視頻編碼信號組合定義在一起，使用幾個視頻播放設備就定義組合幾路視頻編碼信號，形成一個會議場景模式。當在會控軟件中點擊該會議場景模式時，視頻信號切換軟件就會向該會議室所需使用的視頻播放設備的網絡視頻解碼器同時發送控制信號告知每個網絡視頻解碼器應該獲取哪一路視頻編碼信號，從而實現每個會議室每一個會議場景的一鍵模式切換，如圖5所示。

圖5 會議場景一鍵切換界面Fig.5 One key switch interface of conference scene

當會議場景模式一鍵切換功能實現后，還需要實現每個會議場景模式相應的音頻信號的輸入輸出聯動。

1.3.3 音頻聯動功能的實現 首先，每個會議室都有多個音頻信號輸入源(麥克風、會商終端輸出的音頻、電腦輸出的音頻)和多個音頻播放設備(音響、會商終端的音頻輸入端等)。為了實現會議室會議場景模式切換時音頻的聯動切換，需在每個會議室部署一臺網絡數字音頻媒體矩陣，將麥克風、音響和會商終端的每一路音頻輸入、輸出信號均接入網絡數字音頻媒體矩陣。每個會議室的網絡數字音頻媒體矩陣又通過網絡級聯在一起，即可以將任意會議室任意一個音頻輸入信號傳輸給任意會議室的任意音頻播放設備進行播放。

然后，在音頻聯動控制軟件中根據每個會議室的每一個會議場景模式，將該會議場景模式所需要的一路或多路音頻輸入信號傳輸給一個或多個音頻播放設備定義組合在一起，形成該會議場景模式相對應的音頻聯動模式。也就是在會控軟件中點擊某會議室的某個會議場景模式時，音頻聯動控制軟件同時按照該會議場景模式相對應的音頻聯動模式向該會議室的網絡數字音頻媒體矩陣發送控制信號，告知網絡數字音頻媒體矩陣從網絡中獲取哪些路音頻輸入信號，以及每一路音頻輸入信號傳輸給哪些音頻播放設備進行播放，這樣即可實現音頻聯動功能。

2 結果與分析

通過采用分布式網絡視頻編/解碼器，實現了多視頻信號任意調用的復雜需求；通過部署網絡電源時序控制器實現了一鍵開關機功能；通過視頻信號切換軟件實現了每個會議室、每一個會議場景的一鍵模式切換；通過網絡數字音頻媒體矩陣和音頻聯動控制軟件實現了每個會議場景模式的音頻聯動。

分布式遠程多媒體會議控制系統的實現，縮短了會議前的調試準備時間，有效降低了會議場景切換操作的繁瑣程度。

3 結論

基于IP網絡的分布式遠程多媒體會議控制系統具有很大的靈活性和可擴展性，不受音視頻信號傳輸距離的局限，理論上可以無限擴展。系統按照實際需求定制開發會議控制軟件，根據各類會議場景需求定義相應的會議控制模式，實現不同會議室、不同會商系統、不同會議場景的遠程一鍵式聯動控制，解決了多會議室、多會商系統、多會議場景情況下的會議控制困難問題，減少了操作步驟，避免了人為錯誤，降低了會議控制難度和維護成本，有效保障了各類業務和行政會議的正常召開。