消防遠(yuǎn)程視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)

周 剛 樊明輝 北京市公安局消防局 100035

消防遠(yuǎn)程視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)

周 剛 樊明輝 北京市公安局消防局 100035

設(shè)計和實現(xiàn)了消防局視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)，包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。利用基于SDH傳輸鏈路和IP技術(shù)的廣域網(wǎng)平臺和下屬單位的快速以太網(wǎng)平臺，實現(xiàn)視頻等相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)采用支持H. 320/H.323/SIP協(xié)議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協(xié)議的技術(shù)和產(chǎn)品。

視頻會議；H.323；MCU

1．引 言

視頻會議適應(yīng)了信息時代快捷便利的特點，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也給視頻會議技術(shù)提供了發(fā)展空間。近年來越來越多的政府機關(guān)、企事業(yè)單位和公司都建立了自己的視頻會議系統(tǒng)。實際上，視頻會議系統(tǒng)早已不再單純用于開會?；谝曨l會議系統(tǒng)的統(tǒng)一通信平臺，正在以人們意想不到的方式改變世界。對數(shù)據(jù)、文本、音視頻的整合調(diào)用功能，前所未有的安全性和兼容性，讓人們可以在一個平臺上隨時開展統(tǒng)一通信。這不僅意味著真正實現(xiàn)遠(yuǎn)距離溝通，更將為企業(yè)、政府客戶節(jié)約大量的差旅費用和時間成本。

為了提高公安消防部隊的通信指揮能力，按照“金盾工程”的總體部署和總體規(guī)劃，依托公安信息網(wǎng)，構(gòu)建集語音、圖像、數(shù)據(jù)多種通信技術(shù)于一體的高效快捷的消防通信指揮體系，為消防管理和滅火救援工作提供全方位、全過程、全天候的通信保障。按照消防局消防信息通信建設(shè)規(guī)劃和公安部消防局《2005年消防信息化工作要點》的要求，建設(shè)覆蓋全市消防隊（站）的消防遠(yuǎn)程視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)，與市局和公安部消防局視頻會議系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，通過公安信息網(wǎng)實現(xiàn)總隊與支隊、大隊、直屬消防處（科）的遠(yuǎn)程培訓(xùn)和視頻會議，達(dá)到各支隊、中隊在駐地收看公安部、市局和總隊電視電話會議的目標(biāo)，并以此作為突發(fā)事件應(yīng)急指揮的視頻通信平臺。

2．系統(tǒng)需求分析

2.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

視頻會議系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是：充分利用網(wǎng)絡(luò)資源、會議室環(huán)境資源和人才、技術(shù)方面的資源，運用先進的視頻會議技術(shù)手段，基于網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)以總隊為中心并覆蓋所屬單位，具備遠(yuǎn)程、實時、交互功能的視頻會議系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用功能需求

點對點會議：用于消防局領(lǐng)導(dǎo)和遠(yuǎn)端某個分部門領(lǐng)導(dǎo)之間的會議，總部領(lǐng)導(dǎo)與分部門領(lǐng)導(dǎo)之間的點對點會議。多點會議：通常為局領(lǐng)導(dǎo)對多個分部門領(lǐng)導(dǎo)召開遠(yuǎn)程會議。多組會議：同時召開多個會議是消防局視頻系統(tǒng)必須滿足的功能，系統(tǒng)必須同時滿足多個的遠(yuǎn)程視頻會議的要求。雙流會議功能：視頻會議系統(tǒng)具有雙視頻流（音視頻圖像和計算機數(shù)據(jù)信號實時的多點交互）的功能，以便用戶利用視頻會議系統(tǒng)進行工作研討、員工培訓(xùn)、工作安排、重點項目匯報等方面的應(yīng)用。如：重點工作安排中，總公司領(lǐng)導(dǎo)可以隨時在會議室聽取各地分公司領(lǐng)導(dǎo)在會議室或會議室對工程的匯報（主要包括銷售數(shù)據(jù)、工作安排、工作狀況等各個方面的信息）。多分屏多速率會議：支持不同速率、不同幀率、不同音頻算法、不同視頻解析度的終端參與同一會議，并且不降低視頻會議質(zhì)量和其他會議參與者的接入速率。多會場畫面屏顯示功能是在召開多點會議時為盡量加強與與會人員的更好交流規(guī)模和對各個會場情況的了解而設(shè)置的專門功能。根據(jù)北京市消防局視頻會議應(yīng)用功能的要求，系統(tǒng)必須配備具有多會場同屏顯示的MCU設(shè)備，以滿足工作需要。優(yōu)秀的會議管理：優(yōu)秀的會議管理控制是北京市消防局視頻會議系統(tǒng)必須要求的功能，根據(jù)本項目的運行的特點和性質(zhì)，主要用于不定時對某個事件的討論，不需要有非相關(guān)人員參加。能夠?qū)崿F(xiàn)與會者自主控制會議。領(lǐng)導(dǎo)可以自主組建會議、控制會議、管理會議。

3．系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

消防局視頻會議系統(tǒng)利用基于SDH傳輸鏈路的IP技術(shù)的廣域網(wǎng)平臺和下屬單位的快速以太網(wǎng)平臺，實現(xiàn)視頻等相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。就目前的網(wǎng)絡(luò)來看，消防局已采用專線網(wǎng)絡(luò)，因為專線構(gòu)成的企業(yè)信息網(wǎng)穩(wěn)定、安全性高、能夠綜合多種業(yè)務(wù)。消防局與各分部門有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，專網(wǎng)的方式不但能夠?qū)崿F(xiàn)視頻會議系統(tǒng)、同時也能夠進行數(shù)據(jù)的傳輸。形成大的企業(yè)信息網(wǎng)，以滿足企業(yè)內(nèi)部各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。如：視頻會議、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)IP電話、企業(yè)OA系統(tǒng)，企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)等。

3.2 設(shè)計的原則

多功能化、網(wǎng)絡(luò)化：應(yīng)設(shè)計功能完善、技術(shù)現(xiàn)代化的多功能會議系統(tǒng)，能滿足各類會議使用需要，并提高場地與設(shè)備的利用率；使會議系統(tǒng)其不僅自成體系，還要與本地局域網(wǎng)及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)良好對接，使其成為真正的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的多媒體會議系統(tǒng)，以利于面向信息時代的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。

國際化、標(biāo)準(zhǔn)化：會議系統(tǒng)所傳達(dá)的媒體資料、使用的設(shè)備與系統(tǒng)應(yīng)能和國際接軌，以方便中外交流；設(shè)備接口及采用制式應(yīng)是國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；技術(shù)方案滿足以下ITU－T有關(guān)建議及其它有關(guān)規(guī)定制定的。

數(shù)字化、多媒體化：信息時代，人們描述世界的語言已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化，表現(xiàn)信息的手段也向多媒體化發(fā)展。因而，會議交流的內(nèi)容與手段也必然數(shù)字化、多媒體化；

模塊化：模塊化系統(tǒng)是近幾年流行的設(shè)計思想。模塊化設(shè)計可使系統(tǒng)功能組合靈活、擴充方便，利于個性化定制；同時，升級容易，不易浪費原始投資。

3.3 總體設(shè)計

系統(tǒng)包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。其中總隊視頻會議控制中心負(fù)責(zé)管理支隊視頻會議控制分中心和總隊機關(guān)、直屬單位的視頻會議終端，具有組織全總隊視頻會議的最高權(quán)限和功能。支隊視頻會議控制分中心負(fù)責(zé)管理本支隊機關(guān)和所屬中隊的視頻會議終端，具有組織本支隊視頻會議的權(quán)限和功能。按照總隊“防消合一”后的機構(gòu)編制，總隊視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)計劃建設(shè)1個可以支持40點768K的總隊視頻會議控制中心（一級MCU）和22個支大隊視頻會議控制中心;總隊機關(guān)配備5套視頻會議終端，各支（大）隊機關(guān)共配備22套視頻會議終端，直屬消防處（科）共配備4套視頻會議終端，4個主要城區(qū)配備4套視頻會議終端。會議室終端具備可選多點控制功能，可以自行組織小范圍內(nèi)的視頻會議，同時承擔(dān)雙向交互視頻會議的組織和運行。所有會議室視頻輸出采用電視或等離子屏，數(shù)據(jù)終端輸出采用投影設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分部門拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 分部門拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.4 方案描述及功能實現(xiàn)

系統(tǒng)采用全面支持H.320/H.323/SIP協(xié)議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協(xié)議的技術(shù)和產(chǎn)品，支持代表未來發(fā)展方向的新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范。

視頻終端設(shè)備配置Polycom產(chǎn)品，MCU采用電信級的MGC－50。消防局4個主要城區(qū)：會議室終端采用了Polycom高性能的產(chǎn)品VSX7000E，視頻會議終端可以支持64K～2M速率、為優(yōu)質(zhì)的視頻提供了良好的保證。

⑴ 視頻功能：作為主會場、包括大型會議室，為了可將本地會場的畫面，本地不同視頻源的視頻信號，所接入錄像機的錄像資料傳送至其它會場，利用交互式多點廣播功能，向IP網(wǎng)實時廣播會以現(xiàn)場。

⑵ 音頻功能：可實現(xiàn)自適應(yīng)全雙工回聲抑制；采用自動背景噪聲抑制，提高聲音質(zhì)量；采用自動增益控制，保證發(fā)言人在距麥克風(fēng)不同時音量不變；利用全向麥克風(fēng)，實現(xiàn)聲音的全方位采集；可隨時調(diào)節(jié)音量。

⑶ 雙視頻流功能：可外接PC，傳送PC上任何內(nèi)容；可利用外接的圖文攝像機圖文或?qū)嵨飯D像傳送給其它接收站。

⑷ 控制功能：可實現(xiàn)點對點雙向會場攝像機遠(yuǎn)端控制；可提供100個本地攝像機位置預(yù)置和100個遠(yuǎn)端攝像機位置預(yù)置；可控制主攝像機鏡頭的上下、左右、拉近與拉遠(yuǎn)；可切換2～3個視頻源；可抓拍本地圖像并廣播出去；系統(tǒng)監(jiān)測窗口可監(jiān)測系統(tǒng)工作狀態(tài)，如，網(wǎng)絡(luò)速率、通訊協(xié)議等；系統(tǒng)診斷功能可對系統(tǒng)狀態(tài)進行診斷。

⑸ 可連接設(shè)備：可連接輔助攝像機、圖文攝像機、錄像機、影碟機、調(diào)音臺、等多種外圍設(shè)備。主會場一般舉辦大型集團會議，會議室面積大，空間感強。攝像機應(yīng)根據(jù)攝像角度會采用2臺～3臺，大型會議室一般將大部分會議設(shè)備安裝在固定機柜中，便于管理。由于會議室空間大，視頻終端設(shè)備采用Polycom VSX8400系列。各分局多為小型會議室，不需要太專業(yè)的音響系統(tǒng)和多角度的攝像，配置了Polycom的VSX7000S會議室系統(tǒng)，每個會議室通過VSX7000S自帶的攝像頭和高級音箱，顯示通過等離子或電視機或顯示器，完成本地操作。另外，視頻會議終端可以實現(xiàn)桌面型會議系統(tǒng)。

3.5 視頻會議系統(tǒng)的QoS策略

視頻會議系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，它有自己獨有的特點：基于網(wǎng)絡(luò)的、交互的實時傳輸。因此聲音、圖像的任何一個微小的變化都容易被人察覺。美國Polycom公司的視頻終端和MCU產(chǎn)品都率先支持QoS，與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配合后可達(dá)到令人滿意的會議效果。下面，介紹如何從視頻設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)兩方面對視頻會議的QoS進行控制。

⑴ 視頻會議終端設(shè)備對QoS的支持

美國Polycom公司VSX系列視頻終端設(shè)備都支持QoS。對于位于公司局域網(wǎng)以外、 需要經(jīng)WAN電路接入的視頻終端，需要其打開相應(yīng)的QoS設(shè)置選項，以便在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持下，在擁擠的遠(yuǎn)程傳輸通路中享受優(yōu)先通過的權(quán)利。

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞時的第一道防線是采用緩存隊列技術(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)的速率超過輸出端口的處理速率時，這些數(shù)據(jù)包被臨時存放在緩存隊列中等待可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬。良好的緩存設(shè)計可以解決因短時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)峰值負(fù)載而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)包丟失的問題。成功設(shè)計的關(guān)鍵主要取決于以下幾條原則：第一，緩存越大越好；第二，必須為每個商品進行獨立的緩存分配。這種做法有利于避免網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的互相影響。CISCO公司的智能交換式路由器為每個輸出商品都提供了獨立的緩存區(qū)，這可以將發(fā)生阻塞的節(jié)點產(chǎn)生的問題隔離開。在每個快速以太網(wǎng)端口上分配的緩存可容納數(shù)據(jù)百個數(shù)據(jù)包，而在每個千兆以太網(wǎng)端口上分配的緩存區(qū)可容納上千個數(shù)據(jù)包。

在輸出的負(fù)載過重并且緩存已用完的時候，必須通過規(guī)則(或稱為策略)來優(yōu)化數(shù)據(jù)流的處理以保證數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級?；诓呗缘腝oS使得網(wǎng)絡(luò)管理員可以對響應(yīng)時間和吞吐量進行控制以滿足高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的需要。智能交換式路由器的硬件將數(shù)據(jù)流劃分為四個優(yōu)先級。優(yōu)先級是根據(jù)與目的和源節(jié)點相關(guān)的第二、三、四層信息來劃分的，包括主機ID、IP地址以及第四層協(xié)議和端口號等內(nèi)容。這種方法提供了極其靈活和強大的數(shù)據(jù)包識別能力同，大到可以識別VLAN或IP子網(wǎng)，小到可以區(qū)分每一個的主機到主機的應(yīng)用數(shù)據(jù)流。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

⑵ MCU多點控制單元對QoS的支持

MCU設(shè)備需要占用多個以太網(wǎng)端口，MCU一般位于靠近網(wǎng)絡(luò)核心的位置，通常網(wǎng)絡(luò)正常情況下不需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對QoS的支持。但如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞等其他異常情況，可通過對MCU進行相關(guān)的QoS服務(wù)進行配置，與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共同啟用QoS服務(wù)，可實現(xiàn)對視頻會議的數(shù)據(jù)包進行優(yōu)先傳輸，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，提高視頻會議效果。

⑶ 網(wǎng)絡(luò)的QoS策略及實施

在廣域網(wǎng)線路上，需要同時進行多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，需要采用適當(dāng)?shù)腝oS策略，來保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)如視頻會議、電子郵件等數(shù)據(jù)的可靠、優(yōu)先傳輸。QoS策略需要從以下幾個方面來考慮：

①排隊機制: 用戶網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用較多，假如采用對每種應(yīng)用都分別處理的QoS策略，會使網(wǎng)絡(luò)的配置和管理非常復(fù)雜，而且每添加一種應(yīng)用，就要對網(wǎng)絡(luò)進行重新配置，因此本文統(tǒng)一采用IP Precedence優(yōu)先權(quán)技術(shù)，劃分6個優(yōu)先級，根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)值，通過擁塞管理機制和隊列機制對6個優(yōu)先級分別提供不同級別的QoS服務(wù)。每種應(yīng)用根據(jù)其自身應(yīng)用特點，可以被分配至相應(yīng)的優(yōu)先級別。

②擁塞控制機制：數(shù)據(jù)包被設(shè)置IP優(yōu)先權(quán)后，通過路由處理被送到相應(yīng)的端口等待傳輸。為了實現(xiàn)QoS控制，根據(jù)數(shù)據(jù)包的IP優(yōu)先權(quán)值將其送入不同的隊列，按照WFQ設(shè)定的策略進行傳輸，但是，假如網(wǎng)絡(luò)擁塞造成排隊數(shù)據(jù)包超出緩存，所有的數(shù)據(jù)包在進入隊列前就都會被丟棄。那么QoS的控制就無從談起，所以在排隊數(shù)據(jù)包超出緩存前就應(yīng)進行擁塞控制。本文選擇WRED(Weighted Random Early Detection）技術(shù)作為擁塞避免控制機制。它是改良的RED技術(shù)，RED是一套擁塞控制算法，在網(wǎng)絡(luò)中存在大量的TCP數(shù)據(jù)傳輸時，該算法非常有效。TCP是面向連接的可靠傳輸協(xié)議，它認(rèn)為丟包表示網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞，在丟包時會自動調(diào)低數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。

③隊列輸出機制：在經(jīng)過擁塞避免機制WRED的處理后，數(shù)據(jù)包在輸出端口根據(jù)其優(yōu)先級被分配至不同的隊列排隊等待輸出，由于廣域網(wǎng)帶寬有限，同時只能有一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送，那么它們按照怎樣的順序輸出成為QOS保證的關(guān)鍵?？刂脐犃休敵龅臋C制也就是擁塞管理的機制。在用戶廣域網(wǎng)中，建議使用CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing)技術(shù)作為輸出端口的擁塞管理機制。需要注意的是，分配給某一隊列的帶寬，在該隊列沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，其帶寬會按照設(shè)置的比例分配給其它隊列使用。從而最大限度地提高了網(wǎng)絡(luò)利用率。CBWFQ的最大優(yōu)點在于允許用戶自定義Traffic Class，而且定義方式可以有多種:Protocol、ACL、Interface、IP Precedence等等，建議采用IP Precedence（IP優(yōu)先權(quán)重）的方式分類流量。

在用戶廣域網(wǎng)上所有節(jié)點設(shè)備（路由器）上均采用統(tǒng)一的QoS控制機制，就能夠保證數(shù)據(jù)包端到端的QoS服務(wù)。通過對以上幾個方面采用相應(yīng)的策略來為關(guān)鍵業(yè)務(wù)分配相應(yīng)的帶寬，就可以保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的優(yōu)先、高速、可靠傳輸。

3.6 系統(tǒng)管理

⑴ 系統(tǒng)管理的內(nèi)容

系統(tǒng)管理包括網(wǎng)管系統(tǒng)、設(shè)備管理和視頻系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理三部分。

① 網(wǎng)管系統(tǒng)：視頻會議網(wǎng)絡(luò)管理邏輯上可能分為兩大部分：一是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包含視頻設(shè)備）的管理。二是對視頻系統(tǒng)的管理。我們選用的視頻終端設(shè)備管理通信協(xié)議都采用SNMP協(xié)議，即簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。

② 設(shè)備管理：設(shè)備管理主要完成對設(shè)備各種狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)視。它應(yīng)該包含以下功能。設(shè)備搜索和提取、設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控、可對設(shè)備進行控制。

③ 視頻系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理：會議控制和管理主要是通過多點控制器（MCU）來實現(xiàn)，POLYCOM公司的MGC-50多點控制器（MCU）擁有會場點管理、會議管理、會議控制、會議診斷、會議計費和日志管理。

⑵ 系統(tǒng)管理的方式

POLYCOM公司提供了最完善的網(wǎng)管系統(tǒng)，包括MGC MANAGER ,通過工作站方式來控制MGC-25和MGC WEBCOMMANDER（中文），通過WEB方式控制MGC-25。POLYCOM的網(wǎng)管中心可以管理到網(wǎng)絡(luò)中的所有的MGC-25，并且管理到每個MGC的每一個資源。同時，唯一的多任務(wù)管理界面，為用戶提供了極大的方便。MGC-25的網(wǎng)管包括系統(tǒng)管理和業(yè)務(wù)管理可通過三種操作平臺對MGC進行操作和管理：工作站、WEB和電話三種方式。

4．結(jié)論

本文利用基于SDH傳輸鏈路和IP技術(shù)的廣域網(wǎng)平臺和下屬單位的快速以太網(wǎng)平臺，采用支持H.320/ H.323/SIP協(xié)議框架和H.264、G.722.1 Annex C音視頻協(xié)議的技術(shù)和產(chǎn)品，設(shè)計和實現(xiàn)了消防局視頻會議培訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻等相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)包括總隊視頻會議控制中心、支隊視頻會議控制分中心和視頻會議終端三部分。建設(shè)了以總隊為中心并覆蓋所屬單位，具備遠(yuǎn)程、實時、交互功能的視頻會議系統(tǒng)。系統(tǒng)已經(jīng)正式使用一年半，發(fā)揮了很好的作用。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.12.056

周剛，男，北京市公安局消防局工程師；樊明輝，男，北京市公安局消防局工程師。