基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)的設計

【摘要】視頻會議作為電信公網與行業(yè)專網的一項重要業(yè)務，廣泛應用于遠程會議、多媒體新聞發(fā)布等領域。隨著互聯(lián)網技術和高清視頻技術的發(fā)展，互聯(lián)網已經成為多媒體通信的主要網絡，而且高清視頻會議系統(tǒng)正隨著高清電視技術和寬帶通信技術的發(fā)展的到廣泛應用。研究得知，基于IP網絡的智能視頻會議系統(tǒng)通過IP地址建立數(shù)據(jù)傳輸通道，具有操作簡便、高清影像、多畫面會議等功能，具有非常廣闊的應用前景。

【關鍵詞】IP網絡;網絡通信;視頻會議;設計

智能化視頻會議系統(tǒng)是指將處于異地的若干個體或者群體，通過電信網絡和視頻設備，跨地域實時交換動態(tài)視頻和語音。隨著高清電視技術、互聯(lián)網技術以及5G通信技術的快速發(fā)展和應用，視頻會議系統(tǒng)的圖像分辨率越來越高，會議的聲音質量、圖像清晰度越來越高，用戶接入手段也更加豐富，使用更加便捷，從專業(yè)的智能化視頻會議終端到手持移動終端，都可以隨時隨地的加入視頻會議系統(tǒng)中。鑒于此，本文對基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)的設計進行詳細分析，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

1. 智能化視頻會議系統(tǒng)設計思路

智能化視頻會議是在電信業(yè)務在電信公網和行業(yè)專網基礎上，進行推廣和應用的一種現(xiàn)代化語音視頻通信技術。通過智能化視頻會議系統(tǒng)，人們可以進行遠程交流溝通，提高辦公效率的同時，也極大的降低了交流成本。因此，下文對智能化視頻會議系統(tǒng)理念和設計思路進行闡述：

1.1 智能化視頻會議系統(tǒng)理念

智能化視頻會議系統(tǒng)是一種能把聲音、圖像、文本等多種信息從一個地方傳送到另一個地方的現(xiàn)代化通信系統(tǒng)。采用視頻會議的一方，可以使處于異地的若干個體或者群體，跨越地域限制同一時間參與到會議當中，在專有通信網絡中既能聽到其他會場的圖像，具有更加直觀的臨場感，同時通過在線的形式發(fā)送電子文檔，通過共享電子白板、桌面交互等方式討論會議內容，使參與者如在現(xiàn)場開會一樣，從而提高工作效率，降低遠距離會議費用。此外，智能化視頻會議系統(tǒng)的技術和相應的協(xié)議、標準一直處于不斷發(fā)展的過程中，經歷了模擬視頻到數(shù)字視頻、電路交換通信到IP分組通信、標清圖像到高清圖像、單一業(yè)務到融合業(yè)務等過程。

1.2 H.323協(xié)議

H.323協(xié)議是基于IP網絡的多媒體通信協(xié)議。在通信網絡中，支持多個虛擬電路連接，即允許多個設備同時進行通信，而且建立通信連接并不意味著立即使用網絡中的數(shù)據(jù)傳輸資源。因此，可以擴展視頻會議通信容量，并且支持多畫面顯示。H.323體系結構主要包括終端、 網關（GW）、 網守（GK）、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）以及多點控制單元（MCU）。終端、網關和MCU作為視頻會議系統(tǒng)的端點，具備發(fā)起呼叫和接受呼叫的功能，即在智能化視頻會議過程中產生媒體信息流。網守作為視頻會議通信網絡的管理單元，管理所有終端、網關以及MCU。主要是為H.323端點提供地址翻譯和PBN接入控制服務，提供地址翻譯、帶寬管理、呼叫權限管理、呼叫接納控制以及網關定位等服務。網守可以進行呼叫控制，但不能發(fā)起呼叫，具備運輸層地址。MC和MP執(zhí)行多點呼叫信息流的處理和控制，是系統(tǒng)的功能實體，但不具備獨立的運輸層地址，不能發(fā)起呼叫同時也沒有可尋址的H.323實體。

1.3 SIP標準

SIP（Session Initiation Protocol）標準是一種應用于智能化視頻會議語音通話的初始化協(xié)議，具有擴展性好、操作簡單等特點。主要由用戶代理（User Agent，UA）、SIP服務器、重定向服務器（Redirect Server）以及SIP注冊服務器（Register Server）四部分組成。用戶代理作為SIP的終端，具備發(fā)起呼叫、接受呼叫并作出響應的功能;SIP服務器作為一個客戶端，具有數(shù)據(jù)解析能力，對用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)網絡策略發(fā)送給相應的服務器，并作出相應;重定向服務器負責規(guī)劃呼叫路徑，獲得呼叫后告訴呼叫方地址信息，然后呼叫方根據(jù)此地址向下發(fā)出申請，同時重定向服務器退出該呼叫控制過程;注冊服務器用來進行用戶登錄，在SIP體系結構中所有用戶需要通過注冊才能進行登陸，而該服務器將負責接收用戶端的注冊請求以及保存用戶注冊地址。在視頻會議通信過程中，用戶之間的數(shù)據(jù)信息傳輸通常是不同類型的內容，包括普通文本信息，數(shù)字音頻、視頻數(shù)據(jù)等，這些不同類型的內容需要在基于SIP標準協(xié)議中實現(xiàn)交換。SIP標準作為一個應用層的信令控制協(xié)議被廣泛應用于多媒體會議、新聞發(fā)布會以及IP電話等領域，可以在IP網絡中創(chuàng)建、修改以及中止多方媒體信息傳輸?shù)裙δ堋?/p>

2. 智能化視頻會議系統(tǒng)功能設計

在互聯(lián)網技術的推動下，信息量以及交換頻率越來越大，傳統(tǒng)的通信工具顯然已經無法滿足時代發(fā)展的需要。尤其對于企、事業(yè)單位來說，市場瞬息萬變、競爭也日趨激烈，作為管理者需要通過更加便捷、有效的方式商討決策、下達重要指示。智能視頻會議系統(tǒng)可以有效地跨越空間的限制，可以讓參與會議的每一個人通過網絡進行面對面交流，而且還不影響參與者的日常工作。下面就對智能化視頻會議的主要功能進行詳細分析：

2.1 多畫面會議功能

智能化視頻會議系統(tǒng)擁有多畫面會議功能，該功能可以在一路視頻流中顯示兩個或者以上會議場景，在線會議過程中可以靈活切換不同的畫面場景，無論是聲音還是畫面都高度還原，可以有效提升會議臨場效果。

2.2 雙流功能

智能化視頻會議中需要同時傳送演講人的演講稿和演講人的圖像或者同時傳送兩路活動圖像。在雙流模式下，支持數(shù)據(jù)、文檔字幕共享，會議演講者只需要使用VGA線纜或者DVI/HDMI線纜，將PC連接在視頻會議終端上，就可以將PC端的演講稿或者PPT文檔在線共享到其他分會場，而分會場同樣通過VGA線纜或者DVI/HDMI線纜連接輸出設備，同步將演講稿或者PPT文檔通過投影設備顯示出來，此時主視頻端顯示演講人畫面，確保視頻會議的連續(xù)性。

2.3 字幕功能

智能化視頻會議系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)共享，包括：電子文檔、PPT以及白板功能等，支持靜態(tài)及動態(tài)中英文字母，方便用戶即時信息的傳遞，支持字母顏色、背景色、透明度、滾動速度可調。主會場可現(xiàn)場或者提前編好字幕，會議中可以通過滾動方式或者其他方式通過投影儀實時顯示。用戶還可以方便向遠端會場發(fā)送字幕內容，并且提供區(qū)域的自動調整、自適應實景編輯、圖片插入、背景透明、字體適中、多種的字幕滾動方式。智能化視頻會議系統(tǒng)應用強大的字幕短信功能，增強了各會場之間的溝通和交流，更貼近用戶使用。

2.4 會議召集功能

對于一些大型會議，主要是由管理員來調度保證，通過大型管理軟件實現(xiàn)對會議的完全調度、管理、監(jiān)控和維護等功能。此外，智能化視頻會議系統(tǒng)還具備主叫呼集、匿名會議、網絡預約、特服號入會、Outlook預約會議等功能。

3. 基于IP網絡的會議系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

智能化視頻會議系統(tǒng)為用戶打造智能化視頻會議解決方案，設計內容包括：總體架構、硬件設計、視頻會議系統(tǒng)解決方案以及視頻會議連接方式等，最大限度滿足用戶實際使用需求。下面就對基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)結構設計進行詳細分析：

3.1 總體架構

基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)采用IP傳輸網絡，開放系統(tǒng)，視頻編碼采用H.323編碼，可以為用戶提供1080P高清視頻圖像。智能化視頻會議系統(tǒng)具有完善的連接能力，可以支持H.323和SIP等不同網絡，可以連接會議室、桌面等不同的終端設備，在同樣帶寬下，向用戶提供更加逼真、更清晰、更流暢的畫面。智能化視頻會議系統(tǒng)為用戶提供了最大的靈活性并且操作簡單，只需簡單插入，就可以一鍵啟動內容即時共享功能。為滿足用戶不同輸入接口需求， 方案配備HDMI及Mini-DP雙輸入接口，搭配以1080P/30幀高分辨率，為用戶提供更優(yōu)質的內容共享體驗。該系統(tǒng)還提供多聲道語音支持，提升視頻會議的音質效果。支持設備的網絡在線管理，用戶可輕松實現(xiàn)設備的遠程管理、監(jiān)控告警、配置升級以及診斷?；贗P網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)結構如下圖1所示：

3.2 硬件設計

基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)硬件設計方面，主要由視頻會議終端和多點控制單元（Multi Control Unit，MCU）組成。視頻會議終端負責對視頻、音頻信號的采集、編輯、壓縮、解壓縮、顯示、播放等控制操作。采用H.323協(xié)議以及SIP標準，有效兼容主流標準的終端設備和網絡設備，支持多路1080P 30fps活動圖像，采用新進的音頻處理技術，結合雙流真彩色的傳輸，滿足用戶對圖像、聲音以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫嫘枨?。支持超高會議帶寬，可實現(xiàn)1920*1080分辨率數(shù)據(jù)傳輸。低帶寬，高清晰，支持最新H.264 HP編碼標準;支持多種麥克風接入方式，包括數(shù)字麥克風、USB麥克風以及模擬麥克風三種音頻輸入解決方案，適應不同會議場景，滿足更多音頻需求;內置無線Wi-Fi模塊，實現(xiàn)無線接入網絡，布線簡潔，靈活方便;超高網絡安全性，支持H.460防火墻穿越技術，可以有效解決公私網的安全連接。支持H.235，SRTP協(xié)議以及AES-128等加密算法，確保會議具有較高的安全性全;1080P全高清支持，支持多路（HDMI+DVI-I：HDMI、VGA）高清視頻輸入，2路（HDMI）高清視頻輸出;嵌入式DSP硬件解決方案，高效率，低延時;全開放API，支持第三方應用的開發(fā)，易于客戶二次開發(fā)實現(xiàn)定制需求;可以選擇內置高清MCU功能進行擴充，最大可支持1+3端高清視頻會議，可以有效降低設備成本以及維護成本，尤其對于一些中小企業(yè)具有良好的適用性;內置VPN，支持內置VPN（服務器端/客戶端），即使沒有專網也可以享受專網體驗;此外，還采用紅外傳輸技術，終端支持串口接收紅外信號，配合指定型號攝像機工作時，可以通過透攝像機來接收紅外遙控信號，控制范圍更廣，為視頻會議提供更多便利;多點控制單元主要負責視頻、音頻信號的切換。支持8路1080P接入，支持雙流、多速率、多協(xié)議適配，支持8路720P/4路1080P多畫面，每用戶最大8M，最大支持1920*1080全高清分辨率，含多媒體通訊綜合管理軟件;可以兼容其它符合國際標準（H.323&SIP）的終端產品，也可與其它H.323協(xié)議的MCU級聯(lián)，可兼容4CIF （704×576）、HD720P （1280×720）、HD1080P（1920×1080）等不同分辨率接入;專業(yè)的高清音視頻質量，支持H.264高清以及1080P的超高清視頻編解碼，支持G.722.1C高清或者超高清音頻編解碼，加上獨特的智能混音設計，給用戶帶來更加逼真的畫面和溝通感覺;靈活的組網能力，創(chuàng)新的多流編碼技術，即對于同一個視頻源可以根據(jù)終端編碼出不同速率以及分辨率的碼流，適合不同終端帶寬接入以及移動設備接入系統(tǒng)。優(yōu)良的終端兼容性和支持VoIP融合：嚴格遵循國際電聯(lián)H.323標準和優(yōu)良的終端兼容性和支持融合IETF的SIP標準（可混合），多點控制單元與主流的會議電視終端（Polycom、Tandberg、Ather、LifeSize、SONY、Radvision）具有良好互通性。通過SIP語音網關或SIP服務運營商，可支持普通電話或手機加入會議，使用戶在出差過程中也可以隨時加入會議;突出的網絡特性和穩(wěn)定性，基于QoS的通訊機制，為多點會議突出的網絡特性、安全性和穩(wěn)定性議提供基礎保障。支持H.235 AES媒體流加密標準，從而保證會議的安全性。

3.3 視頻會議系統(tǒng)解決方案

基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)，配備多點控制單元，總部和分支機構的MCU進行連接，可以滿足大、中、小會議室全場景需求。用戶可根據(jù)實際會議室大小及布局。智能化視頻會議設備具有多樣化特點，用戶可以通過PC端軟件、手機端APP、網頁端便捷地接入會議，從而滿足用戶頻繁的會議需求，系統(tǒng)還搭載回聲消除技術的音頻設備與光學變焦攝像機，為用戶提供優(yōu)質、清晰的音視頻會議體驗。此外，支持音頻和視頻編碼轉換。每個用戶都可以享受高級視頻處理的全部優(yōu)勢，包括：多分屏模式、速率匹配、文本和畫面疊加、以及發(fā)言著突出顯示?？梢杂行Ц纳凭W絡丟包下的視頻質量，確保始終提供最好的視頻質量，支持音頻/視頻協(xié)議的編碼轉換。采用優(yōu)化了的H.264視頻壓縮算法，使得在占用不到1Mbps帶寬的情況下，視頻清晰度就可以達到高清效果，同時當網絡狀況變化時，系統(tǒng)還能夠自適應調整，使得會議綜合質量達到最佳。超強的混協(xié)議、混分辨率和混速能力，支持在同一組會議中，視頻會議終端設備可以采用不同的視頻壓縮編碼協(xié)議、不同的視頻分辨率和不同的帶寬接入會議。

3.4 視頻會議的多種接入方式

為提高用戶接入視頻會議的便捷性，基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)支持多種接入方式和多種框架協(xié)議，適應衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g特點，即使在低帶寬的情況下，也能夠提供良好的視頻通話效果。與此同時，衛(wèi)星地面接受到信號后，可以直接轉換為ISDN、E1等線路，更加快捷的接入多點控制單元中，非常方便地利用線路特點，實現(xiàn)方式簡單。支持PSTN以及移動電話語音接入，滿足在外人員接入視頻會議需求管理不需要任何更改，通過IP語音網關方式，接入企業(yè)的PSTN電話和移動終端，實現(xiàn)企事業(yè)單位內的任意電話接入，并且有效實現(xiàn)了視頻、語音的廣泛兼容。

4. 總結

綜上所述，本文首先對視頻會議系統(tǒng)的多畫面會議、雙流功能、字幕功能以及會議召集功能進行分析，然后介紹了基于IP網絡的智能化視頻會議系統(tǒng)的總體構架、視頻會議系統(tǒng)解決方案以及視頻會議的多種接入方式。通過高清視頻會議MCU實現(xiàn)了高清影像、音頻采集、遠距離傳輸和接受播放等功能。以客戶需求為出發(fā)點，通過信息化技術手段，從而滿足人們協(xié)同辦公的溝通需求。

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作者簡介：王凱，山東安丘人，工程師，研究方向：有線接入網。