上海局集團公司視頻會議系統(tǒng)應(yīng)用及升級改造方案分析

張 健 中國鐵路上海局集團有限公司電務(wù)部

唐寅生 中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段

1 引言

上海局集團公司是中國國家鐵路集團有限公司管理的大型鐵路運輸企業(yè)的十八個局之一，下轄上海、浙江、江蘇、安徽地區(qū)，管內(nèi)有運輸站段、直屬非運輸企業(yè)、工程指揮部、辦事處及運輸輔助單位共一百二十余個，為全國客貨運輸最繁忙的鐵路局。早在2007 年為適應(yīng)各鐵路分局撤銷后鐵路局至站段的直管模式，上海局建成第一套鐵路局至運輸站段標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)，該系統(tǒng)的使用發(fā)揮了運輸生產(chǎn)信息即時溝通、重要文件精神高效傳達等重要作用，有效化解集中管理與所屬單位眾多分散之間的矛盾，充分體現(xiàn)了視頻會議系統(tǒng)是保障鐵路安全生產(chǎn)運輸工作的重要技術(shù)手段。

2013 年，根據(jù)鐵路總公司批復(fù)，上海局對鐵路總公司至路局會議系統(tǒng)進行更新改造，在路局相關(guān)會場各設(shè)置主備用華為高清視頻會議終端，通過路局華為高清終端與路局至站段標(biāo)清終端間的背靠背模擬轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)了局內(nèi)各站段收聽收看總公司高清視頻會議。

2 上海局各視頻會議系統(tǒng)組網(wǎng)及運用情況

2007 年建成的路局至站段視頻會議系統(tǒng)采用的是中興公司標(biāo)清會議系統(tǒng)，多點控制系統(tǒng)由8 套MCU 組成，型號為中興M8900，MCU分別設(shè)置在上海、南京、合肥、杭州共4個會議工區(qū)，各會議工區(qū)均設(shè)置互為主備用的2 套MCU，其中上海為主MCU，其他地區(qū)皆為從MCU。各站段使用中興T502-2MEX 標(biāo)清視頻會議終端，均采用E1專線電路與本地區(qū)MCU互聯(lián)，早期各會場終端下部線接入多采用在電話線上開通SHDSL方式接入傳輸網(wǎng)絡(luò)或MCU，因故障較多已基本改造為在新敷設(shè)光纖上開通PDH 的方式實現(xiàn)下部線接入，改造后故障率明顯減少。

3 既有路局至站段視頻會議系統(tǒng)存在問題

（1）該系統(tǒng)主要設(shè)備在網(wǎng)運行時間已超過10 年，日常使用率較高，各類故障發(fā)生逐年增多。

（2）在轉(zhuǎn)播國鐵集團會場的1080P 高清視頻信號至局內(nèi)各單位時，既有標(biāo)清MCU僅能夠通過模擬信號轉(zhuǎn)接的方式向局內(nèi)各站段轉(zhuǎn)播總公司視頻會議圖像，各站段收看總公司轉(zhuǎn)播的會場圖像存在清晰度低、比例失調(diào)以及色彩失真等缺陷。

（3）隨著各站段單位顯示設(shè)備的更新?lián)Q代，既有小尺寸液晶或CRT 電視機均被大尺寸高清液晶電視取代，而且近年集團公司機關(guān)大型會場顯示設(shè)備也改造為超大面積LED 電視墻，標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)的圖像清晰度不高、色彩失真、畫面比例不協(xié)調(diào)、對會場燈光環(huán)境要求較高等問題愈發(fā)暴露明顯。

4 路局至站段視頻會議系統(tǒng)兩種升級改造方案的對比

4.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

視頻會議就是利用視訊技術(shù)和設(shè)備，通過通信承載網(wǎng)絡(luò)把不同地點的會議室連接起來，在兩地或多地召開實時、雙向、交互式的可視會議的一種多媒體通信手段。國際電聯(lián)（ITU-T）為視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)框架，目前H.320 和H.323 協(xié)議成為鐵路視頻會議系統(tǒng)最主要的兩種標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。其中H.320 協(xié)議適用SDH 傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的E1專線通道，H.323支持在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)上進行多媒體通信的協(xié)議，在鐵路視頻會議系統(tǒng)中這兩種主要標(biāo)準(zhǔn)可形成互補的應(yīng)用方式。

4.2 確定路局至站段視頻會議系統(tǒng)升級改造方案

通過基于對H.320、H.323這兩種主流框架協(xié)議的對比分析，綜合考慮鐵路行業(yè)視頻會議系統(tǒng)的中長期發(fā)展規(guī)劃，確保在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接入方式、系統(tǒng)性能等各方面適應(yīng)未來視頻會議和多媒體應(yīng)用的未來發(fā)展，確定此次升級改造方案如下：

（1）E1 線路接入方式（H.320）具有線路質(zhì)量穩(wěn)定、可靠、維護簡單等特性，在鐵路視頻會議網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用，是目前接入方式的主要手段，因路局至站段視頻會議系統(tǒng)的重要性，站段及以上用戶終端宜采用H.320協(xié)議接入方式。

（2）IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)接入方式（H.323）具有接入方式靈活，接入成本低等優(yōu)點，適用于區(qū)域內(nèi)大量用戶接入，尤其在路局基礎(chǔ)通信網(wǎng)建成后，大量站段、車站及車間會場具備IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)就近接入的條件。本次升級高清MCU將采用電信級產(chǎn)品，單臺MCU 具備強大的用戶接入及功能擴展能力，其中H.323 協(xié)議用戶接入可超過千路，今后路局至站段視頻會議系統(tǒng)的備用接入方式、站段至車間視頻會議業(yè)務(wù)均可采用H.323 協(xié)議接入方式。

（3）本次升級的MCU 及用戶終端為高清視頻會議設(shè)備，產(chǎn)品應(yīng)兼容H.320、H.323 兩種接入方式，系統(tǒng)具備召開雙模會議的能力。為節(jié)省投資，避免因傳輸通道改造需要的大量投資，本次系統(tǒng)升級將采用業(yè)界最新的H.265 高清視頻編碼技術(shù)，可實現(xiàn)在單E1 線路上的雙流1080P/30fps 高清視頻傳輸和呈現(xiàn)，將充分利用既有MCU 間級聯(lián)以及MCU 至用戶終端間的E1傳輸通道。

（4）新型高清會議系統(tǒng)具有高清、標(biāo)清混合組網(wǎng)功能，可充分發(fā)揮既有標(biāo)清設(shè)備的能力避免造成浪費，既有標(biāo)清終端可作為各站段會場的備用終端得以保留。

5 新會議系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及新技術(shù)的運用

為確保升級工作不對既有標(biāo)清系統(tǒng)造成影響，本次升級均在既有機房、用戶會場同址新設(shè)高清會議MCU 和終端，新高清終端均利用既有標(biāo)清終端的備用E1 下部線實現(xiàn)與新高清MCU互聯(lián)并開展調(diào)試工作，實現(xiàn)新老系統(tǒng)并存。

5.1 新高清會議系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及主備用系統(tǒng)冗余方式

（1）本次升級采用的MCU設(shè)備為中興公司M9000型高清MCU，在上海、南京、合肥、杭州會議工區(qū)通信機房各新設(shè)主備 2 套 MCU，MCU 間以及 MCU 至用戶終端間均采用 E1/IP 雙互聯(lián)方式，系統(tǒng)具備召開雙模會議的能力。上海主MCU至各從MCU間均采用6條E1專線互聯(lián)，每2條E1專線合并為1組MCU 級聯(lián)電路，主從MCU 間共3 組級聯(lián)電路，即同一時間段主MCU至各從MCU間可同時召開3組會議，這樣也可確保每組級聯(lián)中的1 條E1 發(fā)生故障后，單個MCU 下掛的用戶得以正常開會。主MCU 至各從MCU分別就近接入鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)以實現(xiàn)IP方式互聯(lián)。

（2）各 MCU 機房新設(shè) 2 套 ZXR10 5250 三層交換機采用雙上聯(lián)VRRP協(xié)議就近接入IP數(shù)據(jù)網(wǎng)AR01、AR02，這兩臺三層交換機可提供主備MCU及附近會場高清會議終端接入，經(jīng)匯聚后接入至鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，最終實現(xiàn)各地區(qū)主備高清MCU與各會場高清會議終端通過鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)。VRRP協(xié)議可結(jié)合BFD、NQA 監(jiān)測指定端口IP地址是否可達來判斷主用鏈路是否可用，若AR01上聯(lián)鏈路發(fā)生中斷，通過BFD 或NQA 檢測到 AR01 上行鏈路端口為 DOWN 狀態(tài)，VRRP 協(xié)議將發(fā)生倒換，將流量送往AR02 上行鏈路并與IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)其他節(jié)點保持正常通信。

（3）本次升級在轉(zhuǎn)播總公司高清會議至站段或召開總公司至路局至站段三級高清視頻會議時，路局201 會場（408 會場與之相同）的總公司華為高清終端與路局中興高清轉(zhuǎn)接終端均通過背靠背數(shù)字視頻模擬音頻轉(zhuǎn)接實現(xiàn)。為保障轉(zhuǎn)接總公司各類重要會議的可靠性，路局201、408 會場的總公司主備高清終端與路局主備轉(zhuǎn)接終端在會議中均為熱備狀態(tài)，這樣在會議中當(dāng)任一臺主用設(shè)備發(fā)生故障后備用設(shè)備能夠立即入會并通入使用，確保會議正常召開。

5.2 高清視頻會議系統(tǒng)采用新技術(shù)介紹

（1）H.265 高清視頻編碼技術(shù)，國際電聯(lián)（ITU-T）的H.26×系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了H.261、H.263，H.264 的演進過程，最新的H.265 在現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264 基礎(chǔ)上，通過進一步提高壓縮效率、提高錯誤恢復(fù)能力、降低編解碼時延達到最優(yōu)設(shè)置。相比高清視頻H.264編解碼技術(shù)，H.265提供了更多不同的工具來降低碼率，H.265 的編碼單位可以選擇從最小的8x8 像素到最大的64x64 像素，對信息量不多的區(qū)域劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細節(jié)多的地方劃分的宏塊就相應(yīng)的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當(dāng)于對圖像進行了有重點的編碼，針對關(guān)鍵細節(jié)的部分進行增強劃塊，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應(yīng)得到了提高。使用H.265編解碼的一個巨大優(yōu)勢是僅需目前主流編碼視頻H.264一半的比特率，就可提供同等質(zhì)量的視頻。

（2）雙模會議，主 MCU 與各從 MCU 間以及 MCU 至用戶終端間均采用E1 專線電路和IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)兩種模式實現(xiàn)互聯(lián)，即支持IP/E1 兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式，可實現(xiàn)E1/IP 兩種會議平面混合組網(wǎng)開會。IP/E1 雙模工作可進一步提高高清視頻會議系統(tǒng)的可靠性。本次升級后的高清視頻會議系統(tǒng)采用E1 專線（主用接入方式）、IP（備用接入方式）終端混合組網(wǎng)的方式，為每個用戶終端提供E1、IP雙下部線接入方式，若單個用戶終端的E1專線發(fā)生故障或性能劣化后，用戶終端將自動采用IP方式自動呼叫MCU以保障會議正常召開。

（3）在標(biāo)清會議系統(tǒng)中曾發(fā)生過單套MCU故障切換至備用MCU 時間較長的問題，主要問題在于MCU 背板E1 連接線過多造成的人工倒換時間過長。為解決這個問題，本次升級各會議室均安裝有主備MCU自動倒換裝置，其倒換原理為主備MCU與級聯(lián)口、本地用戶終端的E1接口采用“Y”形連接方式（類似于三通模式），正常狀態(tài)下主用MCU 與級聯(lián)MCU、本地用戶終端的E1端口導(dǎo)通，當(dāng)單臺MCU 發(fā)生故障后，維護人員只需按動主備切換鍵，即可完成倒換裝置內(nèi)部各繼電器工作狀態(tài)的反轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)備用MCU 與級聯(lián)MCU、本地用戶終端的E1端口導(dǎo)通。主備MCU與倒換裝置連接示意圖見圖1。

圖1 主備MCU與倒換裝置連接示意圖

（4）超強的錯誤隱藏技術(shù)。傳統(tǒng)的錯誤隱藏技術(shù)只能處理5%以下的網(wǎng)絡(luò)丟包和誤碼，再高的丟包率會導(dǎo)致聲音斷續(xù)或者產(chǎn)生噪聲。M9000 采用錯誤隱藏技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)丟包和誤碼在30%的情況下，聲音的主觀感受仍然可接受，人耳能夠很輕松地聽清楚和理解說話的內(nèi)容而沒有明顯不適的感受。

5.3 相關(guān)功能驗證

5.3.1 主備MCU冗余保護方式

（1）E1 方式：經(jīng)過實測，采用自動倒換裝置后，單臺M9000 故障后直至備用M9000 成功接管并恢復(fù)會議正常召開，一般可控制在1 分鐘以內(nèi)，實現(xiàn)了主備用MCU 實現(xiàn)快速倒換的目的。

（2）IP 方式：將一臺 ET802 終端的 IP 地址同時配置在主、備M9000 上，兩臺M9000 采用配置相同終端的會議配置信息組會，終端接入會議后就處于占用狀態(tài)。當(dāng)主用M9000 出現(xiàn)宕機時，終端主用連接斷開，備用MCU呼叫該會議終端入會。備用MCU呼叫時終端至MCU的IP通道存在手動和自動倒換兩種方式，手動倒換方式需要在主用MCU網(wǎng)管上對會議進行結(jié)束掛斷操作，備用MCU 主動呼叫該IP 終端上會；自動倒換方式終端呼叫超過180 秒后才會掛斷，掛斷空閑后，備用MCU會主動呼叫該終端上會。

（3）M9000 使用的主從級聯(lián)電路采用每2 條長途級聯(lián)電路捆綁使用（并通過電路優(yōu)化，使每條長途級聯(lián)電路分別全程使用不同的傳輸網(wǎng)元通道），一旦捆綁長途級聯(lián)電路中的某條（A）電路中斷，MCU 在3 秒內(nèi)檢測到長途級聯(lián)電路幀失步，則會自動切換到（B）電路，以此確保長途級聯(lián)電路不會中斷，從而影響會議。

5.3.2 會議終端IP/E1雙模工作方式

單臺ET802采用E1專線、IP兩種接入方式與M9000實現(xiàn)互聯(lián)，當(dāng)終端側(cè)斷開E1專線電路以模擬專線電路發(fā)生故障或性能劣化后，用戶終端在6 秒內(nèi)完成IP 方式呼叫MCU 入會，最大程度保障會議正常召開。

6 結(jié)論

如今上海局集團公司局至運輸站段標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)已順利完成了高清數(shù)字化升級改造工作，新的高清視頻會議系統(tǒng)具備接入容量大、組網(wǎng)方式靈活、冗余功能豐富、安全可靠性更高等諸多優(yōu)點，通過近一段時間的試用，新系統(tǒng)在音、視頻質(zhì)量方面的顯著提高，給眾多參會人員帶來了非常優(yōu)異的用戶體驗，徹底擺脫了既有標(biāo)清系統(tǒng)存在的看不清、聽不清等設(shè)備缺陷問題。另外根據(jù)現(xiàn)場維護工作的實際需求及以往經(jīng)驗，在工程期間對系統(tǒng)進行了組網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，確保新系統(tǒng)在主備用系統(tǒng)冗余保護方面較之前系統(tǒng)有了重大提升，新系統(tǒng)具備了切換簡單、倒換迅速等優(yōu)點，進一步提高了總公司—路局—站段全高清視頻會議系統(tǒng)的可靠性。同時，高清視頻會議系統(tǒng)中各類新技術(shù)、新功能的運用，也為下一步集團公司其他會議系統(tǒng)的升級改造提供了重要技術(shù)依據(jù)。