視頻會議系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用探究

郭 圣

（南京市人防指揮信息保障中心 江蘇 南京 210008）

0 引言

視頻會議系統(tǒng)亦可稱為電視會議系統(tǒng)，基于這一系統(tǒng)的支持，能夠讓各個地點的人們依靠互聯(lián)網(wǎng)與多媒體設(shè)備，實現(xiàn)音視頻信號的實時傳輸，打破空間限制進行遠程線上會議。現(xiàn)階段視頻會議系統(tǒng)已經(jīng)在政府部門、企事業(yè)單位中得以推廣應(yīng)用，在很大程度上降低了會議成本，提高了辦公效率，參會人員也無需耗費時間與精力趕往會議現(xiàn)場，因此本文有必要對視頻會議系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其在實踐中的具體應(yīng)用予以研究。

1 視頻會議系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，在很大程度上讓視頻會議系統(tǒng)在各個行業(yè)和領(lǐng)域中得以推廣應(yīng)用，推動了通信手段與通信方式的革新。從國內(nèi)的實際情況來看，政府部門與企事業(yè)單位對于視頻會議系統(tǒng)的需求持續(xù)提升，在日常工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。視頻會議系統(tǒng)基于IP網(wǎng)絡(luò)進行構(gòu)建，嚴(yán)格參照H.323、SIP等音視頻協(xié)議，在依靠多點控制及Oracle數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，借助于QoS控制技術(shù)來對相關(guān)音視頻數(shù)據(jù)進行傳輸共享。在視頻會議系統(tǒng)內(nèi)部，IP組播屬于視頻圖像的重要發(fā)送形式，它對局域網(wǎng)帶寬也提出了非常高的要求，對延時以及誤碼的修正率要求更高，對視頻會議圖像分辨率也有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能確保遠程線上視頻會議的順利進行，保證音視頻數(shù)據(jù)能夠及時準(zhǔn)確傳送[1]。視頻會議系統(tǒng)不單單能夠帶來面對面遠程交流通信功能，近年來也被推廣普及到日常學(xué)習(xí)與工作中，促進了政策指令下達效率的提升，降低了傳統(tǒng)線下會議所需成本，減少了人力與物力的損耗。

2 視頻會議系統(tǒng)構(gòu)成及功能

2.1 系統(tǒng)的基本構(gòu)成

一般來說視頻會議系統(tǒng)主要包含了服務(wù)器、會議室終端、桌面終端以及網(wǎng)關(guān)等部分。對于整個系統(tǒng)而言，會議服務(wù)器屬于其核心所在，它可以給用戶帶來群組會議連接功能，這一服務(wù)器往往以MCU為主。在實際應(yīng)用過程中設(shè)置相對簡單，讓用戶能夠更加便捷地進行操作。PC終端屬于整個系統(tǒng)的關(guān)鍵組成模塊，通常而言基于計算機開展的會議要配備PC攝像頭，當(dāng)前計算機已經(jīng)逐漸成為電子辦公的標(biāo)準(zhǔn)配置，因此桌面會議終端不需要再添加其他配件。會議室終端能夠借助視頻采集卡來提供支持，其成本相對更低，而移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶還可以通過智能手機直接利用移動網(wǎng)絡(luò)來參與視頻會議，也能夠在移動端發(fā)布或記錄會議內(nèi)容[2]。

2.2 視頻會議軟件的常用功能

一是音視頻傳輸。借助于VCEG與MPEG視頻組提供的視頻編碼解碼標(biāo)準(zhǔn)H.264、SIP等，能夠帶來更高清晰度的畫面質(zhì)量，提供多人音視頻實時交互功能。二是電子白板。與會人員能夠在白板位置對會議信息予以書寫，支持多人同時繪制，可以對屏幕中任何位置進行截圖，把截圖實時呈現(xiàn)在白板區(qū)域中。三是動態(tài)PPT。提供動態(tài)PPT展示功能，能夠?qū)討B(tài)畫面實現(xiàn)高質(zhì)量還原。四是媒體播放。能夠把存放于本地數(shù)據(jù)庫的多媒體文件當(dāng)成是虛擬設(shè)備源，把音視頻文件直播播放給其他與會人員。五是會議記錄。能夠?qū)φ麄€視頻會議的過程進行實時錄制，錄制的文件會保存于本地數(shù)據(jù)庫之內(nèi)，管理人員能夠?qū)Ρ４娴臅h記錄進行剪輯后再次上傳到會議視頻系統(tǒng)中，從而便于其他與會人員反復(fù)觀看。六是會議管理。管理人員依靠系統(tǒng)提前設(shè)置會議流程，開始會議后嚴(yán)格按照流程予以執(zhí)行。

3 視頻會議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圖像標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)

與過去所應(yīng)用的標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)比起來，近年來逐漸推廣普及的高清視頻會議對于圖像質(zhì)量提出了更高的要求，傳統(tǒng)的標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)支持的圖像質(zhì)量不高，也并未有較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而對于高清視頻會議系統(tǒng)來說，現(xiàn)階段所適用的清晰度標(biāo)準(zhǔn)主要是1 080 p與1 080 i，甚至部分重要部門的視頻會議系統(tǒng)已經(jīng)能夠達到2 k乃至4 k的圖像清晰度。目前從整體上來說，大部分政府部門和企事業(yè)單位應(yīng)用的視頻會議系統(tǒng)都選擇1 080 p或1 080 i作為圖像清晰度標(biāo)準(zhǔn)，1 080指的是垂直方向有1 080條水平掃描線，P則指的是依靠逐行掃描技術(shù)對圖像實施掃碼，讓視頻會議系統(tǒng)可以給與會人員提供更好的視覺體驗，可以給用戶帶來更加高質(zhì)量的服務(wù)，模擬出更加接近真實的會議環(huán)境。

3.2 視頻編碼技術(shù)

對于視頻編碼技術(shù)而言，視頻會議系統(tǒng)一般是選擇H.264標(biāo)準(zhǔn)，它作為高度壓縮數(shù)字視頻編碼解碼器標(biāo)準(zhǔn)，擁有更好的圖像質(zhì)量，提供更高壓縮率的編碼技術(shù)，其實際編碼過程包含了如下幾個環(huán)節(jié)：首先是對視頻幀間預(yù)測和幀內(nèi)預(yù)測予以計算，獲得幀間數(shù)據(jù)的差值；其次對得到的數(shù)據(jù)實施量化和整數(shù)變換，補充幀間數(shù)據(jù)殘差；最后對處理結(jié)束后的圖像予以編碼和輸出。H.264標(biāo)準(zhǔn)在視頻編碼壓縮環(huán)節(jié)表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢，當(dāng)圖像質(zhì)量基本一致時，它的壓縮工作效率達到了一般標(biāo)準(zhǔn)的三倍左右，同時H.264標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)出更高的容錯性，可以及時對數(shù)據(jù)傳輸過程中可能存在的延遲和丟包現(xiàn)象予以處理，對持續(xù)視頻圖像壓縮發(fā)揮了非常重要的價值，可以對視頻錯誤或異?，F(xiàn)象實施有效處理，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸受到外部因素影響抑或是視頻會議處于低速網(wǎng)絡(luò)中，也可以讓會議順利開展，有助于保障視頻會議的穩(wěn)定性。

3.3 音頻編解碼技術(shù)

過去很長一段時間以來，視頻會議系統(tǒng)往往都是選擇G.711/G.722等ITU標(biāo)準(zhǔn)的音頻編碼解碼技術(shù)，然而過去的單聲道傳輸逐漸難以達到新時代視頻會議用戶的實際需求，所以在當(dāng)前的視頻會議系統(tǒng)內(nèi)運用了MPEG制定的AAC-LD協(xié)議，還有一些單位選擇多聲道語音編碼解碼技術(shù)，在很大程度上契合了多聲道高清視頻會議的技術(shù)要求。另外為確保視頻會議過程中能夠提供更加高質(zhì)量的通信服務(wù)，基于全雙工音頻的基礎(chǔ)上，借助于快速自適應(yīng)回聲抵消技術(shù)以及自動降噪技術(shù)等，都能顯著提高會議過程中的語音通話質(zhì)量。

3.4 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

通信協(xié)議屬于視頻會議系統(tǒng)的重要技術(shù)組成部分，通常包括了SIP協(xié)議以及H.323協(xié)議。SIP通信協(xié)議是IEIF所提出的，而后者則是國際電信聯(lián)盟ITU-T所提出的。一方面，SIP通信協(xié)議往往選擇文本編碼的形式，嚴(yán)格按照實時多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)，主要運用于IP分組交換網(wǎng)絡(luò)中，屬于一種能夠調(diào)整各方通信媒體的程序，確保參與視頻會議的各方可以順利進行通信。另外SIP通信協(xié)議可以終止不同的通信連接，其涉及到用戶代理、代理服務(wù)器、注冊服務(wù)器和重寫服務(wù)器構(gòu)成，各個功能模塊能夠提供多樣性、差異化的通信功能。另一方面，H.323協(xié)議屬于音頻通信協(xié)議，在IP分組交換網(wǎng)絡(luò)的支持下，能夠讓視頻會議數(shù)據(jù)和語音視頻數(shù)據(jù)進行同步通信，通常情況下主要包含了媒體通信傳輸模塊、信號命令控制模塊和數(shù)據(jù)會議模塊[3]。

4 視頻會議系統(tǒng)的構(gòu)建與技術(shù)應(yīng)用

4.1 視頻會議系統(tǒng)的構(gòu)建思路

近年來現(xiàn)代信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，給視頻會議系統(tǒng)的構(gòu)建帶來了非常大的支持，然而基于現(xiàn)階段視頻會議系統(tǒng)的實際運用狀況來說，該系統(tǒng)在實際功能上還存在一定的問題，阻礙了其普及運用。比如說部分硬件的成本較高，通常視頻會議系統(tǒng)僅僅可以支持基于SIP協(xié)議的客戶端連接，不兼容其他類型的客戶端，如此一來便對其運用范圍帶來了限制。對于目前視頻會議系統(tǒng)表現(xiàn)出的一些突出問題，研究人員在構(gòu)建視頻會議系統(tǒng)的過程中必須要結(jié)合本單位實際需求，盡可能控制成本，提升視頻會議系統(tǒng)的通用性與兼容性，能夠符合主流通信的實際需要，對不同媒體流控制方法予以融合，從而確保通話質(zhì)量。

4.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

按照視頻會議系統(tǒng)基本構(gòu)建思路，同時在結(jié)合實際需求的前提下對整個框架予以靈活設(shè)計，視頻會議系統(tǒng)包含了如下幾個部分：

4.2.1 會議服務(wù)器

本文中所構(gòu)建的視頻會議系統(tǒng)選擇SIP信令集中處理模式，通信控制器的主要作用是對視頻會議的全過程予以實時控制，對相關(guān)終端信令實施集中處理，同時對終端數(shù)據(jù)予以解析，隨后將其上傳到數(shù)據(jù)庫之內(nèi)。動態(tài)控制器能夠直接提取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)，進行計算分析后形成終端連接狀態(tài)圖，可以實時反映視頻會議系統(tǒng)的運行狀態(tài)，借助于對提取信息的解析，第一時間掌握與會人員各自網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)，為制定管理命令提供依據(jù)。

4.2.2 Web RTC服務(wù)器

此次構(gòu)建的視頻會議系統(tǒng)包含了若干不同的通信平臺，視頻會議系統(tǒng)涉及到兩個客戶端，分別為SIP客戶端與Web RTC客戶端，對于視頻會議管理方面針對性地運用各自的解決方案。因為SIP不能夠?qū)eb RTC予以直接管理，所以在系統(tǒng)構(gòu)建的過程中選擇配備了單獨的服務(wù)器來進行有效的會議控制，讓兩個客戶端可以在信令層進行交互。

4.2.3 微控制單元

微控制單元的主要功能是在系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，對不同終端發(fā)出的信息流實施同步分離，同時對所含的音視頻數(shù)據(jù)予以提取，把獲得的數(shù)據(jù)再分別傳送到對應(yīng)模塊予以解析，實現(xiàn)音視頻混合交換，最終處理完成的數(shù)據(jù)能夠直接傳遞到相應(yīng)的終端。在構(gòu)建視頻會議系統(tǒng)的過程中依托于媒體流控制理論，把集中和分散控制模式予以整合，微控制單元主要負責(zé)集中控制，從而有效增強了整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，減少客戶端承載壓力，能夠支持更多人數(shù)、更大規(guī)模的視頻會議活動。

4.2.4 信令轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)

為確保視頻會議系統(tǒng)擁有更強的兼容性，實現(xiàn)SIP和Web RTC的有效轉(zhuǎn)換，讓兩個客戶端可以實時通信，在構(gòu)建系統(tǒng)的過程中配置了信令轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，提供能異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信功能。

4.2.5 客戶端

前文已經(jīng)提到，視頻會議系統(tǒng)中的客戶端包括SIP與Web RTC構(gòu)成，SIP客戶端能夠和會議服務(wù)器連接，Web RTC通過信令轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)后與會議服務(wù)器進行連接。

4.3 服務(wù)器設(shè)計

服務(wù)器設(shè)計屬于視頻會議系統(tǒng)中的重要組成部分，本系統(tǒng)中涉及到會議服務(wù)器以及媒體服務(wù)器兩種。

4.3.1 會議服務(wù)器設(shè)計

此次構(gòu)建的視頻會議系統(tǒng)包含了若干通信協(xié)議，基于此研究人員能夠?qū)h服務(wù)器合理劃分成SIP通信控制器以及動態(tài)控制器兩個組成部分。首先是SIP通信控制器，它可以提供系統(tǒng)內(nèi)部會話功能，主要包含了用戶代理、注冊服務(wù)以及數(shù)據(jù)寫入等模塊。進行設(shè)計的過程中利用SIP Servlet來確保不同模塊具體功能得以實現(xiàn)。其次是動態(tài)控制器，能夠提供數(shù)據(jù)讀取、圖形分析以及動態(tài)調(diào)整幾種功能[4]。

4.3.2 媒體服務(wù)器設(shè)計

視頻會議系統(tǒng)處于運行狀態(tài)下必然會有海量的音視頻流傳輸進入，為有效降低海量數(shù)據(jù)對客戶端帶來的運行壓力，在系統(tǒng)設(shè)計時配置了媒體服務(wù)器，從而實現(xiàn)對媒體流的編解碼以及混合處理。媒體服務(wù)器主要包含了如下模塊：

一是媒體流收發(fā)模塊，它能夠從媒體流數(shù)據(jù)內(nèi)對雙R消息實施解析，同時根據(jù)媒體類的自身特點來及時完成分類，還能夠把音視頻數(shù)據(jù)暫時存儲于緩沖區(qū)，對指定終端傳輸媒體流。二是消息收發(fā)模塊，這一模塊能夠?qū)h服務(wù)器傳輸而來的消息予以接收，進行解析后又傳輸給資源采集模塊。三是音視頻緩沖模塊，這一模塊中設(shè)置了若干緩沖區(qū)，具體來說是對終端傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)予以暫時存儲。四是資源采集模塊，其可以對媒體服務(wù)器實際運行時形成的數(shù)據(jù)予以全面及時收集，從而分析通話路數(shù)、內(nèi)存占用等。五是編解碼模塊，設(shè)置這一模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對媒體流音視頻實施編解碼處理。為確保Web RTC客戶端具備較高的兼容性，設(shè)置編解碼模塊的過程中應(yīng)當(dāng)賦予其支持兩類不同編碼格式的功能，主要針對H.264和VP8，此模塊運用開源代碼。六是混合模塊，其可以對多路流媒體予以整合，借助于查找confer_id，確定參加會議的終端數(shù)量，按照結(jié)果來合理判定應(yīng)合并的媒體流路數(shù)。

4.3.3 客戶端連接方式

對于視頻會議系統(tǒng)而言，在實際運行時應(yīng)當(dāng)確保參與會議的各個客戶端之間進行有效連接。此次所構(gòu)建的視頻會議系統(tǒng)包含了若干通信平臺，因此保障Web RTC客戶端正確接入是關(guān)鍵所在，詳細來說需要在服務(wù)端配置信令轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，讓W(xué)eb RTC客戶端發(fā)出的信令能夠及時轉(zhuǎn)變成和SIP終端格式標(biāo)準(zhǔn)相同的信令，如此即可做到客戶端和服務(wù)器之間的有效信息傳輸[5]。配置信令轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)選擇了模塊化設(shè)計理念，其中包括代理模塊、網(wǎng)關(guān)事務(wù)模塊、會話模塊以及轉(zhuǎn)換模塊。一般來說，中間信令格式和轉(zhuǎn)換流程設(shè)計完成后，可以實現(xiàn)對多協(xié)議實施統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

5 視頻會議系統(tǒng)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

5.1 云會議技術(shù)

云計算技術(shù)近年來在數(shù)字化辦公中得以廣泛運用，隨之也推動了云會議的發(fā)展，這一技術(shù)的突出優(yōu)勢是用戶僅僅做出簡便的操作就能夠快速參加會議，和與會人員實時溝通交流。同時云會議也開始逐步朝著更加虛擬化、移動化以及軟件化的方向發(fā)展，在諸多行業(yè)及領(lǐng)域都表現(xiàn)出較好的適用性。目前來說云會議基本架構(gòu)模式包含了H.264AVC以及H.264SVC兩類，還可以實現(xiàn)對公有云、私有云等不同云端形式的提前部署，提供整體業(yè)務(wù)拓展功能，對動態(tài)負載實施均衡化處理。在具體運用過程中，國外云會議通常會選擇SAAS模式的公有云部署方式，而在企業(yè)或者個人提出云會議需求的情況下及時帶來對應(yīng)的租借服務(wù)。

5.2 網(wǎng)真技術(shù)

該技術(shù)屬于現(xiàn)代化遠程呈現(xiàn)技術(shù)，在更新發(fā)展歷程中逐漸對空間IP聲學(xué)、空間照明以及人體工程等各種新興技術(shù)進行了整合與創(chuàng)新，可以借助于互聯(lián)網(wǎng)對真實空間情境予以呈現(xiàn)，帶來一種全新的跨越時空的視頻會議模式。另外將網(wǎng)真技術(shù)推廣運用到視頻會議系統(tǒng)之中可以非常便捷地進行相關(guān)操作，也能夠給參會人員提供更加真實的沉浸式體驗，可以對不同的視頻會議模式進行合理調(diào)整，讓其具有更高的靈活程度，提供更加多元化的使用功能[6]。網(wǎng)真技術(shù)在未來視頻會議系統(tǒng)更新與發(fā)展中必然擁有更加廣闊的市場前景，是前沿科技發(fā)展的直觀體驗。

6 結(jié)語

綜上所述，視頻會議系統(tǒng)的推廣應(yīng)用為政府部門和各企事業(yè)單位帶來了一個更加快捷高效的信息傳輸路徑，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)線下會議的形式，有效降低人力物力成本，為參會人員提供更安全可靠的會議模式。大眾應(yīng)當(dāng)充分認識到視頻會議系統(tǒng)的功能與作用，在實際工作中不斷探索研究更新其應(yīng)用方式，及時對視頻會議系統(tǒng)進行更新完善，為廣大用戶帶來更加高質(zhì)量的會議體驗，促進辦公效率不斷提升。