Ｖｉｄｅｏ ａｐｐｌｉｅａｔｉｏｎ＆ｐｒｏｊｅｅｔ文章编号：１００２—８６９２（２０１０）０６—００９３—０４ 视频会议系统关键技术及应用研究术 ・实用技术・ 仲元昌 ，林永’，蔡增增 ，何进。 （１．重庆大学通信工程学院，重庆４０００４４；２．重庆工程职业技术学院，重庆４０００３７） 【摘要】针对视频会议系统的主要关键技术及应用问题，构建了一种高性价比的视频会议系统；采用嵌入式技术，充分利用软件 技术与虚拟仪器技术的强大功能，实现了ＭＣＵ的小型化，降低了系统成本。测试结果表明，该系统支持标准Ｈ．３２３协议、支持最新 的Ｈ．２６４编码标准和Ｈ．２３９双视频流、支持广泛的网络协议，界面友好，性能稳定，具有较高的实用价值。 【关键词】视频会议系统；嵌入式技术；虚拟仪器；多点控制单元 【中图分类号】ＴＰ３９３ 【文献标识码】Ｂ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＯＮＧ Ｙｕａｎ－ｃｈａｎｇ ，ＬＩＮ Ｙｏｎｇ’，ＣＡＩ Ｚｅｎｇ—ｚｅｎｇ ，ＨＥ Ｊｉｎ （Ｊ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎ￣＂ ２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ｗ ｔ ｅ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３７，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍｓ，ａ ｖｉｄｅｏ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｐｒｉｃｅ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｔａｋｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｆｕｌｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｕｈｉｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（ＭＣＵ）ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈ．３２３ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ Ｈ．２６４ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ，Ｈ．２３９ ｄｕａｌ ｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｉｓ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｖｉｄｅｏ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ；ＭＣＵ １ 引言 视频会议是利用通信网络，传输多个与会者连续活 动图像和声音的一种通信业务。作为现代通信的重要技 术。视频会议系统在远程教育、远程医疗、远程电视电话 会议、远程监控等方面有着广泛的应用＿ｌｌ。 现有的视频会议产品主要分为两大类：一类是基于 嵌入式系统的硬件视频会议产品，硬件视频会议产品基 ２ 关键技术分析 ２．１ Ｈ．３２３协议分析 传统的视频会议系统基于Ｈ．３２０标准．Ｈ．３２０是基 于电路交换的协议标准【 。从２Ｏ世纪９０年代开始，国际 电信联盟（ＩＴＵ）将视频会议系统标准的制定工作重点转 向Ｈ．３２３。Ｈ．３２３是基于ＴＣＰ／ＩＰ网络的视频会议系统的 标准协议．它涉及会议终端、多点控制单元、网关、网守、 音视频和数据的传输、网络控制、网络接口等方面的内容。 Ｈ．３２３协议中采用实时传输协议（ＲＴＰ）和实时传输控制 于嵌入式操作系统。采用Ｈ．３２３协议，主要面向高端的、 大型的专业视频会议需求，图像声音效果好，但是价格 高，维护、升级困难；另一类是基于ＰＣ＋服务器的软件网 络会议产品．软件网络会议产品基于ＰＣ＋服务器软件实 协议（ＲＴＣＰ）进行音视频数据的实时传输和控制。视频编 解码采用Ｈ．２６１，Ｈ．２６３，Ｈ．２６４等标准。音频编解码采用 Ｇ．７１１，Ｇ．７２２，Ｇ．７２９等标准。网络层音视频数据的传输都 采用用户数据包协议（ＵＤＰ），并且优先传送音频数据。 Ｈ．３２３标准支持在一个网络环境中同时召开多个独 现，面向低端小型会议、个人、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ用户．由即时消息 （ＩＭ）系统发展而来，采用ＸＭＰＰ或非标准协议。虽然维 护升级方便，价格便宜，但图像效果差，与传统Ｈ．３２３产 品不兼容，并且无回声抵消，难以满足大型专业会议要求。 针对视频会议系统的关键技术及应用问题，以科达 立会议．用多点控制单元来实现多点控制和管理。Ｈ．３２３ 的主要优点有：１） 可以被应用在通用的网络体系结构 中，具有网络独立性；２）能够对网络中并发的Ｈ．３２３链 接数和Ｈ．３２３应用可获得的总带宽进行限制，保证了视 频会议系统的有效传输：３）提供了链接基于电路交换的 科技有限公司提供的电视会议系统为研究对象，融合现 有视频会议系统的优点．构建了一种高性价比的视频会 议系统，采用嵌入式技术，充分利用软件技术的强大功 能，实现了ＭＣＵ的小型化，降低了系统成本。 视频会议手段。支持多播传输技术。但Ｈ．３２３的缺点是协 国家专项基金项目（３—３７）；重庆市自然科学基金项目（ＣＳＴＣ，２００６ＢＢ２２４２） Ｎｏ．０６ Ｖｏ１．３４ ２０１０（Ｓｕｍ Ｎｏ．３４３ ｌ＼＼『ＩＤＥｏ 鲫旧 Ｅ二 鲤 墅 …～ （ＭＣＵ）来实现会议电视的各种功能。 会议控制台主要用于视频会议的召集、控制和监视， 可运行在安装有Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的计算机上，以Ｗｅｂ 方式启动。同一时刻单个会议控制台可对多台ＭＣＵ进行 议比较复杂，没有拥塞控制机制，服务质量不能得到保 证，效率和可扩展性较差。 ２．２音视频编解码技术 音视频编解码技术是视频会议系统的关键技术指 标，是影响会议效果的重要因素［３－４］。采集到的原始音视 控制，而多个会议控制台也可对单个ＭＣＵ进行控制。 终端控制台．基于嵌人式结构设计，提供Ｈ．３２０＆Ｈ．３２３ 双协议支持：采用机架式结构，内置了１个６ｘ６视频矩 阵，可根据会场需要灵活配置多台摄像机输入；支持双视 频流，提供高达４ＣＩＦ的高品质视频图像、ＸＧＡ的计算机 图像和ＣＤ级音频效果．配合超群的视频优化技术、自动 回声消除技术、自动增益控制技术和背景噪音消除技术， 频信号是模拟信号且数据量大，通过压缩、编解码可以 将信号转化成能够在数字信道中传输的数字信号，节约 了存储数据的空间，降低了信道带宽，为在现有通信信 道上实现多种业务的并行传输提供了可能。 目前在国际上有两个负责音视频编码的组织，一个 是国际标准化组织下的运动图像专家组（ＭＰＥＧ），另一 个是国际电信联合会下的视频编码专家组（ＶＣＥＧ）。 ＶＣＥＧ制定的标准有Ｈ．２６１，Ｈ．２６２，Ｈ．２６３，Ｈ．２６４等，其 中Ｈ．２６４是为新一代交互视频通信制定的标准。ＭＰＥＧ 制定的标准有ＭＰＥＧ一１，ＭＰＥＧ一２，ＭＰＥＧ－－４，ＭＰＥＧ一７， ＭＰＥＧ－２１．其中ＭＰＥＧ一４是为交互式多媒体通信制定的 压缩标准。目前在视频会议系统中用到的视频编码技术主 可让用户获得极为真切的现场会议感受。终端控制台为 用户提供嵌入式终端的操作界面，用户可以实现对终端 的完全控制。包括会议管理、设备控制、系统管理、终端诊 断等。一台嵌入式终端目前仅支持一个终端控制台对其 进行控制。 会议终端是提供双向实时通信的客户端。一方面它 采集现场会议的音视频信号并将其压缩编码后同其他数 据信息一起通过传输网络发送到其他会议终端或多点控 制单元。另一方面它将接收来自其他会议终端或多点控 制单元的音视频信息，经过解压缩、解码等输出到本地的 会议显示设备中。 要有Ｈ．２６１，Ｈ．２６３，Ｈ．２６４，ＭＰＥＧ一２，ＭＰＥＧ一４等，音频编 码技术主要有Ｇ．７１１，Ｇ．７２２，Ｇ．７２３，Ｇ．７２８，Ｇ．７２９，ＭＰ３等。 ３ 系统模型及工作原理 根据Ｈ．３２３标准，依托科达科技有限公司提供的电 视会议系统，构建的系统模型如图１所示 。主要包括会议 终端、多点控制单元（Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ，ＭＣＵ）、网 高清视频终端提供了丰富的会议功能，并且提供遥 控器可操作界面，提供多个面板快捷键，可以实现会议中 的各个操作功能。 桌面终端（ＰＣＭＴ）是直接面向用户的基于计算机的 会议电视操作平台。向用户提供执行相关会议功能的操 作界面．主要供个人或者人数较少的团体参与会议时使 守（ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）、网关（ｇａｔｅｗａｙ）、传输网络、网络接口等。 用。桌面终端负责完成视频图像采集、显示。音频数据采 集、播放，实时显示会议状态信息和会议消息等功能；通 过与ＰＣＭＴ业务通信．与之交换媒体码流和控制消息来 完成相应的会议功能。桌面终端成为会议的主席终端后， 可以代替会议控制台完成对当前会议的控制管理功能。 ＰＣＭＴ支持点对点会议、普通多点视频会议、Ｔ．１２０数据 会议。 ・会议终端（远）。・会议终端（近）：－会议终端（远）： 多点控制单元是视频会议系统的核心设备。它支持 ３点或３点以上的视频会议，由多点控制器（ＭＣ）和多点 处理器（ＭＰ）组成。ＭＣ主要进行数据管理、主席控制、模 式切换、建立会议和终止会议等。ＭＰ主要进行混音、交 图１ 视频会议系统模型 会议控制台软件（ＭＣＳ）是新一代基于Ｗｅｂ界面与 虚拟仪器技术的视频会议操作功能软件［７Ｊ９１。会议控制台 软件可运行于普通台式机、笔记本计算机上。该软件以 形象的图形界面交互方式．向用户提供一个可以控制整 换、处理音视频信号和其他数据。总之，多点控制单元负 责对音频、视频及其他数据信息进行处理和交换。 网守是可选设备，主要提供呼叫和管理功能，负责对 个视频会议的接１：３，它通过控制多点会议控制单元 电视技 ｉ 两 虿 会议终端进行认证处理以及地址转换访问控制和带宽 基于Ｈ．３２３的视频会议系统可运行在ＴＣＰ／ＩＰ网络 管理等功能。它可以单独存在也可以以功能模块的形式 集成到多点控制单元中。 网管客户端用友好的界面来实现各种设备（包括 ＭＣＵ、桌面终端和各种嵌入式终端）的管理控制，可实时 ．上。现在随着网络技术和传输媒体的提高．ＴＣＰ／ＩＰ网络 已经发展成为一个高速、高可靠性、高质量的传输网络。 在实时性方面ＴＣＰ／ＩＰ网络做了很大的改进，在传输层采 用了ＲＴＰ和ＲＴＣＰ。基本上保证了视频会议系统传输的 反映当前设备的运行状态，并能查询设备历史状态。网 实时性。在传输带宽方面，通过专线或采用更高效的压缩 管客户端拥有一个庞大的告警系统，针对于各种设备所 产生的告警信息，网管客户端会提供相应的告警解决方 案；可以对这些终端进行文件的上传、下载，时间同步， 线路测试，远程复位等各种操作。这些功能的实现是通 过与网管服务器的交互来实现的。 为了支持外设，在网管客户端上增加对外设的显示， 使用户能通过网管客户端对外设进行控制。为了让用户 能及时了解到整个系统设备的当前状态．网管客户端还 支持用图形化来模拟机架构件现实设备的当前状态。 视频点播系统用于播放在流媒体服务器上发布的 多媒体节目。发布的节目可以是服务器上预存的文件， 也可以是正在ＭＣＵ上进行中的组播会议图像。目前，通 过改进后．科达视频点播系统配合科达视频会议系统使 用更加方便，可以完成更多功能，实现对会议录像文件 的即录即播功能、将录像文件直接在会议控制台发布到 点播系统。 该系统支持多用户管理，分成一般用户、高级用户 和管理员用户。根据权限实现安全管理系统功能：管理 员用户除了可以使用点播功能外，还有发布节目、用户 管理、安全设置等功能；高级用户则还可以点播保密节 目和普通节目：一般用户只能点播普通文件。 随着现代通信技术的不断发展，网络通信也趋向于 多元化。现在通信网络的类型繁多。有ＴＣＰ／ＩＰ网络、 ＰＳＴＮ（公用电话交换网）、ＩＳＤＮ（综合业务数字网）、ＡＴＭ 网（异步传输模式网）、卫星网络等。系统级联后，简单组 网图如图２所示。 图２视频会议系统级联组网模型 技术可以保证一定规模的视频会议系统的传输。 ４ 系统运行测试 会议控制台的登录界面如图３所示。如果在ＩＥ地址 栏输入ＭＣＵ地址登 陆，则会自动把该 ＭＣＵ地址添加到“连 接的ＭＣＵ”选择框中 并选中．此时用户只需 要输入用户名和密码 即可。如果用户曾经使 图３用户登录界面（屏幕截图） 用过会议控制台，则登陆时自动选中最后一次登陆的 ＭＣＵ地址即可。 图４为会议基本信息设置界面．如果没有勾选“手动 结束”，则设置的会议持续时间有效，输入“０小时Ｏ分 钟”表示不限时间；如果勾选“手动结束”，则表示会议为 人工结束的会议。 ｆｌ 獭矧霹 Ｅ翻］车丑４动鳍囊埘 ］丑势｛睁 ｌ 图４会议基本信息设置界面（屏幕截图） 图５为实际测 得的会议码率信息。 会议码率的详细信 息包括视频和音频 码率以及数据会议 的码率。三者之和为 会议码率。 图５ 实测会议码率信息（截图） Ｎｏ．０６ Ｖｏ１．３４ ２０１０（Ｓｕｍ Ｎｏ．３４３）、岫盹Ｉ睫目Ｉ№ ９５ ５ 小结 为了提高视频会议系统的高性价比，采用嵌入式技 键技术研究ｆＪ】．科技情报开发与经济，２００９，ｌ９（５）：６６—６７． 【５］黄韵，朱志祥，裴昌幸．ＩＰ网络视频会议系统中ＭＣＵ的设计与实现 ［Ｊ】．计算机工程，２００４，３０（１４）：１３８－１４０． 【６］扶庆华，邓正宏，郑炜．广域网中分布式视频会议系统的设计与实 现【Ｊ】．计算机工程，２００４，３０（１７）：１５７—１５９． 术，充分利用虚拟仪器技术及软件技术的强大功能，实现 了ＭＣＵ的小型化，降低了系统成本。运行测试结果表明： 该系统支持标准Ｈ．３２３协议、支持最新的Ｈ．２６４编码标 准和Ｈ．２３９双视频流、支持广泛的网络协议，界面友好， 性能稳定，达到了预期效果，可广泛应用于各种视频会议 场所。 【７】黄东军，陈松乔．基于源根组播的多点视频会议系统模型及其实现 ｆＪ］．电子学报，２００５，３３（１）：４８—５１． 【８】仲元昌，王小林．信号频谱虚拟测量实验教学系统【Ｊ１．重庆大学学 报，２００３，２６（１１）：９５—９７． ［９］仲元昌．基于计算机ＰＣＩ总线的虚拟信号源设计【Ｊ１．计算机科学， ２００５，３２（６）：２３０—２３２． 参考文献： ◇ ［１】王晓婕．第三代视频会议系统的研究与实现ｌＪ］．微屯子学与计算机， 作者简介： ２００６，２３（８）：９８—１００． 仲元昌（１９６８一）。博士，副教授，硕士生导师，主要从事通信与测控 ［２】张学军．基于Ｈ．３２３协议实现局域网嵌入式语音通信［Ｊ１．网络与信 系统、无线传感器网络、虚拟仪器、视频会议系统等领域的教学与研究； 息，２００９（５）：３ｌ一３２． 林 永（１９８２一）。硕士生，主研通信与测控系统、视频会议系统； 【３Ｊ王中元，胡瑞敏，傅佑铭，等．Ｈ．３２３视频会议系统中视频编解码子 蔡增增（１９８６一），硕士生．主研通信与测控系统、视频会议系统； 系统设计若干问题的研究［Ｊ１．电子与信息学报，２００７，２９（７）：１５９６— 何进（１９７６一）。硕士生．主研通信与测控系统、视频会议系统。 １５９９， 责任编辑：任健男 收稿日期：２０１０—０３—２１ 【４］王枫博，贾世杰，郭字明，等．基于Ｈ．３２３的网络视频会议系统的关 （上接第８６页） 卜—一微波站Ａ＋ 卜微波站Ｂ 备１信道调制解调板有ＲＵＰ、解调失败 等告警，ＡＤＭ复用设备０信道有ＡＩＳ。 八片山微波站丁作人员报告对天井山 方向微波设备主要告警等亮红灯，１信 道调制解调板丁作指示灯亮红灯。 诊断：南网管显示告警来分析和工 作人员报告现象可以肯定是对天井山 方向ｌ信道调制解调板解调故障。查看 网管可以发现八片山微波站收天井山 方向１信道已经倒换到备用信道（０信 道）传输。 处理：更换１信道故障板（在无备用 板时可临时把３信道调制解调板更换到 图５ ＳＤＨ微波传输系统微波站设备连接图 １信道）。ＲＲＡ板、调制解调板、收发信机 处理：由于正向传输（主业务）正常，回传信号只在 在各信道都可互换，但在互换收发信机时要注意调整对应 当地有新闻回传时才使用，可让当地工作人员选择合适 频率号码。查看倒换状态时要在倒换段收端查看。 时间（如深夜）更换ＲＲＡＩ板，以免影响到主业务正常传 输。ＲＲＡ故障可能会造成传输中断。所以当主业务１信 参考文献： 道ＲＲＡ板出现故障时。如无备份板，可把３信道ＲＲＡ板 【１］刘洪才．数字传输技术【Ｍ］北京：中国广播电视出版社，２００９． 临时更换到１信道，等待备份板到位再行更换。 【２］ ＡＬＣＡＴＥＬ ９６００ｌｓｙ［ＥＢ，Ｏ Ｌ１．［２０１０—０３－０４］．ｈｔｔｐ：／／ｓｙｓｄｏｃ．ｄｏｏｒｓ．ｃｈ／ 故障３ ＡＬＣＡＴＥＩＪ，ｄｓ９６ＯＯｌｓｖ．ｐｄｆ． 现象：网管显示八片山微波站对天井山方向微波设 责任编辑：哈宏疆 收稿日期：２０１０—０４—１６ 电视技礞 面 丽