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视频会议系统工作原理及选型

2010/9/20    来源:e-works    作者:e-works  熊东旭      
关键字:视频会议系统  视频会议工作原理  视频会议系统选型  
随着企业市场竞争环境的日趋激烈,如何在瞬息万变的市场保证企业人员之间的实时信息沟通,已成为提升企业市场竞争力的重要一环。实时而准确的市场信息能帮助企业决策者更为清晰的判断市场形势并及时调整市场策略。正是基于这样一种背景,实时视频会议系统越来越多的被企业决策者所青睐。与此同时,近年来互联网技术的快速发展及网络带宽的不断提升,也为视频会议系统在企业的应用创造了前提。本文就视频会议系统的工作原理及如何进行视频会议系统的选型进行了了探讨。

  随着企业市场竞争环境的日趋激烈,如何在瞬息万变的市场保证企业人员之间的实时信息沟通,已成为提升企业市场竞争力的重要一环。实时而准确的市场信息能帮助企业决策者更为清晰的判断市场形势并及时调整市场策略。正是基于这样一种背景,实时视频会议系统越来越多的被企业决策者所青睐。与此同时,近年来互联网技术的快速发展及网络带宽的不断提升,也为视频会议系统在企业的应用创造了前提。需求造就产品,产品促进需求。当需求足够强烈,产品足够丰富之时,也是市场形成之时。

  在历经多年的摸索与发展之后,视频会议产品已然能利用现有网络来满足企业最为广泛的应用需求。目前,视频会议领域主流厂商不下几十家,由于品牌多,性能和价格各异,往往导致企业在选择视频会议系统时很犹豫,经常是觉得这家好,那家也不错,最终无法抉择。作为一家定位于制造业信息化的专业媒体,也作为厂商与企业之间的沟通桥梁,e-works将通过本文为企业深入的介绍视频会议系统的工作原理,并对目前应用最为广泛的三种视频会议系统的特点展开讨论,进而探讨企业该如何对现有的视频会议系统应用效果进行评估,最后为企业的视频会议系统选型提出建议。

  一、视频会议系统原理及组成

  视频会议系统是通过网络通信技术来实现的网络虚拟会议,通过图形、声音等多种方式交流信息,使在地理上分散的用户可以通过视频会议系统共聚一处。支持人们远距离的实时信息交流与共享。视频会议系统的应用极大提升企业内部人员的沟通能力并大幅降低企业人员的出差成本。

  (一)视频会议系统工作原理

  一套完整的视频会议系统通常由视频会议终端、多点控制单元MCU、网络管理软件、传输网络以及相关附件五大部分构成,详细结构如下图1所示。

视频会议终端工作原理
图1 视频会议终端工作原理

  在图1中,视频会议终端将输入进来的视频、音频、数据、控制信令进行单独编码,然后将编码后的数据进行“复用”打包后形成遵循网络协议的数据包,通过网络接口传到MCU供选择广播。从MCU传来的其他会场的数据包通过“解复用”,分别还原成视频、音频以及数据及控制信令分别相应的输出设备上回显或执行,这便是视频会议终端的工作过程。

  视频会议终端工作过程有两处需要强调:一是音频数据量(小于等于64K)远远小于视频的数据量,编码的时延也比视频时间短。因此在早期的视频会议系统中经常会出现听到声音后很久才看到人嘴动的情况。业界术语叫唇音同步。现在的视频会议知名品牌都在音频编码后加入一定的时延,唇音同步问题已完全解决。二是在传输的信息里面,优先级的排列顺序为:音频-->视频-->控制信令-->数据。因为会议以说话为主,在网络拥塞时,画面可能会有马塞克,但会议的声音必然首先保证是连贯和清晰的。

  在图1中可以看到,除终端外还有个关键组成部分,即MCU,中文翻译为多点控制器,是视频会议系统中的关键设备,作用相当于一个交换机。它将来自各会议场点的信息流,经过同步分离后,抽取出音频、视频、信令和数据信息,并将各会场的信息和信令送入同一处理模块,完成相应的音视频混合与切换,以及数据广播、路由选择、定时和控制接入等过程,最后将各个会场的各种信息重新组合起来,送往各个相应的终端系统设备。

  目前,主流的音频编码技术主要有G.711、G.722、G.728、G.729、MP3等;主流的视频编码技术主要有H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4等。其中,H.264作为最新一代视频编码协议,能在低带宽下实现高清的动态图像效果,而且编码延时小,优势非常明显。这使得视频会议终端及MCU是否支持H.264视频解码协议,成为衡量该视频会议品牌是否具备竞争力的的关键指标。

  (二)视频会议系统接入方式

  视频会议终端的网络接入方式也是企业在部署视频会议系统时必须考虑的问题,不同的网络接入方式将使得企业面临着不同成本的投入。目前,视频会议的接入方式包括两大类,一种是基于电路交换的网络,如ISDN、DDN、PSTN等;一种是基于包交换的网络,如ATM、IP、帧中继等。下面我们将对不同的网络接入方式的优势和不足进行分析。

  1、ISDN线路

  ISDN综合业务数字网是一个数字电话网络国际标准,是一种典型的电路交换网络系统,它利用公众电话网向用户提供端到端的数字信道链接,用来承载包括话音和非话音在内的各种电信业务。采用ISDN线路,在ISDN信道上传送会议电视,其速率可达到384kb/s到2Mb/s。由于ISDN按所使用的B信道(64kb/s)进行通信计费,因而1B信道的国内通信费率等同于普通电话通信费率。

  对于通信量较少、通信时间较短的企业和用户,选用ISDN的费用远低于租用DDN专线或帧中继电路的费用,而且具有速率高、投资少、联网方便等特点,能满足基本会议电视系统的应用要求。

  2、DDN专线

  数字数据网是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网,它可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他新业务,以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。使用DDN专线传输质量较高,网络时延小,电路可靠性高,网络安全性高,组网方便。但由于DDN提供的数字电路为半永久性连接,即无论用户是否传输数据,此连接一直保持,所以费用相对偏高,不太适合通信时间较短的用户,而只适合长时间的点对点和多点对点的通信连接,因为DDN专线按点对点的数目进行收费。

  3、PSTN线路

  PSTN公共电话网是目前使用最广泛的网络系统,它的优点是覆盖区域广、易于使用、价格较低、联网容易。但网络速度仅能达到56kbps,线路质量较差,传输速率较低,对于视频会议的声音、图像传输远远不够。基于软件的视频会议系统能达到4fps的图像传输速率,其最大的缺点是图像质量太差,会大大影响会议的质量,一般用得很少。

  4、ATM网络

  ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它综合了电路交换和分组交换的优点,可以传送任意速率的宽带信号,可传输话音、数据、图像和视频信号。该技术的最大特点是有QoS保证,对于有线路条件、对质量有很高要求的单位推荐采用此方案,其特点是图像质量很好,组网方便(无需把所有电视会议终端线路都联到MCU),可靠性高。但设备费用高,且需有ATM网络可供接入。

  5、IP网络

  IP网络是一种最方便的接入方式,采用了分组交换技术,并利用UDP/IP、RTP、RTCP及RSVP等协议来保证实时通讯的业务质量。在IP网络无处不在的今天,这种方式组网方便,价格便宜。但由于基于包交换的IP网络遵循的是尽最大努力交付的原则,因而这种接入方式的视频会议效果相对于ISDN、DDN等专线要差。但其良好的性价比受到了越来越多用户的青睐,尤其适合网络带宽足够的中小型企业和个人使用。

  6、卫星接入

  卫星网络在中远距离的视频会议方面具有地面网络无法比拟的性能优势,可以覆盖到海上、高山等偏远地带,传输率高、安全性好,而且会场建设及搬迁灵活、方便,是跨国公司的一个不错的选择,卫星宽带视频会议系统就支持多路会议视频、文件及数据的综合传送广播。此方案的缺点是价格昂贵,除租用卫星的信道费外,每个卫星地面站的建设费用约为20万元。同时,卫星通信时延大,不适合实时性要求高的视频会议系统。

  7、帧中继

  帧中继接入方式也是一种专业型会议接入方式。帧中继技术主要用于传递数据业务,帧中继的帧适合于封装局域网的数据单元、传送突发业务,它是广域网通信的一种方式。这种网络效率高,网络吞吐量大,通信时延低,帧中继用户的接入速率在64kbit/s至2Mbit/s,甚至可达到34Mbit/s。基于帧中继的网络费用高,但视频效果好。

  (三)视频会议系统附属设备

  一套视频会议系统需要哪些附属设备需要看具体应用需求,通常用到的附属设备包括投影仪、监视器/电视机、大型扩音器、麦克风、大型摄像机、DVD播放机 、录像机、外部遥控器、写字板、中央控制 、记忆卡、放映机、等离子屏、计算机监视器等。

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  二、视频会议系统特点及分析

  (一)硬件视频会议系统特点

  硬件视频是基于嵌入式架构的视频通信方式,依靠DSP+嵌入式软件实现视音频处理、网络通信和各项会议功能。其最大的特点是性能高、可靠性好,大部分中高端视讯应用中都采用了硬件视频方式。

  硬件视频会议系统主要包括嵌入式MCU、会议室终端、桌面终端等设备。其中MCU部署在网络中心,负责码流的处理和转发;会议室终端部署在会议室,与摄像头、话筒、电视机等外围设备互联;桌面终端集成了小型摄像头和LCD显示器,可安放在办公桌上作为专用视频通信工具。

  表1 硬件视频会议系统的优势及不足
硬件视频会议系统的优势及不足

  (二)软件视频会议系统特点

  软件视频是基于PC架构的视频通信方式,主要依靠CPU处理视、音频编解码工作,其最大的特点是廉价,且开放性好,软件集成方便。但软件视频在稳定性、可靠性方面还有待提高,视频质量普遍无法超越硬件视频系统,它当前的市场主要集中在个人和企业。

  软件视频会议系统是软件视频的一个重要应用,主要采用服务器+PC的架构。在中心点部署MCU服务器、多画面处理服务器和流媒体服务器;在普通桌面PC上配置USB摄像头、耳麦和会议终端软件;在会议室配置高性能PC、视频采集卡、会议摄像头和会议终端软件。在召开视频会议时,采用基于Windows的操作界面进行会议的各项设置和管理。

  表2 软件视频会议系统优势及不足
软件视频会议系统优势及不足

  (三)租赁在线网络视频会议系统特点

  网络多媒体通讯系统的基本功能在于满足人们跨越空间界限,实现异地“面谈”的需求。除了"视频会议"的基本应用之外,它还可以实现远程教学、远程医疗、网络营销、可视化协同办公、异地面试、客户远程支持服务,客户远程支持服务等具体应用。社会以及客户对视频会议系统的认识,如仅限于字面意义的理解,那么这种认识偏差和误导将直接影响着视频会议系统的广泛应用。

  表3 网络视频会议系统优势及不足
网络视频会议系统优势及不足

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  三、视频会议系统标准及性能评估

  (一)视频会议系统标准

  视频会议系统终端的主要功能是:完成视频信号的采集、编辑处理及显示输出、音频信号的采集、编辑处理及输出、视频音频数字信号的压缩编码和解码,最后将符合国际标准的压缩码流经线路接口送到信道,或从信道上将标准压缩码流经线路接口送到终端中。此外,终端还要形成通信的各种控制信息:同步控制和指示信号、远端摄像机的控制协议、定义帧结构、呼叫规程及多个终端的呼叫规程、加密标准、传送密匙及密匙的管理标准等。

  1、视频编解码标准

  在视频编码领域,主要存在两大标准制定组织,包括ITU-T和ISO/IEC。ITU-T的标准包括H.261、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视;MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。两个组织也共同制定了一些标准,H.262标准等同于MPEG-2的视频编码标准,而最新的H.264标准则被纳入MPEG-4的第10部分。

  目前,H.261与H.263在视频通信中广泛应用,成熟的产品已经很多。H.263与H.261相比,增加了若干选项,提供了更灵活的编码方式,压缩效率大大提高,更适应网络传输。H.264标准的推出,是视频编码标准的一次重要进步,它与现有的MPEG-2、MPEG-4SP及H.263相比,具有明显的优越性,特别是在编码效率上的提高,使之能用于许多新的领域。尽管H.264的算法复杂度是现有编码压缩标准的4倍以上,随着集成电路技术的快速发展,支持H.264编码的视频会议系统也将越来越多。

  2、音频编解码标准

  视音频编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。音频编码技术主要有G.711、G.722、G.728、G.729等。

  表4 音频编解码标准
音频编解码标准

  (二)视频会议系统性能评估

  由于视频会议系统有基于硬件的和基于软件的不同结构,所以在性能上可能存在一定的差别,对于已部署视频会议系统的企业,可通过对现有视频会议系统的性能评估来发现不足,并完善视频会议效果。本节将从细节入手,评估视频会议系统的性能。

  表5 视频会议系统性能评估
视频会议系统性能评估

  根据上表评估视频会议系统,60分以下表现为差,60~80分为良好,80分以上表示性能优异。

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  四、视频会议系统选型

  (一)选择值得信任的主流厂商

  1、拥有业界领先的技术

  视频会议发展至今,靠着在音视频压缩上的先进技术,使异地的人们能实现面对面交流。在选择时,要做到将来使用的顺畅,必须要选择具有业界领先的视频会议技术:

    • 支持服务器集群架构,实现不限量用户扩容以及系统的热备份和负载均衡;
    • 支持最新的H.264压缩算法
    • 视频编码的前端滤噪处理和后端平滑处理
    • 同等视频质量实现了最低的带宽占用,256K可达到DVD效果
    • 卫星级流控技术,大规模用户时也不会产生网络峰值累加效应
    • 专利的RUDP技术,自动恢复高达20~30%的丢包

  2、拥有大量成功案例

  由于视频会议市场再不是单纯产品的概念,解决方案能满足用户需求才最为重要,所以尽量选择做过大量成功案例的厂商,其丰富的经验能帮助企业更好的实现相关应用。

  (二)视频会议系统必要条件

  1、视频会议的组织和管理

  会议的召开首先要有良好的组织与管理。经过对大量案例在用户管理、会议授权及会议通知等方面的分析与研究,用以组织机构为核心的用户管理、以固定会议和动态会议相结合的会议模式、和以即时通信为基础的会议通知,要有一整套的会议组织与管理机制。

  以组织机构为核心管理模式在用户查询、会议授权和管理方面,方便实用。

  对于固定会议与动态会议这两类不同的会议形式,要能采用固定会议(如周会、晨会等例会)由管理员通过后台预先设置好,而动态会议(如突发事件处理、日常业务会议等)由有权限用户临时召集。

  而作为会议的参与者,如何方便迅速的接收到会议通知,获取参会信息,也是会议组织过程中非常重要的部分,会议消息定向通知、会议中直接邀请等方式,都能简单便捷的让相应人员参与会议中。

  2、视频会议功能

  优秀的视频会议软件功能应包含以下几项:

    • 音视频交互:支持多路视频任意切换,多路语音同时发言;视频分辨率支持低到高,如160*120~704*576。
    • 数据共享:支持网页同步、程序共享、电子白板、文件发送、演讲稿同步等多种数据共享方式。
    • 辅助功能:支持文字聊天,电子举手,表情表达、多种模式轮巡、云台控制等辅助功能。
    • 流媒体文件广播,支持VCD,DVD,AVI,WMV,ASF,ACC,RM等影音文件。
    • 系统功能:支持远程设置、会议投票,会议录制、回放,web管理
    • 与会方式:支持多种网络接入,支持固定电话、手机的呼入呼出,参与视频会议。

  3、音视频技术

  视频:基于先进的H.264、MPEG-4视频压缩算法,在256kbps左右达DVD效果。

  音频:支持G.723.1、G.721、G.723等音频压缩算法,在24kbps左右达原声音质。

  多路混音技术,多人同时说话,语音清晰流畅,支持自动增益补偿(AGC)、噪音抑制(ANS)、回声消除(AEC)、静音检测 (VAD)功能。

  4、网络技术

    • 支持TCP、UDP、RUDP、Multicast协议;
    • 支持二级转发服务器;
    • 适应Internet、城域网、局域网、VPN和卫星网络等多种网络;
    • 采用HTTP隧道技术来实现对防火墙的渗透,开放相应端口即可实现访问。

  5、平台特性

  在实现视频会议基本功能的基础上,考虑到今后可能的发展与扩展应用,选择的视频会议系统应具有一定的扩展与平台特性。

  可以与其它软件进行整合,可以作为平台整合其它软件,最终实现统一登录,统一管理。

  (三)高性价比的构建成本

  1、考虑现有投资和未来扩展

  租用和购买:充分对视频会议应用的模式,对于使用时长和频率作出判断,从而确实是进行租用或购买会议系统。

  未来扩展:如果进行购买系统,则重点需要考虑将来的业务扩展,购买扩展性强的视频会议软件,会给将来的业务应用增加亮点,而不是增加负担。

  2、考虑已有设备的利用

  对于企业已有的设备,可以考虑利用到视频会议上。

  例如对于计算机覆盖率高的企业,选择软件视频会议系统,即可减少成本,提高设备利用率,同时还有更多样的功能。

  (四)完善的售后服务

  对产品的购买,很大程度上取决于其售后服务是否有保障。对于如视频会议类的大型产品更是如此。选择时需要考察厂商的技术支持力量是否足够强大?各地是否有分支机构能够为当地进行服务?产品是否自行研发,具有二次开发的能力?综合考虑,而后选择。

  总结

  根据e-works近期对企业的调查发现,视频会议系统已经越来越多的受到企业领导层的关注,视频会议系统能在提升企业管理者的决策效率的同时大幅降低相关人员的差旅成本,并帮助企业管理者在面对瞬息万变的市场时,能根据市场变化及时的评估并调整决策,?%

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