视频会议设计方案.doc

视频会议系统
设计方案

内蒙古同力智能科技有限公司
二零一四年三月

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一、 概述
视频会议是一种交互式的多媒体信息业务，随时随地进行视频音频的交流，相比传统会议模式而言，省时省力更快捷方便，可在多个地点之间实现交互式的通信，迄今已经成熟广泛应用于政府、军事、政治、经济、科教、文化等领域，充分发挥了真实、高效、实时的优点，为人们提供了一种简便和而有效的沟通、管理、协同决策手段，已成为现代信息社会不可缺少的一种需求和技术热点。
二、 系统整体架构设计
2.1系统总体架构设计
视频会议系统由服务器端软件、客户端软件和相关配备硬件组成。
视频会议系统，可运行于互联网、专网、VPN等多种类型的网络中，支持B/S和C/S架构；支持多台服务器集群，均衡系统带宽的使用，降低服务器负载；支持更多用户并发，实现运营级视频会议的应用；实现远程协同办公、多方视频会议等应用，方便用户部署和使用；除支持桌面终端和大型会场终端外，可满足大型会场视频会议、个人商务视频会议等多种形式会议需求。
服务器集群：
视频会议服务器、 中心服务器、 会议呼叫服务器
会场终端
桌面终端
标准硬件终端

l 服务器端软件：
WEB服务器：用于存贮用户与会议室信息，负责返回用户通过浏览器请求的数据，提供用户登录验证和会议登录验证服务；
中心服务器：用于沟通WEB服务器与会议服务器；
会议呼叫服务器：提供VOIP终端、标准硬件终端接入服务。
l 客户端软件：视频会议多项功能的应用。
l B/S、C/S架构的支持：可通过PC客户端或WEB浏览器进入视频会议应用。
l 多种接入方式的支持：支持会场、桌面、PSTN、标准硬件终端等多种类型
的终端接入。
l 服务器集群的应用：提供服务器级联功能实现服务器带宽平衡。
管理中心及分会场部署

2.2系统服务端架构
2.2.1服务器带宽平衡机制
服务器集群，是指将两台以上的服务器通过并行方式连接到一起，以达到扩容的效果。视频会议系统支持将多台视频会议服务器进行集群，扩大视频会议系统的容量，满足超大型会议的需求，并能够保证会议的稳定性，真正做到会议用不掉线。
服务器集群示意图：
并联式级联服务器群组：
终端
终端
终端
终端
终端

2.2.2系统与硬件终端互联互通
协同视频会议系统完全支持H.323协议，实现了与标准H.323硬件终端设备无缝联接、互联互通。系统提供了两种接入硬件终端的方式：桥接方式、直连方式。
桥接方式
桥接方式，是指使用相应的设备连接硬件终端与软件终端电脑，从而实现硬件终端接入会议室的方式。示意图如下：

直连方式
直连方式，是指将硬件终端直接接入网络，通过H.323服务进入会议的方式。会议室管理员通过使用呼叫硬件终端的功能，输入硬件终端IP地址直接呼叫终端用户，将终端的音视频接入会议室。示意图如下：

2.3.2会场终端音视频硬件配置推荐
视频会议的整体效果取决于多种因素，包括电脑配置、网络资源、终端音视频设备等。由于视频会议中音视频的采集和显示由终端完成，所以终端音视频设备的选择就尤为重要，我们建议在部署视频会议时，尽量使用高端的音视频采集和显示设备。
会场型终端音视频设备分为以下几类：视频采集设备：摄像机、视频采集卡、视频压缩卡。视频采集卡或压缩卡通过PCI或USB接口安装在终端电脑中。摄像机的视频信号通过视频采集卡或压缩卡传送到系统中。选择摄像机时，我们推荐您采用CCD(电荷耦合器件)的摄像机，这种摄像机不仅体积小、重量轻，而且图像清晰度和亮度都高于传统CMOS摄像机。视频采集卡主要负责视频的数模转换工作，选择一款高档的视频采集卡，可提高视频在显示器或投影仪中的显示效果。
视频输出设备包括：投影仪、等离子电视机、液晶电视机等。在会场中一般我们推荐高分辨率、高流明的投影仪。
音频输入设备包括：有线麦克风+混音器、无线麦克风、界面麦等。麦克风的选择较多，可根据具体会场的条件选择，选择麦克风时要注意以下几点:频率响应在150HZ-10KHZ；灵敏度不要过高，高敏感度麦克风容易产生啸叫；尽量使用指向型麦克风，对于只能使用不定向麦克风的用户，由于麦克风受外界环境影响较大，需要和回音消除器一起使用。
音频输出设备包括：音箱、功放、调音台等。
在布置视频会议会场时，除了要注意相关电脑及外设硬件配置外，会议室环境设计也非常重要，好的会议室环境能大大提高视频会议的现场效果。在会议室环境设计中需要注意以下几点，如色彩、光线和背景：
色彩与光线
l 避免阳光直射到物体、背景及镜头上，这会导致刺眼的强对比情况。
l 光线弱时建议采用辅助灯光，但如上所述，避免直射。
l 使用辅助灯光，建议使用日光型灯光。禁止使用彩灯，避免使用频闪光源。
l 避免从顶部或窗外来的顶光、侧光直接照射，此种照射会直接导致阴影。
l 建议使用间接光源或从平整的墙体反射的较为柔和的光线。
l 建议采用浅色调桌布，以反射散光让参会人员脸部（下巴）光线充足。
背景
l 背景可进行单独设置(如单位名称等)，禁止使用强烈对比混乱色彩。
l 在会议进行中，避免背景持续抖动、移动物体或人在背景前走动。
l 镜头对门口是背景设置的大忌。
l 被摄物体背后绝对禁止有强光源（如窗户），否则镜头将对背后光源曝光。
其他要求
l 如果终端设备的供电不稳定，建议采用交流稳压电源或UPS。
l 电源要求有较好接地，接地电阻为0.15~0.3欧姆。
l 建议采用地毯等吸音材料装修会场，以免产生回响

2.3.4桌面终端音视频硬件配置推荐
桌面终端音视频设备相对于会场终端配置简单了很多，只需要麦克风、音箱、30万像素以上的USB网络摄像头即可，为了达到更出色的效果，推荐选用CCD摄像头。
三、 系统功能特性
3.1视频功能
3.1.1支持多种压缩算法
如何通过新技术，在高压缩率与高视频质量中取得平衡，是优秀的视频会议系统所必须具备的基本特点之一。
视频会议系统兼容MPEG4、H263、H264等多种编码技术，其中H264为最新也是最流行的编码技术，标准开放，兼容性好。
MPEG-4编码技术优点
（1） 高效的压缩性。MPEG-4的压缩比高，能够比其他算法提供更好的压缩比，最高可达200:1，更重要的是，MPEG-4在提供高压缩比的同时，数据损失极小。
（2） 节省存储空间。同等条件下经过编码处理的图像文件越小，占用的存储空间越小。由于MPEG-4算法较MPEG-1、MPEG-2更为优化，在压缩效率上更高，从而更节省存储空间。
（3） 图像质量优秀。MPEG-4采用基于对象的识别编码模式，图像清晰度非常高，其最高图像清晰度可以与DVD画面效果相媲美。
H.264编码技术优点
（1） 允许视音频信号在更低的带宽上传输，节省带宽资源；
（2） H.264有统一的算法模型和测试码流；
（3） 有较强的容错能力，在质量不稳定的网络环境中，可以得到较好的质量；
（4） 在低带宽下提供更低码流、更平稳、更高分辨率的图像传输；
（5） H.264支持厂家众多，产业链已经成熟，已经达到了大规模商业部署的条件；
（6） H.264有很强的抗干扰性，更容易获得平稳的图像质量。
3.1.2高分辨率视频
分辨率，就是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的点数的多少。点数越多，画面就越精细，因此分辨率是衡量图像细节表现力的技术参数，是衡量视频会议视频图像质量的重要指标之一。
视频会议系统支持视频设备分辨率自适应（即系统直接获取视频设备支持的分辨率） ，支持目前所有的视频分辨率，支持高清视频，比如QCIF(176*144)、QVGA(320*240)、CIF(352*288)、VGA(640*480)、D1(704*576)、XGA(1024*768)、高清1080I(1920*1080)。
会议服务器端的带宽需求取决于以下因素：视频效果设定、参加会议人数、服务器同时支持会议室情况。前两个因素决定了单个会议的带宽需求，而服务器端带宽为该服务器所支持的并发会议带宽之和（并发会议指在同一时间段召开的视频会议）。
例如：某台服务器同时支持两个会议的进行，参数如下：
会议1：小视频（两个主席）、10人参加会议 每路视频128 K
会议2：大视频（四个主席）、4人参加会议 每路视频384 K
则计算如下：
会议1带宽需求：128K × 2× 10 = 2.5 M
会议2带宽需求：384K × 4 × 4 = 6 M
则服务器的带宽需求为：会议室1带宽 + 会议室2带宽 = 8.5 M
从上例中可以看到，高分辨率的视频在网络上传输，要占用更多的带宽。对于大视频会议而言，会议实际带宽需求为：每路视频带宽×视频数×参加会议人数。
一般在Internet上我们推荐使用CIF的视频，以保证视频的流畅度。D1的效果被称之为标清标准，它是介于CIF和高清视频效果之间，如今也被广泛的应用在质量较好的网络环境中。而高清视频对网络条件和前端摄像机要求很高，一般会使用在政府专网或局域网中。

带宽占用列表：
图像分辨率
图像帧数
所占带宽
QCIF（176×144）
6-25帧
30kbps - 240kbps
CIF（352×288）
6-25帧
120Kbps – 1Mbps
VGA（640×480）
6-25帧
480Kbps – 4Mbps
D1(704×576)
6-25帧
512Kbps – 4Mbps
高清1080I（1920×1080）
6-25帧
4Mbps - 8Mbps
3.1.3视频硬压卡的支持
视频会议由于其独有的特点，通常需要对会议资料进行复制、备份等一系列工作，是否支持通过压缩技术，以最小的存储空间保存最佳的视频会议录像，是衡量视频会议系统功能性、全面性的重要指标之一。
视频会议系统支持海康威视4004HC、4008HC两种H.264编码的视频硬压缩卡，格式灵活，最高支持标清D1的分辨率，并且在进行视频数据采集时，不占用CPU资源，视频压缩由DSP芯片进行处理。
硬压卡与软采集卡的对比
l 硬压卡电路复杂，造价稍高于软采集卡。
l 在相同视频效果的前提下，硬压卡占用系统资源更低。
l 在相同视频分辨率下，硬压卡采集的视频效果更清晰。
l 硬压卡采集的视频，远程显示效果好于软采集卡。
l 软采集卡依赖电脑处理视频数据，稳定性稍差。
3.1.4同时接入多路设备
在视频会议的实际应用中，通常单个终端需要接入多路设备，以达到更全方位的视频输入显示。
视频会议系统中，一个用户可同时接入8路设备的视频输入并同时显示其他与会者视频。另外系统还支持主视频默认显示，并且用户可以设置关闭任意一路视频；系统还针对每一路视频提供可设置的分辨率、帧数等。
3.1.5云台和音视频的远程控制
由于视频会议参会人员通常并不在同一地点，且电脑使用技能、软件操作技能参差不齐，在视频会议应用中有时会由于设置不正确而影响视频会议质量。
协同视频会议系统支持会议室管理员对所有与会者的摄像机云台和音视频进行远程设置，保证了会议的效果。此外，系统还支持设置多种标准协议的云台控制：PELCO-D、PELCO-P、SonyD70摄像机云台协议、TAC20P摄像机云台协议。
云台设置选项

远程设置项
远程云台控制
远程视频设置
远程音频设置

3.1.6多种视频显示模式
由于会议主题、与会者、应用环境等因素的不同，在视频会议的实际应用中，通常需要根据以上因素显示特定的视频图像或数据内容。
视频会议系统支持在会议中与会者可同时观看25方远程视频，并且还提供了标准模式、平铺模式、自动分屏模式、L型、反L型、回型等多种分屏模式，另外还可以通过设定视频填充模式来适应各种比例的显示器，用户可以根据实际使用情况调节填充模式。会议主席可通过数据同步的功能使所有与会者的分屏模式与主席同步，真正实现了会议主控。
系统支持还全屏显示视频，任意一路单路视频均可全屏显示，另外除标准模式外，其他任何一种分屏模式均可以切换到全屏显示的模式。
3.1.7视频轮巡显示
视频轮巡，是指在一个视频窗口中，每隔几秒，自动切换显示的视频。在举行大型会议与会人员较多时，协同视频会议系统支持主席可通过视频轮巡显示的功能，轮巡查看所有与会者的视频。
协同视频会议系统提供两种轮巡方式
l 普通轮巡：可设置视频轮巡的窗口数、时间间隔。

l 分组轮巡：分组轮巡是普通轮巡的一个扩展功能，可将所有与会者分成若干组进行轮巡，每个轮巡窗口显示一个组内的人员。

2.1.8视频双屏显示
大中型会议往往由于与会者众多，会议主持人在操作时需要独立的视频显示和数据显示区域，即双屏显示功能，该功能在会议中可将视频显示和数据操作区同时显示在不同的两个视频显示设备上，方便主持人进行操作。实施双屏显示，需要会议终端电脑支持双屏显示的显示卡。
协同视频会议系统可自动检测用户的设备是否支持双屏显示，若支持，当用户切换到多分屏显示模式时，经过设置后，双屏显示将启动。
连接如图

使用效果图

3.1.9全屏字幕的应用
在视频会议实施前或进行中，有时候需要通过视频会议系统传达通知、公告、会议主题等信息，但又不便通过语音等方式影响会议进程。
视频会议系统在视频会议模块中集成了全屏字幕功能，方便会议管理员在与会者的显示屏幕中设定字幕文字以达到通知、公示的目的。视频会议室字幕的滚动显示，并可设定字幕的字体、颜色、背景、滚动方式等。

3.2音频功能
3.2.1支持多路混音
在视频会议实际应用中，音频作为传达会议信息的重要方式，其重要性甚至高于视频。在视频会议业界，是否支持多路混音技术是全面评判系统的基本标准之一。
在视频会议系统中，重点优化了音频的混音技术，可支持20路混音，而且在20路音频叠加时，仍然达到了较高的音频还原率和噪声消除等效果；结合系统中QOS的应用，能保证用户即便在恶劣的网络环境下，也能进行音频流畅、无延时的视频会议。
多路混音技术
l 同时20路混音技术。
l 高效率传输算法和QOS应用保证音频流畅无延时。
l 混音后仍保持高保真回放效果，容易辨别发言者发言特征。
l 即便在恶劣的网络环境下，仍保持音频的连续性。
l 灵活的话筒切换机制，使会议更加顺畅的进行。
3.2.2音频质量的处理
在会场中使用高功率的音频放大器和音箱，会造成在进行视频会议时，回音的产生，此外，吵杂的会议环境也会产生噪音影响会议的效果。
视频会议系统使用自主研发的音频抑制和噪音消除算法，并提供了本地麦克风增益功能，完全通过软件解决了会场中的音频问题，从而保证了视频会议音频的质量。
发言者A
发言者B
混音模块
回音抑制模块
噪音消除模块
麦克风增益模块
所有与会者

音频设置功能

在多方同时发言时，多种类型的音频设备连入会议是导致回音和噪音的主要原因。为保证视频会议音频的效果，科技建议您尽量使用低敏感度和具有防啸叫功能的音频采集设备。
3.2.3低带宽下音频质量保证
在视频会议中，音频效果的重要度要远远高于视频，好的音频效果是能确保会议进行的重要因素。视频会议系统采用标准的speex音频编码算法，该算法支持双向语音通讯，输出码率仅为2kbps，保证了低码率的输出完全满足在低带宽下音频的效果。

3.2.4会议录制和回放
视频会议作为实时进行的操作，除了其时效性外，会议进程的真实性也是视频会议的重要指标之一。
视频会议系统支持全程对视频会议的视频、音频和电子白板操作、屏幕共享操作进行录制，用户可对会议进行本地录制和服务器自动录制。
此外，在录制文件回放时，可将任意一路视频放大或全屏观看。

3.4数据传输协议
3.4.1网络适应性
视频会议系统提供了各种灵活多样的网络接入方式，如拨号、ISDN、 ADSL、专线、 LAN、无线等；不仅如此，异地出差的人员还可以随时随地通过手机接入网络的方式参加会议；此外，视频会议系统具备穿透防火墙等安全控制，也能适用于各种网络应用。
视频会议系统网络协议使用表
会议管理
基于WEB的管理方式 HTTP
服务器与客户端数据交互
TCP/IP、UDP
用户登录认证
HTTP(B/S架构)、TCP/IP
硬件终端接入
H.323
VOIP接入
通过软交换的H.323/SIP转换，可以呼入SIP电话
P2P数据交互
UDP
3.4.2多重数据加密机制
用户身份验证的加密（MD5、DES）：用户身份验证的目的是防止账号被非法使用。视频会议系统为保证系统的使用安全，对连接视频会议系统平台的任何一项服务都设置了身份验证保障，所有这些验证过程都采用MD5、DES对口令进行双层加密传输，以确保安全；系统还通过先进的四次握手验证机制（如下图）来严格确保用户的合法性；除此之外，系统密码的存储还采用了不可逆加密算法MD5，也有效保证了密码的安全。

数据传输中的加密（AES）：视频会议系统平台中的所有数据无论是语音、视频还是其它数据，都采用了符合最新国际标准的 256 位AES高强度动态数据加密技术进行加密、解密（如下图）。AES加密现在广泛应用于分布式开放网络中，它的高强度加密、高运行效率使得它在政府、军队、金融、运营商等领域都发挥了极大的作用；AES加密算法的使用为视频会议系统的用户数据提供了一个重要的保护层，能完全杜绝信息在传输、存储过程中被非法获取；同时，系统随机密钥也经过动态加密后再在网络上传输，彻底保证数据的安全，使得视频会议的召开更加安全可靠。

3.4.3防火墙和NAT
穿透防火墙和NAT是视频会议软件重要技术指标之一。网络防火墙的部署和网络安全策略的规划如今已经成为企业、政府在布网时关注的重点，这一变化要求视频会议软件不仅要在各种不同类型的防火墙和NAT下稳定运行，还要保证网络原有的安全机制不被破坏。
视频会议系统采用了先进的跨网关通讯体系，解决防火墙和NAT穿越问题，使软件可运行在各种复杂的网络环境中，实现跨网关通讯。
对于通过传输层网关过滤（根据TCP和UDP端口信息对数据进行有选择的过滤）的防火墙，用户只需要在软件设置中开发UDP通信端口即可；NAT方式的防火墙，是指即多个虚假IP共享一个真实的IP地址，这种防火墙是最常见也是用得最普遍的防火墙，是大多数公司内部局域网通过路由器上网普遍采用的机制，针对这种防火墙系统作了专门的设计，使得所有的数据包能自动穿过该类防火墙而无需用户做任何的特殊配置，极大地方便了用户使用视频会议系统。
3.4.4 QOS在系统中的应用
具有良好的QOS服务体系保障机制的系统，能真正保证视频会议的效果，这种性能主要表现在视频会议软件本身对恶劣网络环境的适用能力。
视频会议系统提供的QOS服务体系保障机制如下：
（1）IP包优先权
利用IP包优先权可以对音视频数据流进行级别划分，在网络环境恶劣的情况下，提高音视频数据流级别，以保证音视频数据连续传输。
（2）IP包重复控制
IP包通过承载网时，有可能产生多个重复副本，这样可能会导致音视频中断，系统会通过IP包重复控制机制对数据进行纠正以保证音视频数据的连续性。
（3）IP包抖动控制
音视频IP包按照规则的均匀间隔排列传输，但音视频IP包通过承载网后，这一均匀间隔有可能被打破，从而导致传输到终端的音视频流产生延时、不连续等现象；IP包抖动控制功能可通过抖动延缓来实现抖动的消除，从而保证了音视频流正常的连续性。
（1） 丢包重传控制
当承载网拥堵严重时，网络设备会根据缓冲和相关处理机制，丢掉一些音视频包，而音视频数据是通过UDP传输，没有丢包重传机制，从而导致传输到终端的图像丢帧和马赛克现象。丢包重传控制机制可通过添加丢包检测和重传机制保证图像连贯性。
（2） 速率自动调整机制
在一些恶劣的网络环境下，速率自动调整是最好的保证视频会议效果的办法。在检测到网络丢包严重时，视频会议系统能自动降低视频码率，从而提供一个最优化的音视频效果。
3.5会议控制
3.5.1会议的召开
视频会议系统提供两种方式接入系统召开视频会议。
（1） 通过后台管理网页进入会议
在后台管理网页中，与会者可在会议室列表中点击参加按钮进入到相应的会议。
（2） 通过会议列表进入会议
用户也可使用会议客户端登录，在打开的会议列表中选择相应的会议入口进入视频会议。
此外，会议召开前应提前调试好各会议终端点的会议设备，比如电脑、摄像机、音箱、麦克风等；会议议程要安排紧凑，明确会议主席以及相关工作人员；会议管理员需做好会议资料文档预先上传和会议录制的工作。
3.5.2会议主席的控制
会议主席是视频会议的控制者和发言者。会议主席有发言、操作会议协作数据的权限，包括电子白板、文件共享、桌面共享、协同浏览和媒体播放等。
主席对会议的控制有两种方式：集中管理模式、自由讨论模式。
（1） 自由讨论模式
所有与会者可申请成为会议主席，直至会议主席达到规定的上限，整个申请过程无需会议管理员授权。
（2） 集中管理模式
与会者申请会议主席后，必须由会议管理员授权后才可获得会议主席的权限。
3.5.3多级用户和权限管理
视频会议系统中，有四级会议管理员：系统管理员、会议管理员、会议临时管理员、分组管理员。权限如下表：
系统管理员
l 新建/删除会议
l 修改会议属性（与会人数、会议名称、最大主席人数等）
l 发起会议预约
l 添加/删除用户
l 修改用户属性（用户权限、昵称、邮箱等）
l 添加/删除会议服务器
l 设定会议服务器模式
l 服务器数据备份/还原
会议管理员
l 新建/删除会议
l 修改会议属性（与会人数、会议名称、最大主席人数等）
l 发起会议预约
l 控制与会者发言权限
l 控制与会者数据操作权限
l 控制会议录制权限
l 控制会议文字交流权限
l 控制会议浏览视频权限
l 控制会议管理模式
l 授权/停止会议同步
l 停止屏幕共享
l 停止媒体播放
l 停止会议录制
l 设为/取消临时管理员
l 设为投票管理员
l 设置全屏字幕
l 管理分组
l 设为/取消分组管理员
l 修改昵称
l 流量设置
l 请出会议
会议室临时管理员
l 控制与会者发言权限
l 控制与会者数据操作权限
l 控制会议录制权限
l 控制会议文字交流权限
l 控制会议浏览视频权限
l 控制会议管理模式
l 授权/停止会议同步
l 停止屏幕共享
l 停止媒体播放
l 停止会议录制
l 设为投票管理员
l 设置全屏字幕
l 管理分组
l 设为/取消分组管理员
l 流量设置
l 请出会议