視頻會議系統關鍵技術及應用

文/李建敏 朱順痣

視頻會議系統又被稱之為會議電視系統，在該系統下，可以使身處不同地點的人，利用通信網絡和多媒體設備，將音視頻圖像進行互傳，完成即時溝通，實現遠程會議。目前，視頻會議是最為先進的一種通訊技術，通過互聯網便可進行高清遠程會議，與會人員不需要長途跋涉趕赴會議現場，減少了企業會議支出，提升了辦公效率?，F如今，視頻會議的應用范圍逐步擴大，已經涉及諸多領域，如政府機關、企事業單位，醫療、教育等等。借此，本文就視頻會議系統關鍵技術及應用展開淺談。

1 視頻會議系統構成及功能

1.1 系統的基本構成

常規的視頻會議系統由以下幾個部分組成：視頻會議服務器、會議室終端、桌面終端、網關等等。在整個系統中，視頻會議服務器是核心，其能夠為用戶提供群組會議的連接服務，該服務器以MCU（多點控制器）為主，MCU的使用管理應當盡可能簡單，便于用戶操作。PC終端則是視頻會議系統中不可或缺的重要組成部分之一，通常情況下，在計算機上進行的視頻會議，需要配置PC攝像頭，因PC現已成為辦公自動化的標配，所以桌面會議終端無需增設其它硬件。會議室終端則可通過視頻采集卡來實現，它的成本較低。隨著移動通信技術的不斷發展，用戶利用智能手機，通過移動網絡可以加入到視頻會議當中，可發布和記錄會議內容。

1.2 視頻會議軟件的常用功能

1.2.1 音視頻交互

采用了由VCEG和MPEG聯合視頻組提出的視頻編解碼器標準H.264，可呈現高清的畫質，支持多方音視頻交互。

1.2.2 電子白板

參與視頻會議的人員可在白板區域內對相關信息進行書寫或繪制，可多人同時操作，能夠對屏幕中任意矩形區域進行截圖，并將截圖在新建的白板頁上顯示。

1.2.3 動態PPT

支持動態PPT展示，可對動態畫面進行高保真還原。

1.2.4 媒體播放

圖1：SIP協議的工作流程示意圖

圖2：視頻會議系統的架構示意圖

可將存儲在本地計算機系統中的多媒體文件作為虛擬設備源，將音視頻播放給其它與會人員。

1.2.5 會議錄制

可對進行中的視頻會議進行隨時錄制，直接存儲到本地計算機中，會議管理人員可對錄制的會議進行剪輯，并上傳至系統，以網絡鏈接的形式發布到網站上，供訪問者點播掛看。

1.2.6 會議控制

視頻會議的管理人員可通過軟件創建一個會議流程，據此對整個會議流程進行控制。

2 視頻會議系統的關鍵技術

對于視頻會議系統而言，其中最為關鍵的技術就是通信協議，這是確保系統功能的前提和基礎。目前，在多媒體通信系統中常用的通信協議有兩類，一類是H.32X協議族，另一種是基于SIP（會話初始）協議。前者由于擴展性受限，使其市場份額出現了明顯的萎縮現象，在視頻會議系統構建中的應用越來越少。而后者具有開放性、靈活性和可擴展性等特點，并且還擁有會議控制和管理機制，在會話創建、邀請、退出等功能的實現方面能提供良好的技術支撐。正因如此，使得SIP協議在視頻會議系統的構建中逐步取代了H.32X協議。

2.1 SIP技術

2.1.1 體系結構

SIP協議以文本為基礎，可對應用層進行控制，該協議的功能非常強大，如可對用戶進行精確定位、創建會話、管理會話等，支持點對點通信和多方實時通話。在SIP協議的會話系統中，借助互聯網，可實現終端互聯。SIP協議的工作流程如圖1所示。

2.1.2 消息格式

SIP協議的基礎是文本，它的消息語法與HTTP協議基本相同，由于該協議可對應用層進行控制，所以它和傳輸層之間是相互獨立的存在。SIP協議使用的是UTF-8字符集，在消息內所需傳遞的數據信息。按照具體的工作方式，可將SIP協議的消息分為兩種類型，一種是請求消息，另一種是響應消息，其中前者能夠實現對會議的控制，后者可根據請求信息的含義進行響應處理。

2.2 SDP技術

SDP即會話描述協議，它依附于應用層，歸屬于文本協議的范疇，具有良好的擴展性。在多方會話的過程中，SDP協議可為與會人員之間的信息互傳提供支撐。同時，還能協助服務器下達媒體控制命令，據此實現對媒體設備的控制。SDP協議可在大規模的網絡系統中運行，適用于多種應用場景。目前，基于SIP協議開發的通信軟件都對SDP協議進行了應用，以此來實現媒體協商的功能。

2.3 R/R技術

該技術又被稱之為雙R協議，其中一個R代表的是RTP，即實時傳輸協議，另一個R代表的是RTCP，即實時傳輸控制協議。RTP最早是由國際互聯網工程任務組（IETF）發布的，當時主要用其在互聯網上進行媒體流傳輸，該協議除了能夠為會話提供時間信息之外，還能實現流同步。RTCP協議可在進程間對控制信息進行交換，對信息的傳輸質量進行管理，同時還能夠對QoS進行實時監測。雙R協議位于傳輸層內，其基礎是UDP，可實現實時傳輸，RTCP基于UDP可為RTP提供控制服務。

2.4 Web RTC技術

Web RTC是由全球著名的谷歌公司開發的實時通信項目，其能夠實現瀏覽器之間的音視頻通信，這為移動終端加入視頻會議系統提供了技術支撐。Web RTC采用的是當前最為流程分層架構體系，共分為三層，第一層可向開發者提供標準的API接口；第二層是核心層，由音視頻引擎和數據傳輸模塊構成；第三層包含音視頻數據信息采集和網絡I/O接口。Web RTC具有兩種會話管理方式，一種是ROAP，另一種是JESP。

3 視頻會議系統的構建及應用

某集團公司當前采用的會議方式有兩種，一種是現場會議，另一種是電話會議，雖然通過電話會議系統，該集團可與生產單位進行通信聯系，對突發事件進行安排和處理，但電話會議只能以語音的形式進行交流，其中的信息量較少，無法為快速決策提供充足的信息。為改變這一現狀，該集團決定應用視頻會議系統。下面就系統的構建過程進行分析。

3.1 視頻會議系統的構建思路

隨著多媒體和通信技術的快速發展，給視頻會議系統的構建提供了強有力的技術支撐。通過視頻會議系統可使人們的遠距離通信問題得到有效解決。但從目前視頻會議系統的應用情況上看，系統在功能方面存在一些不足之處，從而制約了其大范圍推廣使用。如系統硬件的價格較高，一般的視頻會議系統只能支持基于SIP協議的客戶端連接，其它類型的客戶端則無法接入，這樣限制了應用范圍。同時，音視頻的傳輸質量也并不十分理想，常常會出現畫面卡頓、聲音斷流等現象，嚴重影響了用戶體驗。針對視頻會議系統中存在的上述問題，本文構建的視頻會議系統，應當達到如下要求：開發成本盡可能低，這樣能夠增強系統的應用性；系統應當能夠兼容多種客戶端，滿足主流通信的發展需要；對兩種媒體流控制方法進行融合，提高通話質量。除此之外，系統還應當具備如下功能：創建新的會議、加入會議、會議流程控制、結束會議等。

3.2 系統總體架構

根據視頻會議系統的構建思路，并在充分考慮各種要求的基礎上，對系統總體架構進行設計，如圖2所示。

整個視頻會議系統由以下幾個部分組成：

3.2.1 會議服務器

本次構建的視頻會議系統采用的處理模式為SIP信令集中處理，其中通信控制器負責對會議過程進行實時控制，對各個終端信令進行集中處理，并對終端傳輸的數據信息進行解析，然后存儲到系統數據庫當中。而動態控制器可從系統中對會議數據信息進行提取，通過計算處理后，建立終端連接狀態圖，對系統的即時連接狀態進行還原，通過對相關數據結果的分析，評估會議成員的網絡資源情況，進而確定相應的管理方式。

3.2.2 Web RTC服務器

本文構建的視頻會議系統中融合了多個通信平臺，整個系統由兩個客戶端組成，一個是SIP客戶端，另一個是Web RTC客戶端，二者在會議控制上采用了不同的解決方案。由于SIP無法對Web RTC客戶端進行直接管理，所以需要在構建系統時，增設一個獨立的Web RTC服務器，完成相關的控制工作，從而確保各客戶端能夠在信令層實現交互。

3.2.3 微控制單元

該單元能夠在視頻會議系統運行時，對各個終端的信息留進行同步分離，并對信息流中的音視頻數據進行提取，將提取到數據傳給各模塊進行處理，從而完成音視頻混合與交換，處理好的數據可直接發送到各個終端上。本系統在構建時，引入了媒體流控制理論，將集中與分散兩種控制方式進行融合，微控制單元針對集中控制方式，由此大幅度提升了視頻會議系統的負載能力，顯著降低了客戶端的運行壓力，從而使系統可以承載更大規模的會議，并確保視頻通話質量。

3.2.4 信令轉換網關

為使視頻會議系統能夠具備良好的兼容性，從而完成系統內的SIP與Web RTC轉換，實現兩個客戶端之間的通信，在構建系統時，加入了信令轉換網關，以此來實現異構網絡的通信。

3.2.5 客戶端

本系統中的客戶端由兩部分組成，一部分是SIP客戶端，另一部分是Web RTC客戶端，前者可與會議服務器進行直連，而后者則需要通過信令轉換網關才能連接到會議服務器。

3.3 服務器設計

在本系統中，服務器的設計是關鍵環節，主要包括會議服務器和媒體服務器兩個部分。

3.3.1 會議服務器的設計方法

本文所開發的視頻會議系統融合了多種通信協議，在這一前提下，會議服務器分為兩個部分，一部分是SIP通信控制器，另一部分是動態控制器。

（1）SIP通信控制器設計。該控制器能夠實現系統的會話功能，它由以下幾個模塊組成：用戶代理、注冊服務、數據寫入等。本次設計中，通過SIP Servlet是上述各模塊的功能進行實現。

（2）動態控制器。該控制器由三個模塊組成，分別為數據讀取、圖分析、動態調整。

3.3.2 媒體服務器設計

本系統在運行時，會有大量的音視頻流同時接入到系統當中，為最大限度地減輕這些數據信息給客戶端造成的壓力，在系統構建的過程中，設計了媒體服務器，以此來對所有的媒體流進行編解碼和混合處理。該服務由以下功能模塊構成。

（1）媒體流收發。該模塊具備如下功能：可從媒體流數據中對雙R消息進行解析，并按照媒體類的特征對其進行分類，同時，將相關的音視頻數據放置在緩沖區內。同時，還能向指定的終端發送媒體流。

（2）消息收發。該模塊的主要功能是對會議服務器發出的消息進行接收，經過解析處理后，再發送給資源采集模塊。

（3）音視頻緩沖。在該模塊中集合了多個緩沖區，其主要功能是對終端發送的音視頻流數據進行存儲。

（4）資源采集。該模塊的主要功能是對媒體服務器運行過程中產生的數據進行實時采集，以此來掌握相關的數據信息，如通話路數、內存情況等等。

（5）編解碼。該模塊的主要功能是對媒體流音視頻進行編解碼處理。為對Web RTC客戶端進行有效兼容，在對編解碼進行設計時，需要其支持兩種類型的編碼 格式，一種是H.264，另一種是VP8。該模塊采用的是開源代碼。

（6）混合模塊。該模塊的主要功能是對多路流媒體進行整合，通過查找confer_id，對視頻會議中的終端數量加以明確，據此對需要合并的媒體流路數進行判斷。

3.3.3 客戶端連接方式

在對視頻會議系統進行應用的過程中，需要保證所有客戶端的有效連接，這樣才能使視頻會議順利進行。因此，在構建視頻會議系統時，應當對客戶端的連接方式進行合理設計。由于本文開發的系統融合了多種通信平臺。所以，確保Web RTC客戶端的接入是設計的重點。具體的方法如下：在服務器端增加Web RTC與SIP信令的轉換網關，以此來使前者傳輸的信令可以直接轉換為與SIP終端信息格式相一致的信令，這樣便可實現客戶端與服務器的信息交互。增加的信令轉換網關采用的是模塊化設計思路，由以下幾個模塊構成：代理模塊、網關事務模塊、會話模塊、信令轉換模塊等。通常情況下，當中間信令的格式及轉換過程設計合理時，信令轉換網關能夠對多協議進行統一轉換。

4 結論

綜上所述，視頻會議系統以自身強大的功能，得到用戶的一致認可。為滿足使用需要，本文依托當前先進的通信協議技術，設計開發了一套融合多種通信平臺的視頻會議系統。通過該系統的應用，與會人員可以隨時隨地參加會議，由此不但提高了會議效率，而且還降低了會議成本?？梢?，該系統具有一定的推廣使用價值。