科达可视化调度系统.docx
《科达可视化调度系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《科达可视化调度系统.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
科达可视化调度系统
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
科
达
可
视
化
调
度
指
挥
系
统
方
案
书
前言
视频会议是通过通信线路把两地或多个地点的会议室连接起来，以视频会议方式召开会议的一种图像通信手段。
视频会议的主要特征是能实现实时传送与会者的形象、声音以及会议数据图表和相关实物的图像等等，身居不同地点的与会者互相可以闻声见影，如同坐在同一间会议室一样。
通过召开远程视频会议，可大大提高工作效率，节省与会人员的工作时间和会议费用。
视讯应用在政府、军队、教育、金融、交通、能源、医疗等行业及跨国、跨地区的企业中逐步普及。
随着应用的发展，人们对图像质量提出了更高的要求，从一般图像质量向高清晰度方向发展。
随着移动数据通信技术的日益成熟，无线图像传输也将融入到视频应用中。
近年来随着网络的普及和图像技术的不断发展，视频会议系统的应用已从单纯的会议发展到基于网络的多种交互式视频应用，如专网调度与管理、销售与推广、紧急救援、作战指挥、远程教育、远程医疗、远程协作、远程招聘等，为各行各业带来了良好的经济效益和社会效益。
科达作为领先的视讯产品与解决方案提供商，一直致力于视讯领域的研发创新。
科达视讯系统凭借系统出色的稳定性、清晰流畅的音视频效果、强大的数据共享功能、人性化的设计，在众多用户中得到了很好的应用。
?
第1章视讯技术发展介绍
视频会议技术日新月异，飞速发展。
随着计算机、微电子及通信技术的迅速发展，音视频压缩编码技术与传输技术日渐成熟，使视频编码通信设备的功能和使用性能大为提高。
从本世纪初开始，由于基于IP包交换网络技术的迅猛发展以及LAN、WAN以及Internet的普及，大量的视频会议的建设转移到IP网络上来，H.323已经成为视讯建设的主流，代表未来多媒体视讯会议以及其它网上多媒体应用的发展方向和潮流，但是由于IP还不能完全保证QoS，H.320还要并存相当长时间。
此外，随着IT技术的发展以及会议电视需求的日益提高，特别是高清数字电视技术的发展为视讯行业带来了革命性的变革，高清视频会议已经成为当前视频会议建设的主流。
由此可以看到视频会议系统的发展趋势：
●视频会议通信体系正在由H.323兼顾H.320的基础上，并逐步向H.323/SIP协议过渡；
●图像格式正在由传统的CIF、4CIF格式被720p、1080i/p高清替代,而且1080p50/60fps已经成为高清视频会议建设的新选择；
●H.264高效的视频编码协议已经成为视频会议主流视频编解码协议；
●宽带音频协议G.719、G.722.1AnnexC、MPEG4AAC（LC/LD）已基本取代低品质窄带音频通讯协议如G.711、G.722等；
1.1H.320/H.323兼顾，并向H.323/SIP协议平滑过渡
为了解决不同厂商产品之间的互通问题，建立起全球统一的视频会议标准。
国际电联（ITU）的电信标准化部门（ITU－T）自1990年以来制订发布了一系列有关视频会议的标准，对视讯产品的性能指标、压缩算法、控制命令、规程等提出一系列的完整规定，从而形成了一套有关视频会议的完整标准体系。
目前，视频会议系统的建立可以依据ITU-T的两大框架建议H.323和H.320来进行。
◆H.320标准
H.320是基于电路交换的视频会议标准，产生于上世纪80年代末，视频设备之间通过专线或ISDN相连，网络结构主要采用主从星型结构。
H.320的优点是传输图像的信道是固定分配的，带宽是有保证的，不会有其它业务挤占该带宽图像质量、稳定性等方面都有所保证。
但由于设备之间要采用专线连接，因此对线路要求较高，组网不够灵活。
H.320由于受传统电视系统会议技术体制的限制，不具备灵活性和丰富的功能，而且，无论是H.320的终端还是H.320MCU，它的用户单机成本和用户线路使用费用都较高。
◆H.323标准
H.323是基于分组交换的视频会议标准，基于IP线路组网，产生于上世纪90年代中期。
H.323定义了在LAN、Intranet以及Internet上的视频会议框架性建议，它使符合标准的不同厂商的系统可以在LAN上进行相互通。
由于依托于数据网络，因此H.323视频会议系统具有非常灵活的网络结构，不需要为视频业务提供专门的信道。
只要数据网络到达的地方，就可实现视频通信。
H.323采用了先进的TCP/IP技术，在提供相同性能和更多功能的同时，大大降低了用户终端的成本以及用户线路使用费用，具有很高的性能价格比。
除了视频传输之外，H.323还能提供视频点播、网上直播、数据会议、桌面可视通话等丰富的多媒体应用功能。
带宽利用率高，可以和其它业务共享带宽，实现三网合一，充分利用资源。
但由于视频业务与数据业务在同一个网上传输，因此存在带宽争用的问题，它要求网络设备具有较好的QoS机制。
◆SIP标准
sip标准是IETF组织在1999年提出的，其应用目标是在基于internet环境，实现数据、音视频实时通讯，特别是通过internet将视频通讯这种应用大众化，引入到千家万户。
H.323和SIP，两者都对IP电话系统信令提出了完整的解决方案。
H.323沿用的是传统的实现电话信令模式，比较成熟，而且H.323符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次控制。
SIP协议借鉴了其它因特网的标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，比较简单。
综上所述，随着IP应用的日益广泛，H.323已经成为视讯建设的主流，代表未来多媒体视讯会议以及其它网上多媒体应用的发展方向和潮流。
但是由于IP网络本身的QoS问题还没得到完全解决，视频会议应用因此容易出现网络抖动、网络拥塞等现象，系统稳定性没有基于H.320的视讯系统好。
所以短期内，基于H.320、H.323体系的视频会议系统还将共存。
此外，由于SIP协议的灵活性，H.323和SIP协议将是在不同应用环境的相互补充。
1.21080p50/60fps是高清视频会议的新选择
视频会议系统也叫电视电话会议系统，因此在技术上和电视技术息息相关。
上世纪90年代视频会议发展之初的时候，还是以CIF格式作为视频会议的清晰度标准。
而到21世纪初期，采用新一代的处理芯片使得视频会议系统从CIF视频（352×288）提升到4CIF（704×576），比起原来视频会议的CIF标准提高了4倍，当时我们称其为“高清视频会议”。
但4CIF视频还是模糊不清乃至部分细节缺失，随着数字电视技术的发展，视频图像分辨率从以往的CIF、4CIF提高到高清的720P、1080P，视频图像的帧率也由流畅度一般的25帧/秒、30帧/秒提高到50帧/秒、60帧/秒。
◆视频分辨率
视频会议系统中常见视频分辨率：
CIF：
352×288
4CIF：
704×576
720P：
1280×720（p：
Progressive即逐行扫描）
1080i:
1920×1080（i：
interlace即隔行扫描）
1080P：
1920×1080（p：
Progressive即逐行扫描）
随着电影电视技术的发展，目前支持720P、1080i/p分辨率的视频采集设备、显示设备日趋成熟，720p、1080i/p高清视频会议成为当前建设视频会议系统的首选。
与传统标清视频会议使用的视频标准相比，具有十倍以上的分辨率、更清晰的画面，16:
9的图像比原来4:
3的图像也更加适合人眼的观看比例。
常见视频分辨率示意图
◆帧率
视频会议图像效果不仅与图像分辨率有关，还与图像帧率有关，特别在表现大运动量运动图像时，图像帧率越高，图像流畅性就越好。
帧率表示场景每秒钟能够更新的次数。
高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动态图像。
一般来说30fps就是可以接受的，但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感。
30帧/秒与60帧/秒比较示意图
综上所述，高清技术提升了通话质量，可以改善整体的视觉体验并消除会议疲劳，色彩也更为鲜明和逼真，1080p已经成为高清视频会议系统建设的主流。
50/60帧/秒的高帧率术加入，1080p50/60fps是当前以及今后相当长时间高清视频会议的新选择。
1.3H.264是视频会议主流视频编解码协议
视频协议从H.261、H.263发展到目前主流的H.264协议。
◆H.261
H.261视频编解码标准是最原始的视频编解码协议，在8*8像素块上使用离散余弦变换（DCT）编码视频帧，支持两种视频图像格式--CIF和QCIF，是H.323/H.320基本要求的一部分，1995年之前，会议电视系统图像都采用H.261编码协议。
◆H.263
1995年，ITU-T针对低比特率视频应用制定了H.263标准，当时H.263被公认为是以像素为基础的采用第一代编码技术混合编码方案所能达到的最佳结果。
尽管采用H.263编码技术较H.261编码在压缩率和图像质量上都有大幅度的提升，但H.263信源编码算法的核心仍然是H.261标准中采用的DPCM/DCT混和编码算法，原理框图也和H.261十分相似。
◆H.264
2001年12月，ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成视频联合工作组（JVT，JointVideoTeam），负责制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标。
随后JVT制定出的视频编码标准被ITU-T定义为H.264；
H.264相对以前的编码方法，在图像内容预测方面提高了编码效率，采用可变块大小运动补偿、1/4采样精度运动补偿、加权预测等算法，改善了图像质量，增加了纠错功能和各种网络环境传输的适应性。
测试结果表明，在中低带宽情况下，H.264具有比H.263更优秀的PSNR性能：
H.264的PSNR比H.263平均要高3dB。
所以目前业界主流视频会议系统厂家都推出了基于H.264的视讯产品。
以下是各种算法的比较：
可以看出，在图像编解码效率上，H.264算法最为领先，MPEG-4和H.263算法基本相同，MPEG-2算法效率最低。
JVT于2003年完成H.264基本部分标准制定工作，包含Baselineprofile、Extendedprofile和Mainprofile，分别包括不同的编码工具。
之后JVT又完成了H.264FRExt（即：
FidelityRangeExtensions）扩展部分（Amendment）的制定工作，包括Highprofile（HP）、High10profile（Hi10P）、High4:
2:
2profile（Hi422P）、High4:
4:
4profile（Hi444P）4个profile。
H.264Baselineprofile、Extendedprofile和Mainprofile都是针对8位样本数据、4:
2:
0格式的视频序列，FRExt将其扩展到8～12位样本数据，视频格式可以为4:
2:
0、4:
2:
2、4:
4:
4，设立了Highprofile（HP）、High10profile（Hi10P）、High4:
2:
2profile（Hi422P）、High4:
4:
4profile（Hi444P）4个profile，这4个profile都以Mainprofile为基础。
在相同配置情况下，Highprofile（HP）可以比Baselineprofile（BP）节省30%以上的码流量，具有更好的编码性能，目前H.264Highprofile也越来越多的被应用到视频通信领域中。
综上所述，我们建议当前建设的会议电视系统必须支持H.264编码，当带宽比较低时，采用H.264HighProfile编码协议，可以充分利用H.264HighProfile压缩效率更高的优势，相对H.264Baseline大幅度提高图像质量。
1.4高保真宽音频协议成为高品质首选
视频通讯过程是视频和音频的实时双向完整通讯过程，在这个过程中我们为了获得高清晰视频图像，有时却忽略了另外一个重要的因素——音频。
如果我们在观看高清晰视频图像的时候，不能得到一个更清晰、连续的音频效果，那么这个过程实际上就没有任何意义，所以其重要性甚至超过视频。
在传统的视频会议系统中音频技术发展极其缓慢，原因在于目前应用于视频通讯的音频编解码压缩标准都是为了保持传输时的低带宽占用和较高的编解码效率，从而将音频信号的采样频率、采样精度和采样范围指标做了极大的降低，使得所能提供的音频清晰度和还原性都有很大程度上的衰减。
所以在高清晰视频通讯过程中我们势必要有一种相辅助的音频处理方式解决此问题,使整个高清晰通讯过程更趋近于完美，目前视频会议系统中常见的音频编解码协议主要有：
◆ITU－TG.711
标准公布于1972年，其语音信号编码是非均匀量化PCM。
语音的采样率为8KHz，每个样值采用8bit量化，输出的数据率为64kbps。
支持对宽度为3.4KHz的音频进行压缩，算法复杂度低、压缩比晓，音质一般，消耗的带宽相对较大，主要用于数字PBX/ISDN上的数字式电话。
◆ITU－TG.722
G.722是1988年由国际电信联盟（ITU-T）制定的音频编码方式，是第一个用于16KHz采样率的语音编码算法。
G.722使用子带自适应差分脉冲编码调制（SB-ADPCM，sub-bandadaptivedifferentialpulsecodemodulation）技术，信号被分为两个子带，分别为高频子带和低频子带，高、低子带之间以4kHz为界，子带中的信号都用类似G.721建议的ADPCM进行编码。
G.722采用64,56和48kbps编码速率，采样率为每秒16000个样本，音频信号宽带达7KHz。
◆MPEG4AACLC/LD
AAC（AdvancedAudioCoding，高级音频编码）是由Fraunhofer研究院（MP3格式的创造者）、杜比（DOLBY）试验室、AT&T（美国电话电报公司）、Sony等公司共同研发出的一种音频压缩格式，是MPEG-2规范的一部分，并在1997年3月成为国际标准。
2000年MPEG－4标准出现后，AAC重新集成了其特性，加入了SBR技术和PS技术，为了区别于传统的MPEG-2AAC又称为MPEG-4AAC。
。
MPEG-4AAC家族目前共有九种编码规格，视频会议系统中常用的即AAC-LC（LowComplexity,低复杂度规格）和AAC-LD（LowDelay，低延迟规格）。
AAC支持48K采样率，提供22KHz的超宽带音频，可以48~64Kbps的码率输出接近CD高保真音质的音频，并支持多声音通道，其中AAC-LD算法延迟仅为20ms。
◆ITU-TG.719
G.719是音频通讯最新一代的编码标准，源用自POLYCOM的Siren22算法,为宽带音频编码标准，与早先的宽频带音频技术相比具有突破性的优势，提供了低时延的22KHz超宽频带音频，而通讯的带宽只需要有48K或64K。
音质更为清晰，可以提供CD级的高保真音质，为用户带来剧场级别的体验。
综上所述，传统视频会议采用的是G.711、G.722、G.728等音频标准，音频宽度仅有50Hz－7KHz单声道，无法满足人耳所能感知的自然界的频响能力（20Hz－20KHz）。
因此，MPEG4-AAC（LC/LD）、G.719等高保真高效声音压缩算法，频响范围达到20Hz到20KHz，能够使现场音频得到真实自然的还原，并且在还原时可以采用双声道立体声回放，使整个视频通讯的声音有更强的临场感，达到CD级音质效果，受到越来越多视频会议厂家及客户的青睐。
第2章项目需求分析
2.1系统组网需求
本系统建设后需实现以下功能：
◆采用最新的高清1080p技术，实现全网1080p图像传送，图像清晰流畅；
◆可以召开主会场和所有分会场参加的全网视频会议，并可同时召开分组会议，各会议间互不干扰；
◆支持主席控制、导演控制、语音激励等会议控制方式；
◆支持会议录像以及流媒体功能；
◆MCU具有足够的容量，能实现平滑升级和扩容；
◆系统具有双视频流功能，本系统除了用于召开行政视频会议外，还具有召开应急指挥、多点研讨、技术培训、远程教育等功能。
◆可与上级视频会议网络级联。
第3章系统设计原则与依据
3.1系统设计原则
根据本项目的要求和我们的理解，并结合我方在视讯行业的多年经验，本方案设计遵循技术先进、功能齐全、稳定可靠、节约成本的原则,并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩容等因素留有扩充的余地。
其具有以下原则：
◆先进性原则
系统须遵循有关国际标准、国内标准以及国内外通信行业有关的规范要求；
采用当今最新和尖端的IT、通信、多媒体处理和视频会议等的成熟技术，确保系统在今后相当长的时间内技术上不落伍。
◆标准化原则
严格按照国际和国家标准设计，采用符合H.320、H.323、SIP标准框架协议，采用业内标准的音视频编解码协议；
系统具有较高的兼容性，能够与其它国内外主流厂家的标准设备系统平滑连接和互通。
◆安全性原则
系统设备本身设计应具有高度的安全性措施和加密系统，有效抵制网络病毒和黑客等的攻击，具有防火墙功能；
具备严格的授权和认证机制；
支持与各种加密系统兼容；
◆可靠性原则
系统结构集成度高，能够保证7*24小时不间断地稳定可靠运行；
支持电源、网口、线路等冗余备份策略，可靠性高；
工作环境适应能力强，故障率低；
系统具备诊断及故障提示功能，便于诊断、维护；
◆易用性原则
采用图形化操作界面，全中文人机对话模式，易于操作、维护和管理。
◆可扩展性原则
系统设计要考虑今后网络和业务的发展，留有充分的扩充余地，能够方便地实现视频系统的扩展与升级。
◆经济实用性原则
在满足系统各项性能指标和功能要求的前提下，应力求较小的投入成本，追求较高的性能价格比；
建议选取国内外主流视频通信厂商的设备，确保产品得到持续的技术支持和可靠的服务。
3.2系统设计依据
本方案建设范围内的活动均遵守国家现行的规范与标准，对我国未制定的规范，则参照相应的国际标准执行。
1）国家标准：
YD5032-2004《会议电视系统工程设计规范》；
YD5033-2004《会议电视系统工程验收规范》；
GB/T16858-1997《采用数据链路协议的会议电视远端摄像机控制规程》；
YDN075-1998《中国公众多媒体通信网网络管理规范》；
YDN077-1997《中国公众多媒体通信网技术体制》（暂行规定）。
2）系统框架协议：
ITU-TH.221：
视听电信业务中的63～1920kbit/s信道的帧结构
ITU-TH.225：
基于分组网络的多媒体通信系统呼叫信令与媒体流传输协议
ITU-TH.231：
用于2Mbit/s以下数字信道的视听系统多点控制单元
ITU-TH.235：
用于定义媒体流的加密规程
ITU-TH.239：
用于数据应用双流协议的技术标准
ITU-TH.245：
多媒体通信控制协议
ITU-TH.261：
关于PX64kbit/s视听业务的视频编解码器
ITU-TH.263：
关于低码率通信的视频编解码协议
ITU-TH.264：
关于高压缩比低码率通信的视频编解码协议
ITU-TH.281：
会议电视的远端摄像机控制规程
ITU-TH.320：
窄带电视电话系统和终端设备
ITU-TH.323：
基于IP包交换网络中多媒体业务的框架协议
ITU-TG.711：
话音频率的PCM脉冲编码调制
ITU-TG.719：
用64Kbps传输22Khz的声音，宽带音频编码标准
ITU-TG.722：
自适应差分脉冲编码调制（APPCM）的语音编码标准
ITU-TG.722.1AnnexC：
用24或48kbps传输14Khz的声音,宽带音频编码标准
ITU-TG.728：
低时延码本激励线性预测编码
ITU-TG.729：
电话带宽的语音信号编码的标准
T.120：
多点数据会议和实时通信协议
ISO/IECMPEG4:
高级视频编码
ISO/IECMPEG4-AAC（LC/LD）:
高级音频编码（低复杂度/低延时）
ISO/IECMP3:
MPEG第三代声音文件压缩格式
IETFSIP:
多媒体交互会话会话控制协议
第4章系统设计方案
4.1系统组网方案
4.1.1组网拓扑图
高清视频会议系统组网拓扑图
4.1.2组网说明
如上图所示，本系统基于现有IP专网建设，采用H.323体系标准，具体设备部署情况如下：
◆中心设备部署
在中心点配置MCU、录播服务器、网管系统、会议调度与管理系统、高清视频终端及相关外设。
◆各级单位部署
在各分中心点分别配置高清视频终端（或软件视频终端）及相关外设。
4.2系统安全性设计
视频会议系统常用召开一些保密性较高的会议，因此对于视频会议系统要有很高的安全性要求，必须保证整个通信过程中的安全、保密，科达视频产品可通过如下安全特性提供行之有效的安全防范措施。
4.2.1嵌入式设计
本次配置的科达视频会议MCU、终端均采用嵌入式设计，采用专用芯片和高质量元器件、降低功耗、减少发热量，保证设备7*24小时稳定连续运行。
嵌入式软件操作系统精简操作指令，减少故障发生概率，具有极高的安全性，不惧怕病毒、黑客攻击。
4.2.2AES加密和H.235协议
本次配置的科达视频会议MCU、终端均支持国际标准的H.235安全通信协议，媒体流加密采用128位AES，全方位保护会议安全。
通过对每组会议的加密，防止会议内容的泄漏，同时也保证了会议内容的完整性与不可篡改性。
H.235协议是H.323体系系列中的有关安全方面的一种标准，主要提供了身份认证、数据加密和完整性功能；AES加密是NIST（美国标准技术研究院）提供的一种高效率的对称加密算法，具有运算速度快，安全性高的特点，特别适合用来对视频会议通信业务进行加密，因而成为视频会议领域主流加密算法。
当进行加密标准的视频会议时，视频、音频和图形在整个会议过程中的传输都是加密的，解码端通过相同的密钥进行解密，再将图像声音解码。
由于其高度的可靠性和科学性，良好的保障了使会议内容安全，以免会议内容被第三方窃取和破译。
AES加密和H.235安全通信协议
4.2.3会议密码设定
对于自助式会议，可以将会议模板/虚拟会议室设定会议密码，终端加入会议时需要通过密码验证才能入，密码正确的授权会场可以正常加入会议，密码错误的会场则无法加入会议，确保了自助会议的安全保密性。
会议密码设定
4.2.4分级分权管理
系统采用多级权限架构设计，支持分级分权管理，方便不同权限的用户进行会议控制管理。
系统支持超级管理、管理员、操作员等多种用户权限划分。
超级管理员：
能够对MCU进行完全控制；管理员用户：
支持除MCU配置之外的其他MCU控制，但只能管理自己及其所属组内用户创建的会议及模板；操作员用户：
支持除用户管理、模板管理、MCU配置之外的其他MCU控制，但只能管理其所属用户组的管理员用户创建的会议。
此外，针对多级组网的视讯系统中，有2级甚至2级以上MCU，比如召开省-市-县会议，这时就存在统一管理和分级管理的问题。
科达视频会议系统支持分级分权管理，省级会议管理员可以对省级会议和市级会议进行统一管理，而市级管理员只能对本区域内的会议进行管理调度。
系统分级分权管理
升级会员 