视频会议系统组成及特点分析
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摘要：视频会议是当今网络应用的热点，本文通过论述其组成和工作原理，阐述了用软件实现MCU的视频会议大大提高了性能价格比，作者通过介绍本视频会议系统附属设备并分析了影响视频会议音视频效果的因素，为视频会议系统维护人员提供了判断故障的依据具有很好的参考价值。
关键词：视频会议多点控制音频处理
1、引言
计算机网络技术高速发展的今天，传统的通讯方式如电话、传真等无法达到“面对面”的沟通效果，不能满足人们日益增长的交流需求。视频会议系统是支持人们远距离进行实时信息交流、开展协同工作的应用系统。视频会议系统实时传输视频与音频信息，使协作成员可以远距离进行直观、真实的视音频交流，营造了一个多人共享的工作空间。本文简介视频会议系统工作原理及其终端设备。
2、视频会议系统组成
2.1视频会议工作原理
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组成。
视频会议终端将本地输入的视频、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。由于音频数据量远远小于视频数据量，编码时延也短，因此要加入时延使音视频同步。
除终端外还有个关键组成部分，即多点控制器MCU，是视频会议系统中的关键设备，作用相当于一个交换机。处理用户登录并处理会议部分的控制。当客户端登录服务器时，多点处理器首先鉴别用户的合法性，当用户合法即向用户返回在线用户名单，用户可以通过呼叫此名单上的其他用户来发起会议，用户之间的所有交流都有MCU来转发完成。
视频会议系统(Video Conference System)也称为视频会议，是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过现有的各种通讯介质传输媒体，将人物的静、动态图像、语音、文字、图片等多种资料分送到各个用户的终端上(连接电视、计算机)，使得在地理上分散的用户可通过图形、声音等多种方式在一起交流，决策讨论。
视频会议分为软件视频会议系统和硬件视频会议系统，软件视频会议是基于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，但其高性价比受到越来越多的青睐。
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;在下属会议室配置高性能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。
硬件视频会议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，但由于其价格昂贵，对带宽要求严格，技术更新较难等因素逐渐被取代。
2.3视频会议系统的接入
视频会议系统可以采用不同的传输网络，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。下面将对IP传输网络及卫星传输网络进行分析。
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是支持多路会议视频、文件及数据的综合传送广播系统。此种接入方式的缺点是价格昂贵，除租用卫星的信道费外，每个卫星地面站的建设费用不菲。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。
2.4视频会议系统附属设备
2.4.1视频I/O子系统
视频输入、视频输出子系统由液晶电视、投影仪、投影幕、AV矩阵、VGA矩阵、桌面显示器、摄像机组成。根据会场的大小和会议效果的要求，可以选择不同尺寸的液晶电视作为视频输出的显示，如果要求较高质量的视频输出效果，如报告厅级别的会场，可以选用一万流明以上的投影仪配合200英寸的投影幕使用。AV矩阵可以将本地摄像机传来的视频信号分配给采集卡，经模数转换后传给其他会场；VGA矩阵可以将接收到的其他会场的视频信号分配给桌面显示器、液晶电视、投影仪等视频输出设备。
2.4.2音频I/O子系统
与会人员通过发言设备参与会议，通过扩音子系统得到其他会场传到本地的音频信息。下面简要阐述视频会议系统需要用到的音频输入、输出设备。
发言设备主要指有线话筒、无线话筒，根据会场环境和会议要求可以选择不同指向性的话筒。指向性话筒一般包括心形、超心形、全向型话筒。心形话筒正前方拾音灵敏度非常高，对于来自话筒后方的声音，心形指向话筒具有非常好的屏蔽作用，在需要剔除大量室内环境声的情况下非常有用；超心形话筒的拾音区域比心形话筒更窄，能够更有效地消除周围噪音；全向形指向话筒对来自话筒周围各个方向的音频信号的灵敏度都是同样高，其最大的优点就是不会产生明显的临近效应，在需要收录整个环境声音时使用。
3、影响视频会议视音频效果的因素
3.1网络服务质量
所谓服务质量（QOS）是指一个网络通过多种技术为某一特定的网络流量提供更好的服务的能力，主要目的是实现优先权控制，包括带宽、延时、抖动以及丢包等多个方面。QOS技术分为三类，包括尽力而为服务、集成服务、差分服务，其中差分服务应用最广泛。在差分服务中，网络根据每个数据包的QOS标记对数据包进行分类、排队和管理。
在实际的网络规划中，要求网络设备能够借助于复杂的流量管理，通过多种技术提供QOS保证机制，根据业务类型划分不同的优先级。对于视频会议而言，为了保证视频业务的带宽，路由器或三层交换机必须能够在通过的IP数据流中识别出视频业务数据包并对其分类，然后再通过拥塞管理机制提供带宽保证和优先传递服务。这样，在网络发生拥塞时，就可以保证语音和视频业务的传输效果了。
3.2 MCU性能
除了网络应用提供良好的QOS保障机制外，视频会议系统本身也应该具有良好的性能才能真正保证会议的效果。
3.2.1视音频编解码技术
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。目前视频会议系统中用到的视频编码技术主要有H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4等，音频编码技术主要有G.711、G.722、G.728、G.729、MP3等。
3.2.2设备的设计结构
在PC上通过视频采集卡接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频序列。通过PCI-E接口将视频数据传送到主机上。可以选用高性能的视频采集卡直接把采集到的数字视频实时压缩成MPEG文件。
视频会议系统音频的输入、输出除以上提到的设备外，本地音频的采集与接收远端会场的音频主要由PC的声卡完成，视频采集卡通过PC上的声卡获取数字化的伴音并把伴音与采集到的数字视频同步到一起。配置高性能的PC是高质量视频会议系统的保障。可以采用酷睿双核i5以上的CPU，显存在1G以上的独立显卡，内存4G可扩展，操作系统选择与采集卡等硬件兼容性高的即可。
3.2.3音频处理技术
(1)自动回声抑制。召开多点视频会议时，每一个会场的声音编码器都将音频包向MCU传输，而MCU将发言会场的音频包向所有其他会场广播，当视频会议终端接收音频包时，将解码后的音频流与本地输入的音频流进行电平比较，去掉相同的部分，这样本地的声音就不会在自己的会场扬声器传出，引起音频的振荡，从而避免回声。
(2)自动增益控制。如果将全向麦克风放置在会场的中心位置，这样每一个发言人由于距离麦克风的位置不同，麦克风接收到的电平也不同。为了保证传向远端的音频电平的稳定，在进行编码时要进行音频的增益处理，以保证一定范围内的发言人以同一音调发言，这样远端会场的声音就不会忽高忽低。
(3)背景噪音消除。召开会议时不可避免会有一些环境噪音，如空调、风扇、交流电等持续发出的环境噪音，这些声音严重的影响了会议的音频质量。自动噪声抑制系统会根据音频的高低、持续情况，判断是否为环境噪音，并且进行处理，已达到良好的声音会议效果。
4、结语
视频会议是当前网络应用的热点，论文讨论了视频会议系统的组成并对其特点进行了分析。本文根据作者正在使用的视频会议系统对影响视频会议音视频效果的因素进行了分析，由于采用软件实现系统各主要功能，因此大大降低了成本，具有很高的应用价值。
参考文献
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