高清视频会议系统一体化QoS研究与实现

程佳亮，杨 磊

(1.73681部队523分队，江苏 南京 210000;2.解放军理工大学，江苏 南京 210007)

0 引言

视频会议是一种利用视频和通信网技术实现远程实时视音频通信的技术。召开视频会议时，处于不同地点的与会者，既可以听到对方的声音，又能实时看到对方的形象，同时还能看到对方会议的场景，以及在会议中展示的实物、图片和表格、文件等电子文档［1］。目前，视频会议系统已成为我军信息化建设的重要环节，成为提高效率、节约开支、增强远程指挥和协同作战的重要手段［2］。

随着视频会议技术和相关技术的不断发展，基于IP分组网络的视频会议逐步成为市场的热点［3］。随着与会者在感官上要求的不断提高，高清视频会议应运而生，其对服务质量(QoS，Quality of Service)提出了更高的要求，而IP分组网络是一种面向无连接的网络，基本思想是尽力而为(Best effort)，不直接提供QoS支持。在传统标清视频会议系统向基于IP网络的高清视频会议系统升级的过程中，不光需要对相应的设备、网络进行必要升级，还需要采取相应措施，进行一体化地考虑，使整个系统满足相应的QoS支持。

1 高清视频会议系统及一体化QoS保障概述

1.1 视频会议体系

视频会议系统一般由多点控制单元(MCU，Multipoint Control Unit)、终端、以及传输网络三部分组成［1-3］。其中MCU和终端是视频会议系统中特有的设备。

高清视频会议系统是相对传统的标准清晰度视频会议系统即标清系统而言的概念，目前对于高清视频的标准，一般采用信息产业部编制的《数字电视接收设备——显示器标准》来界定的高清，规定视频会议系统的从系统输入到输出的全过程显示清晰度最低要达到1 280×720像素的分辨率，并且为逐行扫描才算是高清视频会议系统［4-5］。

高清视频会议系统在体系结构上与传统视频会议系统一致，但大幅改善了使用者在视觉、听觉上的感官体验。

1.2 视频会议系统的QoS机制

广义的范围上来说，服务质量(QoS)是指所有的网络设备，包括所有的网络主机、涵盖一切在网络上运行的软硬件，在一定程度上能够满足流量及业务需求的能力［6］。

IP网络视频会议系统是一个基于IP网络的H.323的一体化应用平台，整体性能不光决定于MCU和终端，还需要网络的保障，任何一方出现故障都会引起性能的下降。因此视频会议系统的QoS保障可以分为两个部分:基于网络的QoS保障和基于应用的QoS保障［7］。

如图1所示，基于网络的QoS是由网络中路由器、交换机等提供QoS支持，如路由器通过对不同服务等级的数据包采用排队策略，对视频会议的数据包提供高等级的服务。基于应用的QoS技术只需在参与会议的终端进行相应的配置，就能实现相应的QoS保障。

图1 视频会议系统一体化QoS保障模型

1.3 某部高清视频会议系统概述

某部高清视频会议系统的网络拓扑如图2，为星型网络，以军区会议中心为中心节点，其他多个团级单位和多个师级单位构成分节点。接入方式有IP专网和E1专线两种，主要采用IP专网方式接入，不具备IP组网条件的单位采用E1专线组网。

图2 高清视频会议系统网络拓扑示意图

该系统MCU选用了华为ViewPoint 8660 MCU，视频支持H.264编解码，最高可以达到1080P(20CIF)画质，音频支持AAC-LD话音编解码。具有高稳定性、大容量、多接口、组网能力强、易操作维护等特点。MCU服务器采用安装了ViewPoint 8000 Gatekeeper等软件的服务器，实现H.323节点呼叫的控制与管理，并提供附加服务。师级以上单位终端采用华为ViewPoint 9039，团级单位终端选用华为ViewPoint 9036。

2 基于网络的QoS保障的实现

2.1 服务模型选择

可以采用的体系模型有:综合服务、区分服务和多协议标记交换等，从本次工程的特点和实现的复杂度角度考虑，选择区分服务模型，进行流量标志和分类处理，路由器根据流量标志对该流量进行相应服务质量类别的处理，从而保证相应的IP服务。具体实现时需要在终端设备上开启区分服务，配置相应的DSCP值，在路由器上根据DSCP标记对视频流进行分类处理。

2.2 网络设计

IP专网由核心层、汇接层和接入层组成，基于光纤MSTP平台进行建设，数据包经过一个节点的传输延时在10ms以内。在本次工程设计中，保证网络中任意两个节点之间的路由跳数最多为4跳，在目前网络采用高性能路由器的情况下，数据包在骨干网的正常延时在50 ms左右，可以满足视频会议系统对延时的要求。

根据视频会议设备手册，配置为1080P/720P高清模式下，需使用8 Mbps的网络带宽，工程采用IP方式接入的分节点不超过40个，MCU需要总的带宽是8 Mbps×40=320 Mbps，考虑20%的冗余，MCU需求的带宽是320 Mbps×1.2=384 Mbps，采用1 000 M网络接入，终端接入带宽在MSTP中配置为8 Mbps。

2.3 排队策略实现

对于此次工程，虽然采用IP专网，业务比较单一，主要是高清视频业务，也兼作其他数据传输，虽然网络带宽比较宽裕，但由于数据业务的突发性特点，这些业务在突发期间会造成网络的过载和拥塞，如果在拥塞期间没有任何措施进行处理，则将影响高清会议业务的质量，如画面图像不连续、视频业务大量丢帧，严重情况下还可能导致业务中断。所以需要保证高清视频业务的数据包优先发送，限制其他业务对带宽的占用。

排队策略若使用默认FIFO排队，对于视频业务，在拥塞时可能发生丢包，而且存在延时抖动，造成图像质量不稳定，出现马赛克、图像不连续等现象。需要给视频会议流分配较高的优先权，并保证较低的延时。

可选择的排队方式有优先权排队(PQ)、基于类别的加权公平排队(CBWFQ)和低延时排队(LLQ)三种。使用PQ可以保证视频会议流拥有最高的服务等级，但是在网络流量较大时，其他优先权的数据包一直等待最高优先权的队列被清空而得不到服务，对其他业务造成较大影响。使用CBWFQ可以在一定程度上解决上述问题，但是对于特定优先权的队列无法保证延时，在某些时候延时抖动较大。而采用LLQ可以解决基于类别的加权公平排队机制在拥塞情况下无法保障低延时传输的问题，确保了指定类型的数据包在进行转发时具有最小的延时。

在核心路由器上配置LLQ主要有三个步骤:(1)定义类映射表;(2)创建策略映射表;(3)将策略用于接口。类映射表决定什么流量进入什么类别，它可以被用在一个或者多个策略映射表中，策略映射表决定流量是怎样被处理的，最后应用于接口后策略映射表才起作用。

3 基于应用终端的QoS保障的实现

基于应用终端的QoS实现就是在MCU和终端上选择适当的QoS策略，进行相应的配置，确保相应的服务质量。

在本次工程中需要配置区分服务、带宽动态调整、网络抖动等参数［8］。

3.1 配置区分服务

在本次工程设计中，采用了区分服务模型，将视频会议的数据流DSCP值配置为AF41，即为34，需要在MCU和终端侧分别进行配置，启用相应的QoS选项。

配置MCU参数时，通过Telnet方式访问MCU进行相关配置，在tos命令中进行相应选择，并输入DSCP值34，完成对MCU侧区分服务的设置。

在终端的设置菜单中选择“主菜单—系统配置—网络配置—安全—QoS类型”中进行相应的配置。根据项目的设计，QoS类型选择“区分服务”，DSCP值配置为34。

3.2 配置带宽动态调整

启用动态带宽后，由于网络带宽不足时导致网络持续丢包，终端将会自动降低会议带宽。网络丢包后，终端将通过动态带宽调整策略在1分钟内达到稳定状态。

在系统配置菜单“主菜单—系统配置—会议参数—动态调整带宽”，选择“启用”。

3.3 配置网络抖动参数

视音频解码上需要设置网络抖动缓冲区的大小，用来克服数据包延时抖动的影响。在“主菜单—设备控制—音频控制—网络抖动”中配置，根据配置手册指导，本工程使用有线网络进行视频通信的默认值即可。

4 结束语

本文分析了高清视频会议系统一体化QoS的保障机制，并将成功应用于某部高清视频会议系统。目前，系统运行稳定，减少了延时、延时抖动和丢包等带来的影响，图像、话音的质量较高，达到了预期的设计目标。

［1］王汝言.多媒体通信技术［M］.陕西:西安电子科技大学出版社，2004.

［2］视频会议系统在军事信息化中的应用［J］.军民两用技术与产品，2006(7):32－33.

［3］张明德，王永东.视频会议系统原理与应用［M］.北京:北京希望电子出版社，1999.

［4］李伯中.高清晰视频会议系统中主要技术标准的分析［J］.电力系统通信，2006，27(168):68－70.

［5］李伯中.高清晰电视会议系统中视音频信号的特点［J］.电力系统通信，2007，28(172):8－11.

［6］Benoit Durand.IP网络的 Cisco QoS管理［M］.宁科，译.北京:机械工业出版社，2002.

［7］刘涛，康巧燕.基于视频会议的QoS研究［J］.火力与指挥控制，2008，33(3):63－66.

［8］ViewPoint9039超高清群组型视讯终端产品概述［Z］.华为技术有限公司，2007.7.