基于视频会议终端QoS技术方案的研究

摘要：业务需求的多样化使视频会议对QoS（服务质量）提出了新要求，目前互联网传输性能已大幅提升，但事实上互联网并没有对电视会议等多媒体业务给予统一的QoS技术保障。视频会议终端QoS技术能将对视频会议终端传输的视音频数据所需带宽进行动态匹配，从而实现控制视音频效果的目的。该文对视频会议QoS技术作了详细介绍，使用视频会议系统终端QoS技术，进行软件设计和实现控制视频会议QoS技术指标方案，并进行试验测试。

关键词：服务质量（QoS）；视频会议；拥塞控制；SIP；联训联保

中图分类号 TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）05-1136-02

1 视频会议系统的QoS技术

随着技术的进步，需求的扩大，视频高清化、传输光纤化和网络智能化已经成为今后发展的趋势。随之带来的技术改革也是大势所趋，一味通过提升硬件性能改善网络环境已不能满足需要，视频会议QoS技术也成为了研究的热点问题。

通常视频会议系统QoS技术包括两方面：即IP网络QoS技术与视频会议系统终端QoS技术，后者能把对视频会议终端传输的视音频数据所需带宽进行动态匹配，从而实现控制视音频效果的目的。

1.1 拥塞控制

在实时多媒体业务中，UDP没有拥塞控制机制，所以设计时需在UDP上层添加拥塞控制功能。

基本策略是：发方依据接收方反馈信息，计算此时网络可承载最大能力，依此调整编码器输出速率，使其与网络最大服务速率进行匹配。通常基于速率的控制方法不仅可防止较高的丢包率还可避免由于过多抢占网络资源导致网络超负荷运行。所以将用塞控制分为：基于发送端和接收端速率控制。

1.2 差错控制

差错控制技术包括：

1）前向纠错法（FEC）与重传：通常使用循环冗余算法，利用TCP自带修复包。

2）错误恢复与错误隐藏：在多媒体编码过程中使用错误恢复的编码方法通常包括，同步标记、数据分割和恢复三种。错误隐藏是遇到错误后，在客户端采取的一种弥补办法，它使数据包在错误甚至丢失的状况下达到最优的传输效果。

3）错误弹性编码：在编码中通过适当的控制使得发生数据的丢失后能够最大限度的减少对质量的影响。

4）错误取消：错误取消指当错误已经发生后，在接收端通过一定的方法尽量削弱对人的视觉影响。主要的方法是时间和空间的插值（interpolation）。

2 基于视频会议终端QoS的应用

2.1系统设计

当前主流的视频会议系统包括QoS服务器、会议服务器和视频会议终端，该文主要针对视频会议终端QoS的研究。

其中终端QoS模块包含终端系统网络预检部分、终端控制QoS部分和电视会议服务器连通部分，主要负责以下工作：

1）终端模块启动后，对网络环境进行预检，为用户提出准确QoS需求提供通信依据。包括网关参数、带宽参数、网络利用率等相关参数。

2）终端系统QoS措施，包括流量整形（Shaping）、对码流进行流量控制、数据包优先级打标记和调整流量等级等措施。

3）与QoS服务器的互通，包括终端与QoS服务器双向请求Qos与解释与执行控制信令的传送。

2.2 关键技术

2.2.1 基于SIP协议的通信机制

系统采用基于SIP（会话初始化协议）的通信机制，使用户终端与QoS服务器双向请求Qos与解释与执行控制信令的传送。SIP是应用层的信令控制协议，用于建立、运行和释放单个或多个会话，SIP具有的主要功能包括：

1）SIP具有易读易调试的特点，可减少应用特别是高级应用的开发时间。

2）在通信过程中，SIP可以协商和调整会话参数和终止会话。

3）SIP独立于它所处理的多媒体会话类型和描述会话所使用的机制。这种机制使得SIP具有了很好的可扩展性。

4）SIP具有可移动性。

5）SIP具有注册功能。服务器支持一个用户同时拥有多个地址记录，存到数据库中，当服务器需要联系这个用户时，会按顺序依次联系记录中的位置信息。

6）SIP使得应用可以分解。根据视频会议控制的需求，定义出不同的扩展消息。需要终端和控制系统协商好如何解析消息[3]。

2.2.2 视频平滑处理

电视会议高清化将越发会导致终端设备面临流量突发的情况，利用漏洞机制可对流量突况有实用性控制作用。如图1为视频平滑处理流程图。

通过漏桶算法，将视频流报文封装后放入漏桶，入到突发流量时，将管理缓存队列中的数据包进行流量整形再发送。采取FIFO机制，每次发送一个报文之后则睡眠一段时间，全过程中的关键点是漏桶发送数据流的速率和漏桶通深，即缓存中队列长度的设计，这两个参数的设定，将直接影响网络视频平滑流量处理时的效果。

2.3 讨论分析

不采用漏洞算法，即速率限制为0。经实验测试显示网络流量相当不稳定，抖动较大。突发最高峰值能达到300pps。实验测试结果显示，这些达到峰值的突发流量，多数由关键帧引发。速率限制为200packet/s，漏桶大小为1000p。当对漏桶深度进行限制时，与不对桶深限制进行比较，其区别是当突发大量关键帧时，显示端会出现花屏，并出现不连续的停顿，随后有新关键帧出现，终端端会逐步同步发端视频信号。

通过实验检测结果分析，漏桶机制可有效对视频进行平滑处理，但要牺牲一定的传输时间，产生从发端到接收端的额外延时。可从以下两个方面进行进一步优化，一是速率是否合适，二是终端系统的排序算法与调度机制是否高效。

3 结束语

视频会议系统未来发展的几个值得注意的趋势：

1）设备协议类型从H.320向H.323和SIP发展过度。

2）传输网络由单播视频会议向组播视频技术过度。

3）流媒体广播技术作为视频会议补充手段越来越多地应用于视频会议系统中，大部分广播会议如网上路演、采访、现场会等，主要为用户传输多媒体信息，相互之间很少交互，这种技术的应用是对传统视频会议功能的扩展[4]。

参考文献：

[1] 李彤. IP网络实施QoS的策略分析[J]. 邮电设计技术，2006（6）.

[2] Zhun Han， Qionghai Dai. A New Scalable Free Viewpoint Video Streaming System over IP Network. Acoustics， Speech and Signal Processing， 2007. IEEE International Conference on Volume 2，15-20 April 2007.

[3] 武洋.SIP通信的动态加密方法研究[D].华中科技大学，2006（6）.

[4] 林秋辉.视频会议业务发展分析[J].内江科技，2010（4）.