哪些因素影響視頻會議系統視音頻效果
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| 中國投影網資訊
[2006-5-26 9:03:40]
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在視頻會議系統的應用中，影響視音頻效果的因素主要集中在三個方面：
1）網絡的服務質量；
2）MCU和終端的性能；
3）會議室的設計。
一、網絡的服務質量（QoS）
目前，視頻會議系統常用的網絡主要有E1專線和IP兩種。E1專線基于電路交換和時分復用技術，能夠提供端到端的獨享帶寬，因此網絡本身具有完善的傳輸質量保障機制。在絕大多數情況下，影響E1專線傳輸效果的主要因素就是傳輸設備和傳輸線路的質量。對于這類因素，我們往往可以通過更換傳輸設備和降低線路誤碼率進行改善。
而IP網基于統計復用和分組交換技術，在需要同時傳輸語音、數據以及視頻等多種業務時，其傳統的“盡力傳遞”機制暴露出很多問題，其中最重要的一點就是無法為每一種業務提供端到端的帶寬保證，會導致較大的傳輸延時和抖動。為此，我們必須通過技術手段對IP網進行優化，以減少網絡本身對視頻會議系統效果的影響。這些技術手段目前已經發展為IP體系中的一個重要分支，就是服務質量（QoS）。
所謂QoS，是指一個網絡通過多種技術為某一特定的網絡流量提供更好服務的能力，它的主要目的是實現優先權控制，包括帶寬、延時、抖動以及丟包等多個方面。幾乎所有的網絡都可以利用QoS的優勢來獲得最佳的效率。
QoS技術分為三類，包括盡力而為服務、集成服務、差分服務，其中差分服務應用最廣泛。在差分服務中，網絡根據每一個數據包的QoS標記對數據包進行分類、排隊和管理。這些標記可以是IP地址、TCP端口號或IP數據包中的特定字段。
在實際的網絡規劃中，就要求網絡設備（如路由器）能夠借助于復雜的流量管理系統，通過多種技術提供QoS保證機制，根據業務類型劃分不同的優先等級，比如語音最優、視頻其次、數據最后，然后根據這些優先級別分配網絡資源。
對于視頻會議而言，為了保證視頻業務的帶寬，路由器必須能夠在通過的IP數據流中識別出視頻業務數據包并對其分類，然后再通過擁塞管理機制提供帶寬保證和優先傳遞服務。這樣，在網絡發生擁塞時，就可以保證語音和視頻業務的傳輸效果了。目前主流路由器廠商均可提供基于分類、標記與擁塞管理的QoS支持。
二、MCU和終端的性能
除了網絡應該提供良好的QoS保障機制外，視頻會議系統設備本身也應該具有良好的性能才能真正保證會議的效果。這些性能因素包括系統采用的視音頻編解碼技術、設備的設計結構、設備本身對惡劣網絡環境的適應能力以及其他方面。
1、視音頻編解碼技術
視音頻編碼技術是視頻會議系統的關鍵技術指標，是影響會議效果的重要因素。目前視頻會議系統中用到的視頻編碼技術主要有H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4等，音頻編碼技術主要有G.711、G.722、G.728、G.729、MP3等。
其中，H.264和MPEG-4這兩種視頻編碼技術能夠在低帶寬下實現高清晰的動態圖像效果，而且編碼延時小，作為新一代視頻編解碼標準，其優勢非常明顯。
而在音頻編碼方面，MP3是一種高效的聲音壓縮算法，其頻響范圍在20Hz到20KHz之間，采樣頻率達到44.1KHz，而且支持雙聲道編碼，因此正在獲得越來越廣泛的應用。
2、設備的設計結構
早期有很多視頻會議系統中的MCU和終端均采用PC作為硬件結構，操作系統則基于Windows。這類設備在編解碼性能、包轉發效率以及穩定性、安全性等方面均存在很大的局限性，導致會議視音頻質量不高、延時較大。
作為專業的會議室型應用，絕大多數視頻會議系統現在都選擇基于嵌入式設計結構的MCU和終端設備。這主要是因為嵌入式系統指令精簡、實時性高，結合專用的編解碼DSP，可實現高品質、低延時的視音頻信號處理，而且穩定性、安全性也高。
3、設備對惡劣網絡環境的適應能力
網絡的QoS可以在一定程度上保證視頻會議的傳輸效果，但其作用是很有限的，尤其是在一些較為惡劣的網絡環境下。視頻會議系統設備本身對惡劣網絡環境的適應能力也將對會議效果產生較大的影響。這些適應能力包括IP優先權設置、IP包排序、IP包重復控制、IP包抖動控制、丟包重傳以及速率自動調整等。
1）IP優先權（IP Precedence）
在網絡規劃差分服務方式的QoS技術時，可通過多種匹配手段對進入數據網的業務包進行分類，包括IP地址、IP 優先權（IP Precedence）等。
其中，利用IP包中的IP優先權部分可以對音頻、視頻和RTCP（Multicast）數據流進行優先級劃分。當網絡采用IP Precedence進行流量匹配時，可通過視頻設備發出的修改過IP Precedence字段信息的視音頻包進行入隊列處理，以保證視頻會議碼流的優先傳送。
2）IP包排序
通常，網絡的盡力傳遞機制無法保證其轉發的數據包的正確次序。對于H.323視頻會議系統，如果視頻設備按次序接收IP包，將帶來錯序問題，數據包的丟失或延遲將導致視頻圖像的凍結或聲音的中斷或抖動。
可通過視頻設備支持IP包排序功能解決該問題，當IP包到達時，視頻設備將對其次序進行驗證，無序的包被退回，以維護發送給終端用戶的音頻和視頻流的連續性。
3）IP包重復控制
一個IP包經過承載網時可能會產生多個重復的副本，或為了適應惡劣網絡環境系統可能采用重傳機制時也會產生多個重復的副本，這樣將引起視頻圖像的凍結或聲音中斷。支持IP包重復控制的視頻設備可通過該功能來糾正該錯誤，以維護發送給終端用戶的音頻和視頻流的連續性。
4）抖動控制
當音頻和視頻IP包離開發送端時，按照規則的間隔均勻的排列。在通過網絡之后，這一均勻的間隔因不同的延時大小而遭到破壞，從而產生抖動。抖動會導致目標終端上音頻和視頻流的不連貫性。支持抖動控制的視頻設備可通過抖動緩存來實現抖動消除，以維護終端用戶接收到的音頻和視頻流的連貫性。
5）丟包重傳
當網絡擁塞嚴重時，網絡設備（如路由器）會根據緩存大小并配合相關處理機制丟掉一些視頻包，視頻會議系統中視頻包是采用UDP協議進行傳輸的，而UDP本身沒有重傳機制，因此會導致接收端出現圖像丟幀或馬賽克現象。支持丟包重傳的視頻設備可通過添加丟包檢測和重傳的機制來保證會議圖像的連貫性。
6）自動速率調整技術
在一些惡劣的網絡環境下，降低會議碼率將有助于提高視音頻的連貫性和實際效果。如果視頻設備支持動態速率調整技術，可以使終端和MCU能通過檢測網絡上有利和不利的因素來自動適應網絡的容量和性能，通過動態調整視頻會議的碼率，為終端用戶提供盡可能好的視頻質量。
視頻設備的自適應帶寬調整功能主要是通過檢測數據包丟失率來實現的。如果終端檢測到數據包丟失率超過了指定的閥值，它將自動降低視頻會議碼率，同時通知其它參會終端做相同的動作，從而提供一個具有最優視音頻效果的會議碼率。
7）唇音同步技術
視頻會議系統中視頻信號和音頻信號是分別編碼、分別傳輸的，由于IP優先級和視音頻包大小等因素的影響，會使視音頻的同步包到達順序不同，引起唇音不同步。
影響唇音不同步主要有兩種因素：網絡傳輸時延和視音頻處理時延不同。
當音頻和視頻包離開發送端時，音頻包與對應的視頻包保持同步。但是，在通過承載網時，各種隊列算法會對音頻資料包和視頻資料包進行不同的處理。這將打亂音頻資料包與相應的視頻資料包的同步關系。最終的結果導致聲音與口型失去同步。支持唇音同步的視頻設備可通過使用IP包中的RTP時間戳信息來糾正這一問題。利用RTP時間戳，設備能夠確定哪一音頻包與哪一視頻包對應。進一步重新調整相應的視音頻包，以保證聲音與口型的同步。
在發送端，處理音頻所花費的時間不同于處理視頻所花費的時間。影響這一問題的因素包括聲速與光速的不同、房間的大小和形狀、音頻和視頻編碼的算法的復雜性。為了避免時間差，支持唇音同步的設備可通過在音頻流的出發點增加一定的延遲，以獲得聲音與口型的同步；也可在接收端增加或減少音頻延遲，以糾正發送端不恰當的延遲設置。這樣就保證遠程會場在接收視頻會議聲音和圖像時，實現唇音同步。
4、音頻處理技術
1）自動回聲抑制
召開多點視頻會議時，每一個會場的聲音編碼器都將音頻包向MCU傳輸，而MCU將發言會場的音頻包向所有其他會場廣播，當視頻會議終端接收音頻包時，將解碼后的音頻流與本地輸入的音頻流進行電平比較，去掉相同的部分，這樣本地的聲音就不會在自己的會場揚聲器傳出，引起音頻的振蕩，從而避免回聲。
2）自動增益控制
由于優先視頻會議使全向式麥克風，放置在會場的中心位置，這樣每一個發言人由于距離麥克風的位置不同，麥克風接受到的電平也不同。
為了保證傳向遠程的音頻電平的平穩，在進行編碼時要進行音頻的增益處理，以保證一定范圍內的發言人以同一個音調發言，這樣遠程會場的聲音就不會忽高忽低。
3）背景噪音消除
召開會議時不可避免地會有一些環境噪音，例如空調、風扇、交流電等電器設備持續發出的環境噪音，這些聲音嚴重的影響了會議的音頻質量。
自動噪聲抑制系統會根據音頻的高低、持續情況，判斷是否為環境噪音，并且進行處理，以達到良好的聲音會議效果。
三、會議室的設計
會議室的設計也是影響視頻會議效果的重要因素之一，包括會場設備、會場布局、會場環境等。會議室的設計涉及的內容非常廣泛，限于篇幅，我們下面僅列出部分因素及建議。
會場設備包括攝像機、電視機、話筒以及音響系統等具體的視音頻信號輸入、輸出設備。結合不同的會場布局和裝修條件，這些設備在配置上都應該有所差異，才能真正保證會議效果。比如，會場的擴聲系統必須與會場布局進行很好的配合才能真正保證其效果，專業的擴聲系統設計依賴于復雜的聲場測試與反復調試過程。
會場布局包括總體設計、會場面積、會場裝修等：
1）會場的總體設計要能逼真地反映現場人物和景物，使與會者有臨場感，以達到視覺與語言信息交流的良好效果，會議室中傳送的圖像包括人物、景象、圖表、文字等，應當清晰可辨；
2）會場的面積建議按平均每人2.2平方米計算；
3）為了防止顏色對人物攝像產生的“奪光”及“反光”效應，故背景墻應具有均勻的淺顏色，通常多采用米色或灰色，以使攝像機鏡頭光圈設置合適，而房間的其他三面墻壁、地板、天花板等均忌用黑或鮮艷色彩的飽和色，通常采用淺藍色、淺灰色等，每面墻都不適宜用復雜的圖案話或掛復雜的畫幅，以免攝像機移動或變焦時圖像產生模糊現象，并增加編碼開銷；
4）會議桌布置采用排式。為減少面部陰影，要求采用淺色桌面或桌布，在麥克風和桌面之間最好加一層軟性材料，以免造成敲擊桌面時造成太大的響動；
5）盡量采用舒適的椅子，同時椅子不要裝小腳輪，限制移動，以防止離開鏡頭；
6）為了保證聲絕緣，地上應鋪上地毯，天花板應裝消音板，四周墻壁應裝隔音毯，窗子應安裝雙層玻璃，桌子鋪上桌布；
7）燈光照度是視頻會議會議室的一個基本的必要條件，由于電視會議召開時間具有隨機性，故室內應用人工冷光源避免自然光。會議室的門窗需用深色窗簾遮擋。光源對人眼視覺無不良影響。選擇三基色燈(色溫3500K)較為適宜。
會場環境包括室內環境和周圍環境：
1）會議室內應安裝空調，以創造穩定的溫度、濕度環境，空調的噪聲應該比較低，如室內空調噪聲過大，就會大大影響該會場的音頻效果。會議室內空氣應流通；
2）會議室應設置在遠離外界嘈雜、喧嘩的位置。會議室的設置應符合防止泄密，便于使用和盡量減少外來噪聲干擾的要求。
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文章來源:中國投影網 |
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