远程交互视频教研平台建设方案.docx
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远程交互视频教研平台建设方案
远程交互教研平台
建设方案
北京星立方科技发展股份有限公司
2015年2月
第1章.系统建设要求
北京市东城区史家实验小学（原曙光小学）拟建远程交互教研平台，用于学校实时互动式教学、互动式教研，培训、异地同步备课、同步授课、语音文字答疑、观摩课程、远程等日常教学工作。
本系统在原视频会议系统基础中，特別为教研方面添加了强大数据操作功能。
本系统在满足现有需求的前提下，更具有一定的应用前瞻性和技术领先性。
未来三至五年内，在视讯领域内具备持续的领先性，并可根据国家信息化的不断发展，在应用规模、系统容量、功能的扩展与兼容等方面，满足系统整体上的动态调整、灵活扩容。
通过对以上需求的深入了解以及系统的研究分析，本系统应满足但不仅限于如下功能要求：
1.1系统整体要求
此教研平台应由如下部分组成：
MCU集群组、高清会议终端、会议管理端、移动终端组成。
方案包含1个远程教研管理平台，1个标准远程教研室，4个分远程教研室，每个远程教研室各部署一台高清终端，其他桌面级采用pc安装软件客户端入会。
系统支持日常互动式教研活动的召开，除支持音视频同步即时传送外；更可在音视频通信画面上,划分出虛拟白板，实现主会场与远程教研室的互动操作。
本系统支持高清会议终端、PC、笔记本电脑、移动终端等设备的同时接入。
系统完成后可达到如下目标:
1、教育学术交流和远程培训，视频会议拥有的强大数据操作功能：
文档共享、共享白板、协同浏览、文件下载、重点标注等功能，可以让各地的教师们共享各种文字、图形、数据、报表等信息，在语音和视频交流的同时对教学题进行深入探讨和反复修改，从而达到共同提升的最终目的。
2、交换式远程教育，教学观摩，资源共享，网络协同教育等功能，能为教育信息化解决在不同时间和不同空间地域的同步教育问题。
视频会议系统在教育行业具有高度的实用性、易用性、安全性等特点，为远程教育提供了良好的运行平台，是一个绿色、高效、网络面对面的教科研平台，让教育信息化真正的做到了无时间和空间限制的同步智能化管理，是新时代信息化教育的一个全新的起点。
系统整体要求具备如下特性：
◆稳定性
视频会议系统提供的是实时视/音频、数据的交互通信，系统的任何不稳定都会影响通信的质量，因此稳定性对视频会议终端来说是至关重要的。
此系统应达到电信级运营要求，能7×24小时不间断的工作；具备容灾备份机制，即平台中任何一台服务器出现故障，都能迅速切换至其他冗余/备份服务器，不影响数据的安全性和视频业务的不间断持续性，对前端用户是不可感知的。
采用网络带宽自适应处理，随外界环境变化做弹性调整；流量控制和前向纠错编码（FEC）技术能抵抗30%以上的网络丢包率，彻底消除视频马赛克和语音断续现象。
◆先进性
由于网络、通讯等技术发展极为迅速，更新换代频繁，为保证系统具有较长的生命力，设计的视频系统方案，不仅考虑现在的需要，而且要充分考虑未来业务发展的需要，使该系统能够在尽可能长的时期内保证应用的需要。
本系统基于这一原则，在视频压缩算法上，采用国际领先的H.264视频压缩算法，512~768Kbps可传送720P，1M可传送1080P，向下兼容MPEG-4，H.263等压缩算法，使得系统兼容性良好的同时，保证技术的领先地位。
在系统结构上，支持MCU集群及分布式冗余部署，使得系统随时适应网络结构，规模无限扩大。
从而保证系统的先进性。
◆安全性
本系统既考虑信息资源的充分共享，更注意信息的保护和隔离，分别针对不同的应用和不同的网络通信环境，采取了不同的措施，包括系统安全机制、数据存取的权限控制和支持专用网等安全措施，能够保证系统的安全可靠。
◆易用性
视频会议终端的使用、管理和维护都充分考虑使用者的专业水平。
全遥控器操作方式，功能按钮符合人们平常习惯，非常易于掌握和使用，用户实现沟通交流只需一次按键加入会议即可，会议全程都可以由中心会场的会控进行，分会场无需任何操作。
◆灵活性
视频会议终端以计算机和网络为载体，网络存在不同的网络条件、网络结构和网络带宽；计算机存在不同的硬件配置、操作系统；对于视频会议本身的应用要求存在不同。
这要求视频会议终端具有非常强得灵活性和适应性。
视频会议终端适合于从64kbps~8M的网络环境，适应所有的代理服务器和防火墙，满足不同网络环境需求。
除去专用高清会议终端，也可全面兼容现在的PC、笔记本、移动设备、机顶盒。
系统提供专业的视频、音频和实时交互性能，全面满足不同级别的应用需求用户不仅使用用于开展视频会议，还可以开展全方面的各种培训、各种讲座、研讨会，及提供在线支持、培训、交流。
◆经济性
采用先进的多媒体及网络技术，以灵活的网络带宽占用实现了清晰流畅的视频和音频效果，具有优越的性能；同时该系统支持多播，可大大减少网络主干的带宽占用，充分保护用户的投资。
星立方高清视频会议支持高清、标清终端智能混合组网，通过星立方独有的上、下行非并行编解码处理技术，二级会场只需部署标清会议终端，即可享受全高清视频会议的品质。
系统不仅具有先进的性能，而且建设成本相对较低，用途广泛，具有很好的经济性。
◆可扩展性
在系统容量方面可通过集群及分布式MCU部署部署，支持无限量扩展。
在系统结合方面，该系统留有应用接口，可同其他标准系统或产品相结合，使系统的功能得到扩展和增强。
1.2MCU功能要求
◆支持11个以上1080P高清会议终端同时接入组网，召开会议；
◆支持标准H.323协议及SIP协议，可兼容第三方私有协议；兼容目前市场上主流的视频会议终端，如cisco、polycom、华为、中兴等标准H.323协议终端，便于未来系统扩容；
◆支持标准H.239双流数据；
◆支持高清1080P及以上分辨率全编全解；
◆支持单模板最大16路1080P视频合屏；
◆支持智能请求终端不同目标分辨率的视频：
如MCU合屏画面中，某1080P终端画面占据的分辨率为704*576，则MCU向高清1080P终端请求704*576分辨率的视频画面，而不是1920*1080分辨率的画面，提升效率，降低网络传输负载；
◆支持数据转发模式会议，即视/音频数据不经过MCU编解码，直接转发到各个会议终端，降低MCU负载和功耗，在同等条件和硬件配置下，可支持更多会议的并发召开；
◆支持最多5级树状网络架构，MCU自动级联，智能合屏编码；
◆支持2台以上MCU冗余及负载均衡；
◆支持自动会议管理和手动会议管理模式；
◆支持每个会议不少于4个视频排布模板；
◆支持每个会议模板设置主码流和子码流，根据接入设备或终端的不同，自动发送不同码流的视频；
◆支持每个会议模板设置主分辨率和子分辨率，根据接入设备或终端的不同，自动发送不同分辨率的视频；
◆支持对所有硬件终端的开机状态监控、远程呼入、一键呼入；
◆支持对所有硬件终端的远程管理、参数配置；
◆支持自动响应所有硬件终端的呼入请求；
◆支持移动设备Android/iOS系统的手机、平板电脑接入，无需增加服务器；
◆支持视频融合设备的接入，并与其他视/音频系统互联互通；
1.3高清会议终端要求
◆主会场终端视频采集分辨率要求1080P（1920*1080）；
◆分会场终端视频采集分辨率要求1080P（1920*1080）；
◆支持终端视频接收分辨率为1080P；
◆支持标准码流和低码流设置，同一视频可发送不同码流和分辨率视频；
◆支持智能响应MCU指定分辨率的视频编码及发送，如：
MCU合屏画面中，此1080P终端画面占据的分辨率为704*576，则发送704*576分辨率的视频画面，而不是1920*1080分辨率的画面，提升效率，降低网络传输负载；
◆支持标准视频、VGA桌面作为辅流输入，同时支持软件插件方式抓取PC桌面，作为辅流输入；
◆支持会议录像功能，无需外接任何设备，即可在终端上进行录像管理、导出、回放、点播；
◆嵌入式系统，全遥控在操作，支持通过U盘直接升级；
◆内置Web管理，可进入远程管理维护终端；
1.4PC软件客户端要求
◆支持windowsXP、win7、win8操作系统；
◆支持无缝接入硬件终端视频会议；
◆支持支持视/音频双向发送和接收1080P分辨率视频数据；
◆支持接收H.239双流数据；
◆支持直接呼叫标准H.323协议会议终端；
◆支持呼叫SIP语音电话；
◆支持单独软件客户端独立组会，不受硬件终端、会控端在线与否的影响；
◆支持虚拟电子白板、聊天室功能；
◆支持PC桌面共享功能；
1.5移动客户端要求
◆支持Android/iOS系统的手机和平板电脑；
◆支持接收720P的视频画面；
◆支持WiFi/3G网络；
◆支持H.264和Mpeg4编码选择，高硬件配置可支持高清1080P编解码；
◆支持手机、平板电脑的回声消除；
第2章.方案设计
2.1系统简介
星立方高清视频会议系统是基于IP网络全高清多方视频会议系统，支持MCU全编全解会议及基于直接流发两种会议模式。
支持星立方自有视频会议协议及标准的H.323、SIP协议，可同步兼容已有的各品牌H.323会议终端，并进行统一管理及无缝扩展。
星立方硬件高清视频会议系统由：
MCU集群组、星立方高清会议终端、会控端、软终端、H.323/SIP会议终端、移动终端及全自动录播系统组成。
系统支持日常远程视频教研活动的举行，支持高清会议终端、PC、笔记本电脑、移动终端等硬件设备的同时接入。
星立方硬件视频会议系统使用MCU二次编码合屏方式，将各个终端的视/音频发送到MCU，由单独的二次编解码模块，进行数据解码和再编码，将多路视频和音频合成一路，分发到各个会议终端。
此种方式比传统软件会议更加节约MCU和终端的网络带宽，比传统硬件会议更加灵活可控。
MCU部署于教委或学校信息中心，负责接收并转发所有教研视频流；会控端一般置于主教研会场，用于控制整体教研流程，控制主教研室及教研室分会场大屏显示视频，实现对整体教研活动的管理与记录，能够分别管理每台硬件终端；会议终端为所有会场级配置，部署于各会议现场、领导办公室，发送本会场视/音频和接收其它会场视/音频及数据流。
星立方硬件视频会议系统采用最先进的信息技术、最人性化的产品设计，提供最优质的产品性能，提供高清晰、高质量视/音频及各种多媒体应用，以一体机嵌入式的终端为用户的日常工作提供服务。
做到多方面资源的利用，进而节约企业资源，减少浪费。
2.2方案拓扑图
图3-1高清视频会议平台拓扑示意图
说明：
MCU部署于企业中心机房，负责会议过程中数据信息的转发以及开会时网络流量状态的监控；企业会议室部署高清硬件终端和会控终端，通过硬件终端召开会议，会控终端控制整体会议布局及设置；各分公司或办处根据经济情况使用高清硬件终端、标清硬件终端或软终端参与会议，使用硬件终端参与会议的学校可以选择性部署硬件终端辅助控制软件。
2.3实际部署
主教研室会场：
高清硬件终端：
主教研室为最重要的会议室，在整个会议过程中起主导作用，建议部署一台星立方高清硬件终端作为主会场的终端设备。
星立方视频会议终端在原有的会议系统的技术基础上，创新性的首次使用服务器二次编码方式，将各个终端的视/音频发送到MCU端，由单独的二次编解码模块，进行数据解码和再编码，将多路视频和音频合成一路，分发到各个会议终端。
音频输入输出设备：
主会场音频设备根据实际办公桌椅的摆放配置全向麦克风或跟踪会议系统。
全向麦内置扬声器，拥有高灵敏度的麦克风，会议室任意角度发言都可以良好采音，配置全向麦后，无需配置其他音频设备；跟踪会议系统包含手拉手鹅颈麦以及摄像机自动跟踪系统，鹅颈麦克具有减少啸叫、方向性强的优势，按下麦克，摄像机自动定位到发言者位置，使用鹅颈会议麦的同时为主会场配置高质量的功放、音箱、调音台等设备。
视频输入输出设备：
主会场视频输入设备选用1台高端的可遥控的高清摄像机，用于采集主会场主讲人的视频画面，达到清晰流畅的视频效果；主会场输出设备选用大尺寸高清双显大屏，为用户提供逼真、舒适、清晰的视觉效果。
会控软件：
企业主会场配有会议控制软件，用于控制整体会议，控制主会场及分会场大屏显示视频，实现对会议整体流程的控制、管理与记录，能够分别管理每台硬件终端。
教研室分会场
配置迷你型高清会议终端，罗技高清摄像头，无线麦克，方便快捷。
桌面级会场
在pc上部署视频会议软件客户端，配置USB摄像头及音箱即可，建议使用定向鹅颈麦克风。
移动终端：
在外地出差的领导，可以使用随身携带的智能手机或者平板电脑参与会议。
安装星立方视频会议系统于智能手机或平板电脑之中，登录视频会议系统，进入会议室便可与其他会场的领导和同事进行交流、互动，无需其他附加设备。
2.4MCU及会场带宽要求
本视频会议终端所满足的应用级别既有专业的会议室应用，又有视频要求较低的桌面级应用，对视音频的要求较高。
在视频会议中，占用网络带宽的主要是视频画面。
一路普通视频占用带宽256kbps~500kbps不等，音频占用24kbps。
高清格式包括1080P（1920*1080）、1080i，一路高清视频占用768kbps~2Mbps不等。
视频合屏模板可设置两种带宽，分为高码流和低码流，高码流视频分辨率为高清视频（1080i、1080P），低码流视频分辨率为标清或更小分辨率视频（720×576、352×288等）。
网络带宽良好的会场选择高码流视频，网络带宽一般的会场选择低码流视频，各会场根据本地带宽自行选择码流，高低码流的设置节约了各会场带宽，为各会场提供了更加符合本地情况的带宽。
720×576（标清）、1280×720（720P高清）、1920×1080（1080P高清）——适用于会场接入点设置，视频输出到大屏电视，视频占用带宽：
标清占用256kbps~512kbps；1080P占用768Kbps~1.2Mbps；1080P占用1Mbps~2Mbps。
带宽计算公式：
硬件终端：
其中上行是本地视频所占带宽，下行与MCU合屏采用的模板带宽有关。
上行带宽为：
本会场视/音频设置占用带宽
下行带宽为：
合屏后视频模板设置带宽
MCU端：
发送带宽为：
合屏后视频模板设置带宽×N
接收带宽为：
被广播/查看端流量之和
例如：
某会议有1个主会场，20个分会场，5个移动设备参会，主会场视频1Mbps，分会场视频500kbps，移动设备上行384Kbps，将分会场视频与主会场视频做四分屏显示，发送给每个分会场，合屏后视频高码流是1Mbps，低码流是512kbps，各部分占用带宽为：
主会场：
发送：
1Mbps（由于终端智能上传视频，故实际上行带宽会根据视频在布局中的位置动态调整，一般都小于本地所设置的视频带宽），
接收：
1Mbps（合屏模板中设置的带宽）。
普通分会场：
发送：
500kbps（由于终端智能上传视频，故实际上行小于本地视频），
接收：
1Mbps（合屏模板中设置的带宽）。
移动设备参会：
发送：
384kbps，
接收：
512Kbps（合屏模板中设置的低码流带宽）。
MCU：
发送：
1Mbps×21+512Kbps×5=23.5Mbps，
接收：
500kbps×3+1Mbps=2.5Mbps（由于终端智能上传视频，故MCU实际接收带宽小于2.5Mbps）
第3章.方案特点
3.1优质的视/音频质量
星立方视频会议系统使用MCU二次编码方式，将各个终端的视/音频发送到MCU，由单独的二次编解码模块，进行数据解码和再编码，将多路视频和音频合成一路，分发到各个会议终端。
可为用户节约MCU和终端的网络带宽，同时，对采集和发送、接收到的视频进行分析处理，彻底消除杂点，色块。
音频编码采用G.7xx标准。
在较低的带宽占用条件下实现清晰流畅的画面、声音质量，完全可以满足视频会议视频、音频质量的要求。
终端内置高质量、全双工回音抑制器，让您享受完全无障碍的实时沟通。
3.2强大的数据共享功能
3.2.1电子白板交互系统
支持多页电子矢量白板，与会者可以在主持人授权的情况下，在白板上画图、写字、粘贴图片、粘贴编辑好的图形等，还可以在白板上打开一个文件（支持各种格式的可打印文档），对该文档进行圈点标注，并且所有的人都能看到。
会议主持人可以对白板使用权限进行控制，可以允许或禁止其他人使用白板。
3.2.2演讲稿同步
主持人或当前发言人在本地打开演讲稿，所有与会人员端都会同步显示。
可以事先将要使用的演讲稿文件上传到服务器，开会时直接点击演讲稿名进行调用。
支持PPT同步翻页、动画效果同步和FLASH播放同步。
3.2.3桌面共享、程序共享，会议过程中协同讨论
可以将所有的windows程序通过视频会议系统共享给远端参会人员，如Word、Excel、AutoCAD、Photoshop等程序通过程序共享的方式让与会者来协同操作，实现远程协同办公、实时交流。
支持将主持人或发言人的桌面共享给会议室其它与会者，支持使用电子教鞭进行圈点标注，并允许某个与会者远程操作该共享桌面，所有与会者同步观看操作过程。
3.2.4浏览器同步浏览
提供了浏览器协同浏览功能，主持人或者当前发言人可以在本地打开网页，远端参会者可以远程同步浏览该网页的内容。
3.2.5媒体文件播放
主持人端在本地播放影音文件，各与会者在本机进行同步接受收看。
支持MP3、VCD、DVD、AVI、WMV、RMVB、FLV、ASF、RM、ACC等各种格式的媒体文件。
3.3良好的网络适用性
星立方视频会议系统可以使用用户现有的网络资源。
终端能够适应任意网络环境，包括城域网、局域网、互联网等各种网络，适合于从56kbps~8Mbps的各种网络环境，适应大多数目前市场上主流的代理服务器和防火墙。
可以满足不同网络环境需求。
3.4多种设备多种选择
星立方视频会议系统不仅提供终端之间的会议，还可以结合个人PC、笔记本电脑、移动终端等设备，共同参与会议。
与会者可以使用联网的任何一台PC机，甚至在火车上采用笔记本电脑无线接入参加远程视频会议，对于没有网络条件的与会者，系统提供电话接入接口，与会者可以通过电话参与远程视频会议，众多设备为用户提供多种选择。
MCU及终端都内置H.323/SIP等国际标准视频会议协议，在扩容高清视频会议会场时可全面兼容用户现有设备，并能进行统一管理，最大限度的保障用户已投资设备的有效使用效果。
3.5高清、标清混合组网
星立方高清视频会议支持高清、标清终端智能混合组网，通过星立方独有的上、下行非并行编解码处理技术享受全高清视频会议的品质。
系统不仅具有先进的性能，而且建设成本相对较低，用途广泛，具有很好的经济性。
图6-1高清标清混合组网视频传输示意图
3.6MCU级联及统一会管
考虑到用户数量及适应树状网络，都需要进行MCU集群及分级分布式部署。
传统的硬件视频会议MCU在支持分布式部署时，需要进行MCU级联并分别配置，召开大规模会议时的实时会议控制难度及大，并不能进行同一画面交叉合屏布局设置，是目前硬件视频会议系统急需解决的一大难题。
星立方高清视频会议MCU在底层涉及时充分考虑级联及统一管理，部署时只需设置MCU的层级及编号，整个MCU即可自动进行级联组网，不需要用户进行额外的操作干预。
会管端只需登录进要控制的会议，就可以列表形式清晰显示所有在线会场，可以对整个会议进行操作控制，而不需关心哪些会议终端具体是分布在哪台MCU，最大限度减轻了管理员的操作复杂度及现场调度的压力。
3.7全自动会议召开
星立方高清视频会议系统内置自动会管，管理员只需设置好会议布局，在主要布局位置指定成主会场及重点交互会场，再设置会议为语音激励模式，以后开会就会是全自动模式，让客户感受会议自动化带来的前所未有的轻松及智能化体验。
会议在自动会管状态时，画面布局优先排布指定位置视频，保证主要会场的可见性，在语音激励模式下，任意分会场只要发言说话，即会自动激活将视频排布到视频布局上，或者自动替换发言已结束的会场。
3.8多种应用扩展融合
硬件视频会议终端在与第三方软件结合方面，该系统预留标准的二次开发接口，可同其他标准系统或产品相结合，使系统的功能得到扩展和增强，实现单纯会议系统所不能实现的增值功能。
例如可与融合通讯终端整合，与原有的各种通讯系统完美融合；整合监控系统，以供应急指挥使用；整合全自动录播系统，实现师资共享、公开课。
3.9使用维护简单
硬件视频会议终端，系统部署、升级和维护非常简单。
任何新的技术的应用和功能增强都可以即时为用户更新。
还提供客户端自动在线升级功能。
后台基于Web的方式来进行管理，操作简单界面直观。
3.10安全可靠
硬件视频会议终端在设计上就考虑到系统的安全性，系统是通过打开防火墙中的一个或几个固定的端口来传输所有的视/音频、数据、控制管理等信息，同时系统的多级身份验证技术和独有数据加密过滤传输技术，使得网络中恶意攻击在很大程度上保证了系统的安全，用户可以放心使用。
第4章.系统功能介绍
4.1星立方全编全解MCU单元
图5-1星立方全编全解MCU
4.1.1简介
全IP接口的会议MCU，支持全编全解的工作模式，将多会场终端的画面进行解码处理，合屏成一路画面转发给不同的终端；同时支持简单的视频转发模式，MCU只做转发，不做画面处理。
不同会议可采用不同工作模式，节省MCU资源。
同一会议，不同终端可接收不同画面布局的合屏画面、根据本地网络选择相同布局的不同码流；MCU支持上下级级联，同级别集群服务，支持超大规模会议。
4.1.2功能特性
●一个平台，统一会管，分级部署，分级授权管理
●支持星立方自有视频会议协议、H.323、SIP视频会议协议，支持监控视频源接入
●H.264HP编码，带宽进一步节省
●高清视频全编全解，不仅限于转发服务
●支持合屏混音，可提供多种合屏布局
●合屏后可提供多码流，适应不同网络环境
●支持合屏自动布局，随参会人数自动选择
●软硬终端接入都支持，会议室级和桌面级及移动皆满足
●会议分屏合屏工作方式可选择，支持1080P全高清会议，提高MCU资源使用效率
●支持自动手工会控，满足自助或受控等大小型会议需求
●最大支持5级树状网络，MCU自动级联，智能合屏编码
●网络自动适应，支持高达30%网络丢报重传
●自动支持MCU冗余及负载均衡
●内置Web管理，可远程维护升级监控设备状态
4.1.3技术参数
●视频编码：
H.263、H.264baseline、H.264MainProfile、H.264HighProfile
●音频编码：
G.723.1、iLBC、CELP、G.723、PCM
●合屏最大接入数：
16路1080P
●最大合屏会议数：
4
●最大终端接入数：
500
●最大会议模板数：
4
●最大子码流：
4
●物理网络接口：
2
●级联：
支持
4.2星立方1080P高清会议终端
图5-2星立方高清会议终端
4.2.1简介
作为高清会场标准配备，一体化嵌入式式硬件设计，高稳定可靠性。
适用于企业远程会议，远程培训、远程医疗等场景，支持接入1080P/30fps高清视频，H.264SVCHP高效视频编解码，
可在低流量条件下实现清晰细腻的视频效果；支持24Khz高清晰语音编码；支持高清物理采集电脑输出，也支持软采集，自动搜索同网段内待采集的电脑。
一机多用，既是星立方会议终端，也是SIP或H.323的终端。
4.2.2功能特性
●嵌入式系统，全遥控在操作，支持通过U盘直接升级
●遥控器控制，操作简单，画面布局遥控器多种选择，二分屏，画中画，三分屏或双显数据视频分开输出
●三模终端：
支持星立方自有视频会议协议、H.323、SIP视频会议协议
●一机多用，即可作为星立方会议终端参加会议，也可接入H.323/
升级会员 