6、协议标准与技术优势

6.2、关键技术介绍

1）视频编码MPEG4

→MPEG4与MPEG1和MPEG2的比较

    从上面的比较可以看出，MPEG1和MPEG2主要的应用是在固定媒体中，如VCD和DVD，而对于网络传输这种媒介，MPEG4具有无可媲美的优势。

→ H.263系列标准介绍

    H.263是国际电信联盟（ITU）提出的视频编码算法标准。它的提出是为了解决视频会议中窄带视频的压缩问题。其针对的带宽主要为甚低码率（小于64Kbps）。而高带宽、高质量的视频压缩则不在标准覆盖范围内。

→为什么V2 Conference选用MPEG4作为视频压缩标准

1. 压缩率高：无论是与同族的视频压缩算法MPEG1和MPEG2相比，或是与ITU的H.261,H.263算法相比，MPEG4算法对视频数据的压缩率都占有明显优势。这对于有效节省视频会议中宝贵的带宽资源具有巨大的优势。
2. 对不同带宽的适应能力：MPEG4不仅可以应用在窄带上（带宽小于64Kbps），还可以灵活的扩展到高质量、高清晰度的宽带上。这就保证可以满足了不同用户的需求。
3. 随着网络技术的不断发展，MPEG4的应用已经越来越普遍。MPEG4已经无可争议的成为了视频产品的发展方向。

2）音频编码G.723.1和G.711

→国际电信联盟G系列典型语音压缩标准的参数比较

→G.723.1压缩后的语音质量

    在国际标准中，统一使用MOS（Mean Opinion Score）方法来评价语音压缩后的质量。在MOS方法中，电话语音质量的标准定为4分。这就是说，如果一种算法将语音压缩后，MOS值能达到4分，就说明其语音质量和电话质量等同，用户无法分辨出其中的区别。G.723.1压缩算法的MOS评测值是：3.98 （Source: DSP Group Inc., http://www.dspg.com），即非常接近电话质量。

→窄带环境下选用G.723.1语音压缩标准

a. 压缩率高：G.723.1算法将语音压缩到6.3Kbps，在同类压缩算法中压缩率是最高的。
b. 语音质量好：经G.723.1算法压缩后的语音质量MOS值能达到3.98分，即使说对于一般没有受过专门训练的耳朵，已经无法区分语音是否经过压缩。这样的语音质量完全满足了网络视频会议系统的需求。
c. 宽带环境下选用G.711语音压缩标准，以保证声音质量更加清晰丰满，满足宽带用户对质量的高要求。

3）多媒体抗网络丢包算法

    在互联网上，决定网络服务质量(QoS)的有几方面因素：

    第一是网络带宽，即每秒网络所能传输的数据量。带宽对网络服务质量的影响是显而易见的，带宽越宽，当然就能够允许更多的数据传输，从而有更好的效果。但是，带宽并不是决定质量的唯一因素；
   

    第二是网络排队。网络中存在很多的节点——路由器、网关等。这些节点采用排队机制决定数据发放的顺序。如果在瞬间某节点数据排队较长，该节点就会采取丢弃数据包的方式保证节点的正常工作。即使没有被丢弃，经过较长的排队之后，这些数据包往往要花很长的时间才能到达目的地，由此就产生了网络的延时以及延时抖动。丢包、延时、延时抖动都对视频会议会产生很大的影响；

    第三是数据分级。比如通过RTSP/IPv6等标准，对数据包进行分级传输。目前因为这些协议都需要对现有的大量路由器进行升级或是重新配置，所以应用仍然很少。

    V2公司通过多年为大量客户在各种网络环境下实施视频会议，对目前互联网的质量，尤其是中国互联网的质量有着深刻的理解。我们发现，由于宽带的不断普及，越来越多的客户已经有了比较好的带宽。但是与此同时，这些宽带的质量却是严重的参差不齐。很多时候，用户即使有较高的带宽，但却同样存在较高的网络丢包率和较大的网络抖动，这些都会对用户在实际使用中的视频会议质量尤其是声音质量产生严重影响。

    V2Conference的目标是让用户能够在现有的网络环境下使用视频会议，这就要求V2Conference能够很好的适应现在这种参差不齐的网络质量，而不是一味的要求用户提高网络质量。

    通过多年的研究和试验，V2公司独创了多媒体抗网络丢包的专利算法。使用该专利算法，V2Conference可以在高达10%丢包率的网络环境下仍然保证声音的连续性和良好的音质。声音的整体质量是否足够好是视频会议成功的前提。正是因为使用了该专利技术，V2公司成功的保证了数百家客户在公众互联网召开视频会议并达到良好的效果。

3）带宽自适应算法

    在网络会议过程中，经常会出现网络带宽波动的情况。如果带宽的波动幅度使得视频会议本身的音视频数据无法正常传输，就会造成音视频质量的下降。这时候往往会出现以下情形：声音断断续续，视频出现大量马赛克甚至完全模糊不可辨认。这就要求系统对网络带宽的异常波动做出相应的处理。

    经过大量的用户调查我们发现，当网络发生波动的时候，用户可以接受视频效果的一点降低但要求声音仍保证连续、清晰。所以，V2视频会议系统的设计为：当系统检测到网络带宽变化时，会首先降低视频帧率以保证声音的连续性。帧率变化的机制是：当检测到网络带宽低于系统要求带宽时，则将视频帧率迅速降低为原来帧率的1/2，比如说：原设定帧率为20帧/秒时，系统检测到带宽不够，此时，系统会通知相应的客户端将帧率降低为10帧/秒，此时如检测带宽仍然不够，则继续降低帧率为5帧/秒。当系统发现带宽已经表现为充裕时，系统会通知客户端将帧率上调，但上调的速度是缓慢的，从10帧/秒会先提高到11帧/秒，12帧/秒……直至稳定在一个适合网络带宽的值附近。在整个过程中，语音的码率是保持不变的。

4）视频多码率

    在一次视频会议中，同时参加会议人的带宽可能是不同的。比如说：10个人一起开会，其中有5个人是宽带接入，另外5个人是窄带接入。在很多视频会议系统中，遇到这种情况都只能按照窄带的质量提供会议服务，所以此时宽带接入的用户也只能看到窄带下的效果。

    在V2 Conference的系统设计中，我们可以允许多种码率并存在一个会议中。首先，在每次会议开始前，会议的每个终端会检测与服务器连接的带宽情况，并通知服务器。服务器如果发现会议终端的带宽不一致，则会将不同人的视频数据做出处理，对于宽带的用户，服务器就按照宽带的质量发送视频；对于窄带的用户，服务器则会将视频质量做一些降低以适应窄带的需求，然后再发送给窄带用户。正是因为有这种机制的存在，V2 Conference可以最大程度的利用网络带宽，让用户体验到最好的视频会议效果。

5）桌面共享/程序共享的带宽自适应功能

    通过桌面共享/程序共享是一种非常实用的功能，使用此功能，用户可以看到甚至控制远端计算机的所有操作。但是有两种因素导致该功能的实用性受到影响。一方面，该功能对带宽资源要求比较高；另一方面，在实际使用中，即使在同一个会议室，不同的用户的连接带宽也往往不同。如何能让用户在窄带下也能使用桌面共享？如何让宽带用户以及窄带用户同时看到符合各自带宽传输能力的共享桌面呢？

    V2Conference 通过独特的带宽自适应机制，可以根据用户的带宽实时的决定给用户发送的桌面共享数据量。当用户带宽不足时，服务器将自动降低发送给该用户的桌面共享刷新频率；而如果用户带宽较充足，服务器则会以较高的刷新频率更迅速的让用户看到远端的桌面。通过这种带宽自适应机制，即使一个56Kbps的拨号用户和一个2Mbps的专线用户在同一个会议室中，服务器都可以保证在拨号上网用户正常使用的同时，让专线用户看到更高质量的桌面共享。

6）宽带环境下的高质量音视频

    随着宽带的不断普及，用户对宽带环境下的高质量音视频效果的要求也越来越强烈。针对这样的需求，V2 Conference针对宽带专门做了音视频质量的优化。

    在宽带环境下，用户的视频幅面可以达到CIF（352x288），25帧/秒，并可放大到全屏，在带宽允许的情况下（每路视频带宽大于500 Kbps），视频质量可以接近甚至超过VCD的画质。同时，V2 Conference在宽带环境下选择了G.711的宽带语音压缩算法，保证声音更清晰，混音效果更好，同时大幅度降低了对用户机器资源的消耗。

7）仿真客户端软件

    在V2 Conference 4的开发过程中，为了检验产品的稳定性并测试服务器的性能，我们同时开发了一个仿真客户端软件。该仿真客户端软件与服务器的信令交互协议以及音视频传输都与标准客户端完全一样，而它的优点在于同一台计算机上可以运行多个（20~40个，取决于PC的配置）仿真客户端进程。这样，只要通过很少的几台PC机，就可以真实的模拟出大容量并发用户下服务器的负载和稳定性。

    在某些大容量应用环境下，该仿真客户端软件可以作为一个有效的检验工具，验证服务器的各方面指标，从而让用户更直观的了解服务器所需的配置及带宽等要求。