張 健 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司電務(wù)部

唐寅生 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段

1 引言

上海局集團(tuán)公司是中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司管理的大型鐵路運(yùn)輸企業(yè)的十八個(gè)局之一，下轄上海、浙江、江蘇、安徽地區(qū)，管內(nèi)有運(yùn)輸站段、直屬非運(yùn)輸企業(yè)、工程指揮部、辦事處及運(yùn)輸輔助單位共一百二十余個(gè)，為全國(guó)客貨運(yùn)輸最繁忙的鐵路局。早在2007 年為適應(yīng)各鐵路分局撤銷后鐵路局至站段的直管模式，上海局建成第一套鐵路局至運(yùn)輸站段標(biāo)清視頻會(huì)議系統(tǒng)，該系統(tǒng)的使用發(fā)揮了運(yùn)輸生產(chǎn)信息即時(shí)溝通、重要文件精神高效傳達(dá)等重要作用，有效化解集中管理與所屬單位眾多分散之間的矛盾，充分體現(xiàn)了視頻會(huì)議系統(tǒng)是保障鐵路安全生產(chǎn)運(yùn)輸工作的重要技術(shù)手段。

2013 年，根據(jù)鐵路總公司批復(fù)，上海局對(duì)鐵路總公司至路局會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行更新改造，在路局相關(guān)會(huì)場(chǎng)各設(shè)置主備用華為高清視頻會(huì)議終端，通過(guò)路局華為高清終端與路局至站段標(biāo)清終端間的背靠背模擬轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)了局內(nèi)各站段收聽(tīng)收看總公司高清視頻會(huì)議。

2 上海局各視頻會(huì)議系統(tǒng)組網(wǎng)及運(yùn)用情況

2007 年建成的路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)采用的是中興公司標(biāo)清會(huì)議系統(tǒng)，多點(diǎn)控制系統(tǒng)由8 套MCU 組成，型號(hào)為中興M8900，MCU分別設(shè)置在上海、南京、合肥、杭州共4個(gè)會(huì)議工區(qū)，各會(huì)議工區(qū)均設(shè)置互為主備用的2 套MCU，其中上海為主MCU，其他地區(qū)皆為從MCU。各站段使用中興T502-2MEX 標(biāo)清視頻會(huì)議終端，均采用E1專線電路與本地區(qū)MCU互聯(lián)，早期各會(huì)場(chǎng)終端下部線接入多采用在電話線上開(kāi)通SHDSL方式接入傳輸網(wǎng)絡(luò)或MCU，因故障較多已基本改造為在新敷設(shè)光纖上開(kāi)通PDH 的方式實(shí)現(xiàn)下部線接入，改造后故障率明顯減少。

3 既有路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)存在問(wèn)題

（1）該系統(tǒng)主要設(shè)備在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)10 年，日常使用率較高，各類故障發(fā)生逐年增多。

（2）在轉(zhuǎn)播國(guó)鐵集團(tuán)會(huì)場(chǎng)的1080P 高清視頻信號(hào)至局內(nèi)各單位時(shí)，既有標(biāo)清MCU僅能夠通過(guò)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)接的方式向局內(nèi)各站段轉(zhuǎn)播總公司視頻會(huì)議圖像，各站段收看總公司轉(zhuǎn)播的會(huì)場(chǎng)圖像存在清晰度低、比例失調(diào)以及色彩失真等缺陷。

（3）隨著各站段單位顯示設(shè)備的更新?lián)Q代，既有小尺寸液晶或CRT 電視機(jī)均被大尺寸高清液晶電視取代，而且近年集團(tuán)公司機(jī)關(guān)大型會(huì)場(chǎng)顯示設(shè)備也改造為超大面積LED 電視墻，標(biāo)清視頻會(huì)議系統(tǒng)的圖像清晰度不高、色彩失真、畫面比例不協(xié)調(diào)、對(duì)會(huì)場(chǎng)燈光環(huán)境要求較高等問(wèn)題愈發(fā)暴露明顯。

4 路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)兩種升級(jí)改造方案的對(duì)比

4.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

視頻會(huì)議就是利用視訊技術(shù)和設(shè)備，通過(guò)通信承載網(wǎng)絡(luò)把不同地點(diǎn)的會(huì)議室連接起來(lái)，在兩地或多地召開(kāi)實(shí)時(shí)、雙向、交互式的可視會(huì)議的一種多媒體通信手段。國(guó)際電聯(lián)（ITU-T）為視頻會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)框架，目前H.320 和H.323 協(xié)議成為鐵路視頻會(huì)議系統(tǒng)最主要的兩種標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。其中H.320 協(xié)議適用SDH 傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的E1專線通道，H.323支持在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的協(xié)議，在鐵路視頻會(huì)議系統(tǒng)中這兩種主要標(biāo)準(zhǔn)可形成互補(bǔ)的應(yīng)用方式。

4.2 確定路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)升級(jí)改造方案

通過(guò)基于對(duì)H.320、H.323這兩種主流框架協(xié)議的對(duì)比分析，綜合考慮鐵路行業(yè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，確保在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接入方式、系統(tǒng)性能等各方面適應(yīng)未來(lái)視頻會(huì)議和多媒體應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展，確定此次升級(jí)改造方案如下：

（1）E1 線路接入方式（H.320）具有線路質(zhì)量穩(wěn)定、可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等特性，在鐵路視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用，是目前接入方式的主要手段，因路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)的重要性，站段及以上用戶終端宜采用H.320協(xié)議接入方式。

（2）IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)接入方式（H.323）具有接入方式靈活，接入成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于區(qū)域內(nèi)大量用戶接入，尤其在路局基礎(chǔ)通信網(wǎng)建成后，大量站段、車站及車間會(huì)場(chǎng)具備IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)就近接入的條件。本次升級(jí)高清MCU將采用電信級(jí)產(chǎn)品，單臺(tái)MCU 具備強(qiáng)大的用戶接入及功能擴(kuò)展能力，其中H.323 協(xié)議用戶接入可超過(guò)千路，今后路局至站段視頻會(huì)議系統(tǒng)的備用接入方式、站段至車間視頻會(huì)議業(yè)務(wù)均可采用H.323 協(xié)議接入方式。

（3）本次升級(jí)的MCU 及用戶終端為高清視頻會(huì)議設(shè)備，產(chǎn)品應(yīng)兼容H.320、H.323 兩種接入方式，系統(tǒng)具備召開(kāi)雙模會(huì)議的能力。為節(jié)省投資，避免因傳輸通道改造需要的大量投資，本次系統(tǒng)升級(jí)將采用業(yè)界最新的H.265 高清視頻編碼技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在單E1 線路上的雙流1080P/30fps 高清視頻傳輸和呈現(xiàn)，將充分利用既有MCU 間級(jí)聯(lián)以及MCU 至用戶終端間的E1傳輸通道。

（4）新型高清會(huì)議系統(tǒng)具有高清、標(biāo)清混合組網(wǎng)功能，可充分發(fā)揮既有標(biāo)清設(shè)備的能力避免造成浪費(fèi)，既有標(biāo)清終端可作為各站段會(huì)場(chǎng)的備用終端得以保留。

5 新會(huì)議系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及新技術(shù)的運(yùn)用

為確保升級(jí)工作不對(duì)既有標(biāo)清系統(tǒng)造成影響，本次升級(jí)均在既有機(jī)房、用戶會(huì)場(chǎng)同址新設(shè)高清會(huì)議MCU 和終端，新高清終端均利用既有標(biāo)清終端的備用E1 下部線實(shí)現(xiàn)與新高清MCU互聯(lián)并開(kāi)展調(diào)試工作，實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)并存。

5.1 新高清會(huì)議系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及主備用系統(tǒng)冗余方式

（1）本次升級(jí)采用的MCU設(shè)備為中興公司M9000型高清MCU，在上海、南京、合肥、杭州會(huì)議工區(qū)通信機(jī)房各新設(shè)主備 2 套 MCU，MCU 間以及 MCU 至用戶終端間均采用 E1/IP 雙互聯(lián)方式，系統(tǒng)具備召開(kāi)雙模會(huì)議的能力。上海主MCU至各從MCU間均采用6條E1專線互聯(lián)，每2條E1專線合并為1組MCU 級(jí)聯(lián)電路，主從MCU 間共3 組級(jí)聯(lián)電路，即同一時(shí)間段主MCU至各從MCU間可同時(shí)召開(kāi)3組會(huì)議，這樣也可確保每組級(jí)聯(lián)中的1 條E1 發(fā)生故障后，單個(gè)MCU 下掛的用戶得以正常開(kāi)會(huì)。主MCU 至各從MCU分別就近接入鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)IP方式互聯(lián)。

（2）各 MCU 機(jī)房新設(shè) 2 套 ZXR10 5250 三層交換機(jī)采用雙上聯(lián)VRRP協(xié)議就近接入IP數(shù)據(jù)網(wǎng)AR01、AR02，這兩臺(tái)三層交換機(jī)可提供主備MCU及附近會(huì)場(chǎng)高清會(huì)議終端接入，經(jīng)匯聚后接入至鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)各地區(qū)主備高清MCU與各會(huì)場(chǎng)高清會(huì)議終端通過(guò)鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。VRRP協(xié)議可結(jié)合BFD、NQA 監(jiān)測(cè)指定端口IP地址是否可達(dá)來(lái)判斷主用鏈路是否可用，若AR01上聯(lián)鏈路發(fā)生中斷，通過(guò)BFD 或NQA 檢測(cè)到 AR01 上行鏈路端口為 DOWN 狀態(tài)，VRRP 協(xié)議將發(fā)生倒換，將流量送往AR02 上行鏈路并與IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)保持正常通信。

（3）本次升級(jí)在轉(zhuǎn)播總公司高清會(huì)議至站段或召開(kāi)總公司至路局至站段三級(jí)高清視頻會(huì)議時(shí)，路局201 會(huì)場(chǎng)（408 會(huì)場(chǎng)與之相同）的總公司華為高清終端與路局中興高清轉(zhuǎn)接終端均通過(guò)背靠背數(shù)字視頻模擬音頻轉(zhuǎn)接實(shí)現(xiàn)。為保障轉(zhuǎn)接總公司各類重要會(huì)議的可靠性，路局201、408 會(huì)場(chǎng)的總公司主備高清終端與路局主備轉(zhuǎn)接終端在會(huì)議中均為熱備狀態(tài)，這樣在會(huì)議中當(dāng)任一臺(tái)主用設(shè)備發(fā)生故障后備用設(shè)備能夠立即入會(huì)并通入使用，確保會(huì)議正常召開(kāi)。

5.2 高清視頻會(huì)議系統(tǒng)采用新技術(shù)介紹

（1）H.265 高清視頻編碼技術(shù)，國(guó)際電聯(lián)（ITU-T）的H.26×系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了H.261、H.263，H.264 的演進(jìn)過(guò)程，最新的H.265 在現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264 基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步提高壓縮效率、提高錯(cuò)誤恢復(fù)能力、降低編解碼時(shí)延達(dá)到最優(yōu)設(shè)置。相比高清視頻H.264編解碼技術(shù)，H.265提供了更多不同的工具來(lái)降低碼率，H.265 的編碼單位可以選擇從最小的8x8 像素到最大的64x64 像素，對(duì)信息量不多的區(qū)域劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細(xì)節(jié)多的地方劃分的宏塊就相應(yīng)的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當(dāng)于對(duì)圖像進(jìn)行了有重點(diǎn)的編碼，針對(duì)關(guān)鍵細(xì)節(jié)的部分進(jìn)行增強(qiáng)劃塊，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應(yīng)得到了提高。使用H.265編解碼的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是僅需目前主流編碼視頻H.264一半的比特率，就可提供同等質(zhì)量的視頻。

（2）雙模會(huì)議，主 MCU 與各從 MCU 間以及 MCU 至用戶終端間均采用E1 專線電路和IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)兩種模式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，即支持IP/E1 兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式，可實(shí)現(xiàn)E1/IP 兩種會(huì)議平面混合組網(wǎng)開(kāi)會(huì)。IP/E1 雙模工作可進(jìn)一步提高高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的可靠性。本次升級(jí)后的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)采用E1 專線（主用接入方式）、IP（備用接入方式）終端混合組網(wǎng)的方式，為每個(gè)用戶終端提供E1、IP雙下部線接入方式，若單個(gè)用戶終端的E1專線發(fā)生故障或性能劣化后，用戶終端將自動(dòng)采用IP方式自動(dòng)呼叫MCU以保障會(huì)議正常召開(kāi)。

（3）在標(biāo)清會(huì)議系統(tǒng)中曾發(fā)生過(guò)單套MCU故障切換至備用MCU 時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，主要問(wèn)題在于MCU 背板E1 連接線過(guò)多造成的人工倒換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為解決這個(gè)問(wèn)題，本次升級(jí)各會(huì)議室均安裝有主備MCU自動(dòng)倒換裝置，其倒換原理為主備MCU與級(jí)聯(lián)口、本地用戶終端的E1接口采用“Y”形連接方式（類似于三通模式），正常狀態(tài)下主用MCU 與級(jí)聯(lián)MCU、本地用戶終端的E1端口導(dǎo)通，當(dāng)單臺(tái)MCU 發(fā)生故障后，維護(hù)人員只需按動(dòng)主備切換鍵，即可完成倒換裝置內(nèi)部各繼電器工作狀態(tài)的反轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)備用MCU 與級(jí)聯(lián)MCU、本地用戶終端的E1端口導(dǎo)通。主備MCU與倒換裝置連接示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 主備MCU與倒換裝置連接示意圖

（4）超強(qiáng)的錯(cuò)誤隱藏技術(shù)。傳統(tǒng)的錯(cuò)誤隱藏技術(shù)只能處理5%以下的網(wǎng)絡(luò)丟包和誤碼，再高的丟包率會(huì)導(dǎo)致聲音斷續(xù)或者產(chǎn)生噪聲。M9000 采用錯(cuò)誤隱藏技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)丟包和誤碼在30%的情況下，聲音的主觀感受仍然可接受，人耳能夠很輕松地聽(tīng)清楚和理解說(shuō)話的內(nèi)容而沒(méi)有明顯不適的感受。

5.3 相關(guān)功能驗(yàn)證

5.3.1 主備MCU冗余保護(hù)方式

（1）E1 方式：經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，采用自動(dòng)倒換裝置后，單臺(tái)M9000 故障后直至備用M9000 成功接管并恢復(fù)會(huì)議正常召開(kāi)，一般可控制在1 分鐘以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了主備用MCU 實(shí)現(xiàn)快速倒換的目的。

（2）IP 方式：將一臺(tái) ET802 終端的 IP 地址同時(shí)配置在主、備M9000 上，兩臺(tái)M9000 采用配置相同終端的會(huì)議配置信息組會(huì)，終端接入會(huì)議后就處于占用狀態(tài)。當(dāng)主用M9000 出現(xiàn)宕機(jī)時(shí)，終端主用連接斷開(kāi)，備用MCU呼叫該會(huì)議終端入會(huì)。備用MCU呼叫時(shí)終端至MCU的IP通道存在手動(dòng)和自動(dòng)倒換兩種方式，手動(dòng)倒換方式需要在主用MCU網(wǎng)管上對(duì)會(huì)議進(jìn)行結(jié)束掛斷操作，備用MCU 主動(dòng)呼叫該IP 終端上會(huì)；自動(dòng)倒換方式終端呼叫超過(guò)180 秒后才會(huì)掛斷，掛斷空閑后，備用MCU會(huì)主動(dòng)呼叫該終端上會(huì)。

（3）M9000 使用的主從級(jí)聯(lián)電路采用每2 條長(zhǎng)途級(jí)聯(lián)電路捆綁使用（并通過(guò)電路優(yōu)化，使每條長(zhǎng)途級(jí)聯(lián)電路分別全程使用不同的傳輸網(wǎng)元通道），一旦捆綁長(zhǎng)途級(jí)聯(lián)電路中的某條（A）電路中斷，MCU 在3 秒內(nèi)檢測(cè)到長(zhǎng)途級(jí)聯(lián)電路幀失步，則會(huì)自動(dòng)切換到（B）電路，以此確保長(zhǎng)途級(jí)聯(lián)電路不會(huì)中斷，從而影響會(huì)議。

5.3.2 會(huì)議終端IP/E1雙模工作方式

單臺(tái)ET802采用E1專線、IP兩種接入方式與M9000實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，當(dāng)終端側(cè)斷開(kāi)E1專線電路以模擬專線電路發(fā)生故障或性能劣化后，用戶終端在6 秒內(nèi)完成IP 方式呼叫MCU 入會(huì)，最大程度保障會(huì)議正常召開(kāi)。

6 結(jié)論

如今上海局集團(tuán)公司局至運(yùn)輸站段標(biāo)清視頻會(huì)議系統(tǒng)已順利完成了高清數(shù)字化升級(jí)改造工作，新的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)具備接入容量大、組網(wǎng)方式靈活、冗余功能豐富、安全可靠性更高等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)近一段時(shí)間的試用，新系統(tǒng)在音、視頻質(zhì)量方面的顯著提高，給眾多參會(huì)人員帶來(lái)了非常優(yōu)異的用戶體驗(yàn)，徹底擺脫了既有標(biāo)清系統(tǒng)存在的看不清、聽(tīng)不清等設(shè)備缺陷問(wèn)題。另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作的實(shí)際需求及以往經(jīng)驗(yàn)，在工程期間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了組網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，確保新系統(tǒng)在主備用系統(tǒng)冗余保護(hù)方面較之前系統(tǒng)有了重大提升，新系統(tǒng)具備了切換簡(jiǎn)單、倒換迅速等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了總公司—路局—站段全高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，高清視頻會(huì)議系統(tǒng)中各類新技術(shù)、新功能的運(yùn)用，也為下一步集團(tuán)公司其他會(huì)議系統(tǒng)的升級(jí)改造提供了重要技術(shù)依據(jù)。