浙江大学基于IPv6的高清视频应用
大家都熟悉标准清晰度(SD)模拟电视，这是我们所了解并且几十年来一直使用的电视。标清电视先扫描静止画面的奇数行，然后扫描同一幅图像信息的偶数行。这样一来，两幅画面会同时显示在显示器上，这种奇/偶扫描模式被称为隔行扫描，该技术被开发用于节约传输宽带。标清通常采用的分辨率被称为480i，提供由240线不同信息组成的画面。用于家用标清的宽带需求一般为45～90Mbit/s。对于小型视频显示器(小于27英寸)，标清电视看上去相当清晰、流畅。但是，如果屏幕超过27英寸，480i格式的图像质量会有明显的下降。为了解决这个问题，逐行扫描开始替代隔行扫描，将480线图像信息行合并为一个帧，然后采用图像自动修正，大大提高了在大屏幕上的画面质量。我们把这种标清分辨率称为480p。
真正的高清视频显示图像分辨率至少为1080i或者720p，低于它的分辨率则不是真正的高清晰度。高清格式提供的图像信息量比任何标清格式都要多。如果将屏幕分辨率转换为像素，可以清楚地看到高清格式可以提供比480i格式高出至少4倍以上的图像信息量。目前高清视频一般有3种格式，分别为1080i、720p和1080p。
网络架构
目前高清视频传输由于压缩编解码方式的不同，对网络带宽的具体要求也不一样。如采用业界性能最好的H.264的压缩编码方式，对于720p的高清质量而言，一般也需要2M～4Mbps的物理带宽，因此在现有的Internet网络环境中，实现对高清视频传输的带宽确保，几乎不太可能。
为了有效实现高清视频等的特殊应用需求，浙江大学近年来积极开展基于IPv6协议的高性能专网建设，力争通过丰富的物理带宽链路和QoS的高质量保证为可靠传输提供保证。
目前该专网环境已经基本构建，如图1。整网采用2层架构，核心采用当前业界最先进核心交换机产品，分别连接浙江大学紫金港和玉泉校区，构成万兆核心环。该核心设备具备250G的背板交换能力，当100G技术成熟后，能够顺利升级到10万兆的网络环境。接入层采用万兆上联，千兆下联，保证用户千兆IPv6到桌面。目前专网主要连接了我校的多个重点实验室、会议室以及重要的机关部门，从而为学校科学研究和高性能网络服务提供了一个很好的网络平台。
图1 浙江大学IPv6专网结构示意
该网络为了有效保证各项网络业务的服务质量，整网采用严格的Differ-serv控制，区分服务将Diff-Serv 域划分为不同的DS域，Diff- Serv域由边界节点ER( Edge Router) 和内部节点IR( Interior Router) 组成。边界节点具有对业务流的分类、整形、标记和调度等功能。它将根据TCA协议( traffic condition agreement，TCA ) 对入域流或出域流进行调节, 以确保入域流或出域流符合TCA 中所规定的要求,并标记业务流的DSCP 值。内部节点IR 则根据数据包的DSCP值确定对应的每一跳行为，对数据包进行转发。
目前我校在专网范围内，针对流媒体、视频会议、RTP传输和普通数据流类型的不同分别定义了多种区分服务，通过这种严格的视频传输QoS控制，为各类基于IPv6的高清网络视频传输提供了服务质量的保证，如图2。
图2 区分服务结构
各种高清视频应用
高清直播系统
浙江大学目前在IPv6专网环境中已经构建了高清视频直播服务，其中高清现场直播系统的构建充分利用了Media Server 系统予以构建，而高清电视视频直播的构建则采用了开源VLC系统予以实现。
1.IPv6高清现场直播服务的建设
我校在高清现场直播系统的构建中，为了节省高清摄像机的经费投入，充分结合了高清视频会议系统的建设(该建设见后续内容)，利用了Tandberg公司的高清视频会议终端Edge 95 MXP产品。该产品是目前业界能较好支持IPv6高清视频传输的会议终端之一，它具有一个高清的主摄像机，可以提供720p的高清拍摄分辨率，同时该摄像机具备一个HDMI口，可以进行高清视频信号的外接采集。因此完全可以利用该高清摄像机进行高质量的现场视频直播。 #p#page_title#e#
在该系统的设计过程中，有几个建设环节是必须关注的。首先需要采用一块较高性能的HDMI硬件采集卡，实现对1280×720视频信号的实时采集。其次由于是采用高清的软件实时性压缩，所以对压缩编码服务器的性能要求很高，在实际实现过程中，我们通过大量的尝试，最终采用了一台配有Inte酷睿馑暮薗9550CPU，4G内存的高性能PC机，安装了Windows 2003 64位的操作系统，从而实现了720p信号的实时性MPEG2压缩。压缩完成后，通过网络将encoder的信号发送给Media server 9视频发布服务器，利用专网的组播服务功能实现对直播信号的IPv6组播发送，如图3。
图3 高清现场直播服务建设示意
2.IPv6高清电视直播服务的建设
浙江大学在IPv6高清电视直播服务的建设中，充分利用了3Tnet项目的节目视频源。浙江大学是国家3T项目的应用示范单位之一，能够接收20余套3T信号电视节目，其中就有高清视频信号节目。我们利用开源的VLC成熟软件对3T的高清视频信号进行了同步转发，从而实现了IPv6环境下的高清电视的信号的实时直播。
VLC是一个开放源代码的、跨平台的多媒体播放器,它可以播放多种音频和视频格式，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、Dix等以及DVD、VCD、CD音频以及各种流媒体协议，同时VLC可以支持视频信号采集、压缩和转发。
我们使用VLC对3TNET节目视频源的MPEG2节目信号进行转发，相应的转发代码实例如下：vlc -vvv udp://@[ff18::0101:5%4]:8000—sout http/ts:vlc1.zju6.edu.cn:9005 —ttl=128
在客户端，试用VLC软件实现高清视频流的解码和回访，效果如图4所示。
图４ 高清视频点播效果截图
高清视频会议系统
高清视频会议系统与高清电视不同，高清电视是单向广播的，而高清视频会议则是双向、互动、实时的传输过程。高清电视广播仅需要保持固定的信号质量，对延时并不敏感，而视频会议由于需要双向交互，而过多的延时和抖动会增加语音重叠、视音频不同步、交互等待时间过长等问题的出现。因此在专网的QoS控制中，我们对视频会议类型的数据流定义了最高的优先级别，以保证视频会议信号的实时传输。
目前我校的高清视频会议系统普遍采用硬件方式予以实现。在我校专网的各个重要接入点，我们均配备了Tandberg公司的Edge系列产品，并专门配备了Tandberg的Codian 4500 MCU，从而有效实现了基于IPv6环境高清的多点视频会议的召开，为学校科研团队的及时沟通和大型网络会议的召开提供了可能，如图5。
图5 基于专网的视频会议拓扑结构
超高清远程视频传输系统
除了上述建设内容外，目前浙江大学还和日本KOEI大学积极合作，开展基于国际专线的超级高清视频信号传输，分别率高达4096×2160。现在该传输研究项目正在积极开展之中，计划将于明年完成并在明年7月下旬开展示范，届时将通过IPv6国际传输专用链路将我国杭州发生的日全食天文现象实时传送到香港和日本等地区，实现超高清全景播放。
