电视会议的技术原理及设计要点.doc

电视会议的技术原理及设计要点一引言     信息技术的高速发展极大地影响着人类社会的工作方式和生活方式，许多新的应用不断出现，多媒体会议电视会议就是近年来兴起的一种新的多媒体通信方式。    近年来，随着“信息高速公路”的建立，多媒体技术的出现与发展，使视频图像的网络传输成为可能，可以通过公众和专用网络包括LAN、WAN、Internet、ISDN、ATM、DDN、PSTN等现有的网络基础设施，以低廉的价格传输数据、视频和音频信号，从而实现更快、更高质量的通信服务的技术。视频会议系统是是一种由多方用户参与，会议过程使用声音、图像、文字、数据等多媒体信息的网上业务，具有实时性和交互性的特点。通过视频会议系统，身处异地的人们可以进行面对面的会议和讨论，不仅可以听到对方的声音，更可以看到对方的表情、动作，还可以传送相关数据资料，实现共享软件应用等更高层次的应用。视频会议对于及时召开工作会议、发布重要信息、节约费用和时间具有重要作用，符合现代社会对通信技术方便、快捷、多媒体、大信息量及交互式的要求。因而，多媒体视频会议系统迅速发展，应用范围也愈加广泛。    现今的信息社会呈现出两个显著的特点：一方面是国际交流日趋广泛，国际竞争日趋激烈，商业活动的各个方面日趋全球化，参与国际竞争，跨国经营已成为大企业的发展方向。另一方面是办公网络化个人化的要求越来越高，随时随地需要与集团或他人交流。这些特点要求将信息通信网络连接到世界各个角落，提供方便、快捷、丰富多彩的通信手段。而视频会议系统就是适应这种需求的产品，它把传统会议面对面交流的自然感带给了用户，可以在与同事、客户进行面对交流的同时，共享文件、图形、图表，甚至只存在于PC中的应用程序。因此，用户能更为迅速、准确地把握决策机会，使更多的人加入到重要决策当中，并形成一个更加开放、更加协作的工作环境。因而视频会议电视自然而然地成为集团及个人共享信息资源的重要方式，近年来迅速发展。    二、会议电视体系H.323与H.320两种方式的比较    11H320会议电视系统的特点     在会议电视系统领域,特别是专网中,基于H320的会议电视系统占据主要市场。在国内,一些大集团、企业、军队用户都组建了基于H320的会议电视专网。    H320会议电视系统的优点是系统比较成熟,功能,性能完善,有大型系统实行的经验。但H320也有很多缺点,主要是H320系统对时钟的同步要求很高。一般采用2MB/S专线或ISDN连接终端与MCU,在MCU级联、会议电视编号方面受到限制。在ISDN不太普遍的网络环境,专线支持的会议电视系统价格高,不便于使用。我国的ISDN业务不是很普及, H320会议电视系统一般都是由单位自己建设专网,专网专用,建设和维护成本都很高,不便于将业务推向于公众。这大大阻碍了H320会议电视系统的发展。    12  H323会议电视系统的特点    进入90年代以来,随着INTERNET网络规模的扩大,用户数量以及业务量呈指数增长,数据业务将成为未来承载的主要业务量,IP协议也将成为传送数据的主要协议。采用H323协议组网,比H320组网具有很多优势:    1.2.1组网灵活:用户可以自己组织会议,不需要系统操作员来控制,减少操作人员的参与,便于业务的开展;    1.2.2.节省带宽:采用H323组网,不召开会议时不占用带宽,与其他业务共享带宽,速率可调,可以是128KB/S、384KB/S、768KB/S或2MB/S等。而H320组网是专线专用,造成线路的极大浪费。    1.2.3.终端设备投资少:随着城市信息化建设的逐渐完善,接入网带宽的不断提高,将会给H323会议电视网带来大量的用户,对普通用户而言,H323会议电视系统终端只需要在己有多媒体计算机上添加摄像头,视频采集卡和麦克风即可。    1.2.4.接入方便:IP接入极为方便。目前,部队、政府机关、大型企业用户基本上都组建成了自己的局域网,有对会议电视接入的巨大需求,通过局域网接入到会议电视系统比采用H320专线方式要方便得多。    1.2.5.发展方向:于IP的H323V2系统具有灵活的多媒体通信的功能,它能在各种计算机网络(例如:基INTRNET、INTRANET及各种LAN)上运行,并能和其他广域网互通。作为IP网的主体协议,H323代表了会议电视系统的发展方向。        三、常用的视频会议电视H.323系统    1. 会议电视技术概述    视频会议电视是利用电视设备和通信网召开会议的一种通信方式,在召开电视会议时,处于两个不同地点的与会代表,既可听到对方的声音,又能看到对方的图象,同时还能看到对方在会议中展示的实物、文件、表格、图片等,缩短了与会双方在物理方面的距离,增强了会议的及时真实气氛。    数字会议电视已经有十多年的发展历史,大致可分为三个发展阶段。第一阶段是基于数字通信网,如SDH、DDN等的会议电视系统,以H.320系统为典型代表.第二阶段是基于ISDN、ADSL网络的会议电视系统。第三阶段是基于LAN和Internet的会议电视系统,以H.323系统为技术代表。    2、会议电视系统的组成及关键技术    会议电视系统主要由承载层、终端设备以及多点控制单元MCU(Multipoint Control Unit)三部分组成.其中,中断设备和MCU是会议电视系统所特有的部分,承载层是与会议电视所承载的宽带网络紧密相连的。    会议电视系统是通信领域的一项新技术,它涉及到的技术内容很多,但其中的关键技术有以下几项：信息压缩技术、多点控制技术、传输和接口技术,以及适用于不同通信网的会议电视国际标准。 标准H.320H.321H.322H.310H.323H.324颁布日期199019951995199619961996应用网络窄带交换数字网N-ISDNB-ISDNATM宽带保证的包交换网络(ISO Ethernet)B-ISDN ATM非宽带保证的包交换网络(以太网,Internet)PSTN,移动,N-ISDN视频编码H.261H.263H.261H.263H.261H.263H.261H.262H.261H.263H.261H.263音频编码G.711G,722G.728G.711G.722G.728G.711G.722G.728G.711G.722G,728MPEG1.2G.711G.722G.728G.723.1G.729G.723.1多路复用H,221H.221H.221H.222.0/H.222.1H.225.0H.223通信控制H.230H.242H.242H.242H.230H.245H.245H.245数据传输T.120T.120T.120T.120T.120T.120安全机制H.233H.234H.233H.234H.233H.234H.235通信接口I.400AAL I363AJM I.361PH.YI.400I.400&TCP/IPAAL I363AJM I.361PATS I.400TCP/IPV.34modem表1 会议电视国际标准    ITU-T有关会议电视的一系列国际标准的制定,对会议电视的发展起了极大的促进作用。就目前的发展而言,基于IP(INTERNET  PROTOCOL)的H323会议电视系统必将随着INTERNET及计算机的迅猛发展而得到普遍应用。    四、H323会议电视系统介绍    H323是基于计算机网络的,所以它的功能多,控制灵活,可以很好的和其它媒体在计算机中进行融合。ITU-T于1996年11月颁布的H323建议的名称为“基于非Q0S局域网的可视电话系统和设备”,而在1998年版的H323的第二板,即H323V2,将名称改为“基于分组的多媒体通信系统”。   1. 系统组成    ITU-T的H323V2是一个框架性的建议,它涵盖了终端设备、视音频和数据的传输、通信控制、网络接口等方面的内容,还包括了组成多点控制单元(MCU)、多点控制器(MC)、多点处理器(MP)、网关(GW)以及H323独有的关守(GK GATEKEEPER)设备。    4、1会议方式    H323V2系统信息的传播既支持单一广播(UNI-CAST)形式,也支持多路单一广播(MULTI-UNICAST)形式,还支持多点广播(MULTICAST)形式。会议组织方式主要有以下几种:广播组会、集中型多点会议、非集中型多点会议、混合多点会议。    4、2实体、地址和呼叫    H323V2系统的各个逻辑组成部分称为H323V2实体(ENTITY),其种类有:终端、网关、关守、MC、MP、MCU等。    每个H323V2实体至少有一个地址,这个地址是H323V2实体在LAN中的唯一标志号。    在H323V2系统中,端点设备(终端、GW、MCU)是可呼叫和被呼叫的,而有些实体是不可被呼叫的。    实体的主要特性如表2所示: 实体可编址可呼叫可被呼叫属端点设备终端MCUGK×××GWMC××××MP××××表2 H323V2实体的基本特性     43终端结构和协议    H323V2系统的终端结构和相应的协议如下图所示。在H323终端中,语音的编解码是必备项,而视频的编解码则是可选项。H323V2终端允许不对称的视频传输,即通信的双方可以不同的图像格式、帧频、速率等传输。     441 音频    音频编码是H323V2中的必备项。H323V2允许音频解码的标准种类较多。音频编解码器必须具备711的编码能力，并可选择使用G.722.G.728.G.729.G.723或MPEG-1音频标准进行编码可实现不对称工作。H.323V2具有音频混合(Audio Mixing)功能,可以接收多个音频信道。编码器在工作时所使用的音频算法由H.245协议在能力交换期间所确定。H.225.0为每个音频逻辑信道设置一个音频控制逻辑信道,音频数据流根据H.225.0标准确无误的格式进行传输。    44.2视频    视频编码在H.323.2中是可视频.视频编码的标准是H.261,也可以是H.263。H.263的编码性能要优于H.261。H.323V2终端中,图像允许采用QCIF、CIF、4CIF、16CIF等格式,且不对编码视频时行BCH.纠错。    44.3数据    在H.323V2中,可选择一个或多个数据通道。数据通道可以是单向的,也可以是双向的。数据应用由H.245协商,可使用一个或多个ITU-T建议来实现。T.120是其中之一,可支持多点数据交互、静止图像传输、电子白板共享等。例如,在H323V2的通信过程中,由H245打开数据逻辑信道,再建立T120连接和通信。    444LAN接口    LAN接口不包括在H323V2建议中,它主要实现由H225.0建议所描述的功能。提供用于H245控制信道、数据信道和呼叫信令信道的可靠的端到端的服务,如TCP、SPX等。通过语言通道、视频通道和RAS通道提供非可靠的端到端服务,如UDP、IPX等。    445通信控制    H245控制信道承载、管理H323V2系统的端到端控制消息,包括能力交换、逻辑信道的开关、模式优先权请求、流量控制信息及通用命令指示。H245信令在两个终端之间,或一个终端和MCU间建立连接。    446分组/解分组    视频、音频、数据或控制信息的逻辑信道可根据H245标准的规程建立。逻辑信道是单向的,而且每个方向都是独立的。除上述逻辑信道外,H323V2终端还使用两个信令信道用于呼叫和关守(GK)控制。    45定时和带宽控制    在多媒体会议系统中,精确的定时关系比正确接收传输的每一个分组更为重要,定时抖动对视频或音频会议内容破坏极大。基于H323会议电视系统使用UDP顶层的实时传输协议(RTP),不能确保数据的完整性,但是能够很好地处理定时地问题。    在H323V2中,增加资源预留协议(RSVP)可防止网络超载,保证多媒体会议得到一定数量的带宽。    46关守、MCU和网关    在H323V2中关守(GK)是一个特有的实体,并且是一个可选项。它向H323V2终端提供呼叫控制服务。关守主要完成以下3项功能:接人控制:限制网络上同时接人地用户数量。能够为终端提供带宽管理和网关定位等服务。具有呼叫路由的功能。    多点控制单元(MCU)是H323V2中的端点设备,它为三个或三个以上的终端或网关参加多点会议提供服务。MCU包括两个部分:必备的MC和可选的MP，MP可以没有，也可以有多个，MC是H323V2中的实体，它为多点会议提供控制，并控制会议的资源。MC通过245与各终端进行协商，为当前的会议取得一个共同的通信模式（视音频处理能力）。MC不负责音频、视频和数据的混合或交换。MP负责完成视音频编辑码，格式转换，语音的混合，视频的合成或切换等功能。    网关（GW）是H323V2中的端点设备，通过它的实时双向服务，提供局域网和其它类型网络之间的边接，在它们之间充当“翻译”。如传输格式间的转换、通信规程间的转换等。网关的转接在用户看来是透明的。    系统控制    H323V2的系统控制分为个部分。    47.1 H245控制控制协议    完成通信的初始过程建立.逻辑信道建立、终端之间能力交换、通信结束等功能。    472RAS控制    注册、允许和状态(RAS,RegistrATion,AdministrATion and Status)信道是端点设备到GK的信道,是一个非可靠传输信道。它采用UDP作为传输层,用于传送有关GK发现和端点设备登记的信息(终端和MCU通过RAS信道在GK中注册)。所有终端都要通过GK发现过程向GK登记。    473呼叫控制    呼叫信令(Call Signaling)就是用于建立呼叫、请求呼叫的带宽改变、获得呼叫中端点设备的状态、拆除呼叫等的消息过程。呼叫过程使用H225.0所定义的消息。    48系统的分层结构和实时性    H.323.2协议分层结构如表3所示. 音频视频终端控制和管理数据G711G722G7231G728G729H261H262H263RTCPH2520RASCHANNELH2250CALLSIGNALINGCHANNELH245CONTROLCHANNELT124T125T122RTPX224 CLASS 0T123不可靠传输(UDP)可靠传输(TCP)网络层(IP)链接层(IEEE8023)物理层(IEEE8023)表3 H323V2协议会层结构     49通信过程    H323V2系统的通信呼叫信令过程主要分为以下几个步骤:    阶段A:呼叫建立。使用H225.0建议所定义的呼叫控制信息进行。带宽预留请求也在此阶段完成。    阶段B:初始通信和能力交换。一旦双方完成呼叫建立过程,端点设备首先建立H245控制信道。在控制信道上进行能力交换、决定双方的主从关系、继而打开媒体信道(如视频、音频或数据信道)    阶段C:视听通信的建立。建立以后,可进行正常的视音频通信。    阶段D:呼叫服务(带宽变化、状态变化等)。在通信的过程中,关守还负责一系列的呼叫服务,如带宽的改变、状态的改变、会议的扩展等。    阶段E:呼叫中止。任意一个终端设备都可以按照规定的程序进行中止呼叫,但终止呼叫并有等于终止一个会议。        五   H.323会议电视系统的应用    5.1概述    会议电视是一种面向公众的业务,它的应用领域非常广泛,可用于各类会议、远程医疗、远程教育等等。可以说,会议电视的市场应用前景是非常广阔的。    5.2会议电视系统的结构    采用H.323协议标准组建的会议电视系统其层次结构主要分为H.323会议电视业务和IP承载层2个层面如下图所示。  H323V2会议电视系统分层结构    如上图所示，会议电视IP承载层是架构在宽带数据网的基础之上的，目前大多数电信运营已有覆盖全国的宽带传输网，也拥有覆盖全国的宽带数据网，同时各省也有本地的传输网，这些优越的条件为会议电视网提供了最佳的承载。    53  会议电视IP承载层    会议电视业务的承载网分为骨干业务网和接入网。其中会议电视骨干业务网是在骨干数据网（例如ATM/FR）的基础上采用专用路由设备，建设专用网络；接入部分则是利用已建成的本地传输网、全国数据网或城域网实现接入。    531骨干网    有些数据网是架构SDH。传输网的基础上，采用的是ATM技术，所提供的基本业务是ATM/FR专线业务。会议电视骨干网可以利用这一ATM/FR专线业务，组成路由器加PVC的经典IP-over-ATM/FR方案。ATM技术在服务质量的保证上具有绝对的优势，可以完全保证会议电视承载层对服务质量的需求。    在骨干承载网中，每个骨干节点设置骨干承载路由器，采用PVC方式与数据骨干网连接。全国可以按省、直辖市设置骨干节点，可将业务量分为一级骨干节点、二级骨干节点级汇接节点。一、二级骨干节点之间的PVC可采用全网状网的连接，每个汇接节点都有多条PVC连接到一、二级骨干节点。PVC服务等级及带宽的设定完全满足会议电视承载网对QoS的要求。    532  本地传输接入/用户接入    （1）用户终端接入到会议电视承载网上可采用以下两种方式：采用ATM/FR PVC方式接入。在这种方式中，需要为用户的会议电视业务开一条ATM或FR PVC，该PVC通过城域网和数据骨干网，直接配置到本省或本地区的骨干承载路由器上。    （2）采用MPLS方式接入。用户需要新增会议电视专用路由器接入会议电视终端，在数据骨干网，需要建立点到点的LSP。    以上两种凡是各有优缺点。从业务的服务质量来讲，采用PVC方式比MPLS方式的服务质量要好；但从开通业务的灵活性来讲，MPLS方式较灵活。为了保证会议电视的服务质量，一般建议选用第一种方式。    54  H.323会议电视业务层    H.323会议电视业务层由GW、GK、MCU、终端及运营支撑系统组成。其中GW、GK、MCU、终端构成了视讯交换网。运营支撑系统组成运营支撑网。    5 .4 .1典型结构图     541 终端    终端设备。终端设备包括视频输入输出设备、音频输入输出设备、视频编解码器、音频编解码器和复用/分接设备等。它可以是专用的我点交互式视频会议终端，也可以是安装了必要的音频、视频硬件和软件的普通电脑，甚至是电话等。目前应用的主要终端设备是基于房间的大型系统。这种基于房间的大型系统在带有环境控制设备的专用会议房间里装置一个或多个大屏幕，系统由屏幕、摄像机、麦克风和辅助设备等组成。    会议电视终端基本分为两类：会议室型和桌面型。会议室型适用于较大的会议，对图象质量、音响效果要求较高。桌面型相对简单，实际上是一个桌面型计算机系统。H.323会议电视终端通过接入网接入到本省会议电视骨干网承载路由器。终端启动后要到本大区的GK上注册，同时运营支撑系统也要对终端进行管理。可根据不同的权限将终端分为普通终端和特权终端。对普通终端，开会议电视通过MCU；对于特权终端，可以饶过MCU召开点对点会议，增加了灵活性。终端访问控制权限的设定，由会议电视承载网实现。对不同终端，会议控制命令可通过会议电视专用传递，也可通过因特网传递。    542 传输网络。    用以传输视频、音频等信号的通信网络，卫星帧中继网、地面帧中继网、DDN专线、ISDN网络和X.25网都可以作为多点交互式视频会议系统的传输网络。5 .43多点控制单元MCU    视频会议系统无需MCU的介入。电路交换网络上的多点会议则必须通过MCU才能实现，而包交换网络上则需要通过多点会议服务器来实现多方会议。MCU作为会议控制中心交换视、音频码流，还可以作为异形网络会议系统终端的风桥。根据应用的通信网络不同，多点交互式视频会议系统的终端和多点控制单元MCU也不尽相同。    多点交互式视频会议需要一种组织和支持多点可视呼叫的设备MCU，为视频解决方案，提供了一个满足这种需要的系统即科技会议多点控制单元(MCU)。    MCU的资源调度策略，可采用系统自动调度及人工支持调度相结合的原则，来满足会议中的突发事件的紧急处理。终端接入MCU的原则，主要遵循就近接入原则、溢出原则和集中接入的原则。    为了减少时延，在各骨干节点城市设置MCU。可采用MCU通过局域网交换机连接到本节点是会议电视骨干承载路由器上。本省会议电视骨干路由器PVC连接到本大区的会议电视骨干路由器上。2007年3月22日