（信号与信息处理专业论文）视频会议系统接续网关的研究与实现.pdf

竺竺竺! 三兰兰篁地5 5 2 摘要 ( 会议电视网是建立在各种类型通信网络上的一种增值网。 通信网络环境包括光纤数字网络、窄带综合业务数字网m i s d n ) j 及局域网等。根据不同的网络特点，会议电视终端主 要有h 3 2 0 终端、h 3 2 3 终端和h 3 2 4 终端等类型。 其中h 3 2 0 终端是基于p x 6 4 k b i t s 的数字传输网络终端， 其典型应用环境为n i s d n ，h 3 2 3 终端是基于分组网络上的 终端。目前在基于i p 网络上的多媒体应用越来越广泛。要实 现它们之间的互连互通，进行业务协调，是目前会议电视系统 急需解决的问题之一。，。 本文的主要工作是对将h 3 2 0 会议电视中的媒体码流接续 到h 3 2 3 的桌面环境中的会议电视接续网关进行研究及实现。 本文的实际工作主要体现在以下三个方面： 一、独立开发了会议电视接续网差的硬件平台，采用1 6 位d m a 通道技术实现了对h 3 2 0 系统2 m b i t s 高速码流的采 集，通过对可编程逻辑电路e p l d 的设计，完成了h 3 2 0 网络 接口电路，并实现了对整个硬件的时序、逻辑控制。 二、由于硬件平台是工作在w i n d o w s 环境下，并且要使 用网卡、声卡等设备来配合完成媒体流的接续功能。因此开发 了设备驱动程序v x d 。实现了对硬件平台的实时控制，并且 为上层应用程序提供了服务接口。 三、编写了应用程序，把码流中的音频数据提取出来，进 行本地解码。一方面将其通过波形设备回放出来，另一方面以 w i n s o c k 数据包的方式组播到局域网上，由h 3 2 3 的终端接收 并重放出来，实现了语音流的接续。 “ k _ 北方交通大学硕士论文 a b s t r a c t t h ev i d e o c o n f e r e n c en e t w o r ki sai n c r e m e n tn e t w o r kw h i c hi s b a s e do na l lk i n d so fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki n c l u d e sf i b e rd i g i t a ln e t w o r k ，n a r r o w i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k ，a n ds oo n a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co f d i f i e r e n tn e t w o r k ，t h et e r r a i n a lo f v i d e o c o n f e r e n c e h a sm a n yt y p e s h 3 2 0t e r m i n a l ，h 3 2 3t e r m i n a l 。h 3 2 4t e r m i n a l e r e t h et e r m i n a lo fh 3 2 0i sb a s e du p o nt h ed i g i t a lt r a n s m i s s i o n n e t w o r kt e r m i n a lw h i c hi sp x 6 4 k b i t s i ti sa p p l i e dt on i s d n 1 1 1 e t e r m i n a lo fh 3 2 3i sb a s e do nt h eg r o u p i n gn e t w o r kt e r m i n a l i ti s o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e m st h a ta r et ob er e s o l v e dt h a t a c h i e v i n g t h ei n t e r l i n k a g ea n d h a r m o n i z i n g t h eo p e r a t i o n t h ep a d e rs t u d ya n dc a r r yo u tt h ev i d e o c o n f e r e n c eg a t e w a y t h a tt r a n s f e r st h em e d i ac o d ec u r r e n to fh 3 2 0v i d e o c o n f e r e n c et o t h eh 3 2 3d e s k t o p s e r i n g t h et a s ko f t h ep a d e rh a st h r e e a s p e c t ： 1 1 1 1 ea n t h o ri n d e p e n d e n t l yd e v e l o p e dt h eh a r d w a r ef l a to f t h ev i d e o c o n f e r e n c e g a t e w a y t h e 16 d i g i td m ac h a r m e l r e a l i z e sg a t h e r i n gt h e2 m b i t sc o d ec u r r e n to f h 3 2 0s y s t e m b yd e s i g n i n gt h ee r a s a b l ep r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ，t h e a u t h o ra c q u i r e st h ei n t e r f a c ec i r c u i to fh 3 2 0n e t w o r k ，a n d a l s oc o n t r o l st h et i m eo r d e r , l o g i co f t h eh a r d w a r e 2 s i n c et h eh a r d w a r ef i a t w o r k si nt h ew i n d o w s e n v i r o n m e n t a n dt l l en e t w o r kc a r da n dt h es o u n dc a r da r e n e e d e dt ol i n kt h em e d i ac u r r e n t ，t h e r e f o r e ，t h ea u t h o r d e v e l o p e dv i r t u a id e v i c ed r i v e r ( v x d ) t h a tc o n t r o l st l l e h a r d w a r er e a lt i m ea n d p r o v i d e st h es e r v i c ei n t e r f a c ef o rt h e u p p e rl a y e ra p p l i c a t i o n 3 t h e a u t h o rw r i t e st h e p r o g r a m t h a t p i c k u d t h ea u d i o f r e q u e n c y d a t aa n dd e c o d e l o c a l f i r s t l y , t h e a u d i o f r e q u e n c y d a t ac a nb e1 e to u tf r o mt h ee q u i p m e n t s e c o n d l y , i tc a nb eb r o a d c a s tt ot h e1 0 c a la r e an e t w o r kw i t ht h ef o r m o f w i n s o c k ，a n di ta l s oc a nb er e c e i v e da n dp l a y e db a c k b yh 3 2 3t e r m i n a l t h i si m p l e m e n t st h ec o n n e c t i o na n d c o n t i n u u mo f t h ev o i c ec u r r e n t 2 北方交通大学硕士论文 第一章概述 多媒体技术的出现是计算机应用领域内的一场革命，它利用计 算机把多种媒体的功能，如文件、图像、音频、视频等信号融为一 体，提供人们一个全方位的感知空间，大大改善了人机界面，提高 了计算机的应用水平。多媒体技术己广泛应用于教育训练、咨询服 务、大众传媒、信息管理、办公自动化和视频会议等诸多方面。多 媒体视频会议系统正是一种典型的多媒体技术的应用实例。 1 1 视频会议系统 视频会议系统最早是由贝尔实验室研制出来的【5 】，在7 0 年代就 已有多个视频会议系统投入使用，但由于其主要是以模拟方式传送 图像和声音，对信号的进一步处理非常困难，所以其性能、价格和 会议成本都不具有良好的推广条件，在超大规模集成电路、压缩算 法及视觉生理研究取得了突破性进展和关于视频会议的一系列国际 标准的相继出台，以及各种图像实时处理芯片纷纷推出后，视频会 议系统的实用化才得到长足的发展。 “视频会议系统”有时又被称为“电视会议系统”， 6 】是指两个 或两个以上不同的个人或群体，通过传输线路及多媒体设备，将声 音、影像及文件资料互传，达到即时且互动的沟通，以完成会议目 的的系统设备。 多媒体视频会议系统实质上是多媒体计算机技术与通信技术相 结合的产物。它作为多媒体通信技术的一个重要组成部分，正随着 波及全球的信息高速公路的兴起而飞速发展起来。通过多媒体技术 和网络通信技术的支持，视频会议系统为身处异地的人们提供了一 个相互讨论问题，并进而协同工作的环境。它集计算机的交互性、 通信的分布性，以及电视的真实性为一体，具有明显的优越性，因 而成为当今计算机领域的一个研究热点。 4 北方交通大学硕士论文 下图是一个典型的视频会议系统示意图： 圈1 1 税颠鑫议蔗统m 嚣幽 视频会议系统多媒体信息的强大表现力和计算机的交互、管理 能力，极大地方便了与会者。在会议发起时，计算机负责用户间的 联络( 包括发送邀请、处理回执等) ；在会议进行中，可自动处理用 户的加入和退出，为用户灵活地参加会议提供了方便。这种会议系 统不仅能实时地传输与会者的声音与影像，产生面对面讨论的感觉， 而且可以将会议上讨论的内容与这些信息的传输结合起来，便于计 算机完成一些事务性工作，减轻与会者的负担。在会议进行过程中， 用户还可以通过数据库查找会议中要用到的资料，建立会议的目录， 记录会议的进展，以便归档保存，供以后查询。 视频会议系统不仅为面对面( f a c et of a c e ) 交谈提供手段，而 且有效支持群体协作，这主要表现在以下方面。提供共享工作空间： 提供足够的视频音频通信能力，使人们尽量以面对面方式进行交互； 在交互过程中，控制和协调相关用户之间以及用户与系统之间的关 系。提供共享信息空间：人与人之间交互式数据交换与操纵；同时 支持个人与群体工作，并且可以在两者之间交换信息。 北方交通大学硕士论文 1 2 视频会议系统接续网关的作用 1 2 1 视频会议系统国际标准 9 0 年代以来，视频会议业务得到了蓬勃的发展，其发展速度异 常迅猛，这不仅仅是因为视频会议业务突出的优越性已充分地被人 们所认识，另一重要因素是有关它的i t u 标准的制定，为推广该种 业务起到了关键的作用。遵从i t u 标准的不同厂商产品之间都可通 过呼叫来建立联系，且具有透明的互用能力。其h 3 2 x 标准能使遵 从其的不同厂商的产品设备加入世界上所有的基础设施和通信网络 之中。 能够运行视频会议的通信网络( 传输介质) 有很多种，如：i s d n 、 b i s d n 、l a n 、p s t n 以及a t m 和i n t e m e t 。下表列出了的视频会 议标准或建议，统称为h 3 2 x 。其中h 2 6 1 、h 2 6 2 与h 2 6 3 为视频 标准，g 7 1 1 、g 7 2 2 、g 7 2 3 、g 7 2 8 以及g 7 2 9 和m p e g ( 音频) 均为音频标准，t 1 2 0 为数据会议系统标准。 5 】表1 - 1 i t u 视频会议标准建议h 3 2 x h 3 1 0h 3 2 0h 3 2 2h 3 2 3h 3 2 4 通信 b i s d nn i s d ni s o l a np s t n 网络( a t m ) 以太网( 局域网) 视频 h 2 6 2h 2 6 1h 2 6 1h 2 6 1h 2 6 1 标准 ( m p e g - 2 1 h 2 6 3h 2 6 3 h 2 6 1 音频 m p e g 1g 7 1 1g 7 1 10 7 1 1g 7 2 3 1 标准 g 7 1 1g 7 2 2g 7 2 2g 7 2 2g 7 2 9 g 7 2 2g 7 2 8g 7 2 8g 7 2 8 g 7 2 8g 7 2 3 1 数据 t 1 2 0t 1 2 0t 1 2 0t 1 2 0t 1 2 0 标准 复用 h 2 2 0 0h 2 2 lh 2 2 1h 2 2 5 0h 2 2 3 h 2 2 l 控制 h 2 4 5h 2 4 2h 2 4 2h 2 4 5h 2 4 5 信令q 9 3 1 2q 9 3 1q 9 3 1 h 2 2 5 0 ( o 9 3 1 ) 北方交通大学硕士论文 其中h 3 2 0 定义了基于窄带综合业务数字网n i s d n 可视会议 系统和终端设备的技术规范，h 3 2 3 定义了在不保证q o s 的局域网 实现视听多媒体通信的系统组件、规程和协议，它的一个主要目的 是满足在l a n 中开展会议电视的需求，实现桌面多媒体通信。 1 2 2 视频会议系统的接续网关 我们室已开发的国家“8 6 3 ”项目n j t u 会议电视系统是我 国较早开发成功的，符合i t u th 3 2 0 标准的会议电视系统。h 3 2 0 会议电视系统是以n i s d n 为传输介质，它可以提供良好的带宽， 最大可以达到2 m b i t s ，可以支持高质量的视频、音频和数据的传输， 延迟时间小，可保证进行交互式会话，这些优点使h 3 2 0 会议电视 系统得到很好的推广，具有很大的市场占有量。以上优点是因为h 3 2 0 终端完全是基于硬件的平台之上，视频、音频的编解码都使用相应 的芯片，网络接口使用专用成帧解帧芯片，这样就要以增加设备的 成本为代价，而且租用i s d n 线路或铺设专网的费用也很高，每增加 一个终端就要很大的投资，而且需要架设专门的线路。但是在h 3 2 0 会议电视的实际应用中很多终端的利用率并不高，在一次会议中并 不是每一个终端都可能发言，也就是说，一些终端只是在列席会议， 或者说在旁听会议。但是从会议组织者的角度来讲，有时希望会议 传达的内容被尽可能多的人知道，或者说希望尽可能多的人列席会 议。 为了解决这一矛盾，也是使我们开发的h 3 2 0 会议电视系统更 加完善，能更好的为用户服务。实验室进行了许多在这方面的探索。 我们考虑到目前局域网的建设已经比较完善，是否能把i s d n 上的会 议引到基于以太网的桌面计算机上来。基于这一思路我们希望开发 一个接续网关，能够截获到h 3 2 0 的码流，打开h 3 2 0 的帧结构， 将其音、视频数据块存入计算机内存中，利用计算机自身的资源， 把声音通过计算机本身的声卡，把图象通过显卡播放出来。这样， 当某一用户希望列席会议时，并不需要一定是一个h 3 2 0 终端，可 以利用这一接续网关旁听会议的进行。在完善以上功能的基础上 我们可以将音、视频打成u d p 的广播包，通过网卡，将它们发给到 局域网、甚至是i n t e m e t 上的其它计算机用户，然后再由接收方通过 本地解码，将声音和图象重现出来。 接续网关示意图见下图： 北方交通大学硕士论文 这一接续网关的研制，也为日后开发h 3 2 0 与h 3 2 3 会议电视 之间真正意义的互通网关进行了有益的尝试。h 3 2 0 终端和h 3 2 3 终 端是基于i s d n 或专网和l a n 或i n t e r n e t 的两个不同的网络环境的 终端，h 2 4 6 建议是实现h 系列终端在各种网络上互通的网关协议， 它规定了网关的主要功能有：提供传输格式间的转换，提供通信规 程间的转换，提供视频、音频、数据格式转换，提供呼叫控制信令 的转换，管理广域网和局域网间流量和t 1 2 0 流路由选择。要实现不 同网络的互通，完成业务协调必须要解决的首要问题是网络码流传 输环境的转换。这一问题在接续网关中应用硬件的f i f o ( 先入先出) 缓存芯片与计算机的d m a ( 直接内存访问) 技术已得到了很好的解 决。 北方交通大学硕士论文 1 3 论文的主要内容和结构 1 3 1 论文工作介绍 对实现h 3 2 0 会议电视接续网关进行了深入的学习与研究。阅 读了h 3 2 0 系列协议中有关帧结构，音、视频编解码，信令转换等 内容。深入研究了开发计算机扩展板的接口技术，掌握了在v i s u a l c + + 环境下进行软件开发的技能。 本论文的工作主要集中在三个方面：接续网关硬件的开发与调 试；基于w i n d o w s 环境的设备驱动程序的开发：接续网关中码流转 换、媒体回放与w i n s o c k 包转发的软件实现。其中硬件的开发工作 是重点与难点。 1 接续网关硬件的开发与调试 网关是不同网络之间的桥梁，网关要对不同网络的媒体流格式 和信令格式进行转换。有了网关的存在，不同终端的互连与互通就 不存在问题了。接续网关的任务是将h 3 2 0 会议电视的2 m b i t s 高速 码流引入到基于桌面计算机的h 3 2 3 会议电视网络中。如何通过计 算机总线将h 3 2 0 系统2 m b i t s 的高速码流采集到内存中，是接续网 关需要解决的最重要的问题。 由于h 3 2 0 系统是比较早开发的会议电视系统，当时计算机c p u 速度、总线速度都比较慢，无法实现对2 m b i t s 码流的实时处理，所 以 l 3 2 0 终端都是建立在硬件平台上，使用专用的芯片。随着微电 子技术的发展，计算机的处理速度越来越快，计算机总线已经可以 满足处理高速数据流的要求。我以d m a 高速通道技术为核心，配合 先入先出缓存芯片调节码速率，成功的将2 m b i t s 的数据采集到内存 中，并且完成了对它的实时处理。这一问题的解决是整个接续网关 设计的关键。 在电路的实现上，采用了p l d ( p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e 可 编程逻辑器件) 进行码型转换、专用集成电路芯片的控制和接口驱 动电路的实现。p l d 技术是目前最为先进的数字电路设计技术之一， 可以将以前需要很多小规模逻辑器件完成的工作集成到一块芯片中 完成。而且修改方便，使用灵活。该技术的使用克服了分离电子元 件设计繁琐，修改不便，占用面积大等缺点，完美的实现了逻辑优 化控制。 9 北方交通大学硕士论文 2 基于w i n d o w s 环境的设备驱动程序的开发 由于设计的硬件平台必须工作在w i n d o w s 9 x 环境下，并且要使 用网卡、声卡等设备完成接续网关的功能。因此开发了w i n d o w s 9 x 下的设备驱动程序v x d ( v i s u a ld e v i c ed r i v e r 虚拟设备驱动) 。由于微 软公司不公开底层代码，导致了有关设备驱动程序开发的资料相当 有限，也因为我对i n t e l 处理器没有较深入的理解，缺少操作系统的 开发经验，所以在开发过程中几经周折，花费了不少时间进行实验 与调试。这部分工作的难点在于对w i n d o w s 9 x 底层操作系统的深入 了解，包括地址空间，保护机制，资源加锁，进程间通信等。 设备驱动程序通过虚拟d m a 通道，虚拟中断端口，完成了对硬 件设备的控制。通过对异步事件的处理，r i n 9 3 和r i n 9 0 之间事件的 信号态进行通信，实现了整个接续网关系统的实时工作，保证了码 流顺畅的传输、回放。 3 接续网关中媒体回放与w i n s o c k 包转发的软件实现 在应用程序中，需要提取码流中的音、视频数据进行适当的格 式转换，本地解码。然后以w i n s o c k 数据包通过以太网发到h 3 2 3 的终端上。也可以直接在本地进行媒体的回放。 这部分工作的难点在于音频码流的接收速度与声卡回放速度间 的协调问题。在接续网关本地接收h 3 2 0 高速码流时和在h 3 2 3 终 端接收w i n s o c k 数据包时都存在这一问题。我采用了音频双缓冲区 的机制，并且在帧与帧搭接处与缓冲区交换处，通过对不同情况采 取相应操作的办法，使声音尽可能的流畅播放。 1 3 2 论文结构安排 论文章节的结构安排如下： 第一章概述。论述了作为视频会议系统一部分的接续网关，其 研究背景和开发意义。 第二章视频会议接续网关的原理。研究了基于i s d n 的会议电 视标准h 3 2 0 与基于l a n 的会议电视标准h 3 2 3 。详细论述了h 2 2 1 协议规定的6 4 - 1 9 2 0 k b i t s 信道帧结构。最后阐明了接续网关的主要 功能和实现机制。 第三章视频会议接续网关的硬件研制。这部分主要论述了硬件 平台中各个模块的实现。利用e p l d 技术对整体电路的控制。 第四章接续网关驱动程序的研制。这部分主要论述了虚拟设备 i o 北方交通大学硕士论文 驱动程序的开发原理，w i n d o w s 对硬件的管理机制和工作原理以及 接续网关驱动程序的开发过程。 第五章接续网关软件平台的研制。这一章包括了两方面的内 容。一是如何实现音频码流的实时回放。二是通过w i n s o c k 数据包 将解码后的音、视频信息与格式转换后的信令发往h 3 2 3 终端。 第六章论文总结及下一步工作计划。讲述了工作的进展情况及 下一步的工作安排。 北方交通大学硕士论文 第二章视频会议接续网关的原理 2 1 h 3 2 0 标准结构 h 3 2 0 标准是视频会议中最重要的标准之一，这个标准包括视 频、音频的压缩和解压缩，静止图像、多点会议、加密及一些更新的 特性。 2 1 1 h 3 2 0 结构示意图 h 3 2 0 标准 5 中包括h 2 0 0 系列标准和t 1 2 0 系列标准。h 2 0 0 系列指的是视听业务( a u d i ov i s u a ls e r v i c e ) ，具体来说是以传送活动 图像为主的通信业务。t 1 2 0 系列主要针对声像业务( a u d i og r a p h i c s e r v i c e ) ，即传送静止图像的通信业务。 h 3 2 0 系列标准可以分成六个部分：通用体系、音频、多点会议、 加密、数据远端摄像机控制f e c c 、i 1 2 0 数据会议。见以下互操作 示意图：【5 】 h3 2 0 标准 通用体系jl 音频ll 多lj 加 密 h2 2 1 “j7 0 4 ) 馘封拘 h 2 ，o j 璺制靛捏 hz 4 2 点劐点控糊艚柱 h z5 l 税强蒜玛 g7 1 l 量抽，融h z ( | - 6 4 k b i ) g 7 2 2 音抽7 k h z hb 一“， g7 2 0 青抽1 s l h l ( i 让b ，) h2 3 l 争点技术最鲁 h 2 4 ， 多点控制把程 数据f e c c ll t1 2 0 hz 2 4 ( h d l l 童时控制趣程 丑2 l ( 1 1 f e c c ) 近蠕艰4 机 控翻埘程 h2 3 4 阻k e r j 密铜f 理 智2 一li t 8 2 0 互操作性示意图 1 2 北方交通大学硕士论文 组成部分标准名称该标准主要内容 通用体系 h 2 2 l 视频会议中6 4 1 9 2 0 k b s 信道的帧结构。 g 7 0 4 有关p c m 3 0 路帧结构内容。 h 2 3 0 视频会议的帧同步控制和指示信号c & l ，负责处 理基于h 3 2 0 的c o d e c 之间传送的控制信息 h 2 4 2 关于建立使用2 m b s 以下数字信道的视听终端间 建立通信和设置呼叫的通信系统，定义了基于 h 3 2 0 设备之间传送压缩视频及音频信号的协 议，实际上是端到端之间的互通规程。 h 2 6 l 关于p x 6 4 k b s 视听业务的视频编码解码器。 音频 g 7 一种脉冲编码调制的音频编码方式，数据速率为 4 8 - 6 4 k b s 。 g 7 2 2 一种自适应差分脉冲编码的音频编码方式，数据 速率为4 8 - 4 k b s 。 g 7 2 8 一种低时延码本激励线性预测音频编码方式，数 据速率为1 6 k b s 。 多点会议 h 2 3 1 用于2 m b s 以下数字信道的视频会议系统中的 m c u ，定义了什么是m c u ，及它如何连接3 个 或多个基于h 3 2 0 的c o d e c 以组成个多点会 议。 h 2 4 3 利用2 m b s 信道在2 3 个以上的视听终端建立通 信的方法实际上为多个终端与m c u 之间的通 信规程，是h 2 3 l 的一个补充。 加密h2 3 3 提供了基于h 3 2 0 设备线性加密的3 种不同方法 的选择，数据加密标准( d e s ) 主要用于美国，f e a l 主要用于日本，b c r y p t 主要用于英国。 h 2 3 4 即h k e y ，是密钥管理标准，确定了如何在不同 f h k e y ) 点之间传送密钥及一些其它的管理问题。 数据 h 2 2 4 全称为“使用h 2 2 1 l s d h s d m l p 信道的单工 伊e c cf h d l l ) 应用的实时控制协议”，提供了诸如使用h 2 2 1 和h 2 4 3 中定义的l s d ，h s d ，m l p 信道的单工，低 时延应用，它为远端摄像机控制提供了一个简单 而灵活的协议。 h 2 8 1 为采用数据链路协议的视频会议远端摄像控制规 h f e c c 程，它涉及到支持远端摄像机控制协议标准的过 程元素和字段的格式，f e c c 协议在h 2 2 4 建议 规定的数据链路协议之上，利用h 2 2 4 才能实现。 一1 2 0 用于声像和视听会议的一系列标准。 其它 g 7 0 3 脉冲编码调制通信系统网路数字监控参数。 g ，7 3 5 工作在2 m b s 并提供同步3 8 4 k b s 数字接入和，或 同步的6 4 k b s 数字接入集群复用设备的特性。 北方交通大学硕士论文 为了使读者对h 3 2 0 框架协议有个更清晰的层次结构，下图给出 h 3 2 0 层次结构框架图。由图可以看出，h 2 0 0 系列标准在h 3 2 0 框 架中有着举足轻重的地位，这些标准之间的关系是彼此贯穿、相互支 持，其规范严谨，实用性很强。 台说应用和用户鼻面 前詹a e c关t 时 赴赴 a o c 棚应用 文件共享应用 理理 噪声抑制 h h h h07 1 1 h2 l 工1 2 6t 1 2 7 ： h2 6 lg7 2 2 j 荩蠕噩像控制 t 12 3t 1 2 4 l k22 ( v l d e 0 ) g7 2 8 o e44 ( a u d i o ) h2 2 4t12 3 c t l y23 h2 3 3 加 密( d e s p e a l ，b c r y p t ) n q d h2 2 1比特流协议和成帻( g7 0 4 ) 传送( i s d n 、5 6 k b s 交换阿、d d n 等) 朋2 - 2h 3 2 0 屡砍结槽栝槊图 2 1 2h 3 2 0 视频会议中6 4 1 9 2 0 k b s 信道的帧结 构 在h 3 2 0 会议电视系统中，各种媒体信号是以时分复用的方式在 信道中传输的。它的视频、音频、数据和控制信号按一定时间顺序发 送到信道上。这种码流结构就是h 2 2 1 建议中规定的会议电视信道的 帧结构。实现会议电视网关的首要任务就是打开h 2 2 1 的帧结构，将 h 2 2 1 的串行码流采集到计算机内存中，所以下面详细论述一下h 2 2 l 建议及其帧结构。 h 2 2 1 【6 】是针对窄带i s d n ( n 1 s d n ) 的视频会议信道而指定的。 它是建立在p c m 基群帧结构基础上。基群帧结构中每帧周期为 1 2 5 u s ，包含3 2 个时隙，即时隙0 到时隙3 l 。每个时隙由8 比特组 北方交通大学硕士论文 成，因此每个时隙的信道容量为6 4 k b i t s ，即通常所说的一个数字话 路。其中第0 号和第1 6 号时隙留作p c m 系统使用，其余的各个时 隙都可以按照h 2 2 1 建议的方法以不同的组合供不同速率的会议电视 使用。 在h 2 2 1 的帧结构中，可将p 个时隙分配给用户使用，这里p = i ， 2 ，3 0 ，这就是通常所指的p x 6 4 k b i f f s 。在p 个时隙中，至少有 一个起始时隙( 或起始通道，通常放在开头的一个时隙) 。其信道的 构成如下图所示， 比铸镐号 l2；45678 ( s c ) ls 比狰组靖导 f a s 8 子子平 子予子早 信信信信信信信 b a sl6 l 道道道道道 遘道 e c s 抖 2 5 子 ，1，2# ， ，45，6，7 信迢 s 0 ，s 睡示说明 s e 一公务信道 f a s 一敢窟盘信号 b as 一比特丰分匠信号 耳c g 一加密信号 圈2 3 起始遣遣( 6 4 k b s ) 慎结构 它是一个包含s c ( 公务子信道) 的b ( 6 4 k b i t s ) 通道，这种包 含s c 的b 通道叫做“起始通道”或“i 通道”。【1 】在以p x 6 4 k b i t s 速 率传输时，不管采用几个时隙，必须至少包含一个i 通道。图中每一 行从左到右为一个i 信道的8 比特组，连续8 0 个p c m 帧中的时隙l 组成了一个h 2 2 1 帧，可见h 2 2 l 的一帧并不是在时间上连续排列的。 每两帧组成一个h 2 2 1 的子复帧，其中一个是偶帧，一个是奇帧。8 个子复帧组成一个h 2 2 1 复帧。每个时隙的比特组成了一个子信道， 这样总共有8 个子信道。子信道1 到子信道7 可作为视频、音频或数 据的承载信道。第8 个子信道用来作为公务信道( s c ) ，主要用来承 载端到端信令。其中1 8 比特为帧定位信号( f a s ：f r a m ea l i g n m e n t s i g n a l ) ，9 - 1 6 比特为比特率分配信号( s a s ：b i t r a t e a l l o c a t i o n s i g n a l ) ，1 7 2 4 比特为加密控制信号( e c s ：e n c r y p t i o nc o n t r o ls i g n a l ) 。 北方交通大学硕七论文 s c 信道中除f a s 、b a s 、e c s 所占据的2 4 比特外，其余5 6 比特又 称为辅助数据信道( a c ：a u x i l i a r yc h a n n e l ) 。它可用于携带用户的 远程数据信息或遥控信息，不用时可以被其它信息占用，如图像信息 或语音信息。 由此看来，h 2 2 l 的帧结构是一种二维方式的帧结构，由于s c 信道只占用每一p c m 帧中的一比特( 而且还不是都有，8 0 帧中只占 1 6 或2 4 比特) ，f a s 和b a s 码字只占总传输字的2 5 ，所以这种 同步系统的效率很高，工作非常稳定。 视频会议( 6 4 1 9 2 0 k b s ) 的信道帧结构包括单路b ( 6 4 k b s ) 、多 路b ( 即2 6 b ) 、单路h o ( 3 8 4 k b s ) 、多路h o ( 即2 5h 0 1 、4 l l ( 1 5 3 6 k b s ) 、h i2 ( 1 9 2 0 k b s ) 等信道帧结构。该帧结构应能使多路b 、 h o 同步复接。 单路h o ( 3 8 4 k b s ) 、h ”( 1 5 3 6 k b s ) 、片1 2 ( 1 9 2 0 k b s ) 信道帧结构 如下图所示：。 圈2 4 1 1 日一扣i rh 1 t 信谨帧绪构 6 北方交通大学硕士论文 n = l 时为单路h o ( 3 8 4 k b i t s ) 信道，此信道由6 个( 其中包括t s i ) 6 4 k b s 信道组成，上述的f a s 、b a s 、e c s 信道只有t s l 信道才发 送。对于多个h o 如3 个h o 等连接时，在每个h o 的t s l 含有s c 信道，其它t s 不含有s c 信道。 n = 4 时为h 1 ( 1 5 3 6 k b s ) 信道，此信道由此2 4 个6 4 k b s ( b ) 组成 此信道( 】) 中，仅t s l 信道才含有s c 信道。 n = 5 时为h i 2 ( 1 9 2 0 k b s ) 信道，由3 0 个6 4 k b s 信道组成，仅t s l 信道才含有s c 信道。 在p c m 3 0 路信道上丌通视频会议业务，其信号帧结构如图： 5 】 叶& “序量 il 3 i 湖甄z i z 【乙磊互互巫2 2 国豳刁z 基复夏! 眨噬幽团荔丕丕荭茧召刁 - ) i t 3 i t i ， ii l1 2 l t 透丕砭砭蔓黝型- l 堑笆筮j = 崖l 羽羽銎d 荔刁z z 眨翌透 r 工 ) 4 4 k b “， i， i ，t 迎互砭毋乃万砭! i = 丁工= = 濒面万霞团丕冱j 盏 工u ：口 c ) n 3 1 4 k b l l “ i， l 2 】 嚣基z 芝k 复2 翻二二 j 芒 至丞互三i 刁趸盈4j 丁丁丁_ ：1 _ 1 囟壹墨才f n j = 口二l ：工并谚卤= ：l 工口= | = 了二l 了3 i j ，曲i i ，o 圜帧崖蚀圈口空 田苗+团- 艇凼曩舡“ 孵2 一s 2 0 4 8 k b i t i 线j l - 上1 4 z ) 1 4 k b l i l l h - i - 5 遣率的愦站掬 为说明它的形成，可作如下解释。 符合i t u t g 7 0 4 标准的p c m 3 0 路帧结构如图 北方交通大学硕士论文 1 6 托站戍一个堑帧l2 ：础 i f l i 毪i f t 1 日j 圪| j 弓 f ijf f 巳l r tj f 1 ，i ；i 叱i 耳；i i 3 3 时敲组成一帔- j ? 5 一 i 氇 碍，鼍l i 琏。；强。! 玛i i 。j 强，i 强。i 码：j p m；l_ ， ”。 i = 二，一一 lo ：| l 凡 od j丸l ： l j 一 小吲小i 3 l 孰空虚斟一0 量哦定芷j h 麒： t _ - - ，、，7 、 f 箍器署 、嘣插州砗j 咀f ；i 用rbdbdn鹕蚪 ，( 智定知i ) 也可玎】平c r c rc 壬【l 一c h 一 攫蚂倥 嚣并m 废 a j 。f c ja ，小 c 川 1 1 1 | a | | l k 】i i 。 1 e i 型；蚓 - 吼_ 吼，一 i 倍埔 1 p “ bhd 一叽5 一一m ”一 圈2 6p 洲8 0 帧结构 实际使用的p c m 3 0 路帧由3 2 个时隙组成，编号为t s 0 t s 3 l 。 t s 0 主要用于传送帧同步码或称帧定位码，这里所指的帧定位是指 p c m 3 0 路一帧的定位，而不是指h 2 2 l 帧结构中的帧定位f a s 。一 个复帧包含1 6 个子帧，编号为f 0 f 1 5 ，时间长度为2 m s 。每帧的 t s l 6 用于传送信令，包括复帧定位信号及随路信令，而视频会议端 到端的信令标准为h 2 3 0 ，主要在s c 信道的b a s 位置上传送。除 t s 0 、t s l 6 外其它的3 0 个时隙用于传送话路及其它业务信息。 如果利用p c m 3 0 路( 2 0 4 8 k b s ) 嗣：通2 m b s 视频会议业务，亦即5 3 8 4 k b s ( 5 h o ) = 1 9 2 0 k b s ，此时，t s l t s l 5 ，t s l 6 t s 3 1 可安 排h 2 2 1 的帧结构的时隙，即h 2 2 1 帧结构的t s l ( 含s c 信道的f a s 、 b a s 等) 安排在p c m 3 0 路帧结构的t s l 位置上，p c m 3 0 路帧结构 的t s 2 t s l 5 、t s l 7 t s 3 l 可安排h 2 2 1 帧结构中图像、语音、数 据等信息所占据的时隙。 北方交通大学硕士论文 2 2 h 3 2 3 标准结构 h 3 2 3 标准是专为在已有的局域网上运行多媒体系统而设计的。 它描述了将实时的语音、图像、数据传输到p c 机和视频电话中所需 要提供的设备和服务。h 3 2 3 与现有的局域网网卡、集线器、交换器 以及路由器具有良好的兼容性。 实际上，h 3 2 3 标准可用于任意分组交换网，与底层物理层无关。 网络应提供可靠的传输机制( 如t c p ) 和不可靠的传输机制( 如u d p ) 。 可靠的传输机制用确认和重传方式保证分组的正确传输，而不可靠的 传输机制尽量传输分组而不纠错。典型的一个例子是运行t c p i p 或 i p x s p x 协议栈的以太网。该标准独立于网络拓扑结构。h 3 2 3 终端 可以是星型结构或多路结构，通过集线器、桥、路由器、拨号连接进 行通信。 h 3 2 3 标准提供多层次的多媒体通信。这些层次结构包括局域网 上声音通信、视频通信以及数据通信。视频、声音、数据通信将桌面 上可用的相互协作工具提高了个层次。无需预先安排，点播型交互 式多点多媒体会议可很容易建立起来。在共享数据的同时，用户可互 相听到和看到对方。 发展h 3 2 3 系统的个主要目的是同其它终端的互操作性。这包 括运行在n i s d n 上的h 3 2 0 终端、b i s d n 上h 3 2 1 终端、i s o 以 太网上h 3 2 2 终端、p s t n ( g s t n ) 上h 3 2 4 终端以及a t m 上h 3 1 0 终端。这种互操作性通过运用公用规程和消息来完成，用网关来执行 互操作时网络转换和信令翻译。 2 2 1h 3 2 3 标准层次结构 h 3 2 3 是一个伞式标准，它参考了其他 t u t 标准。h 3 2 3 提供 了系统和组件描述，呼叫模型描述以及呼叫信号处理。下图给出了 h 3 2 3 层次结构框架图。 北方交通大学硕士论文 音颤栈躺 终端 散撂 应用应甩 应用 控制和管理 g7 l lh22 5oh2 2 5oh2 4 5 g7 2 2h2 5 l 信号呼叫控制 t 12 g 72 ；oh 26 3r 了c pr a8 信道信道 g7 2 s 信道 4 g7 2 ， r 工px2 2 4 0 缎 t1 2 不可靠 f 输d p )可靠搀输【了1 2 t ) 眄络屡f i t , )t 】2 链砖岳( i f e bs0 23 ) 妨疆层( i 皇e bs0 2 ；) 圈2 - 7 h 8 2 8 屡欢结幸鲁框槊固 该框架主要包括以下内容：【5 】 h 2 2 5 0 描述了媒体( 音频和视频) 流打包，媒体流同步、控制 流打包、以及控制消息格式。 h 2 4 5 描述了用于打开和关闭传输音频、视频和数据的逻辑 信道以及容量交换、模式请求、控制和指示。 这两个标准用于控制h 3 2 3 设备的操作和h 3 2 3 终端间通信。 在音频压缩中，g 7 1 1 是必需的，而g 7 2 2 ，g 7 2 8 ，g 7 2 3 1 和 g 7 2 9 是可选的。 在视频压缩中，h 2 6 1q c i f 方式是必需的，而h 2 6 1c i f 和 h 2 6 3 所有图像格式是可选的。 t ，1 2 0 系列标准用于数据应用，包括 i 1 2 3 ，t 1 2 4 ，t 1 2 5 等。 h 3 2 3 基于i e t f 的r t p r t c p 协议。 2 2 2h 3 2 3 终端结构 h 3 2 3 终端提供实时双向的音频、视频和数据通信。该标准定义 了呼叫信号、控制消息、复用、音频c o d e c 、视频c o d e c 和数据 协议。下图给出了h 3 2 3 终端的图例。