（控制理论与控制工程专业论文）基于tcpip网络的嵌入式平台上的视频会议系统.pdf

两北丁业大学硕十学付论文摘要 摘要 网络技术和多媒体技术的迅速发展，促迸了网络多媒体流传播技术的进一步 发展。视频会议系统是网络和多媒体这两种技术的有机结合，它能够使身处异地 的用户足不出户就可以在网络上进行各种信息的交互。如何在有限的网络资源环 境下，满足视频会议的实时性、连续性、安全性、扩展性、可维护性等方面的要 求，已成为视频会议系统开发所关注的焦点。 本文通过对视频会议系统的体系结构、多媒体流的编解码技术、多媒体流通 信协议和组播技术研究，利用h 3 3 2 协议规范、i p 组播技术和r t p 协议，提出 基于嵌入式操作系统的分布式、松耦合体系结构的视频会议系统模型。多媒体的 传输采用基于i p 网络的组播通信技术，这些信息只在一个组内进行传输，源端 只发送一次数据分组，再由路由器向属于该组播组的成员进行转发。 本文提出的分布式、松耦合体系结构的视频会议系统模型具有以下功能：1 ) 番视频通信；2 ) 聊天、电子白板、文件传送与应用程序共享；3 ) 会议控制与管 理服务。各个功能的实现采用模块化编程思想，包括四个模块：会议管理模块、 音视频处理模块、多媒体传输模块以及网络质量控制模块。会议管理模块负责会 议的发起、会议的开始、会议发言权的控制、会议的结束等，整个会议过程由会 议主席控制。音视频处理模块负责音视频的采集、编解码和回放，该模块是多任 务的，采用多线程机制柬实现，将音频流设有较高的优先级，来保证声音的流畅 性。多媒体传输模块针对不同的媒体流采用不同的传输方式：实时性要求不高的 文本类信息和控制信令采用可靠传输协议t c p 来传输；而实时性要求较高的音 频和视频则采用r i p r t p u d p 协议进行传输。这种分开传输的方式避免了音 视频的重传，减轻了网络的负担，并能保证视频会议的质量。 本文设计的视频会议系统将现代多媒体技术、通信技术与嵌入式技术相融 合，缩小了视频会议系统的体积，加快了处理速度，增强了系统的实时处理能力， 提高了系统的扩展性。 关键词：嵌入式h 3 3 2 协议l p 组播 两北r 业人学硕十学仃论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dm u l t i m e d i a ，t h et r a n s m i s s i o no f m u l t i m e d i as t r e a mh a sm a d eg r e a tp r o g r e s si nr e c e n ty e a r s v i d e o c o n f e r e n e ei sa c o m b i n a t i o no fn e t w o r ka n dm u l t i m e d i a ，w h i c hc a nm a k ep e o p l e ，w h oa r ei nd i f f e r e n t a r e a ，f r e eo f c o m m u n i c a t i n g t h e r e f o r e ，h o wt om e e tr e q u i r e m e n t so f r e a l t i m eq u a l i t y , c o n t i n u i t y , s e c u r i t y , e x p a n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yi st h ef o c u s o fd e v e l o p i n gv i d e o c o n f e r e n c es y s t e mi nt h el i m i t e dn e t w o r kr e s o u r c ec o n d i t i o n i nt h i sp a p e r , as o r to fd i s t r i b u t e da n dl o o s e c o u p l i n gv i d e o c o n f e r e n c eb a s e do n e m b e d d e ds y s t e mi sd e s i g n e dt h r o u g ht h er e s e a r c ho fs t r u c t u r eo fv i d e oc o n f e r e n e e ， m u l t i m e d i as t r e a m c o d e d e c o d e t e c h n o l o g y , m u l t i m e d i as t r e a mc o r r e s p o n d i n g p r o t o c 0 1 m u l t i c a s tt e c h n o l o g y t h em u l t i m e d i ai st r a n s p o r t e db ym u l t i e a s tb a s e do n i pi n t e m e t c o n s e q u e n t l y , t h em u l t i m e d i as t r e a mi st r a n s m i t t e di no n et r o o pa n ds e n t o n c ef r o mt h es e n d e r i nt h ef o l l o w i n g i ti ss e n tt ot h em e m b e r si n t h i st r o o pb yt h e r o u t e r i n t h i st e x t ，as o r to fd i s t r i b u t e da n dl o o s e - c o u p l i n gv i d e o c o n f e r e n c eb a s e do n e m b e d d e ds y s t e mi sd e s i g n e d i th a ss e v e r a lf u n c t i o n s ，s u c ha sa u d i oa n dv i d e o c o r r e s p o n d e n c e 十c h a k ，w h i t e b o a r d ，d o c u m e n t a t i o nt r a n s m i s s i o n ，a p p l i c a t i o as h a r i n g a n dc o n f e r e n c ec o n t r o l l i n ga n dm a n a g i n g , w h i c ha r er e a l i z e dt h r o u g hb l o c k i n g p r o g r a m t h ev i d e o c o n f e f e n c eh a sf o u rf u n c t i o nb l o c k st h a ta r ec o n f e r e n c em a n a g i n g ， a u v i d e o d i s p o s a l ，m u l t i m e d i a t r a n s f e r sa n dq u a l i t y c o n t r o l l i n g o fn e t w o r k c o n f e r e n c em a n a g i n gb l o c kc a nl a u n e hac o n f e r e n c e ，s t a r tac o n f e r e n c e ，c o n t r o lt h e s a y s oa n de n dac o n f e r e n c e p r e s i d e sc a nc o n t r o lt h ew h o l ep r o c e s so fac o n f e r e n c e a n dm a n a g eo t h e rp a r t i c i p a n t s a u v i d e od i s p o s a lb l o c ki m p l e m e m sa u - v i d e op i o k - u p a n dp l a y , a n - v i d e oc o d ea n dd e c o d e a u v i d e od i s p o s a lb l o c ki sm u l t i t a s k i n ga n d r e a l i z e db a s e do nm u l t i t h r e a d i n gm e c h a n i s m i tg i v e st h ea u d i os t r e a mt h eu p p e r p r i o r i t yt oe n s u ef l u e n tv o i c e a d d r e s st ot h ed i f f e r e n tm e d i as t r e a m s ，m u l t i m e d i a t r a n s f e r sb l o c ku s e st h ed i f f e r e n tt r a n s m i s s i o nm o d e s t h et e x tf i l ea n dc o n t r o l l i n g i n f o r m a t i o ni st r a n s p o r t e db yt c pp r o t o c o l ，h o w e v e rt h ea u d i oa n dv i d e os t r e a mi s t r a n s p o r t e db yr t c p m 呵p f u d pp r o t o c 0 1 t h i sd e t a c h e dt r a n s m i tm a n n e rc a na v o i d t h er e t r a n s m i s s i o no fa u d i oa n dv i d e o ，a l l e v i a t et h eb u r d e no fn e t w o r ka n dg u a r a n t e e t h eq u a l i t yo f v i d e o c o n f e r e n e e i nt h i sa r t i c l e t h ed e s i g nv i d e o c o n f e r e n c ei st h ef u s i o no fe m b e d d e ds y s t e m ， c o m m u n i c a t i o na n dm u l t i m e d i a t e c h n o l o g y i n t h i s w a y , t h ev o l u m e o f v i d e o c o n f e r e n c ei ss h o r t e n e d ，t h er u n n i n gs p e e di sq u i c k e n e d ，t h er e a l - t i m ed i s p o s a l a b i l i t yi st o n e du pa n dt h es y s t e me x p a n s i b i l i t yi se n h a n c e d k e y w o r d s ：e m b e d ，h 3 3 2p r o t o c o l ，i pm u l t i c a s t 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定即：研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印僻和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分f i ! | 容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：重盈圣 叼年争月y 日 指导教师签名：i 邀 ，1 闪r 年 朗厂日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德。本人郑重声明：所早交的学位论文t 是本 人在导师的指导f 进行研究i = 作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引p t 的内容 承i 致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成 果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：t 霆矗盎叁 0 7 年仁月厂日 两北f 业人学硕十学付论文 第一章 旨论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 随着计算机技术、通信技术和多媒体技术的发展，通过网络来实现语音、视 频和数据等业务的通信变得越来越容易，因此促进了视频会议的进一步发展。视 频会议不仅可以使身处异地的人们面对面的进行交谈，还可以让与会者在开会的 同时方便地处理其它日常工作。 随着i p 网络通信技术的发展，通信方式也发生了很大的改变，一种新的传 输方式一组播越来越多的用于多媒体的传输。组播是一种“一对一组”的通信方 式，也就是说只要加入同一个组的成员都可以收到发送方发送的数掘分组，而且 网络中的交换机和路由器只向有需求的成员发送数据，主机可以申请加入或退出 这个组。这种传输方式能一次将数据传输给多个需求者，减轻了服务器的负担。 传统的视频会议大多通过硬件实现，而且传输方式采用单点传输，造成了资 源浪费和网络拥塞，并且会议一次投入的成本也很高，扩展性不好，使得视频会 议不能得到广泛的应用。本文设计了一套基于嵌入式纯软件的视频会议系统，系 统模型采用基于h 3 3 2 协议的松散耦合、分布式结构；采用g 7 2 3 1 编码标准 压缩语音信号和h 2 6 4 编码标准压缩视频信号；多媒体的传输方式选用组播方 式，只给加入会议组的成员传输视频信息。该系统解决了传统视频会议成本高、 实现难、扩展性不好的问题。 1 2 发展现状 视频会议系统最早是由贝尔实验室研制出来的，在7 0 年代就已经有多个视 频会议系统投入使用，但由于其主要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【l 】。同 时各家制造商的编解码都采用自己的标准和算法，没有一个可以共同遵守的公共 标准。这就给不同制造商之间的互联互通造成困难，影响了视频会议的实际应用 发展。到1 9 9 0 i t u - t h 3 2 0 标准的推出，才结束了这种混乱无序的状态。 近几年来，随着网络技术的发展，以及i s d n 、d d n 、v p n 、a t m 等交换技术的 1 两北t 业人宁硕十宁何论文 第一章绪论 应用，视频会议系统的应用越来越广泛。同时多媒体处理技术也走向了国际标准 化，音视频编解码技术趋于成熟，这些进一步促进了视频会议的发展。 视频会议的发展大致经历了以下几个阶段”】。 ( 1 ) 2 0 世纪6 0 年代至8 0 年代的模拟技术视频会议。早在2 0 世纪6 0 年代， 就已经有了视频会议系统的研究，当时美国电报电话公司曾推出模拟可视电话系 统。1 9 6 4 年，世界上最早的模拟技术可视电话- p i c t u r ep h o n em o d - i 诞生于美国 贝尔实验室，采用了图像和话音分时传输的方法，传输宽带为3 0 0 3 4 0 0 h z 。后 来经过改进成为p i c t u r ep h o n em o d i i ，带宽高达i m h z ，并用于匹兹堡和芝加 哥之日j 的商业通信，但因为这种模拟传输的可视电话系统费用昂贵，商用业务最 终被迫停止。 进入2 0 世纪7 0 年代，由于相关技术领域的不断进步，最主要是数字式传输 的出现，传统视频会议系统所用模拟信号的采样和变换方法得到极大的改善，数 字信号处理技术逐渐成熟。对数据压缩的研究生成了视频会议产品的核心技术 一c o d e c ( c o d e f f d e c o d e r ) 。 进入2 0 世纪8 d 年代中期，由哥d e e 制造技术的提高，体积在急剧减小，r 与此同时，数字式网络发展也非常迅速，开始出现更低速率的网络服务。另外， 技术的进步也使得c o d e c 价格大幅下降。视频会议系统逐步进入市场，但当时 只限于高档的视频会议系统的应用。 ( 2 ) 2 0 世纪9 0 年代初至1 9 9 5 年基于i s d n 的数字视频会议。这一阶段的 前期是基于s d h 、d d n 网的视频会议，后期主要是基于i s d n 网的视频会议。 2 0 世纪9 0 年代初期，第一代国际标准h 3 2 0 获得通过，不同品牌之间的兼容性 闯题得到了解决。视频会议系统朝着小型化发展，移动型视频会议系统成为视频 会议应用中的主流产品。p c 用于视频会议领域，使得贵族化的技术具有了平民 化的价格。 ( 3 ) 1 9 9 5 年以后基于i p 网络的数字视频会议。2 0 世纪9 0 年代后期，随着 p c 的快速升级，数据存储和处理能力越来越强，信息压缩技术发展迅速，进一 步推动了视频会议系统的发展。目| j i 视频会议技术正在向i n t e m e t 网络上的多媒 体会议方向发展。 随着通信网络运营商宽带业务的拓展以及在保障网络服务质量情况下对核 心宽带骨干网技术的应用。可以预见，网络传输能力将进步提高，从而促进视 频会议系统的快速发展。 通过上面的阐述，我们可以看到视频会议系统技术在未来有如下发展趋势： 1 编解码方式由硬件向软件转化。由于计算机处理速度和附属板卡的处理速 2 两北t 业人学硕十学付论文第一章绪论 度提高，许多需要专用设备进行的数据处理过程可以交由计算机及其内置的通用 板卡来完成，而在效果上没有太大的区别。 2 协议类型从h 3 2 0 向h 3 2 3 转化。在初期，由于i p 协议应用不是很普遍， 基于i s d n 线路，符合h 3 2 0 协议的产品占主要比例。随着近几年i p 协议的普 遍应用和互联网的高速发展。特别是对于宽带网络的应用，符合h 3 2 3 协议的产 品在整体市场中占有的比例急剧上升。 3 市场中心向低价位普通用户市场转移。由于网络条件、技术水平、生产工 艺等因素的变化，视频会议系统已经从高价位专用市场向低价位普通用户市场转 移。现在包括p o l y c o m 、v c o n 等大型公司都有相当的产品定位于中小型企业 用户市场中。 4 流媒体组播技术越来越多的应用于视频会议系统。随着下一代互联网的研 究开发，组播技术将会越来越成熟，由此会使得基于组播的视频会议更加普及， 节省大量的带宽。 5 虚拟合作应用服务成为视频会议面向企业的核心功能之一。大多数跨国集 团和分支机构较多的企业在使用视频会议系统时，除了会议功能外，使用最为频 繁的是虚拟合作。如远程的项目管理、客户服务、技术培训等，这种应用在知识 型企业中尤其明显。 1 3 主要研究内容 本论文来源于陕西省自然基金项目，课题的主要工作是设计一套基于嵌入式 操作系统( w i n d o w sc e ) 的视频会议系统，在现有的i n t e r n c t 网络进行通信。整 个视频会议系统除了能提供音视频信息外，还可以提供文字交谈、应用程序共享、 白板共享等。整个会议过程由主席来管理控制，主席发起会议，当有客户端与主 席端建立连接请求时，主席端检查客户端是否为合法用户，若是则建立连接。主 席端具有优先发言权，拥有发言令牌，与会人员可以申请发言，主席端选定一个 发言人，将发言令牌交给即将发言的与会人员。 论文的主要工作内容如下： 1 视频会议系统体系结构的设计。本文设计的视频会议系统是基于h 3 3 2 协议的分布式、松散耦合的体系结构。系统的各部分进行模块化程序设计，一共 包括四个模块，即会议管理模块、音视频处理模块、网络传输模块以及网络质量 控制模块。会议管理摸块负责整个会议的运行过程。 2 视频会议系统中音视频的编解码。视频编码是整个视频会议系统功能得 3 两北丁业人学硕十学仰论文第一章绪论 以实现的基础，由于i p 视频会议系统需要较强的实时性因此h 2 6 4 是比较理 想的视频编码标准，本文视频的编解码选用h 2 6 4 标准。音频在视频会议系统 中占有的信息量不是很大，考虑到算法的复杂度，选择g 7 2 3 1 标准，它提供 5 3 k b i t s 和6 3 k b i t s 两种码率，采用线性预测综合分析编码方法。 3 视频会议系统中回声的消除。在本系统中主要考虑声学回声，声学回声 消除器由滤波器和算法组成。首先建立一个语音模型来估计回声，通过不断地修 改滤波器系数，使得估计值逼近真实的回声，然后将回声估计值从话筒的输入信 号中减去，从而达到消除回声的目的。 4 视频会议系统中多媒体的传输。由于视频会议需要较好的实时性，在传 输层协议使用具有不可靠传输的u d p 协议来传输音频流和视频流，使用可靠传 输协议( t c p ) 来传输会议数据和控制信令。在u d p 协议层上附加r t p i h c p 协议，r t p 在音视频数据的头部加上时标和序号后发出，在接收端配上适当的缓 存，接收端根掘时标和序号信息复员数据包、记录丢失包并同步音频、视频和数 据。r t c p 负责监视网络质量、网络带宽以及网上传送的信息，并将这些信息反 馈给发送端，发送端根据反馈回来的信息来调整发送的速率。 5 音视频流q o s 的控制。q o s 控制就是使丢包对音频和视频传输质量的影 响降到最低。本系统的q o s 控制模块采用了基于反馈的控制机雠，根据发送方已 发送的数据和接收方接收的数据计算丢失率，判断网络数据的传输情况，当网络 质量下降时，降低发送速率，反之则恢复发送速率。同时控制模块结合了h 2 6 4 编解码器的特点，h 2 6 4 编解码器根据网络的情况自主的调节量化步长来适应信 道编解码，编码器还可以根据网络状况自主地对部分不重要的数据帧不编码，也 不进行传输。 1 4 论文结构 论文分为六章。 第一章着重论述了视频会议系统选题背景以及研究意义和研究现状。 第二章详细介绍了w i n d o w sc e 操作系统的系统架构、对通信技术的支持、 和多线程机制；视频会议系统的终端协议栈h ，3 3 2 以及基于h 3 3 2 协议的i p 组 播视频会议系统模型；i p 组播技术的传输方式、组播地址和组播组管理协议。 第三章首先介绍了音频压缩的基本原理和各种音频编码标准的比较，并选择 g 7 2 3 1 标准进行音频编解码，对音频编解码提出了一些改进措施；其次介绍了 视频信息的编码方法和h 2 6 4 编码标准，对视频编码进行去块效应滤波。 4 两北l 业人学硕十学何论文第一章绪论 第四章首先对音视频流进行分析介绍。音视频和数据信息分别采用不同的传 输方式进行传输，音视频采用无质量保障的u d p 进行传输，而数据信息则采用 可靠传输协议( t c p ) 进行传输；然后设计了视频会议系统中多媒体流传输中的 q o s 的实现策略：最后阐述了音视频同步技术，流内同步采用r t p 协议就可以 实现，流问同步采样同步多媒体语言( s m i l ) 技术来实现。 第五章是本视频会议系统的设计与实现部分，设计并实现了视频会议系统的 音视频处理模块和音视频的传输模块。 第六章为全文的总结，给出了全文的有关结论和今后的研究方向。 5 两- i l l 一业人学硕十学付论文第一二章视频会议系统的芙键技术 第二章视频会议系统的关键技术 本章将主要介绍与论文相关的关键技术，包括嵌入式操作系统( w i n d o w s c e ) 的系统架构、多线程机制和通信机制：终端协议栈h 3 3 2 及其基于h 3 3 2 协议的i p 组播视频会议系统：i p 组播原理、组播地址、组播组管理协议。 2 1w ；n d o w sc e 嵌入式操作系统 2 1 1w i n d o w sc e 概述 w i n d o w sc e 是一个丌放的3 2 位、多线程、多任务的嵌入式操作系统。具有 代码少、响应速度快、实时性强、可戡减可定制等特点，适用于可快速构建内存 少的智能设备和手持设备。它支持多媒体技术和通信技术，提供a p i 束支持视频 和音频。其通信模块是一种分层结构和接口设计。共分为6 层，最底层是o e m 硬件层，顶层是各种网络应用层。中间四层是网络通信的最重要部分，w i n d o w s c e 网络通信模块的结构如图2 - 1 所示。 网络应用层 接口层 协议层 驱动层 图2 1w i n d o w sc e 网络通信模块结构幽 w i n d o w sc e 支持多线程，以抢占的方式调度线程。线程以时间片的方式来 6 两北t 业人学硕十予倚论文第二章视频会议系统的芙键技术 运行。w i n d o w sc e 的进程没有优先级，各进程都是平等的，因此在给线程分配 时问时以线程的优先级为准则，一个线程有8 种优先级【4 】。 w i n d o w sc e 的通信能力强大，支持四种通信a p i ( 1 ) w i n d o w ss o c k e t s ； ( 2 ) 电话应用程序编程接口：( 3 ) 远程访问服务；( 4 ) 串行通信。本文中使用 了第一种通信方式【4 】。 2 1 2w i n d o w sc e 的系统架构 w i n d o w sc e 的系统架构采用分层技术，由底层向上分为四层：硬件层、o e m 硬件适配层、操作系统层和应用层。如图2 2 所示。 应用层包括各种应用程序，通过w i n 3 2 a p i 来获得操作系统服务。w i n d o w s c e 还提供了一个外壳模块，使缛用户可以根据自身硬件系统的需要，利用 w i n d o w s c es h e u a p i 开发自己的s h e l l ，同时还提供了对i n t e r n e t 的开发支持【6 】l ”。 操作系统层是w i n d o w sc e 操作系统的核心，它既为上层应用程序提供服务 和编程接口，也为下层o e m 提供接口和服务i ，j 。 图2 - 2w i n d o w sc e 系统架构 o e m 层分为o a l 和驱动程序两部分主要由片缴支持包代码和板级支持包 代码组成，介于操作系统层和硬件层之间，用来抽象硬件功能，实现操作系统的 可移植性睁1 。 硬件层是w i n d o w sc e 整个系统架构的基础，它主要由c p u 、存储器、i o 7 两北r 业人学硕+ 学付论文第一二章视频会议系统的芙键技术 端口、网卡等组成。对于不同的硬件构成，需要对操作系统进行定制【”。 2 1 3w i n d o w sc e 的多线程机制 在w i n d o w sc e 操作系统里，只有线程有优先级，线程以“时间片”的方式 来运行。一个线程有8 个优先级，分别为t h r e a dp r i o r i t yt i m ec r i t i c a l 、 t h r e a d p r i o r i tj 二劢i g h e s t ，t h r e a d _ p r i o r i tj 二一b o v e _ n o r m a l ， t h r e a d _ p r i o r i t 匕 ) o r m a l ，t h r e a dp r i o r i t y _ l o w e s t ， t h r e a d _ p r i o r i t y _ a b o v ei d l e 、t h r e a d p r i o r i t y i d l e t 4 1 。高优先级 的线程先运行，同等优先级的线程以循环的方式调度运行。如果目前有低优先级 的线程正在运行，而又有高优先级的线程被停止阻塞，则低优先级的线程立即挂 起，将c p u 交给高优先级的线程。 2 1 3 1 线程的创建 在m f c 中，线程的劬建可以壹接使用a f x b e g i r m t _ r e a d ( ) 函数。在w m d o w s 。 a p i 中使用函数c r e a t e t h _ r e a d ( ) 来创建线程。 a f x b e g i n t h r e a d ( ) 函数的定义如下所示： a e x b e g i n t h r e v l d ( a f x _ t h r e a d p r o cp 甜1 1 1 r e a ( p r o q l p v o i dp p a r a m ， i mn p r i o r i t y = t h r e a d p r i o r i t y n o r m a l ， u n i tn s t a c k s i z e = 0 ， d w o r d d w c r e a t e f l a g s = 0 ， l p s e c u r i t 、四r i b u t e sl p s e c u r i t y a t t r s = n u l l ) c r e a t e t h r e a d 函数的定义如下所示： c r e a t e t h r e a d ( l p s e c u r i t y _ a t t r i b u t e sl p t h r e a d a t t r i b u t e s ， d w o r dd w s t a c k s i z e ， l p t h r e a d _ s t a r tr o u t i n ei p s t a r t a d d r e s s ， l p v o i dl p p a r a m e t e r , d w o r d d w c r e a t i o n f l a g s ， l p d w o r d l p t h r e a d l d ) 2 1 3 2 线程的同步 当处理多线程时，会出现多个线程同时访问同一资源的情况，这会导致系统 8 i t 北r 业大学硕十学付论文第二章视频会议系统的关键技术 不稳定，因此必须使用同步技术来协调各线程的活动情况。w i n 3 2 a p i 提供了同 步控制对象来解决共享资源访问冲突的问题。在w i n d o w sc e 中，同步控制对象 包括：互斥体、信号量、事件等。 ( 1 ) 互斥体对象 互斥体对象在它被线程拥有时，处于无信号状态；不被任何线程拥有时，处 于有信号状态。如果一个线程想要访问系统资源，必须首先得到互斥体，在访问 结束时立即释放互斥体。使用互斥体的步骤为： 首先创建互斥体，调用c r e a t e m u t e x ( ) 函数，得到一个旬柄。 h a n d l eh m u t e x = c r e a t e m u t e x ( ) ； 然后在访问共享资源之前调用w a i t f o r s i n g l e o b j i e c t ( ) 函数，将句柄传递给 函数，请求占用互斥对象。 w a i t f o r s i n g l e o b j i e c t ( h m u t e x ) ： 最后释放互斥体的拥有权，线程需要调用r e l e a s e m u t e x ( ) 函数。 r e l e a s e m u t e x ( h m u t e x ) ； ( 2 ) 信号量 使用信号量对象可以限制访问资源的线程的数量，该值在创建对象时就可以 设定。当一个线程请求访问成功后，信号量对象的计数器值减l ，调用 r e l e a s e s e m a p h o r e ( ) 函数后，计数器值加1 。计数器值大于0 时，内核就发出 请求线程可以进入的信号；计数器值等于0 时，请求线程处于挂起状念。信号量 的使用步骤为： 首先创建信号量对象 h a n d l e c s e m a p = c r e a t e s e m a p h o r e ( l p s e c u r i t y _ a t t r i b u t e sl p s e m a p h o r e a t t r i b u t e s , l o n gl l n i t i a l c o t m t l o n gi m a x i m u m c o u n t l p c t s t rl p n a m e ) ； 然后在访问共享资源之| j f 调用w a i t f o r s i n g l e o b j i e c t ( ) 函数，将旬柄传递给 函数，请求占用互斥对象。 w a i t f o r s i n g l e o b j i e c t ( c s e m a p ，) ： 最后当线程访问完共享资源后，释放对信号量的占用。 r e l e a s e s e m a p h o r e ( c s e m a p ) ： ( 3 ) 事件 事件对象用来通知线程或进程某个任务已完成或者出现了什么事件，下一个 9 曲北1 业人学硕十学位论文 第二章视频会议系统的芙键技术 线程可以启动运行。w i n d o w sc e 支持的事件对象的函数有c r e a t e e v e n t ( ) 、 o p e n e v e n t ( ) 、s e t e v e n t ( ) 、r e s e t e v e n t ( ) 和w a i t f o r s i n g l e o b j i e c t ( ) 等。 2 1 3 3 线程的终止 线程终止有两种方式：自动终止和强制终止。函数调用一个线程返回后，线 程自动终止；强制终止是当一个线程在执行的过程中使其终止，强制终止可以调 用函数e x i t t h r e a d ( ) 。函数的形式为：e x i t t h r e a d ( d w o r dd w e x i t c o d e ) 。 2 1 4w i n d o w sc e 的通信机制 基于w i n d o w s c e 的通信程序可以利用w i n d o w s 连网函数建立和终止网络连 接，以及获取m i c r o s o f t 网络的当前配置数据。通过w i n d o w sc e 连网a p i ( w n e t ) 可以访问这些配臀数据【2 3 1 。 w i n d o w sc e 的i s o o s i 模型一共分为7 层，即物理层、数掘链路层、网络 层、传输羼。会话层。表示层和应用层。如图2 - 3 所示。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 应用层 图2 - 3w i n d o w sc e 的i s o o $ i 模戤 2 2 视频会议终端协议栈h 3 3 2 h 3 3 2 是i t u - t 在h 3 2 3 协议的基础上制定的一种分布式、松散耦合的协 议，是对h 3 2 3 的扩展，弥补了h 3 2 3 协议上与会数量受限的缺陷。 传统视频会议的多媒体传输都是采用基于h 3 2 3 协议的集中式、紧耦合的 体系结构，这种结构不适合音视频这种信息量大的媒体的传输。随着i p 组播技 术的出现，视频会议的体系结构也发生了变化。h 3 3 2 协议就是利用i p 组播技 1 0 西北t 业人学硕十学伸论文第二章视频会议系统的犬键技术 术和r t p 协议，建立了一种分布式松耦合的视频会议体系结构。 基于h 3 3 2 协议标准的视频会议系统，不采用集中控制所有终端和集中转 发所有数据的多点控制单元，而是用软件来取代m c u ，实现多点会议的管理， 通过组播技术将分靠各地且动态变化的参会人员组织起来，会议的终端之间以组 播的方式传送音视频信息。 2 3l p 组播技术 2 3 1 组播技术概述 组播是“一对一组”的通信方式，也就是说只要加入同一个组的成员都可以 收到发送方发送的数据分组，而且网络中的交换机和路由器只向有需求的发送数 据，主机可以申请加入或退出这个组。这种传输方式能一次将数掘传输给多个需 求者，减轻了服务器的负担。 2 3 。1 1 基本原理 图示：+ 表示数据流；表示网络连接 图2 - 4 组擂传输方式 传统的传输方案有两种：单点传输( 单播) 和广播。单播方式服务器需要将 数据一对一的复制，然后进行分发，有多少个用户就需要复制转发多少次。广播 1 1 两北1 业人学硕十学付论文第二章视频会议系统的犬键技术 方式是一种无条件的转发方式，在网络的每个主机都可以收到数据包。这两种传 输方式会导致网络负担，另外广播方式对信息的安全没有保障。 目前一种新的传输方案一组播，开始应用于网络传输。组播是组播源将一个 数掘包发送到处于同一个组播组的多个接收者，数据包在组播源只需要发送一 次，在传输的过程中由网络节点将信息进行复制和转发。同一个组播组的主机可 以在同一个物理网络，也可以来自于不同的物理网络。组播的传输方式如图2 4 所示哪。 2 3 1 2 组播地址喇 i p 地址类型有5 种，它们分别是a 、b 、c 、d 、e 五类，其中h 、b 、c 这 三种为单点地址，d 类为组播地址，e 类型地址作为保留地址类型，供今后使用。 d 类型地址的格式如表2 - 1 所示，其中高4 为规定为1 i i 0 ，作为d 类型地址的标 识符，其余2 8 位作为组播地址。每一个组播地址可以标识一个组播组。 表2 - id 类邢地奸格式 口 丑丑二亟五口 每一个单独的终端可以自由加入或离开某个组播组，属于同一组播组的终端 数量和不同终端所处的物理位置都没有限制，因此，某个组播组可以由散步在世 界各地的一些终端组成，这些终端可以构成一个远程会议系统或远程教学系统。 组播地址的范围从2 2 4 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ，但i a n a 已经对组播地址 的使用作了一些附加规定：2 2 4 0 0 i 2 2 4 0 0 2 5 5 保留作为路由协议或其他 协议所使用的地址，不能再用于标识组播地址，2 3 9 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 也规定作为本地节点管理所应用的地址，也不能用于标识全网范围应用的组播 组。有些组播地址已成为著名地址，其使用方式己不容更改，如2 2 4 0 0 4 用于 指明所有d v m r p ( 距离向量组播路由协议) 路由器。2 2 4 0 0 5 用于指明所有 开放最短路径优先路由器等。 i p 组播分组如果希望被多个接收端接收。必须将i p 分组目的地址字段中的 d 类型地址映射到m a c 组地址，映射方法如图2 5 所示。从图中可以看出，映射 后的m a c 地址的高2 5 位固定为0 0 0 0 0 0 0 1 、0 0 0 0 0 0 0 0 、0 1 0 1 1 i 1 0 和0 ，低2 3 位 等于d 类型组播地址的低2 3 位。由于d 类型组播地址共有2 8 位，因此，组播地 址中的高5 位在映射过程中没有使用，这就使得d 类型组播地址和m a c 组播地址 之间的映射关系不是唯一的，3 2 个不同的组播地址有可能映射为同一个m a c 组 1 2 两北r 业大学硕十学仲论文第二章视频会议系统的关键技术 播地址。 高5 位 1 1 l o 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0o l o l l “oo 2 3 。2 组播组管理协议 图2 - 5o 类型地址映射到m a c 组地址 组播组管理协议有两种：i n t e m e t 组管理协议( i g m p ) 和c i s c o 专用的组管 理协议( c g m p ) 。 i g m p 帧听的操作过程：组播路由器通过交换机向所有的终端发送查询消息， 查询是否有终端加入某个特定的组播组。如果查询到有终端加入到某个组播组， 就向组播路由器发送一个报告消息，路由器从报告消息里得知该终端所加入的组 播组。交换机通过检测i p 分组的协议类型字段确定i g m p 消息，并通过消息内 容得到终端所加入的组播组，交换机将连接该终端的端口号和该终端所加入的组 播组记入交换机组播转发表中。当接收到某个组播分组时，交换机就检索组播转 发表，找出转发端口，将m a c 帧从这些转发端口转发出去0 1 。 c g m p 帧听的操作过程：c g m p 的帧听过程必须有i g m p 协议的配合，其 具体过程为：终端加入某个组播组时，通过交换机向组播路由器发送一个i g m p 报告消息，组播路由器收到i g m p 消息后，首先对其进行i g m p 所要求的处理， 再生成一个c g m p 加入消息，并将c g m p 加入消息发送给交换机，交换机在接 收到c o m p 加入消息后，将组地址0 1 0 0 5 e 0 1 0 2 0 3 和交换机站表中地址 0 0 8 0 c 7 a 2 1 0 9 3 所对应的端口关联在一起”1 。 2 3 2 1i g m p 消息格式 i g m p 有两种消息类型： 类型号消息名称 1 i h 查询组成员 2 2 h ， 报告组成员 组播路由器发送查询组成员消息，来查询相邻接口的组播分组的接收状态。 1 3 两北丁业人学硕士学付论文第二章视频会议系统的关键技术 终端系统向相邻组播路由器发送报告组成员消息，来将终端系统所连接的相