（通信与信息系统专业论文）软件视频会议系统的设计与实现.pdf

、 软件视频会议系统的设计与实现 摘要 本文对涉及到“软件视频会议系统”的几个关键技术进行了研究 和探讨，应用这些技术设计并实现了一个模拟的软件视频会 义系统， 取得严一些有益的成果。( 这些技术主要为： f 1 ) m m x ”】技术 本文在对视频压缩理论及i t u t 的h 2 6 3 建议研究的基础。l 二，将 m m x 】”技术应用于视频眶缩中运算量最大的两个模块运动估计及 补偿和d c t ( i d c t ) ，达到了预期的效果。 ( 2 1 组播技术 本文研究了i p 组播技术并利用w i n d o w ss o c k e t 2 对组播技术的支 持实现了多媒体数据的组播通信。 f 3 ) d i r e c t d r a w 技术 本文研究了d i r e c t x 技术中的一个组件d i r e c t d r a w ，利用其 既能保持设备无关性，又能直接访问硬件设备的优点，将其应用丁视 频显示，取得r 良好效果。 ( 4 ) r t p 叻、 义 考虑到系统实时性的要求，对于音频及视频数据的网络传输采用 ，u d pj ：的r t p 协议来实现，有效地解决了传输多媒体流时的延时、 抖动问题。p 。 本文还研究了i t u t 的h 3 2 3 协议族，并以其为参考设计了个 视频会议系统。 通过这些技术的应用，一个基于l a n 的软件视频会议系统最终得 以实现。由于采用软件实现视频压缩，有效地克服了采用硬件的缺点； 采用m m x 技术和d i r e c t d r a w 技术达到了加速的目的；多播技术的应 用减少了系统的带宽占用，缓解了网络瓶颈；r t p 协议解决了传输多 媒体流的延时、抖动问题。 多媒体通信是一个相对较新的通信应用领域，视频会议作为它的 + 个具体应用实例受到普遍关注，设计并实现一个基于l a n 的软件 视频会议系统足对扩展其应用的一个有益尝试。 关键词软件视频会议，h 3 2 3 d i r e c t d r a w ，r r r p m m x 【”，多播， d e s i g na n d i m p l e n e m t a t i o no fv l d e o o o n f e r e n o l n g a b s t r a c t i nt h ist h e s is ，a ne x p e r i m e n t a l v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m is d e s i g n e d a n ds o m er e l a t i n gk e yt e c h n o l o g i e s a r es t u d i e d ， w h ic hj n c l u d e ： ( 1 )m m x i ”t e c h n o l o g y o nt h eh a s i so ft h e h 2 6 3r e c o n m e n d a t io n ， t h e o r yo fv i d e oc o m p r e s s i o na n d i t u t t h em m x t e c h n o l o g y i su s e d l a r g e s tp a r t so ft h er e c o m m e n d a t i o n ：m o t i o ne s t i m a t i o n ( i d c t ) ，ad e s i r e dr e s u l t h a sb e e ng o t ( 2 ) m u l t i c a s tt e c h n o l o g y l nt w o a n dd c t i nt h i st h e s is ，m u l t i c a s tt e c h n o l o g y 1 ss t u d l e da n d i m p l e m e n t e db yu s i n gw i n d o w s s o c k e t 2 ( 3 ) d i r e c t d r a wt e c h n o l o g y a sac o mo fd i r e e t x ，d i r e c t d r a wi ss t u d i e da n d isu s e di n v i d e od i s p l a y t h i sm a k e st h ev i d e od i s p l a ym o r ef a s tb e c a u s e i tc a na c c e s st ot h eh a r d w a r ed i r e c t i y ( 4 ) r t pp r o t o c o l b e c a u s eo ft h er e a l - t i m er e q u i r e m e n t ，r t pi s s t u d i e da n d u s e dt ot r a n s m ita u d i oa n dv i d e od a t ao nn e t w o r ko nu d pp r o t o c 0 1 i nt h i s w a y ，t h ep r o b e m o f d e l a y a n d j i t t e r isr e s 0 1 v e d s u e c e s s f u l l y t h ei t u th 3 2 3r e c o m m e n d a t i o ni ss t u d i e di nt h i s t h e s is a l s o b e c a u s eiti sag o o dr e f e r e n c e t o d e s i g n av i d e o c o n t e r e n c l n b yu s i n g i m p l e m e n t e d a p p l i c a t i o n g t h e s et e c h n o l o g i e s ，av i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e mis b a s e do f tl a n i ti sag o o de x p e r i m e n to ft h e o fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n k e yw o r d sv i d e oc o n f e r e n c i n g ，h 3 2 3r e c o m m e n d a t i o i i ，h 2 6 3 r e c o m m e n d a t i o n ，m m x “，m u l t i c a s t ，d i r e c t d r a w ，r t p 第一章多媒体通信和视频会议 第一章多媒体通信和视频会议 1 1 概述 多媒体通信、i k 务是2 0 世纪9 0 年代中期发展起来的一种综合通y 言- , i k 务，它的 广泛使用将会改变人们生活的许多方面。多媒体通信将成为本世纪的主要通信方 j 多媒体通信业务集成了语音、数据和实时图像信息，涉及到诸多领域的技术。 多媒体通信因传送和处理的信息量很大，对提供该业务的网络也就有较高的要 求：| 司时，多媒体通信、l p 务也需要有很强处理能力的终端作为提供业务的保证。 1 2 多媒体终端 多媒体终端的发展是随着多种技术的发展、进步而不断发展、进步的。在2 0 世纪8 0 年代后期! 。，处理器、显示器和系统带宽已经发展到可以实际扩展训算 设备的输出能力，使其远远超出了文本和简单图像处理的范围。从本质上来晚， 多媒体终端是个通信系统，在该系统中，利用含有计算智能的设备，可模拟两 种或更多利t 媒体形式的设备，从而将多媒体终端和通常意义上的多媒体设备区别 j r 求。而不断增加的有效的计算能力，使得多媒体终端不仅仅具有优良的数据处 理功能，而且具备了良好的响应性，也就是系统以有意义的方式对用，的动作进 行快速反应，以实现人机交互。 个人计算机由于其高度的智能性使其很有可能成为该系统( 多媒体终端) 的 巾心通信常点( 本系统的终端就是一个普通p c ) ，连接系列其它设备或系统， 包括咆视机、打字机、传真机、电话和投递信件的系统等。这其中不乏有相当成 功的例子，但是现在的处理器和存储器都相当便宜，以至于没有必要要求个设 备完成所有的事情。因此，虽然当前计算机已经作为一种家电产品已越来越被大 多数家庭所接受，但以上原因却限制了其进步的发展；另一种趋势是将咳系统 定为电视，毕竟电视机比计算机便宜，而且使用方便。 软件视频会议系统的设计与实现i 、 釜二童墨堡堡堡笪塑塑塑叁丛一一 1 3 多媒体通信网络 多媒体通信起源于两种技术发展趋势的融合。第一种是多媒体计算；第二种 就是组网技术。纽网技术的进步允许数字化的数据在相对高的带宽i ：广泛传递， 从而满足多媒体通信的要求。 在组网的多媒体系统中，用户设备被连接到远端的信息资源，并且部分或全 部内容来源于其他地方的存储设各并通过传送系统传送过来。当然，用户通常希 望本地和远端在内容方面看不出明显的质量差别。 组成网络的多媒体系统比独立的多媒体系统具有更多的吸引人的优点，然 而，多媒体网络提出了许多在其它各种通信系统中没有出现过的设计方面的难 度，比如实时性。这时，网络会将其本身问题表现给用户，测此设计适合于这些 应用的网络硬件和软件体系结构是一种挑战。总的来说，我们设计的一个多媒体 通信系统时必须加以考虑的问题包括 1 ： 一、必要的带宽： 、将延迟保持在可知和可管理的范围内； 三、减少数据的丢失率或者使得应用对丢失的数据不敏感等。 但无论如何，将用户设备连接到多媒体网络上的动力依然存在【2 1 ： _ 。、组网拓宽了可送到用户资料的数量 至少以下两点优势是很明显的：从用户的角度看，存储器没有必要无限大， i 司时在不霈i 要用户方做任何动作的情况下便可以更新资料的内容；而对于内容的 制造者，他可以找到比现有靠物理媒体发布内容时更多的潜在用，。 ：、组网也为用户提供了扩充的计算能力 j 以从远端处理那些需要用比本地所具有的计算能力更高的设备来处理的 事物；可以在分布的方式下运行处理任务，其方式为本地执行部分应用同时远 地执行其余部分应用。 i 、多媒体资料的连网存储可以使几个用户同时接入到相同的数据 1 4 多媒体通信发展现状 软件视频会议系统的设计与实现 、 第一章多媒体通信和视频会议 随符i n t e r n e t 业务的激增、电信业的丌放以及多媒体通信组网技术实现的多 样性，多媒体通信业务提供者的数量电在不断增月n 。 j 自”1 ”。，除了老式的电话业务和低速数据业务外，传统的老式电话业 务( p o t s ) 提供者已能使用有线和无线的方式提供高速率的数据业务、图像业 务和i n t e r n e t 接入、务。与此同时，有线电视提供者也不再仪仅将自己看作是视 频图像单向业务的提供者，他们目前正在探索如何提供高速率的数据、电话和双 向的视频、l k 务。在这种情况一卜，所有其他的竞争者也纷纷加入到多媒体通信业务 的竞争中来。用丁进行多媒体通信和组网的技术目前已经可行，并且正在出现技 术翩、l p 务的全球化趋势，同时许多通信设备和业务提供者r f 在盼望着在全球范罔 内在他们的网络中实现这些新技术。届时用户可以在多种多媒体通信业务和多个 多媒体通信提供者之中进行选择。网络规划者需要提供必要的安全能力和特征以 保护网络，并在用户使用网络业务时提供安全措施。 随着多媒体通信网的发展，它将囊括有线和无线网络的各个方面。这包括新 技术的实现、现有技术的新增使用、规划分布更广的网络体系结构及新的业务的 引入。同时a i i j 将看到各种网络之间互连的增加，“三网合一”已是一种必然趋 势。 反i l ! 是大家都说自己提供的服务是多媒体服务，都在为其努力着，多媒体通 信作为通信的最终目的是大家都承认的事实。 1 5 多媒体通信应用 有关多媒体通信应用的例子很多，这里举几个较典型的例于。 、视频会议系统 通过通信线路将语音、视频以及数据实时地从一端传送到另一+ 端，让不同地 点的与- - “n n 贝m 能就有关问题进行讨论，彼此可听见、看见，还可交换或共享计算 机卜的文件和数据等资源。 二、视频点播系统 v o d 系统代表一类较新的业务，它可以使用户在他们愿意的任何时州在家 或在办公室接收象电影、在线购物、卡拉o k 音乐等视频信息。 软仆视频会议系统的设计与实现3 笙二童墨塑堡望焦塑塑塑全丛一 二、多媒体电子邮件 现在人们已经“泛地使用了电子邮件，电子邮件的商业应用包括文本、语音 和低分辨率的视频。 四、远程医疗珍断 为支持医学科学的进步，越来越多地开始使用高清晰度医学图像，如x 光劁 像、x 光断层图、超声匿i 像和心电图，以实现更精确的医疗诊断。 血、联合计算机辅助设计 在大多数制造业，包括建筑领域，对用于计算机辅助没汁( c a d ) 的系统的 斟肜能j 的需求正确：逐渐增加。对于这种情况，需要集成人量的图像、计算数捌 以及卢音信号，爿一且同时利用较高的速度进行传输，以便于在公司成员之间进行 肯效的合作。 除了 = 面所谈到多媒体通信例子外，还有许多种其它类型的应用，如远程教 学，远程银行，电子报纸等。 考虑到上面所列的情况，多媒体数据业务量将会出现爆炸式的增长；而且所 产生的多媒体业务量是不可预测的，这同时对多媒体通信系统提出了新的要求。 1 6 视频会议的发展史”1 视频会议的最初形式是会议电视，最早是由美国的贝尔实验室研制出来的。 1 9 6 4 年，荚国贝尔实验室在纽约国际博览会上展出了世界上最早的可视电话机 p i c t u r ep h o n em o d 1 ，它的频带为3 0 0 到3 4 0 0 h z ，即在。个模拟话路上传送黑 r 1 静i e 硬拷贝图像，其图像和话音采用时分传送方式。其后，荚国b t 公司研制 出1 m h z 带宽黑白会议电视系统，可提供黑白、静止或活动的点对点会议电视业 务，经过改进后的p i c t u r e p h o n e m o d 一2 于7 0 年代初在匹兹堡和芝加哥之间丌始 用于商业q k 务。其后也出现了各种改进及其它的会议电视系统，但此时的会议电 视系统由于其大带宽要求使其实用性不大。 1 9 8 4 年，原c c i t t 制定出适合e 1 或t 1 通信网的h 1 0 0 系列建议，茜次为 会议电视和可视电话制定了标准。国际标准的制定大大激发了世界各国对会议电 视系统的研制、开发的积极性。但是由于 l 1 0 0 系列建议采用固定的基群速率 软什视频会议系统的设计与实现 箜二童垒堡签望焦塑塑塑盒丛 一 传输及简单的图像儿i 缩技术，因而仍不能满足实际会议f 包视的需要。到现在， h 1 0 0 系列建议虽然没有被宣向作废，但实质上色已经逐渐自行消退了。 1 9 8 8 年，原c c i r 和c c i t t 共同开展了图像标准化方面的工作，不断提出 和完善会议电视的统一标准h 2 0 0 系列建议，把会议电视标准化推向新的阶 段，同时也为会议电视的实用化铺平了道路。1 9 8 8 年，原c c i t t 的第十血研究 小组提出了视频会议、可视电话的h 2 6 1 建议，并于1 9 9 0 年1 0 月通过。该建议 不仅规定了编码器的主要结构，也规定了会议电视视频信号的组成、纠错方法和 数据结构，为各种产品的国际问互通提供了保证。从此，会议电视作为一种产业 j | ：始迅速发展，也就是从这个时候7 r 始，会议电视j 可以称得上是视频会议。此 后，原c c i t t 又制定了h 3 + e 系列标准，对视频会议系统的性能指标、压缩算 法、信息结构、控制命令、规程和组建会议电视网的原则作了完整的规定。 1 7 视频会议的优越性 我国地域辽阔、人口众多，全国性或跨省市的大型会议给本已超负倚运输的 交通部门带来巨大压力的同时，经常出差也给参会者带来诸多不便。视频会议克 服了传统的通信工具如电话、传真等不具备的面对面的沟通效果，使与会者既达 到了参会的目的，又节省了时间和费用，更缓解了交通紧张的状况。 、节省会议旅费、时问 这罩有几个统计数据“。在我国，召丌一次全国3 2 个省、市、自治区参加的 全幽性视频会议，费用仪为5 万元左右。另据粗略估计，相同规模的会议若在宾 馆召玎，费用将高达1 0 0 多力元；在日本、美国之间丌通l 小时的国际视频会议， 双方总资费不超过5 0 力日元，并能允许6 人直接参会，1 5 人左右旁听；而如果 小采用视频会议方式，则5 0 万| 二 元还不够支付个人的出差费用。掘国外统计 资料显示，各级管理机构的工作人员每年用于参加会议的时问约占全部【一作时间 的3 0 以二，在美国，每年用于公务出差的费用高达3 0 0 亿美元，而每次丌会或 会面中大约8 0 的时问需花费在路途中。可见，视频会议的应用意味着更大会钱 和时间的节约。 二：、提高f ：会的效率 软件视频会议系统的设计与实现 、 笙= 童垒竖签适堕塑塑塑全丝一 由 i 7 ，r = 视频会议的费用大致与丌会的时问成j e k k ，就促使与会代表节省时 问，提高办事效率。而儿由于参加会议的人员就在本地，和会议有关的材料、文 件、实物都在身边，呵以充分方便地互相交流。 三、适应某些特殊情况 对于象我国这样幅员辽阔，且许多地方交通状况不发达的情况，特别是对一 4 j 多山区的省份、边疆城市，视频会议的应用将带来极大的方便，吲而这些地【又： 使用会议电视的愿望尤为迫切。此外，视频会议还适于各种紧急会议的召丌，在 一砦紧急场合，如救灾、防汛、战地会议等，可以使用视频会议系统及时了解或 发佃紧急情况和决策，收效则难以用金钱来衡量。 旧、增加参加会议的人员 在很多场合，参加会议的代表往往因为工作紧张或经费有限，无法参加会议。 j i 使 j 视频会议后，则可以解决这一矛盾。 因此，视频会议的广泛应用所产生的巨大社会效益和经济效2 s 在今火已不难 瑚解。 1 8 视频会议的关键技术 视频会议是通信领域内的一颂新技术，它涉及到的技术内容很多，但其中最 为关键的有以下几项： 、信息压缩技术 图像、声音采用模拟信号的形式传输时，占用频带宽，损耗大，远距离传输 刖难，因此视频会议必须采用数字信号传输。但视频信号和语音数字化后的数据 率很高，直接将p c m 方式的数字视频和语音用于视频会议显然是不_ j 取的。 如路 乜视图像用模拟信号传输时占用6 - 8 m h z 带宽，数字化后则形成1 6 0 m b i t s 肛右的数据流，如果不采用数据压缩技术，一路数字图像将占用几千门长途电话 的信道，无论是从费用角度还是从社会影响角度看，都足不呵行的。因此必须在 保汪一定图像和声音质量的前提下，寻求一种更有效的压缩算法，将图像、声音 数据雎到最低。这一过程就是图像或语音信号的压缩编、解码过程。实现压缩的 ；z j 能性就在于图像或语音信源固有的统计特性，以及信号接收者的视觉和听觉的 软r i ：视频会议系统的设计与实现 箜二童垒基堡望焦塑塑塑叁逛一 某些特性。 二二、多点控制技术 视频会议业务是一种多点之间双向通信业务。限于目前通信网的现状，多点 问视频会议信号的切换，必须由专门用于多点视频会议切换的设备多点控制 单厄柬完成。当然，现在也有基于软件的m c u ，但用户的要求是干变万化的， 此完藩的挎制手段仍然是视频会议中的一项关键技术c ：i 、传输和接口技术 视频会议要借助通信网络的通信线路进行信息传输，郇现实的通信网络多利， 多样，有公共电话网( p s t n ) 、综合业务数字网( i s d n ) 、数字数据网( d d n ) ， 钉各种专网，有l a n ，还有各种无线通道。凶此，视频会议系统必须根据4 i 同 信道、网络的传输特性来进行多种媒体数据的传输。 视频会议系统的用户一网络接口应该为用户终端设备或m c u 设备接入通信 j i _ 9 络提供力便，兼容不同的用户一网络接口。 四、国际标准化 视频会议之所以近年来得到蓬勃的发展，其中一个重要的因素就是i t u - i 的 系列有关视频会议的困际标准的陆续定制1 6j 。首先是1 9 8 8 年在视频会议的应 _ j 中具有罩程碑意义的h 2 6 1 建议草案的颁布，它奠定了以混合编码为核心的视 频编码的基础，以后带i 定的一系列的视频编码标准无不是在这种混合编码的技术 卜加以改进而成的，如1 t u t 的h 2 6 2 、h 2 6 3 、i s o 的m p e g 一1 、m p e g 2 等都 是如此。接着1 t u t 于1 9 9 0 年制定了h 3 2 0 系列标准，规范了i s d n 嘲e 的视 频会议系统的主要技术环节，为视频会议的国际互通以及不同公司产 6 之问的且 连提供了有力的保证，从而大大促进的技术和业务的发展。随后又陆续推出了用 j 二公用f 乜话网的h 3 2 4 系列标准，用于a t m 的h 3 1 0 和h 3 2 1 系列标准，用十 计算机局域网的h 3 2 2 和h 3 2 3 系列标准。这一系列标准覆盖了目前常用的通信 嗍络，为视频会议在各种通信网上全方位地推进打下了良好的基础。每套h3 “ 标准中都包括系列各种不同用途的标准，具体规范了图像、语音编码，网络接 【j ，多点连网，数据传输，码流复用，通信控制等方面的技术要求。就e i 前的发 腱趋势束看，基于i p 的h 3 2 3 视频会议系统必将随着计算机通信和i n t e m e t 的迅 猛发展而得到普遍的应用。 软件视频会议系统的设计与实现 7 箜= 童墨夔堡堡焦塑塑塑盒丛一 除了f ：述四项关键技术外，实际视频会议系统还涉及很多的其它技术内容 如人机交互技术等等。 1 9 小结 多媒体通信目前1 1 j 处于起步发展阶段，当然也有了一些相关的应用出现，但 它仍然是个很不完善的领域，很多新理论、新技术和新应用层出4 、穷。视频会议 作为多媒体通信应用的一个重要方面也随着多媒体通信技术的不断进步而发展。 了解多媒体通信和视频会议的历史，现状及发展趋势，为后面的研究做准备是很 必要的。 软件视频会议系统的设计与实现 第二章基于包交换的多媒体通信系统h 3 2 3 建议 第二章基于包交换的多媒体通信系统h 3 2 3 建议 2 ，1 概述 h 3 2 3 建议是1 9 9 6 年由i t u t 的第1 6 工作组制定的，1 9 9 8 年1 月发布了其 第2 个版奉一h 3 2 3 v 2 建议。i i 3 2 3 的第3 版本也已经完成，口前正在制定 其第4 版。它既包括点到点，以及多点会议的计算机技术，也提供呼叫控制、多 媒体压缩、带宽管理以及网络接口等内容。i - 3 2 3 建议定义了声音、视频、以及 数据通过基于包交换网络的标准。各种多媒体产品、设备用h 3 2 3 建议可以0 ：棚 兼容。3 2 3 建议是全面而灵活的，它可被应用到i p 电话系统、会议电视系统 等领域。它在现有网络中建立多媒体通信标准，i n t e l ，c is c o ，m i c r o s 。f i ，l i 等吐界著名公司均对其提供产品及技术支持”1 。 2 2 两种信息交换技术线路交换和包交换 通信网络呵分成两类：线路交换网络和包交换网络。在线路交换网络中，双 方变换消息期问通道上的全部资源( 主要指链路带宽) 都被占用；而在包交换网络 。 1 ，双方交换消息期间不租用通道上的资源，也就是不保留资源，而是根据需要 来使用资源，交换的信息包往往需要等待可用资源。 电话网是线路交换网络的一个例子。如果要在电话线路上与他人通话或者发 送传真，你必须首先与对方建立连接方可进行，这就叫做线路连接，或者叫做线 路交换。当线路连接建立之后你就就占用了整个线路带宽，可以用常速率传输数 撕。 i n t e r n e t 是包交换网络的例子。如果你想在i n t e r n e t 上给人发送一个消息 n t e r n e t 并不给你保鹫任何带宽。在你的消息到达接收端之前，必须要经过 糸剁通信链接才能传递到接收端。由于许多消息都在i n t e r n 。l 上传输，如果其 1 有个链接发生拥挤，你的消息就不得不要在缓冲存储器中等待，这样就产生 了延迟。 ：= 一 软件视频会议系统的设计与实现。 第二章基于鱼奎垫塑垒塑堡望堕墨笙二二! ：! ! ! 塞望 一 一一 221 线路交换 线路交换的特点是，存，f 始通信之前通信双方由线路交换中心建立物理连 接，维持连接的时间长短取决于消息交换的需要。图2l 是线路交换网络的示意 图。 蚓2l 线路交换网络的示意图 在这个网络中，使用2 条传输链路把3 个线路交换机连接在起，每条传输 链路都有“n 条线路”，“f i 条线路”是指通过时分多路复用技术t 【) m 或者频分 多路复用技术f i ) m 来获得的，凶此每条链路可同时支持n 个连接。每个接收端( 如 i ，c 机或者工作站) 直接连接到其中的一台交换机，或者通过调制解调器直接连接 到交换机。我们使用的普通电话也连接到交换机上，但没有在图上表示出来。当 两台主机希望通信时，两台主机之间就要建立一个专门的端一端线路连接，每个 端一端线路得到l n 的链路带宽。 线路交换网络建立链接是使用专用线路，因此在通信处于宅闲时浪费了宝贵 的通信资源。例如打电话，在对话期问出现长时问停顿时，沿着链接线路上的网 络资源( 频带或者时问稽) 却不能山其它链接利用。 222 包交换 软仆视频会议系统的设计与实现 第二章基于包奎垫塑垩堡签望堕墨堕二二! ：! ! ! 望丝 一。 通常人们把任何一个应用数据块称为消息，例如，a s c i i 文件，w e b 页面利 声j l ；丈件等等。梧：现代的包交换网络中，发送端把整个消息分割成许多小的数据 块，经过包装并t 贴e ：”标签之后再发送到网络上。发送到网络上的这种数据包 称为信息包这种数掘包既包含用户的数据又包含按照协议规定加入的标签，而 蔚j 、签中包含有识别号码、发送地址、接收地址等信息。接收端把接收到的信息包 拆j r 后j 藿新拼接成原来的完整消息。不像点对点的电路交换需要在收发双方建立 物理连接，在包交换网络上的每个信息包都包含有目的地址，因此一个消息分装 成的许多信息包不必都沿着同一条线路到达啊的地，也不必同时到达目的地，到 达目的地的次序也不必按照发送的次序，哪条信道有空就往哪罩传送。图2 - 2 是一个包交换网络的例子。 剀2 - 2 一个简单的包交换网络 发送端把一个很长的消息分割成比较小的信息包之后，在发送端和接收端之 问，每个信息包通过通信链路和包交换机，有时也称路由器传送到接收端。信息 包在每个通信链路上以传输速率同链路传输速率相等的速度传输。人多数包交换 机在输入端使用存储转发方法把信息包转发到输出链路上，这意味着交换机必须 把整个信息包接收完之后爿能把信息包的第1 位( b it ) 转发到输出链路上，这样 就产生了存储转发时延，时延的氏短与信息包的大小( 长度) 成1 1 二比。如果信息包 的长度为l ，传输链路的数据率为r ，时延就为l r 。 软什视频会议系统的设计与实现 1 1 第二章基于垡銮垫塑童塑堡望堕墨竺二二墨：! 垫堡坚 在每台交换机中有多个缓冲存储器，每个信息包在输出到链路之前必须要在 链路缓冲存储器r t ，排队，如果存信息包到达时缓冲存储器是空的或者没有其他信 息包到达的情况卜就f i 需要排队。因此除了前面介绍的存储转发时延之外，还要 刚加信息包的排队时延，它是一个不确定的时延，取决于网络上的揣挤情况。 在图22 中，假设主机a 1 f 在向主b 发送信息包，信息包a 首先通过2 8 8 k b p s 的低速链路传送到第一个包交换机，然后把它们传送到1 5 4 4 m b p s 的高速链路 卜。如果在这条链路上出现捌挤现象，这些信息包就在链路缓存存储器中排队等 待输出到链路上。输h - 到链路上的次序不按照任何预先定义的舰则，是随机的或 者是统计方式的。 2 23 两种交换技术的比较 传统的电路交换网的基本设计思想是以恒定的、对称业务为。p 心，采用了复 杂的分等级的时分复用方式，比如电话通信网，语音编码固定为6 4 k b p s 。但对 3 ：数掘业务这种突发情况就很不适合，否! ! j ，其传输效率将很低，从而造成资源 浪费凶此对数据业务一般采用包交换网络。 而对f 多媒体数据，特别是视频数据，如果不进行压缩而直接进行网络传输， 显然是不切实际的。但压缩的结果是码率将失去恒定性，也就是码率将根据实际 内容而变化，最终的结果是这些多媒体数据和普通的业务数据一样具有突发性， 【划此促使对这些压缩后的多媒体数据在传输时也象普通的业务数据一样进行处 理，也可以采用包交换网络，这可能也是现在所倡导的“三网合”、“宽带i i r 的原因之一吧。但采用包交换技术确实又与多媒体通信的实时性( 特别是语音通 信) 要求相丘，因此人们又采用了各种技术来克服这一缺点，比如r lp 、肌c p 、 胁忡等协议的提 乜。 但总的来说，基于包交换技术的网络必将取代基于电路交换的网络，这也是 。个巧i 争的事实，特别是基于i p 技术的网络将飞速发展。 2 3 基于包交换的多媒体通信系统一h 3 2 3 建议“”“”4 m ”例“”。 h 3 2 3 建议描述了在基于包交换网络( p b n ) 上提供通信服务但不保证服务质 软件视频会议系统的设计与实现 第_ 二章基丝皇垫堕童堡堡望堕墨篁= 二! ：! ! ! 堡堡 一一一一 量( q o s ) 的多媒体通信终端和其它实体。该嘲络包括局域阁，企域阀，城域州， ，域网及n 连网( 包括i nl e r h e t ) 。它们还包括应用了底层的包交换传输、通过 ( m 、或i s d x 而建立的拨号连接或点对点的连接。h 3 2 3 实体可以提供实时的音 频，视频和( 或) 数据通信服务。对旨频的支持为必需的部分，而数据和视频为词 选部分，但如果支持，则要求有应用规定的共同操作模式的能力以便所有支持该 类媒体的终端能相q 操作。h 3 2 3 实体通信的基于包交换的网络町能是点对点的 连接形式、一个简单的网段或者一个有复杂的拓扑结构、多个网段组成的网络。 h 3 2 3 实体可以应用于点对点，多点及广播的配置场合。它们可以通过网关与 b s o n 的h 3 1 0 终端，n 】s o x 上的卜l3 2 0 终端，b i s d n 上的h 3 2 l 终端， 保证i - f 1 陵务质量的局域网上的h 3 2 2 终端，g s l 、及无线网络上的h 3 2 4 终端，g s t n 卜的v 7 0 终端以及6 s t n 或】s d n 上的语音终端实现互操作。蚓23 给出了 h 3 2 3 终端的互操作能力。l 3 2 3 实体可以集成到个人电脑( 1 c ) 中或通过独立的 设备( 比如可视电话) 束实现。 黾。掣 古南南南 挂孽一一4 - 琦燕可能支肄一十袭善十o s t n n - i s d n 和e 虫1b i s d n 连接 图2 - 3h 3 2 3 终端的互操作能力 拔 瑞 软什视频会议系统的设计与实现 、- 第二章基于包交换的多媒体通信系统h 3 2 3 建议 i 3 2 3 系统的各个组成部分包括终端，网关，关守，多点控制器，多点处理 器及多点控制单元；而定义的控制信息和程序决定了这些实体及终端之例如阿通 信。 i 3 2 3 并不包括网络接口、具体的物理网络及网络中用到的传输协议。这些 刚络列举如下( 但并小只限于) ： 以太网( i e e e8 0 2 3 ) ： 快速以太网( 】e e e8 0 2 3 u ) ； f d d i ； 令牌网( i e e e8 0 2 5 ) ； t 。 2 4h 3 2 3 系统描述 h 3 2 3 部件包括终端，网关，关：r ，m c s 和m c u s 等。这砦部件通过发送信 包流来实现通信。 241 信息流 视频会议组件通过发送信息流来通信。这些信息流可以归类为视频流，音频 流，数据流，通信控制流以及呼叫控制流。 音频信号包括数字化并编码了的语音。为了减少平均的比特流，可能采用语 音激活等相关的语音编码技术。语音信号相对应的有语音控制信号。 视频信号包括数字化并编码了的活动视频。视频信号相对应的有视频控制信 号。 数据信号包括静止图像，传真，文档，计算机文件以及其它的数掘流。 通信控制信号在两个功能部件之间传输，用于能力交换，打开和关闭逻辑信 道，模式控制以及其它的通信控制功能。 呼叫控制信号用来建立呼叫，断g p , 乎n q 以及其它呼叫控制功能。 以l 所述的信息流经过格式化后送到网络接口( h 2 2 5 0 建议中描述) 发送出去。 软件视频会议系统的设计与实现 第j 章基于包交换的多媒体通信系统h 3 2 3 建议 2 42 终端特点 个h 3 2 3 终端的例f 如图2 - - 4 所示中虚线包含部分。该图给出厂h 户发备 接l ，视频编解码器，音频编解码器，远程信息处理设备， 2 2 5 0 建议层，系 统拧制功能以及包交换网络接l j 等。所有的h 3 2 3 终端都应该有一个系统控制 卟兀( s ( 1 l ) ，h 2 2 5 0 建议层，网络接口及音频编解码器，视频编解码器和用，1 数据应用为可选部分。 懊黼 鞴嘏景备 刊攫嚣翌嚣 攘啦 音频牺衅码器 髓端 麓避 謇蛹镀 毓出谧蔷h 巷，1 107 越。 培? 2 ；、诺 熬 0 瑚 i - 1 2 2 5 b蝴 蘼尊熬辩应瓣 蘑瓣口 t j 潍 争 萋蘸耪嘲 l 鞋。蝣控翱 1 蓑蝻i 空糍 l开。q 控捌i 用户攘鞠 辩，l 撕 i 1 - i2 ei 图2 4h 3 2 3 终端建议范尉 24 2 1 本建议之外的终端 以下部分小属于奉建议范围，因此在本建议中没有定义： 附属的音频设备，比如，声学传感器，麦克风和扬声器，电诵设备或类 似没各，混音器和回声消除器。 附属的视频设备，比如，照相机，监视器及其控制和选择器，及为了提 高k 缩率和视频分割功能的视频处理器。 。 数据应用及相关的用户接口，因为它们都利用了数据信道上的t 12 0 或 其它的数据服务。 附属的网络接口，它们提供到包交换网络的接e ，提供恰当的遵守本困 或啊际标准信号到电平的转换。 人为的诸如用户系统控制，用户接f j 和操作。 软什视频会议系统的设计与实现1 5 笠三童苎王垡銮垫鲤垒堡堡堡堕墨堕二二望：! 丝望堕l 242 2 本建议之内的终端 以卜部分属f 本建议范围并在本建议中有相关的定义： 视频编解码器( 1 i 2 6 l 等) ，一方面将视频源( 比如摄像机) 得到的视频进 行编码；另一方面，解码接收到的视频数据并将其输出到视频显示设备c 音频编解码器( g 7 1l 等) ，将从麦克风得来的音频信号进行编码并发送 日 去；解码接收到的音频信号并输出到扬声器。 数据通道支持远程信息处理应用，比如电子白板，静念图像传输，文件 交换，数据库连接，音频会议等。实时音频图画会议的标准化应用是t 1 2 0 建议。 其它的应用和协议也可通过1 1 2 4 5 建议进行协商。 系统控制单元( 12 4 5 和h 2 2 5 0 ) 为 1 3 2 3 终端的j f 常运行提供控制信 号：它们包括呼叫控制信号，能力交换信号，命令和标识信号等。 l i 2 2 5 0 层将要发送的视频、音频、数据和控制流成帧并输出到嘲络接 i ，或其反过程。而且还要加j 二序列号以及对各种媒体类型的纠检错任务。 整体卜把握，h 3 2 3 终端在o s f 模型中处于最上三层的协议，或对应t c i 门 协议栈的应用层协议，而具体的底层并未涉及。因此，只要是基于包交换的网络 都口j 以用来承载h 3 2 3 应用。 2 42 3 包交换网络接口 包交换接口属于执行细节问题，并不属于本建议范围。然而，网络接口应该 提供l 2 2 5 0 建议中描述的服务。这包括：为h 2 4 5 控制信道所要求的可靠的端 剑端服务数据通道；为音频通道、视频通道及r a s 通道所要求的不可靠的端到 端服务。这些服务既町以足双工的，也可以是单：【的；既可以是单播的，也可以 是多播的，这依赖 具体的应用、终端的能力和网络的配置。 242 4 视频编解码器 视频编解码器为可选项。如果提供视频能力，则它必须遵守本建议的要求。 所有提供视频通信的 i3 2 3 终端应该能够根据h 2 6 lq c i f 格式进行编码和解码。 而 2 6 1 或h 2 6 3 的其它格式为可选项。如果一个终端支持c l f 或更高分辨率 的i 2 6 3 格式，则它必须也支持h 2 6 1c i f 格式。如果终端支持h 2 6 3 ，则就 软件视频会议系统的设计与实现 1 6 - 笙三童苎三垡窒垫塑墨塑堡堕笪墨堕二二! ：! ! ! 堡堡 必须支持h2 6 3q c i f 格式。网络j ：的 l2 6 1 和h 2 6 3 编解码器在使用时应该不 带b c h 纠错码，也没有纠错帧。其它的视频编解码器和图像格式可以通过h 2 4 5 束协商。通过h 2 4 5 控制信道的协商，可以进行一路或多路的视频收和( 或) 发。 “3 2 3 终端可以同时发送路或多路视频信号。 同时，h 3 2 3 终端也可以同耐 接收多路视频信号，比如，显示分布式多点会议的多个成员。 2425 音频编解码器 l i 3 2 3 终端必须具有音频编解码器。所有的h 3 2 3 终端应该能够编码和解码 ( j 7 l1 建议的音频数据。所有的终端应该能够发送和接收a 率和h 率格式的数 掘。所有的终端都应该能以a 一率和“一率格式发送和接收数据。终端升j 其它的编 解码器对声音进行编码的能力可选，但需要通过h 2 4 5 来协商。 242 6 数据信道 数据信道的数日可选。数据信道既可单向，也可双向，这根据具体应用而定。 7 r 1 2 0 建议为h 3 2 3 终端与其它的h 3 2 3 、 3 2 4 、1 1 3 2 0 或1 1 3 1 0 终端之 问数据互操作的缺省建议。 2 4 27h 2 4 5 控制功能 i i 2 4 5 控制功能利用 i 2 i 5 的控制信道来传送端到端的控制消息以便对整个 f i 3 2 3 实体进行控制，这包括能力协商，打丌和关闭逻辑信道，最优模式的奄询， 流控制消息和一般的命令和指令，它是整个h 3 2 3 协议栈的核心协议。 。、能力协商 能力协商应该遵i 了，h 2 4 5 建议的程序，它包括接收和发送能力，以及终端舀： 小同模式同时存在时对各种模式组合的操作能力的描述方法。接收能力拙述了终 端接收和处理输入信息流的能力。发送方应该限制它们的发送信息流到划应的接 收万已经表明的接收能力范围内。当无接收能力标识时则认为终端无接收能力 ( 即只作为发送方) 。 发送能力描述了发送方发送信息的能力。发送能力标识的作用是给接收方一 个选择” 能操作模式的机会，以便接收方可以查询那个最优的接收模式。无发送 软：视频会议系统的设计与实现 1 7 笙三童茎三垒窒堡堕兰堡堡望笪墨竺二二羔：! ! ! 堡坚 自 l - j j | j ! | j 袭明发送力不给接收方提供优化接收模式的机会( 但它仍町在接收能力范 内发送任何数据) 。 二、逻辑信道信i ； 每个逻辑信道携带信息从发送方传递到一个或多个接收方，向且该信道山一 逻辑信道号唯一标洪，而且每个方向上也小一样。 、模式选择 接收方可能会用i l 2 4 5 的请求模式消息( 它描述了最理想的模式) 来向发送 方请求某一模式。如果可能，发送方应该给予应答。 端点如果从m c 接收到多点模式命令，则它必需遵守所有来自m c 的请求模式 命令，j 目然，这些命令需在能力集里。 叫、乙从判定 t 站点的确定是通过交换m a s t s l a v e d e t e r m i n a t i o n ( 卞从确定) p 4 , 鼠来完成 的，消息中包含终端类型( t e r m i n a t e t y p e ) 值，它反应了终端的性能。在h3 2 3 中终端类型值的优先级定义是从高到低依次为m c u ，关守、网关、终端以及从 m c * m p 、m c 单元到没有m c 和m p 的单元。 2 42 8r a s 通知功能 r a s 通知功能用h 2 2 5 0 消息在端点和关守之问执行登i 己，授权，带宽变换 状念和脱离处理。r a s 通知信道独立于呼叫信道和i 2 4 5 控制信道。1 1 2 4 5 引 丌的逻辑信道过程并不用于建立r a s 通知信道。在互连网环境下，由十没有关 守，因此没有采用r a s 通知信道。在包含一个关守的互连网环境一1 - ( 一个区域) ， r a s 通知信道在端点和关守之l t 日j 存在。r a s 通知信道比h 3 2 3 端点之间的其它 f r 佃信道的建立都早。 242 9r a s 呼叫通知功能 呼叫信令功能利用n