（机械电子工程专业论文）视频会议中多点控制的研究与实现.pdf

北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 视频会议中多点s y _ - 带0 的研究与实现 摘要 随着网络技术的发展与多媒体技术的发展，视频会议系统已经成 为研究领域中的热点问题，在人们的通信与交流中得到了越来越广泛 的应用。h 3 2 3 协议给出了基于分组网的视频会议体系结构，定义了 分组网上提供声音、图像和数据通信所需的协议。h 3 2 3 系统中多点 控制单元是整个视频会议系统的核心组件，它控制和管理了整个会议 系统从建立到结束的整个过程。 尽管点对点视频会议已经完善，包括成百上千终端的大规模视频 会议的解决方案却并不十分令人满意。大型会议中对于具有不同处理 能力和带宽的终端加入同一个会议，并使每个终端能够有效的使用自 己的资源对研究者提出了难题。作者对基于h 3 2 3 协议栈的视频会议 系统进行了深入研究，并针对目前多点会议中存在的问题，设诗并具 体实现了一个基于局域网视频会议系统m c u 和终端软件。 本文首先阐述了视频会议系统的发展状况和这方面的相关国际协 议标准，以及基于i p 分组网的视频会议系统的优势；其次介绍了视 频会议系统构成和协议分析，并详细介绍了h 3 2 3 协议框架及其相关 的仂、议，从理论和技术的角度为m c u 和终端的设计与实现奠定了基 础，并在此基础上设计并实现了北京布来得通信技术开发公司视频会 议m c u 和终端软件；最后对论文进行了总结，给出作者完成该视频 会议系统的主要工作和需要进一步完善的内容。 关键词：视频会议多点控制单元m c uh 3 2 3 协议 第1 页 北京邮e h , j c 学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t l 0 n 0 fm c uc o m p o n e n t i nv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed 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 at e c h n o l o g y ，v i d e o c o n f e r e n c eh a sb e e no n eo ft h eh o ta r e a so fr e s e a r c ha c t i v i t i e sa n di th a s b e e na p p l i e dm o r ea n dm o r ei nh u m a n s c o m m u n i c a t i o n s h 3 2 3p r o t o c o l p r o v i d e st h e a r c h i t e c t u r eo fv i d e oc o n f e r e n c eo v e rp a c k e t s w i t c h e d n e t w o r k sa n dd e f i n e sf u n c t i o nc o m p o n e n t so ft e r m i n a l sa n de q u i p m e n t s t h a ts u p p o r tm u t t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n so v e rp a c k e t s w i t c hn e t w o r k s ， c o m m u n i c a t i o np r o c e d u r ea n dp r o t o c o l st os u p p o r ta u d i o ，v i d e oa n dd a t a c o m m u n i c a t i o n s m c ua c t sa sa na d m i n i s t r a t o rr o l ei nh 3 2 3n e t w o r k a n dm a n a g e sa l le n d p o i n t sa n dc o n t r o lt h ew h o l ep r o c e s so ft h ev i d e o c o n f e r e n c e e v e nt h o u g hal o to fw o r kh a sb e e nd o n et oe n s u r ep o i n t t o - p o i n t v i d e oc o n f e r e n c e ，i nl a r g e s c a l ev i d e oc o n f e r e n c ew h i c hi n v o l v e st e n so r h u n d r e d so fe n d p o i n t s ，e x i s t e ds o l u t i o n sd o n ts e e mt ob es a t i s f a c t o r y i n al a r g e s c a l ev i d e oc o n f e r e n c e ，d i f f e r e n te n d p o i n th a sd i f f e r e n tp r o c e s s i n g p o w e ra n db a n d w i d t h ，t om a k et h e mj o i ni ns a m ev i d e oc o n f e r e n c ea n d e n s u r ee v e r ye n d p o i n tc a nu s ei t sr e s o u r c e se f f i c i e n t l yi ss t i l lah a r d q u e s t i o nt or e s e a r c h e r s t h ea u t h o rd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h es o f t w a r e o fm c ua n de n d p o i n tb a s e do ni 。a n a c c o r d i n gt or e s e a r c h i n gv i d e o c o n f e r e n c es y s t e mb a s e do nh 3 2 3p r o t o c o lt of i g u r eo u tt h ep r o b l e m si n c u r r e n tv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m ， a tf i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fv i d e oc o n f e r e n c e s y s t e m ，r e v i e w s t h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di nt h i sf i e l da n dt h e p r e d o m i n a n c eo fv i d e oc o n f e r e n c es y s t e mo v e rt h ei pn e t w o r k t h e s e c o n dp a r tp r o v i d e sa no v e r v i e wo fv i d e o c o n f e r e n c es y s t e m ，a n dh 3 2 3 p r o t o c o l f r a m ea n di t sr e l e v a n tr e c o m m e n d a t i o no fm c u ，w h i c h 第2 页 北京邮电大学硕二匕_ ! 】f 究生学位论文2 0 0 3 级 e s t a b l i s h e st h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yf o u u d a t i o nf o r t h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o no ft h em c ua n de n d p o i n ts o f t w a r e o nt h i sb a s e ，t h i sp a p e r a n a l y s e st h ef u n c t i o no fm c u ，a n dd e s i g n ss c h e m eo ft h es c i f t w a r eo f m c ua n de n d p o i n td e v e l o p e db yb e i j i n gb l a d et e l e c o mt e c h n i c a l d e v e l o p m e n t sc o a n dt h e ni n t r o d u c e st h ei m p l e m e n t a t i o no fp r o t o c o l ， t h ec o r em o d u l ea n dm o n i t o rm o d u l eo fm c u a t1 a s tt h ea u t h o r s u m m a r i z e st h i sp a p e r ，p r o v i d e st h es u p e r i o r i t yo ft h em c u s o f t w a r e ，a n d t h ea d v a n c e dw o r kw es h o u l dd o k e yw o r d s ：v i d e oc o n f e r e n c em u l t ic o n t r o lu n i tm c uh 3 2 3 p r o t o c o l 第3 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。 本人签名：叁塑e日期：兰亟：! ：! l j 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制t - 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 北京邮电大学顺士研究生学位论文2 0 0 3 级 第一章绪论 多媒体技术与通信网络技术的飞速发展和进一步融合，全球性网络的广泛使用 及性能的逐步改善，极大地推动了新型人际交流方式的出现。i p 视频会议正是在这 样的大背景下成为人们需要的新型交互工具。i p 视频会议系统就是在i n t e r n e t 网络 通信的基础结构上，采用多媒体技术实现分布式会议功能的交流和协作工具。尽管 视频会议系统发展至今已有2 0 多年的历史，但目前的应用仍不普及。基于l a n 的 会议系统覆盖范围太小；基于p s t n 的会议系统业务质量不高；从网络特性上说， i p 网是唯一可提供不同带宽的网络，再加上i n t e r n e t 无以伦比的广域性和即将完成 的骨干网的高速化，预计在今后3 到5 年内，会议系统的9 0 将会是i p 系统。 1 1l p 网络技术的发展 在过去的1 0 年中，咀i p 技术为基础的i n t e r n e t 取得了爆炸式的发展，大批基 于i n t e r n e t 的宽带业务需求迅速增长。i n t e r n e t 的迅猛发展，奠定了i p 技术作为通 信网络发展的主流趋势。近几年，随着i p 网络向着高带宽方向发展，带宽可用性 的增加、宽带i p 网络向终端用户的不断延伸以及下一代网络n g n 的加盟，令宽带 i p 网络的业务种类和应用日趋丰富。一方面，用户不再满足于简单的w w w 浏览、 电子邮件等数据应用，而希望在同一个网络上同时提供语音、数据、视频业务，体 现多媒体通信带来的全方位丰富、生动、快捷的交流感受，这种体验可方便地用于 商业活动和家庭生活。另一方面，运营商也希望在口网络上能够通过提供丰富的 业务来增加收入，使l p 网络不断增值，促进i p 网络的健康发展。目前，国内i p 网 络的收入仍然以网络接入费用为主，随着竞争越来越激烈，接入市场越来越趋于饱 和，运营商迫切希望通过增加语音、视频等实时业务挖掘新的利润增长点。 通讯方式的变革在某种程度上反映了社会进步的历程，从模拟电话的发明到今天 无处不在的数字通讯网络，人们的生活方式与生活节奏都随着通信方式的这种变革而 产生巨大的变化。科学技术发展到今天，人们已不再满足于电话上的交谈，也不再满 足于数字网络上静止的数据或非实时的图像信息，而是渴望一种更富表达力的个人可 视通信手段与工具。视频会议系统的出现就是为了满足人们的这种愿望，这种愿望因 数字通信技术的发展成为可能，又因计算机技术和超大规模集成电路技术的进步得到 保证。其实，早在8 0 年代初期，人们就开始了可视通信的尝试，但受当时计算机技术 与超大规模集成电路技术水平的限制，可视通信设备成本昂贵，对传输媒体也有过高 第1 页 北京邮电大学硕：e 研究生学位论文2 0 0 3 级 的要求，一般需要专用线路，如c u ( c o m p r e s s i o nl a b ，i n c o r p o r a t e d ) 公司的产品，价 格从2 5 万美元至u o o 万美元不等。而后p i c t u r e t e l 公司的成功在一定程度上推动了可视 通信技术的发展与普及，该公司的产品可以在i s d n 上提供良好的视频业务质量，成 本也降低了很多。但是，可以看到这个时期的产品价格还远高于普通消费电子产品的 价格，而且由于i s d n 的不普及性，限制了可视通信技术成为人人可用的工具。 国际电信联盟从1 9 9 0 年起制定了一系列多媒体技术标准，发布了h 系列、g 系列、 t 系列等标准，形成了整套视频会议的标准体系。其中，h 3 2 0 是从5 6k 2m b p s 速率 的i s d n 和5 6k b p s 交换电路上视频会议框架标准；h 3 2 3 是运行在l a n 和i n t r a n e t 上的 视频会议框架标准；h 3 2 4 是运行在低速率传统电话线和无线通信信道上的视频会议 框架标准。这些协议的制订，从根本上规范了图像、声音、数据的通信方式，从而解 决了国际上不同制造商之间的互通问题。 i n t e m e t 的建立与发展为多媒体视频会议提供了一个无限广阔的天地，为了利用 i n t e r n e t 这一全球范围内最大的计算机网络和信息服务资源，近年来，与之相关的视频 会议系统领域有了迅速的发展，出现了许多低成本高性能视频会议系统的硬件和软 件。传输协议的研究和试验都获得了迅速的发展，许多国家的i n t e m e t 主干网速率己开 始向1 5 5m b p s 过渡，国际上流行的i n t e m e t 桌面视频会议产品的协议和数据压缩方法 均在向标准方向转化，纷纷采用了实时协议r t p 、实现多点传播的i pm u l t i c a s t 协议、 适合视频编码的h 2 6 3 标准，从而扩展了使用范围，为推出新产品并与现有产品兼容 奠定了基础。随着i n t e r n e t 的不断普及以及a t m 网络的日益完善，我国的桌面视频会 议技术必将走向成熟。 1 2 何谓视频会议 视频会议系统是指通过现有的各种电气通讯传输媒体，将人物的静态动态图 像、语音、文字、图片等多种信息分送到各个用户的计算机上，使得在地理上分散 的用户可以共聚一处，通过图形、声音等多种方式交流信息，增加双方对内容的理 解能力。 视频会议系统在用户组成模式上分为点对点( 2 人) 和群组视频会议系统( 多人) 两种，按技术实现方式上分为模拟( 如利用闭路有线电视系统实现单向视频会议) 和 数字( 通过软硬件计算机和通讯技术实现) 两种。 视频会议系统传送的是多媒体数据，与普通数据不同，由于声音和动态图像的 源信号的数据量较大，无法直接在一般条件的数字线路上传输。同时，基于对实际 使用效果的要求，用户还要求传送的声音、图像信号连续平滑，其它辅助功能使用 第2 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 简捷。因此，要达到这样的效果，系统在声音图像压缩、通讯线路条件、数据应 用程序共享等方面都对技术提出了很高的要求。 1 3 行业标准化 标准化是产业兴旺发达的前提，视频会议系统各种设备的生产询考虑到产品的 互通性，于是在二十世纪八十年代，i t u 专门成立了一个小组研究视频会议，并建 立了一系列的建议和标准。根据视频会议传输网络的不同，到目前为止制订了5 个 h 系列标准。h 3 2 0 ：用于传统的窄带电路交换网络；h 3 2 1 ：适用于宽带i s d n 的h 3 2 0 协议；h 3 2 2 ：用于可保证q o s 的分组交换网络；h 3 2 3 ：用于无o o s 保证的分组交换 网络；h 3 2 4 ：适用于低比特率多媒体通信的终端，用于p s t n ( 公共交换电话网络) 。 i t u th 3 2 3 标准于1 9 9 6 年6 月通过，该标准是世界上第一个也是唯一的一个 多个供应商的u 埘视频会议产品可以互操作的标准。h 3 2 3 协议的推出符合i p 统 一一切、在开放式网络平台和应用平台上进行互连互通的国际发展趋势，受到了广 大用户和设备厂商的欢迎。基于h 3 2 3 协议的视频会议系统的优点是允许在网络时 延不确定的平台上运行，支持随网络时延变化而自动调节帧的传输速率。分组交换 网上的通信对时延和抖动较为敏感，如果网络的服务质量不能保证，会议是无法召 开的。h 3 2 3 采用u d p 作为传输层协议，以r t p r t c p 协议作为音频和视频流的同 步机制，7 结合r s v p 资源预留协议，采取q o s 测量和降低服务质量相结合的办法来 保证会议正常进行。对于音频和视频流，要求下层网络提供实时性较好的传送机制， 而对数据和控制信息要求提供可靠传送。 1 4 选题背景 随着我国改革开放的不断深入，经济的迅猛发展，各种会议、会晤、磋商日益骤 增，特别是在经济领域，信息、时间、效益等现代化的观念已经开始深入人心。作为 先进国家现代化的通信手段之一，视频会议业务的实用性和便利性愈加显示了突出的 优越性。在我国会议繁多、交通不便的情况下，更应大力发展和使用视频会议这一先 进通信工具，它将产生不可估量的社会效益和经济效益。 视频会议系统的应用领域很广阔，除了用于商业会议之外，还可使商务交流、企 业客户服务和产品开发、远程教学和技术培训、市场调查和情报收集、远程医疗和会 诊、科研合作和工程设计、跨国企业沟通以及招募员工等活动受益。总之，视频会议 系统无论应用于什么场合，出于何种目的，其最终的也是最直接的效益是节省开支， 提高效率。当前，我国视频会议技术已经具有一定规模，并且发展非常迅猛。但在中 第3 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 文资料方面却零散又不深入，而且缺乏系统性，笔者通过系统的研究国内外的有关资 料，提出了视频会议系统的实现模型及常用实现方案。并在此基础上，实现了一种价 格低廉的视频会议系统，同时提出了一些改进系统性能的方法，因此此项课题的研究 对于具有重大的意义。同时，视频会议系统是一项新兴的技术导向性高科技，其发展 具有标准性及稳定性，希望通过本文的阐述能给视频会议技术的开发者提供一些重要 的有价值的参考资料。 随着我国通信网络基础设施的快速建设，视频业务由于可以为处于多点的与会 者提供音视频等多种信息，节省大量费用，提高工作效率，因而发展迅速，并有望 成为n g n 的主要业务。尤其是在美国9 1 1 事件和让人胆战心惊的“非典”之后，人 们似乎一夜之间惊醒：原来召开视频会议是如此便捷，从而越来越受到人们的青睐。 1 5 视频会议的发展历程和现状分析 1 5 1 视频会议发展历程 视频会议在电讯行业已经存在了3 0 多年，但在9 0 年代以前，这些系统一直使 用专用的编解码硬件和软件，会议呼叫的各终端使用的编解码器必须来自同一个厂 商，否则不能正常工作，这种非标准化系统产品的使用极大阻碍了视频会议领域的 发展。 另外，当时的网络状况非常不稳定并且带宽不理想，这样限制了视频会议系统 的传输速度。视频传输在理论上可以达到3 0 帧s 以上，能够与电视的视频传输速 度相符f 电视视频传输n t s c 制式为3 0 帧s ，p a l 制式为2 5 帧s ) ，而当时视频传输 速度一般不超过1 5 帧s ，这样来，全动态的视频图像几乎是不可能的，得到的图 像质量一般也都不太稳定，并且图像窗口尺寸也不尽人意，所以这种视频传输业务 很难大规模地投入到商用视频通信市场中去。 1 9 9 7 年3 月是视频会议领域的发展过程中的重要时刻之一，i t u t ( 国际电联电 信委员会1 发布了用于局域网上的视频会议标准协议一h 3 2 3 ，为那些与i n t e r n e t 和 i n t r a n e t 相连的视频会议系统提供了互通的标准，各厂商纷纷推出符合该标准的视频 会议产品。在此以前，用于i s d n 上的群视频会议标准协议一h 3 2 0 一直主导着视 频会议领域的技术和产品发展。 而近几年来，随着国内外大型网络运营商对网络环境的建设和改造，以及i s d n 、 d d n 、v p n 、x d s l 、a t m 等技术的应用和推广，视频会议系统的使用环境也变得越 来越好。因此无论是通讯行业还是玎行业，都对视频会议领域重新进行关注，视音频 第4 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 编解码技术趋于成熟；视频会议系统价格开始下调；图像传输质量大为提高。 1 5 2 视频会议领域的现状分析 如果把视频会议领域看作成为一个生态圈，那么这个生态圈中目前是由以下角 色组成的： 1 产品提供商： 产品提供商目前是视频会议领域中的核心组成部分，他们研发和生产多神类型 的视频会议产品及系统，包括m c u ( 多点控制器) 、g a t e w a y ( 陋j 关) 、g a t e k e e p e r ( 丽j 守) 、 v i d e oc l i e n t ( 视频终端1 、v i d e os e tt o p ( 机顶盒式视频终端1 、电话会议终端产品等多 种产品，以及提供网络平台通讯系统、管理工具和配件。产品提供商在该行业中可 以直接面对最终用户，或者通过中间代理商，都可以直接从市场获得基于产品销售 的利润。 一 由于视频会议系统涉及的产品较多，国内外著名的产品提供商之中很少有提供 全方位的系统产品，如p o l y c o m 、v c o n 、v t e l 等在终端产品上占有较多优势， e z e n i a 、a c c o r d 在m c u 产品上居于领先位置，目前深圳瑞福特信息技术有限 公司是国内首家全方位产品体系提供商。 2 通讯网络运营商： ， 通讯网络运营商是视频会议系统赖以生存的基础平台，同时网络环境电限制了 视频产品的技术发展和市场推动。他们在投入大量的资金进行基础建设后，需要寻 找上层的服务提供商和产品提供商，来为自己的网络创造增值服务。同时，由于通 讯网络运营商自身条件的影响，一般都具备巨大的品牌效应，产品提供商通过与他 们的合作，是为产品提供全面的解决方案和快速创立品牌的基本途径。 目前视频会议领域的通讯网络运营商基本上由r r 业界的骨干网络运营商和部 分i s p 商组成，在国内如电信、网通、联通、铁通、卫通等。 3 行业应用系统提供商： 面对广大的企业用户市场，通用的会议式产品必须要根据企业的实际功能需求 和使用模式，进行一定的改变，特别是在协同工作( 文件共享) 方面。这就产生了具 备丰富的行业应用经验，拥有良好的客户资源的提供商，他们能够根据实际的案例， 综合各方面的条件和资源，提供完全符合特定行业需求的行业应用系统。目前视频 会议系统主要应用行业有政府、教育、金融、电讯、石油、电力、1 t 行业、商业等。 4 ，服务平台提供商： 服务平台提供商是在通讯网络的基础上，为客户提供远程视频会议系统租用和 第5 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 其它a s p 服务。他们面对的是直接客户，但是这种服务平台投资大，不过回报稳定， 在行业中属于长期项目。目前在国内，铁通和网通已经开始建立个人用户的视频会 议服务平台。 5 内容提供商： 内容提供商是在行业应用平台服务上层的专业服务机构，他们面对特定的专业 客户，提供相应的内容服务，比如远程教学的内容服务、实时股评服务等。内容提 供商通过收集、整理、编辑和发布特定的资讯内容和课程，并组织、协调客户之间 的关系来获得服务利润。 通过以上分析我们不难看出，现在视频会议领域已经形成了以个人和企业为重 心，包括内容服务的三大应用服务市场。 1 个人市场：主要产品是基于桌面型p c 机的软件系统和低价位的可视电话、机顶 盒型可视终端( 配合电视使用) ，普遍的应用模式包括点对点视频通讯和小规模视 频会议。 2 企业市场：主要产品是基于桌面型p c 机的软件系统、机顶盒可视终端、专用会 议室可视终端和胁同工作系统，普遍的应用模式包括内部群组会议、产品和市 场推广、远程客户交流、远程培训等。 3 内容服务市场：建立基于公共数据网络的通讯平台，对用户提供有偿性的服务。 其中包括个人通讯服务、通用会议服务、网络教学服务等。 无论是个人市场、企业市场，还是内容服务市场，多年来一直受国外企业垄断。 以深圳瑞福特信息技术有限公司为代表的国内企业通过近几年的努力，将在此领域 来推动民族产业的发展。 根据w a i n h o u s e 机构的统计数据表明，以往的市场规模及各类产品的市场比例 如下： 图1 - 1 企业用户的整体市场增长( 单位：1 0 0 万美元) 第6 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 图1 - 2 基于i s d n 和i p 的机顶盒型会议产品市场增长( 单位：1 0 0 万美元) 图1 - 3 基于i p 协议的视频会议系统的市场增长( 单位：1 0 0 万美元) 1 5 3 视频会议领域的未来趋势 随着通讯网络运营商宽带业务的拓展以及在保证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，网络传输能力的进一步提高，将促进h 3 2 3 视 频会议系统的快速发展。视频会议系统未来的发展趋势有以下几点： ( 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，在效果上没有太大的区 别。 ( 2 ) 产品协议类型从h 3 2 0 向h 3 2 3 转化 第7 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 在初期，由于i p 协议不是很普遍，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 络的预见，符合h 3 2 3 协议的产品自2 0 0 0 年开始，在整体市场中占有的比例急剧 上升。估计在2 0 0 6 年和未来的几年中，基于h 3 2 3 协议的产品的销售额会基本上 占领整个市场分额的。 ( 3 ) 市场重心向低价位普通用户市场转移 由于网络条件、技术水平、生产工艺等因素在该时期内的变化，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力量是在中小企业用户市场中。 ( 4 ) 流媒体广播技术越来越多的应用于视频会议系统中 大部分广播会议如网上表演、采访、现场会等，主要为用户传输多媒体信息， 相互之间的很少交互，这种技术的应用是对传统视频会议功能的扩展。 ( 5 ) 虚拟合作应用服务将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，使用最为频繁的将是虚拟合作，如远程的项目管理、客户服务、技术培训等等， 这种应用在知识型企业尤为明显。 ( 6 ) 电讯服务市场进入启动阶段 中国电信、联通、铁通等公司已经积极开展视频会议电讯服务，预计今明两年 将开始积极推广企业租用市场。 目前在国内，深圳瑞福特公司很好地把握了视频会议的发展趋势，最先提出“视 频会议与虚拟合作解决方案提供商”的定位，致力于立足大中华区根据地区和行业 情况，在完全自主核心l p 视频会议系统技术的基础上提供全面的解决方案，同时 提供企业级和电讯级别的视频会议产品，并将视频会议系统和政府办公、证券、教 育、项目管理、c r m 、p r m 等具体应用结合起来形成虚拟合作解决体系。 最后，相信视频会议领域在束来的1 2 年内，将依托通讯行业和i t 行业迅猛发 展，成为炙热的潮流之一，以瑞福特公司为代表的民族视频会议和虚拟合作系统公 司将会打破国外公司一统江山的格局并在企业和电讯领域得到高速发展。 1 6 本课题的任务和主要工作 本课题的任务是北京布来得通信技术开发公司开发的基于h 3 2 3 的商用v o i p 系统，该系统为行业用户提供基于局域网内的视频会议平台，包括网守、m c u 和 终端。在这个项目中，作者分机了h 3 2 3 协议栈，设计实现了m c u 和终端软件模 第8 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 块。本课题软件采用w i n d o w sx p 平台和o p e nh 3 2 3 协议栈，使用c + + 作为开发 工具。 作者查阅了大量关于v o i p 的文献，了解其发展方向，分析当前市场视频会议 产品，并着重解析视频会议方向的理论和技术，针对h 3 2 3 协议在视频会议行业的 应用，并结合m c u 自身的特点，研究h 3 2 3 协议的内部机理和协议规则，很好的 解读h 3 2 3 协议。 在实际开发中，作者密切配合课题组的其他成员，积极组织需求分析、系统设 计，负责设计视频会议系统的整体框架和m c u 部分的总体和详细设计。分析市场 承受力和己有基础设备，设计自己相对低价位功能基本完全的m c u 功能单元，并 与网守以及终端相结合，充分实现完整小型视频会议系统功能。在开发中，充分考 虑到了因为h 3 2 3 协议庞大和内存泄漏造成系统不稳定的可能性，编码严格按照微 软规范，使其不发生内存泄漏等问题。不但提高了整个视频会议系统的程序清晰度、 模块分割性和程序可读性，并且使系统整体稳定性大大提高，使整个系统的健壮性 达到一个新的高度。 1 7 论文结构 本论文共分为六章。 第章：绪论。介绍视频会议的发展历程以及课题的来源和任务，作者所作的 工作以及论文结构。 第二章：视频会议的基本原理和技术。分析和简单描述了视频会议的理论知识 和技术知识。 第三章：h 3 2 3 协议栈剖析。分析了h 3 2 3 协议的体系结构和特点，描述h 3 2 3 通信的基本控制过程，并介绍了h 3 2 3 协议的各个组成部分。 第四章：h 3 2 3 视频会议系统分析。从多媒体通信系统功能和协议结构两方面 介绍h 3 2 3 视频会议系统的构架。 第五章：i p 食品会议系统的设计和实现。较为详细的讨论了整个视频会议系统 的整体设计，重点讨论了m c u 和终端重要模块的具体设计和实现等。 第六章：总结与展望。论述了视频会议领域的未来发展，作者完成的工作和系 统进一步的改进需求。 第9 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 第二章视频会议基本原理和技术 视频会议的发展在很大程度上受用户应用需求的影响，但最终起作用的还是相 关技术的发展水平。与视频会议相关的技术有多媒体信息处理技术、宽带网技术、 信息加密技术、分布式处理技术、芯片技术等。 2 1 多媒体信息处理技术 多媒体信息处理技术是视频会议的关键技术，主要针对各种媒体进行信息压缩 和处理，而压缩处理后的视频质量的高低是决定多媒体服务质量好坏的主要因素， 特别是早期的会议电视产品，各厂商都以编解码算法作为竞争的法宝。新算法、新 技术不断出现，进而推动多媒体信息处理技术的发展。比如i t u _ t 的h 2 6 3 + 和 i s o i e c 的m p e g 一4 ，m p e g 7 ( 多媒体内容描述接口) 等。m p e g 4 是继m p e g 1 和 m p e g 一2 之后的标准，该标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，为多 媒体通信及应用环境提供标准算法。于1 9 9 8 年提出的m p e g 7 的目标是对各种不 同类型的多媒体信息进行标准化描述，以实现对庞大图像、声音信息进行有效的管 理和迅速检索，这些标准覆盖了很大的视频速率范围和应用领域，支持不同速率、 不同的图像质量要求等条件的视频业务，能够满足包括电视会议、视频电子邮件、 可视电话、广播级视频应用等不同要求的服务。 2 1 1 多媒体压缩技术 多媒体数据压缩是通过数学运算将原来较大的文件变为较小文件的数字处理技 术，数据解压缩是把压缩数据还原成原始数据或与原始数据相近的数据的技术。数 据压缩通常可分为无损压缩和有损压缩两种类型。无损压缩是指压缩后的数据经过 重构还原后与原始数据完全相同，有损压缩是指压缩后的数据经过重构还原后与原 始数据有所不同。 衡量一种压缩技术的好坏主要综合考虑三个指标：一是压缩比要大；二是算法 要简单，压缩解压缩速度快，能够满足实时性要求；三是压缩损失要少，即解压缩 的效果要好。 数据压缩的技术核心是压缩算法，目前常用的压缩方法有两类：一是无损失压 缩( 又称冗余压缩法或熵编码法) ，主要用于文本和数据压缩，典型的有h u f f m a n 算 第1 0 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 法、游程编码。二是有损失压缩( 熵压缩法) ，主要用于图像和声音的压缩，常用的 有模型编码、矢量量化、子带编码等。在具体应用时，常混合采用多种压缩算法， 如用于静态图像压缩的j p e g ，以及近年来发展起来的支持动态图像压缩的m p e g 丝 目o 2 1 2多媒体视频编码技术 i t u t 的标准包括h 2 6 1 、h 2 6 3 和h 2 6 4 ，主要应用于实时视频通信领域，如 视频会议；m p e g 系列标准是由i s o i e c 制定的，主要应用于视频存储( d v d ) 、广 播电视、因特网或无线网上的流媒体等。两个组织共同制定了一些标准，h 2 6 2 标 准等同于m p e g 一2 的视频编码标准，最新的h + 2 6 4 标准则被纳入m p e g 4 中。 1 、h 2 6 1 视频编码 h 2 6 1 是第一个实用的数字视频编码标准，使用了混合编码框架，包括了基于 运动补偿的帧间预测，基于离散余弦变换的空域变换编码，量化、z i g z a g 扫描和熵 编码。其基本的操作单位为宏块。 2 、h 2 6 3 视频编码 h 2 6 3 是一个可以用来压缩包含低比特率情况下的有运动图像成分的视听服务 的编码表示，基本构架是基于h 2 6 1 ，通过帧间预测编码去除时间上的冗余和通过 对保留信号进行变换编码来去除空间上的冗余的结合。视频编码算法概要说明如图 2 一l 所示。 视频 信号 一二一一一一上制 编码比 特流 堕卜臣垂三卜匝扣 f a ) 执频解码 ： 图2 - 1 视频编码算法概要图说明 3 、h 2 6 4 视频编码 h 2 6 4 压缩系统由视频编码层v c l 和网络提取层n a l 两步分组成，v c l 包括 v c l 编码器和解码器，主要功能是视频数据压缩编码和解码，包括运动补偿、变换 第1 】页 北京邮电大学硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 编码、熵编码等压缩单元。n a l 则用于为v c l 提供一个与网络无关的统一的接口， 它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送，采用统一的数据格式，包括 单个字节的包头信息、多个字节的数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结 束信号等。h 2 6 4 不仅比h 2 6 3 和m p e g 4 节约了5 0 的码率，而且对网络传输具 有更好的支持功能。它引入了面向i p 包的编码机制，有利于网络中的分组传输， 支持网络中视频的流媒体传输。视频编码层框图如图2 2 所示。 图2 2 视频编码层框图 4 、m p e g 系列视音频编解码 从m p e g 1 发展到现在的m p e g 。2 1 ，多媒体视音频编解码技术经历了一个漫长 的过程，在传输带宽、传输速率、分辨率、图像声音质量级别等性能的要求上都有 不同程度的改进和提高。 m p e g 标准是负责制定视频和音频编码工业标准的专家组，旨在解决视频图象 压缩、音频压缩及多种压缩数据流的复合与同步，它很好地解决了计算机系统对庞 大的音像数据的吞吐、传输和存贮问题，使影像的质量和音频的效果达到令人满意 的程度。m p e g 标准包括四个级别，其中m p e g 一1 的图像分辨率等指标具有v h s 第1 2 页 北京邮电大学 硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 的质量水平，m p e g 2 达到广播级质量水平。m p e g 视频压缩技术出现后，给计算 机和家电产品带来了新的发展机遇和应用市场，m p e g 1 以v c d 作为产品载体一 问世，即在世界范围里引起轰动，迅速为众多厂家、公司争相采用、生产，并迅猛 地向家庭领域扩张。m p e g 4 具有很多优点。它的压缩率可以超过1 0 0 倍，而仍保 有极佳的音质和画质；它可利用最少的数据，获取最佳的图像质量，满足低码率应 用的需求；它更适合于交互式a v 服务及远程监控。今后m p e g 4 可能应用于多媒 体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议和可视电话等范围，具有 广泛的适应性和可扩展性。 m p e g 7 以及m p e g 一2 1 重点已经不在压缩方面，m p e g 7 注重于多媒体数据基 于内容的描述，用来帮助运营者管理日益丰富的多媒体信息，它是以前标准的扩展 和延伸，主要描述各种类型的视听材料，如静止图像、图形、3 d 模型、音频、视 频等，以及关于这些视听材料在一个多媒体表达中是如何结合的等信息。而 m p e g 2 1 更多侧重于多媒体信息内容的使用等相关的诸多方面，其目标是定义一个 交互式多媒体框架，跨越大范围内不同的网络和设备，使用户能够透明地使用多媒 体资源，存取、使用并交互多媒体对象，实现多种业务模型，包括在价值链中对版 权和支付交易的自动管理，以及对内容使用者隐私的尊重等。 2 1 3 多媒体音频编码技术 音频编码技术的发展十分迅速，从最早的标准化语音编码6 4 k b i t s 的p c m 波 形编码器，到目前速率为几百b i t s 的波形与参数混合编码，在语音质量和实用化 两个方面上都有显著的提高。 1 、g 7 2 1 编码 a d p c m 即g 7 2 1 是一种脉冲编码技术，它利用自适应技术和差值编码技术相 结合的一种编解码技术，可以使6 4 k b i t s 的p c m 信号进一步压缩为3 2 k b i t s 的脉 冲编码数据，使传输编码所需要的带宽减少一半，提高了信道的利用效率，还可以 使脉码调制系统的通信质量得到提高。其基本原理是利用对过去的几个抽样值来预 测当前输入的样值，并使预测电路具有自适应的预测功能与实际检测值进行比较， 随时对测得的差值自动进行量化级差的处理，使之时钟保持与信号同步变化。 2 、g 7 2 3 编码 g 7 2 3 输入信号使模拟信号的p c m 信号，对移动台来讲抽样速率为8 0 0 0 h z ， 采用1 3 b i t 均匀量化，其速率为1 0 4 k b i t s 。在编码器中，编码处理是按帧进行的， 每帧为2 0 m s ，即对1 0 4 k b i t s 的语音数据流读取2 0 m s 的一段，然后分析进行编码， 第1 3 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文2 0 0 3 级 编码后形成2 6 0 b i t 的净话音数据块。 2 2 多媒体传输网络 为使用权网络的多媒体性能达到用户的要求，必须从多媒体网络环境和多媒体 网络带宽资源控制技术两个方面入手，提高网络的速率、带宽资源的管理能力及可 靠性。 2 2 1 多媒体网络环境 多媒体数据的传输对网络环境提出了苛刻的要求，首先是高带宽，其次是网络 的延迟特别敏感，所以多媒体网络必须采用相应有控制机制和技术，以保证网络延 迟能满足系统要求。用户的网络环境包括a t m 网、a t m e t h e m e t 混合网、e t h e m e t 网。a t m 与传统的以太网的不同之处在于它是面向连接的协议，因为即使是交换式 以太网等解决方案，其本质上仍然是无连接的。a t m 是面向连接的技术，支持各种 速率的业务，同时a t m 的r s v p 资源预留协议为视频传输提供了q o s 服务质量， 使得它比以太网更适合多媒体的传输与应用。但a t m 的高投资使很多用户望而却 步。现在大部分用户已拥有一定规模的基于t c p i p 的以太网环境，如果在纯以太 网或a t m e t h e r n e t 的混合网上都有能经济地进行多媒体数据传输，实现视频q o s 传输，将用户从以太网环境向a t m 过