（检测技术与自动化装置专业论文）基于java的网络视频会议系统的研究与实现.pdf

摘要 随着信息技术的高速发展，以往的通信方式并不能满足人们的实际需求。基 于网络的视频通信已经逐步成为现代信息社会不可或缺的沟通方式。与此同时， 网络视频会议系统正从以往的对特定网络及硬件的依赖逐渐发展到利用纯软件来 实现，利用软件来实现媒体数据的处理及会议的过程具有重大的意义。 本文首先介绍了视频会议系统的发展状况及趋势，接着描述了视频会议系统 的结构组成与常用协议，然后介绍了视频会议系统的关键技术。本文通过对关键 技术的详细对比和分析，设计了一套完整的实现方案。为了满足平台无关性，本 文采用了j a v a 语言，并通过j a v a 多媒体框架j m f 提供的捕捉、回放、编解码 等工具，把音频、视频放到j 越，a 应用程序中，完成了视频会议系统中媒体数据 的处理，通过对比现有的网络通信技术，采用多播进行媒体数据的传输，通过异 步通讯模式实现文本的传输，较好的实现了会议功能。 本文采取自定义信令，c s ( 客户机服务器) 的结构方式进行视频会议的整体设 计。运用j m f 及多播实现音视频的采集、处理、传输、接收，利用j a v as w i n g 组件完成系统界面的可视开发。本系统结构简单，功能实用，成本低廉，对中小 用户具有一定的实用价值。 关键词：网络视频会议实时传输协议j a v a 媒体框架多播 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h et r a d i t i o n a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a n n o tm e e to u ra c t u a ld e m a n d s t h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m n a m e dn e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m ( n v c s ) h a sp r o g r e s s i v e l yb e c o m et h em o s t i m p o r t a n tb r i d g et ot h em o d e mi n f o r m a t i o ns o c i e t y m e a n w h i l e ，n v c sc a nr e d u c et h e s t r o n gd e p e n d e n c eo nt r a d i t i o n a ls p e c i a ln e t w o r kb yu t i l i z i n gs o f t w a r ei n s t e a do f h a r d w a r e i tm a k e sag r e a ts e n s eo nh o wt ou s et h es o f t w a r et or e a l i z et h em e d i ad a t a p r o c e s s i n ga n dd e a lw i t ht h ec o n f e r e n c i n gp r o c e s s i nt h i sp a p e r , s o m eb a s i ck n o w l e d g ea b o u tn v c si s i n t r o d u c e d ，s u c ha st h e d e v e l o p m e n ta n di t st e n d e n c y , t h ec o n s t r u c t i o no fn v c sa n dc o m m o np r o t o c 0 1 t h e n t h em a i nt e c h n o l o g yo fn v c si sa n a l y z e da n db a s e do nt h i st e c h n o l o g y , an e ws c h e m e i s p r o p o s e d i no r d e rt or u ni n d e p e n d e n tp l a t f o r m ，j a v ai sa d o p t e d b yt h et o o l s p r o v i d e db yj m f ，s u c ha sc a p t u r e 、p l a y b a c k 、e n c o d i n g 、d e c o d i n ga n ds oo n ，a u d i oa n d v i d e ow a st a k e ni n t ot h ej a v aa p p l i c a t i o n a n dt h e nm e d i ad a t ap r o c e s so fn v c si s d o n e d u et ot h ec o m p a r i s o nb e t w e e no t h e rn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s e x s i t i n g ，m u l t i c a s ti sa d o p t e dt ob eu s e di nm e d i ad a t at r a n s m i s s i o n d u et ot h e a s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o no fj a v at os o l v et h et e x tt r a n s m i s s i o n t h ef u n c t i o no ft h e m e e t i n gi si m p l e m e n t e dp r e f e r a b l e i na d d i t i o n ，u s e r - d e f i n e ds i g n a l i n ga n dt h ec o n s t r u c t i o no fc s ( c l i e n t s e r v e r ) a r e a d o p t e df o rt h es c h e m e i nt h i ss c h e m e ，j m fa n dm u l t i c a s tr e a l i z e st h ec a p t u r e 、 p r o c e s s 、t r a n s m i s s i o na n da c c e p t i o no ft h ea u d i oa n dv i d e od a t aa n dt h et e c h n o l o g yo f j a v as w i n gc o m p o n e n t sa n dp r o v i d e sb e t t e rs u p p o r tf o rd e v e l o p i n gg r a p h i cs y s t e m i n t e r f a c e w i t has i m p l es t r u c t u r ea tl o wp r i c e ，t h i ss y s t e mi sc o n s i d e r a b l yu s e f u lf o r t h em e d i aa n ds m a l lu s e r s k e y w o r d s ：n e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c e j a v am e d i af r a m e w o r k r e a lt i m ep r o t o c o l m u l t i c a s t 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是我个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；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它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做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，本人承担一切相关责任。 本人签名： 同期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。本人保证毕业 离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期型：! ：2 嗍丝啤 第一章绪论 第一章绪论 1 1 视频会议系统的概念 视频会议系统是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及 多媒体设备，将声音、影像及文件资料互相传送，达到即时且互动的沟通，以完 成会议目的之系统。该系统是一种典型的图像通信。在通信的发送端，将图像和 声音信号变成数字化信号，在接收端再把它重现为视觉、听觉等可获取的信息。 这套系统还可以同时提供文件传真、静止图文传递等一系列辅助服务项目，还可 以广泛用于现场教学、现场办公、商务谈判等多种领域。 视频会议【l l 】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。 视频会议能使人们更有效的交流，因为可视化的交流是最自然的交流方式。 因为看比说更能加深人的理解与记忆，特别是当话题本身就是一个很形象的观点 的时候。 有些视频会议系统设计成允许好几组不同地方的人参加同一个会议，有些则 设计成只允许几个人在他们的桌面上讨论项目。无论怎样，他们能看到全方位的 活动图像，清楚地听到别人所说的话，感觉就像在一起。用这种方式，视频会议 创造了这样一个环境：更快地下决策，更加强大的团队工作、想法、知识、鼓励 能从一个同事传向另外一个同事。还有一个更为显著的优点是不用出差。 视频会议使不同地方的人们相互影响，不管他们之间是1 0 分钟的步程还是 l o 小时的飞机行程。它能够使人们像在同一房间一样交流思想、交换信息。这就 意味着人们不用在等e m a i l 、传真或者快递中度过工作时间。简短地说，视频会 议使人们“坐”在了一起。 1 2 视频会议系统国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 视频会议的发展历史与现状 从6 0 年代开始，世界发达国家开始研究模拟视频会议系统，并逐渐商用化。 6 0 年代末期，在压缩编码技术推动下，视频会议系统开始由模拟系统转为数字系 统。8 0 年代初期，随着2 m b i v s 彩色数字视频会议系统的研制成功，日本和美国 分别形成了非标准的国内视频会议网。8 0 年代中期，大规模集成电路技术飞速发 2 基于j a v a 的网络视频会议系统的研究 展，图像编解码技术取得突破，网络通信费用降低，这些都为视频会议走向使用 提供了良好的发展条件。8 0 年代末至今，多媒体技术、计算机技术、通信网络技 术都得到了快速发展。此时，c c i t t ( i t u t ) 也形成了h 2 0 0 系列建议，规定了统 一的视频输入输出标准、算法标准、误码校检标准及一系列互通的模式转换标准， 解决了不同厂商的设备互通问题，打破了视频会议技术机器设备被少数大公司一 统天下的垄断局面，极大地推动了视频会议的发展。另外，高速i p 网络及i n t e m e t 的迅猛发展，各种数字数据网、分组交换网、i s d n 以及a t m 的逐步建设和投入 使用，也使视频会议的应用和发展进入了一个新的时期。 近年来，视频会议业务开始在我国推广使用，国家视频会议骨干网已经建成， 并逐渐发展到远程医疗、远程教学等领域。视频会议通信系统产品的研制也保持 与国际同步。在开发出给予专用网的视频会议系统的基础上，基于n i s d n 的多 媒体终端和多点控制单元( m c u ) 也进入了实用阶段。目前已经形成了国内中兴、 华为等大企业与国外如i v t e l 、p i c t u r e t e l 、v c o n 等公司共同分享国内会议电 视市场的竞争局面。 视频会议【1 1 】作为交互式多媒体通信的先驱，已经有2 0 多年历史，顺应三网 合一的发展趋势，势必要进入一个新的发展阶段。主要的原因是：第一，交互式 多媒体通信所依附的传输网络基础，由电路交换式的i s d n 和专线网络向分组交 换式的i p 网络过渡。第二，其针对的市场目标将由大型公司、政府机构的会议室 向小型化的工作组会议室和个人化的桌面延伸，最终发展到家庭。第三，功能己 由原先单纯的电视会议功能发展成远程教学系统、远程监控体统、远程医疗系统 等多方面的综合业务。 但是i n t e m e t 原来是用于计算机互联和数据通信的网络，使用t c p i p 协议， 就其目前广泛使用的i p v 4 协议路由器来说，存在着无法控制带宽和端对端时延、 q o s 得不到保证等问题，难以满足多媒体通信业务的发展。但随着a t m 技术、i p 交换技术、千兆比以太网技术在网络层逐步统一到i p 上，基于i p 的视频会议将 成为实时多媒体通信最为理想的方向，是视频会议发展的主流。国外公司如 p i c t u r e t e l 、w e a m e s 、v c o n 等正致力于开发i n t e m e t 网的实时视频、音频会议电 视系统，并且已经取得了很好的效果。目前，随着i p 的日益普及，以及i p 性能 的逐步改善，性能良好、使用方便、价格便宜的i p 视频会议系统已经得到广泛应 用。 1 2 2 视频会议发展趋势 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，我们可以预见，网络传输能力将得到更进一步提高，从 第一章绪论 3 而促进视频会议系统的快速发展。视频会议i l l l 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 和s i p 转化 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。近两年，符合s i p 协议的产品占的比重也逐渐加大起来。 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个人用户市场中。 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路演、采访、现场会议等，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。 最后，我们相信视频会议领域在未来的1 2 年内，将依托通讯行业和i t 行业 的迅猛发展，成为炙热的潮流之一。 1 3 本论文的研究背景及意义 随着人们对音频和视频信息的需求愈来愈强烈，追求远距离的音视频的同步 交互成为新的时尚。近些年来，依托计算机技术、通信技术和网络条件的发展， 集音频、视频、图像、文字、数据为一体的多媒体信息，使越来越多的人开始通 过互联网享受到网上生活、远程医疗、远程通讯的乐趣，缩短了时区和地域的距 离。远程通信的各种优势给人们带来的方便也促使人们对这一领域进行更加深入 的探索。基于不同平台以及不同开发工具的网络视频会议系统层出不穷。 视频会议【l l j 系统还更广泛的应用于现代企业中。信息技术的迅猛发展，改变 了各行各业的传统工作模式。信息的无限量扩大、交通工具的便捷、互联网技术 的充分应用等导致了行业间竞争的全球化，这就要求现代部门、企业要具备更加 4 基于j a v a 的网络视频会议系统的研究 灵敏的神经，更扁平化的管理，更快速的反应和决策，更贴切的市场宣传和服务。 所有这一切是由于信息技术的发展带来的，同样也要求有先进的信息技术来提高 部门、企业的竞争力。视频会议系统的可以跨越空间距离、灵活多样的面对面的 交互，适应现代社会的方便、快捷、高效、快节奏，它为用户带来的经济效益， 使视频会议系统的使用正在向各行各业渗透，给这一市场注入了新的活力。 视频会议【1 1 】系统对于减少差旅费用等机构开支、提高机构运作效率、提高机 构形象有利于加强对外交往、有利于政策方针的迅速准确传达、有利于广泛收集 意见、有利于加强内部交流、员工培训等方面带来巨大的直接和间接效益。由于 视频会议系统的这些优点，使得视频会议系统备受关注。并且已经有越来越多的 人利用这种方式进行交流沟通，不仅方便而且拉近了人与人之间的距离。现在的 一些软件像q q 以及m s n 等软件为人们的视频聊天提供了许多方便。 我国的视讯业发展已有l o 年的历程。发展之初的视频会议系统只是针对政 府、金融、集团公司等高端市场，主要在专网中运行，采用专用硬件设备实现， 造价不菲，预算往往高达百万元，且用户必须到专用电视会议室才能进行通信， 用户使用很不方便。一套典型的采用硬件设备实现的视频会议系统一般包括视频 会议终端设备、多点控制其设备、传输信道及控制管理平台等。视频会议终端设 备主要完成音视频信号的采集、编解码、传输、处理主要采用专用硬件芯片实现， 要求配置大屏幕监视器、专业摄像机、音响设备、控制设备等专用硬件设备及专 用传输信道。 近年，随着宽带业务的广泛推广和应用，为视讯通信业务面向公众广泛运营 已经准备好了网络基础条件，同时，由于计算机处理速度已大大提高，许多以往 需要专用设备进行的数据处理过程可以交由计算机来完成，在实际效果上没有太 大的区别。受前两年s a r s 的影响，我国视频会议系统市场近两年突破了以往的 平缓发展局面，开始步入了稳步发展阶段。基于i p 网的视频会议系统市场份额逐 渐加大，近两年，基于i p 网的产品占到了9 0 以上的比例，成为市场主流。视频 会议系统的实现方式逐步从硬件向软件转化，其网络载体从电路交换向基于i p 网 的分组交换发展，市场重心向低价位普通用户市场转移。 随着企业外部竞争环境的日益激烈，企业越发意识到低成本运作的重要性， 而作为视频会议系统，一向以来在人们心目中是属于一种近乎奢侈的应用，动辄 几十万、上百万的价格令不少企业望而却步。对于中小企业和个人用户而言，目 前视频会议系统的应用成本仍较高，推广应用受到了制约，是一个很大的空白地 段。要实现视频会议系统向中小企业和普通消费者推广普及，必须大幅度降低系 统部署应用成本。 1 9 9 7 年，国际电信联盟i t u t 发布了用于i p 网络上的视频会议标准协议 h 3 2 3 ，1 9 9 9 年i n t e m e t 工程任务组i e t f 提出s i p 协议。h 3 2 3 和s i p 协议作为 第一章绪论 5 主流多媒体通信协议标准，目前己广泛应用到各专业视频会议系统中，但h 3 2 3 和s i p 协议栈比较复杂，自行开发的成本较高，虽然目前已有部分开源组织发不 了开放源代码的该类协议栈，但若想将其作为商用，仍需要进行大量的改造。为 降低成本、降低人力，部分产品采取了自定义通信协议栈的方式来实现。 由于本人所在实验室每周都有例会， 发一套视频会议系统，能提高工作效率， 实验室机器条件较好，如能在实验室开 节约成本，满足日常工作需要，将学习 应用于实践，故决定自行开发简单实用的视频会议软件系统，以适应文字传输、 音视频会议通信等实际应用需求，并为日益发展的宽带多媒体网络应用开发做好 技术准备。 1 4 本文研究主要内容 本文在总结和借鉴其他视频会议软件系统的基础上，结合j a v a 跨平台、高 扩展性、低成本等优点，从实用性出发，提出一种基于j a v a 的较为简单的应用 于局域网的视频会议系统的设计与实现方案。在此过程中，主要完成了以下工作： 1 研究视频会议的类型、基本模式和体系结构，采用了实用、多播技术来实 现本系统，取得了预期的效果。根据系统功能、性能等方面的综合需求， 通过对比，采用t c p 、r t p 等网络传输协议，j 删m f 语言，c s 结构。 研究视频会议中视频的捕捉、传输等技术。 2 研究并构建了视频会议系统的软件模型，采用c s 方式，对系统内部各个 模块结构进行了详细设计，形成了实用可行的视频会议软件系统模型。 3 对视频会议系统通信协议进行研究，鉴于目前h 3 2 3 、s i p 等主流标准协议 的复杂性，本人从成本、简单实用出发，白定义了一个简单的信令方式， 实现了会议的控制，较好的满足了实际需求。 4 研究跨平台j a v a 技术在i p 网络应用开发方面的应用，以及j a v a 媒体框 架j m f 技术在网络实时多媒体系统方面的应用。 5 对各个功能进行代码实现，良好用户操作界面的设计与实现，完成了会议 的主要功能。 本文从内容上对视频会议的开发背景开始论述，研究并确定了开发环境，并 对该视频会议系统的需求做出了详细的分析，根据其需求及开发工具的功能特性 确立了设计方案及开发策略。 第二章视频会议系统的结构组成及通信过程相关 7 第二章视频会议系统的结构组成及通信过程 2 1 视频会议系统的基本组成 一套完整的视频会议【l l 】系统通常由视频会议终端、多点控制单元( m c u ) 、网 关( g a t e w a y ) 、网守( g a t e k e e p e r ) 和附属设备共五大部分构成。 2 1 1 视频会议终端 在视频会议系统中，主要的视频会议终端有三种：桌面型软件终端、桌面型 硬件终端和会议室型终端。 1 桌面型软件终端 桌面型软件终端是指直接在电脑上安装视频会议客户端软件，配置费用比较 低的u s b 摄像头可实现视频会议，采用音箱耳机扬声器+ 麦可风组合实现双向 语音通信。桌面型软件终端主要目标用户是办公室里特殊的个人或者在外出差工 作的人，因此虽然桌面型软件终端支持多点会议，但是实际上在大多数情况下常 用于双方点对点会议。 2 桌面型硬件终端 桌面型硬件终端一般在一个单元内包含了视频会议所需的大部分硬件和软 件，以简洁著称，安装简便，设备轻巧。桌面型硬件终端通常内置了显示器和摄 像头，也有部分产品预留显示器和摄像头的外部接口。此外，桌面型硬件终端通 常还可以加载一些外围设备( 例如文档投影仪和白板设备) 来增强功能。桌面型硬 件终端通常是各部门之间的共享资源，常规情况下只能l 4 人使用，但仍然以个 人使用为主( 主要是给企业或政府领导在自己办公室使用) ，适用于从政府部门、 跨国公司到小企业等各种规模的机构。 3 会议室型终端 会议室型终端一般集成在会议室内，提供给会议室内的所有用户使用，通常 采用云台的摄像头，可以通过遥控方式水平垂直转动( 水平摇摄3 6 0 0 ，垂直俯仰 + 9 0 0 ) 从而覆盖参加会议的所有人物和场景。 会议室型终端类型较多，有的设备自带摄像头和遥控器，有的设备不带摄像 头( 用户可根据自身需要选择不同数量不同型号的摄像头，配置可以更加灵活) ， 可以通过电视机或者投影仪进行视频显示，用户可以根据会场的大小选择不同的 设备及数量。另外，会议室型终端通常组合大量的附件，例如音频系统，附加摄 8 基于j a 、，a 的网络视频会议系统的研究 像机，文档投影仪，和p c 协同文件通讯。 会议室型终端具有多屏幕显示、丰富的通讯接口，图片、文字、音频、视频 多种媒体流综合展示等功能，使其成为高端综合性的产品。会议室型终端应用范 围很广，基本能满足所有类型的用户需求，为无数中、大型企业所青睐。 2 1 2 多点控制单元( m c u ) 多点控制单元也叫多点会议控制器或视频会议服务器，英文全称“m u l t i c o n t r o lu n i t ，缩写为m c u 。m c u 是多点视频会议系统的关键设备，它的作用 相当于一个交换机的作用，它将来自各会议场点的信息流，经过同步分离后，抽 取出音频、视频、数据等信息和信令，再将各会议场点的信息和信令，送入同一 种处理模块，完成相应的音频混合或切换，视频混合或切换，数据广播和路由选 择，定时和会议控制等过程，最后将各会议场点所需的各种信息重新组合起来， 送往各相应的终端系统设备。各种不同的终端都连入m c u 进行集中交换，组成 一个视频会议网络。 多点控制单元( m c u ) 在功能上由多点控制器( m c ) 和多点处理器( m p ) 组成： 多点控制器( m c ) f l 邑提供支持多点会议的控制功能。在多点会议中，多点控制 器( m c ) 与每一会议终端进行能力交换，最终确定会议中的公共能力。多点控制器 ( m c ) 还为会议选定通信模式，使会议中各个终端工作在选定的通信模式上。 多点处理器( m p ) 可以处理视频、音频和数据码流。多点处理器( m p ) 对视频码 流的处理有两种方式：视频切换和视频复合。多点处理器( m p ) 对音频的处理主要 是混合，它可以将m 个通道的输入经过处理后得到n 个通道的输出。在数据处 理方面，多点处理器( m p ) 主要处理的对象是t 1 2 0 数据( 目前只在软件中有使用， 硬件视频会议主要采用双流协议实现数据交互) 。 m c u 是视频会议系统的核心部分，为用户提供群组会议、多组会议的连接 服务。目前主流厂商的m c u 一般可以提供单机多达1 0 0 个用户以上的接入服务， 并且可以进行级联，可以基本满足用户的使用要求。在使用和管理上，目前主流 的m c u 操作界面基本都比较人性化，使用方便，满足大中型企业和政府部门的 要求。 2 1 3 网关( g a t e w a y ) 在基于i p 网的视频会议系统中，网关是跨接在两个不同网络之间的设备，把 位于两个不同网络上的会议终端连接起来组成一组会议。网关有三大主要功能： 通信格式的转换，例如，i p 网上的会议终端要和电路交换网上的会议终端实现互 第二章视频会议系统的结构组成及通信过程相关 9 访，就需通过网关来完成h 2 2 5 0 码流和h 2 2 1 码流之间的互译；视频、音频和 数据信息编码格式之间的互译，以完成表示层之间的相互通信；通信协议和通信 规程的互译，以完成应用层的通信。 2 1 4 网守( g a t e k e e p e r ) 与电路交换网络上的会议系统不同，基于i p 网的视频会议系统，面向的是分 组交换的质量不能保证的i p 网，从而导致了网守这一特殊角色的出现。网守是一 个可选的角色，但基于i p 网的实际视频会议系统，如果没有网守，则难以很好地 工作。 网守有以下三个主要的功能：用户别名和传输层地址的翻译。在实际应用中， 用户很难记住对方会议终端的网络地址( 传输层地址) ，而比较容易记住用户的别 名。在此情况下，网守的作用就十分明显了。用户进入会场许可的管理和控制。 网守对每一个要进入会场的用户进行检察和论证，以确定用户的合法性。网络带 宽的管理和控制。通过对带宽的控制能根据网络实际情况来控制用户数或者用户 的使用带宽，以此保证会议有一个基本的质量。h 3 2 3 中的r a s 信道就是为了网 守工作而专门设计的一个信道。 2 1 5 附属设备 一套视频会议系统还涉及很多附属设备，主要看具体应用需求配备。视频会 议系统通常用到的附属设备包括：投影仪、监视器电视机、大型扩音器、麦克风、 大型摄像机、d v d 播放机、录播服务器、外部遥控器、写字板、中央控制服务 器、存储设备、放映机、大型背投、计算机监视器等等。 2 2 视频会议系统的通信过程 视频会议【1 l 】系统的通信过程即是视频会议的信息流在末端设备间通信的过 程。它的通信过程可以作为粗略的视频会议开发的流程，其每一个阶段也作为视 频会议开发中的模块，各有不同的信道建立过程和信令的编解码方式和传输方式， 各有不同的协议标准支持。 总的来说，一次完整的视频会议通信过程，包括以下五个阶段： 2 2 1 呼叫建立 参加会议的末端设备，首先需要在网闸出注册，以决定其对网络的访问权限 1 0 基于j a v a 的网络视频会议系统的研究 及可用的带宽，建立r a s 信道，采用h 2 5 5 0 定义的r a s 信令。会议呼叫由终 端或终端通过m c u 发起。终端与终端建立连接或m c u 逐个呼叫所有与会者的 终端，建立握手信号后，终端和m c u 之间建立起一条会议控制的信道，通过网 络的可靠性传输协议来保证控制信令的正确性，这个过程建立呼叫信令信道，采 用以q 9 3 i 为基础的h 2 5 5 0 信令。 2 2 2 通信初始化和终端性能协商 终端之间交换通信模式或m c u 选择会议通信模式，并依据事先指定或各终 端的申请将其分为主席会场、对话会场和听众会场( 听众会场只接收来自m c u 的 数据流) 。终端性能协商是依据各终端的性能参数来选择视频和音频的编解码方 式。所支持的最基本视频编码方式是h 。2 6 1 ，语音编解码方式为g 7 11 。这一过程 建立呼叫控制信道，又叫h 2 4 5 信道，采用h 2 4 5 定义的信令。 2 2 3 视频、音频通信的建立 终端根据h 2 4 5 信道建立视频、音频信道或m c u 为各终端分配视频流、音 频流、数据流端口号，并获取相应终端对应端口，建立起两者之间的双向通信信 道。对视频流和音频流将使用非可靠传输协议u d p ，而数据流则以可靠传输协议 t c p 来进行。 2 2 4 会议服务 实现h 2 4 5 会议控制过程，即m c u 和终端问的视频切换过程、模式切换过 程、信息流的广播过程和主席控制过程。这一过程利用已建立的呼叫控制信道， 仍采用h 2 4 5 信令。 2 2 5 会议结束 终端发出退出会议申请，终端关闭视频、音频信道，随后关闭控制信道，终 止会议。 2 3 常用的视频会议通信协议h 3 2 3 介绍 1 9 9 6 年，i t u 批准了h 3 2 3 规范。该标准范围广泛，涵盖了各种独立设备。 个人计算机技术以及点对点和多点视频会议。标准解决了点对点及多点视频会议 第二章视频会议系统的结构组成及通信过程相关 1 1 中诸如呼叫与会话控制，多媒体与带宽管理等许多问题。h 3 2 3 1 9 j 只是i t u 制定的 使视频会议能够在各种网络上进行的一系列通信标准的一部分，这一标准系列称 之为h 3 2 x ，包括h 3 2 0 和h 3 2 4 ，分别解决在i s d n 和p o t s ( 普通电话网) 上 的通信问题。h 3 2 3 为现有的企业基础设施( 如口网) 建立了多媒体标准，设计时 考虑了弥补质量保i 正( q o s ) 机制的不足，h 3 2 3 使用户能使用多媒体应用而无需改 变他们网络的基础结构。下面介绍目前用得最广泛h 。3 2 3 1 9 j 协议。 1 h 3 2 3 的体系结构 为了能在不保证q o s 的分组交换网络上展开多媒体会议，由i t u 的第1 5 研 究组s g 1 5 于1 9 9 6 年通过h 3 2 3 建议的第一版，并在1 9 9 8 年提出了h 3 2 3 的第 二版。h 3 2 3 制定了无q o s ( j 艮务质量) 保证的分组网络p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k s ) 上的多媒体通信系统标准，这些分组网络主宰了当今的桌面网络系统，包括基于 t c p i p 、i p x 分组交换的以太网、快速以太网、令牌网、f d d i 技术。因此，h 3 2 3 标准为l a n 、w a n 、i n t e m e t 、因特网上的多媒体通信应用提供了技术基础和保 障。 h 3 2 3 是i t u 多媒体通信系列标准h 3 2 x 的一部份，该系列标准使得在现有 通信网络上进行视频会议成为可能，其中，h 3 2 0 是在n i s d n 上进行多媒体通 信的标准：h 3 2 1 是在b i s d n 上进行多媒体通信的标准：h 3 2 2 是在有服务质量 保证的l a n 上进行多媒体通信的标准：h 3 2 4 是在g s t n 和无线网络上进行多媒 体通信的标准。h 3 2 3 为现有的分组网络p b n ( 如i p 网络) 提供多媒体通信标准。 若和其它的i p 技术如i e t f 的资源预留协议r s v p 相结合，就可以实现i p 网络的 多媒体通信。基于i p 的l a n 正变得越来越强大，如i po v e rs d h s o n e t 、i po v e r a t m 技术正在快速发展以及l a n 宽带正在不断的提高。由于能提供设备与设备、 应用与应用、供应商与供应商之间的互操作能力，因此，h 3 2 3 能够保证所有h 3 2 3 兼容设备的互操作性。更高速率的处理器、日益增强的图形器件和强大的多媒体 加速芯片使得p c 成为一个越来越强大的多媒体平台。h 3 2 3 可提供p b n 与别的 网络之间进行多媒体通信的互连互通标准。许多计算机、网络通信公司，如i n t e l 、 m i c r o s o f t 和n e t s c a p e 都支持h 3 2 3 标准。h 3 2 3 标准包括在无q o s 保证的分组网 络中进行多媒体通信所需的技术要求。这些分组网络包括l a n 、w a n 、i n t e m e t 因特网以及使用p p p 等分组协议通过g s t n 或i s d n 的拨号连接或点对点连接。 从整体上来说，h 3 2 3 是一个框架性建设，它涉及到终端设备、视频、音频 和数据传输、通信控制、网络接口方面的内容，还包括了组成多点会议的多点控 制单元( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 、网关以及关守等设备。它的 基本组成单元是”域”，在h 3 2 3 系统中，所谓域是指一个由关守管理的网关、多 点控制单元( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 和所有终端组成的集合。 一个域最少包含一个终端，而且必须有且只有一个关守。h 3 2 3 系统中各个逻辑 1 2 基于j a v a 的网络视频会议系统的研究 组成部份称为h 3 2 3 的实体，其种类有：终端、网关、多点控制单元( m c u ) 、多 点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 。其中终端、网关、多点控制单元( m c u ) 是h 3 2 3 中的终端设备，是网络中的逻辑单元。终端设备是可呼叫的和被呼叫的，而有些 实体是不通被呼叫的，如关守。h 3 2 3 包括了h 3 2 3 终端与其它终端之间的、通 过不同网络的、端到端的连接。 2 h 3 2 3 终端的组成 h 3 2 3 为基于网络的通信系统定义了四个主要的组件：终端( t e r m i n a l ) 、网关 ( g a t e w a y ) 、关守( g a t e k e e p e r ) 、多点控制单元( m c u ) 。终端是分组网络中能提供实 时、双向通信的节点设备，也是一种终端用户设备，可以和网关、多点接入控制 单元通信。所有终端都必须支持语音通信，视频和数据通信可选。h 3 2 3 规定了 不同的音频、视频或数据终端协同工作所需的操作模式。它将是下一代因特网电 话、音频会议终端和视频会议技术的主要标准。它所包含的各个功能单元及其标 准备或协议分别是： 视频编解码饵2 6 3 h 2 6 1 ) ：完成对视频码流的冗余压缩编码。 音频编解码( h 7 2 3 1 等) ：完成语音信号的编解码，并在接收端可选择地加入 缓冲延迟以保证语音的连续性。所采用的标准为i t u t 的h 7 2 3 1 ，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，分别使用代数码本激励 线性预测和多脉冲最大似然量化，从而各自获得编码复杂度和质量的优化。 各种数据应用：包括电子自板、静止图像传输、文件交换、数据库共存、数 据会议、运程设备控制等，可用的标准为t - 1 2 0 、t 8 4 、t 4 3 4 等。 控制单元( h 2 4 5 ) ：提供端到端信令，以保证h 3 2 3 终端的正常通信。所采用 的协议为h 2 4 5 ( 多媒体通信控制协议) ，它定义了请求、应答、信令和指示四种信 息，通过各种终端间进行通信能力协商，打开关闭逻辑信道，发送命令或指示等 操作，完成对通信的控制。 h 2 2 5 层：将视频、音频、控制等数据格式化并发送，同时从网络接收数据。 另外，还负责处理一些诸如逻辑分帧、加序列号、错误检测等功能。 3 h 3 2 3 标准协议簇 h 3 2 3 9 】是国际电信联盟( i t u ) 的一个标准协议栈，该协议栈是一个有机的整 体，根据功能可以将其分为四类协议，也就是说该协议从系统的总体框架( h 3 2 3 ) 、 视频编解码( h 2 6 3 ) 、音频编解码( h 7 2 3 1 ) 、系统控韩j l j ( h 2 4 5 ) 、数据流的复用( h 2 2 5 ) 等各方面作了比较详细的规定。为网络电话和可视电话会议系统的进一步发展和 系统的兼容性提供了良好的条件。其中系统控制协议包括h 3 2 3 、h 2 4 5 和 h 2 2 5 0 、q 9 3l 和r t p r t c p 是h 2 2 5 0 的主要组成部份。系统控制是h 3 2 3 终 端的核心。整个系统控制由h 2 4 5 控制信道、h 2 2 5 0 呼叫信令信道和r a s ( 注册、 许可、状态) 信道提供，音频编解码协议包括g 7 1 1 协议( 必选) 、g 7 2 2 、g ；7 2 3 1 、 第二章视频会议系统的结构组成及通信过程相关 1 3 ( 3 ：7 2 8 、( 3 ：7 2 9 等协议。编码器使用的音频标准必须由h 2 4 5 协议协商确定。h 3 2 3 终端应由对本身所具有的音频编解码能力进行非对称操作。如以g 7 11 发送，以 g 7 2 9 接收。视频编解码协议主要包括h 2 6 1 协议( 必选) 和h 2 6 3 协议。h 3 2 3 系 统中视频功能是可选的。数据会议功能也是可选的，其标准是多媒体会议数据协 议t 1 2 0 。 ( 1 ) h 3 2 3 组件 h 3 2 3 终端是h 3 2 3 定义的最基本组件。所有的h 3 2 3 终端也必须支持h 2 4 5 标准，h 2 4 5 标准用于控制信道使用情况和信道性能。在h 3 2 3 终端中的其它可 选组件是图像编解码器、t 1 2 0 数据会议协议以及m c u 功能。 网关也是h 3 2 3 会议系统的一个可选组件。网关提供很多服务，其中包含 h 3 2 3 会议节点设备与其它i t u 标准相兼容的终端之间的转换功能。这种功能包 括传输格式( 如h 2 5 0 0 到h 2 2 1 ) 和通信规程的转换( 如h 2 4 5 到h 2 4 2 ) 。另外，在 分组网络端和电路交换网络端之间，网关还执行语音和图像编解码器转换工作， 以及呼叫建立和拆除工作。终端使用h 2 4 5 和h 2 2 5 0 协议与网关进行通信。采 用适当的解码器，h 3 2 3 网关可支持符合h - 3l o 、h 3 2 1 、h 3 2 2 以及v 7 0 标准终 端。 关守是h 3 2 3 系统的一个可组选件，其功能是向h 3 2 3 节点提供呼叫控制服 务。当系统中存在h 3 2 3 关守时，其必须提供以下四种服务地址：地址翻译、带 宽控制、许可控制与区域管理功能。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫 管理等为关守的可选功能。虽然从逻辑上，关守和h 3 2 3 节点设备上分离的，但 是生产商可以将关守的功能融入h 3 2 3 终端、网关和多点控制单元等物理设备中。 由单一关守管理的所有终端、网关和多点控制单元的集合称之为h 3 2 3 域。多点 控制单元支持三个以上节点设备的会议，在h 3 2 3 系统中，一个多点控制单元由 一个多点控制器m c 和几个多点处理器m p 组成，但可以不包含m p 。m c 处理端 点问的h 2 4 5 控制信息，从而决定它对视频和音频的通常处理能力。在必要的情 况下，m c 还可以通过判断哪些视频流和音频流需要多播来控制会议资源。m c 并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给m p 来处理。m p 对音频、视频或数 据信息进行混合、切换和处理。m c 和m p 可能存在于一台专用设备中或作为其 它的h 3 2 3 组件的一部份。 音频编码器对从麦克风输入的音频信息进行编码传输，在接收端进行解码以 便输出到扬声器，音频信号包含数字化且压缩的语音。h 3 2 3 支持的压缩算法符 合i t u 标准。为进行语音压缩，h 3 2 3 终端必须支持( 3 7 11 语音标准，传送和接 收a