（电力电子与电力传动专业论文）会议电视语音终端系统的设计.pdf

塑婆盔兰堡主竺堡堡塞一一 a b s t r a c t t h ev i d e oc o n f e r e n c ei sak i n do fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns y s t e mw h i c h 、嘶1 1b e c o m e ah o tt o p i ci nt h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o na r e ai nt h e2 1 “c e n t u r y t h ev i d e oc o n f e r e n c ei s t h eo u t c o m eo fs e v e r a l t e e h n i q u e si n t e g r a t i n gt o g e t h e r s u c h a s t h e c o m p u t e r , t h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dt h em i c r o e l e c t r o n i c i tr e q u i r et h ei n f o r m a t i o no fd i f f e r e n tm e d i a b ec o n v e r t e di n t od i g i t a lf o n n b et r a n s m i t t e di nv a r i o u sn e t w o r ki nn od e l a ya n db eg o o da t c o m m u n i c a t i n g w i t ho t h e r s e 嫩c i e n f l y r e c e n t l y , w i t h t h e r a p i dd e v e l o p m e n t o ft h e h i g h - s p e e di pn e t w o r ka n di n t e r a c ta n dd i f f e r e n td i g i t a ld a t an e t ( d d n l ，i s d na n d 斛m b e i n gb u i l ta n dc o m i n gi n t oo p e r a t i o n ，t h ev i d e oc o n f e r e n c e l 1 s ea n dd e v e l o p m e n te n t e ra n e w a g e a tt h e s a l r l et i m e i tw i l lb em o r ea n dm o r ew e l c o m e db y 氆ec l i e n t t h ev i d e oc o n f e r e n c es y s t e mi sc o m p o s e do ft h et e r m i n a l t h et r a n s m i t t i n gc h a n n e la n d m c u ( m u l f i p o i n tc o n t r o lu n i t ) 。i n t h i s p a p e r , i t sc r i t i c a lt e c h n i q u e sa n dd e v e l o p m e n tb e c h i e f l yi n t r o d u c e df i r s t a n dt h e nt h ee m p h a s e si s l a i do nt h et e c h a i q u e sa n dt h ed e s i g n r e l a t e d t ot h ea u d i ot e r m i n a l ， t h ea u d i ot e r r a i n a lc a nb ed i v i d e di n t ot w o p a r t s n a m e l yt h ed a t at r a n s m i t t i n ge n da n d t h er e m o t e c o n t r o lu n i t 。硼l ed a t at r a d s m i t t h a ge n dm a i n l ys a m p l e sa n dt r a n s m i t st h ev o i c e s i g n a l t h er e m o t e c o n t r o lu n i th a sf o u rf u n c t i o n sa sf o l l o w ( 1 ) c o n t r o lt h eo p e r a t i o nm o d eo f t h ed a t at r a n s m i t t i n ge n da n dr e c e i v et h ed i 垂t a lv o i c es i g n a lf r o m i t ；( 2 ) p r o c e s st h ev o i c e s i g n a l w i t l lt h ea e c ( a n d i oe c h oc a n c e l l a t i o n ) a r i t h m e t i c ；( 3 ) c o m p r e s st h ev o i c e s i g n a l a c c o r d i n gt og 7 1 1a n dg 7 2 2s t a n d a r d ；( 4 ) a m rt h ev o i c es i g n a li s p r o c e s s e dw i t ho t h e r d i g i t a ls i g n a li n c l u d i n gi m a g ei n f o r i l l 鑫蠡o n 。d a t ai n f o r m a t i o na n dc o n t r o li n f o r m a t i o ni nt h e m u l t i p l e x e r , t h ei n f o r m a t i o ni st r a n s m i t t e dt ot h em c u t h em a i nt e c h a i q u e sa n dt h ed e s i g n m e t h o dr e l a t e dt oe a c h p a r ti si n t r o d u c e di nt h ep a p e r 2 浙江大学硕士学位论文 第一章会议电视系统概述 1 1 会议电视的发展历程 会议电视又称视频会议或视讯会议，实际上是一种多媒体通信系统，是二十一世纪多媒体通信 领域中一个非常热门的话题。会议电视技术是融计算机技术、通信网络技术、微电子技术等于一体 的产物，它要求将各种媒体信息数字化，利用各种网络进行实时传输并能与用户进行友好的信息交 流。它最早是美国的贝尔实验室提出来的。1 9 6 4 年，美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 - l ，它的频带为3 0 0 到3 4 0 0 h z ，即在一个模拟话路上传送黑 白静止硬拷贝图像，其图像和话音采用时分传送方式。其后美国b t 公司研制出i m h z 宽带黑白会 议电视系统，并于7 0 年代初在匹兹堡和芝加哥之间开始用于商务服务。它所采用的是模拟传输技术， 传输带宽为i m h z 左右。此后又有多个会议电视系统投入使用。 到7 0 年代中期，一方面数字图像编码技术”2 1 和微电子技术的进步，活动图像的压缩编码得到 很大的发展，出现了带有帧间编码的视频编码系统，数据率降低到6 3 m b i t s ( p c m 二次群) ：另一方 面，社会的发展已进入新的信息时代，会议电视正迎合了信息交流的迫切需要，具有广泛的应用前 景。 1 9 8 8 年起，原c c i r ( c o n s u l t a t i v ec o m m i t t e ef o ri n t e r n a t i o n a lr a d i o ) 和c c i r r 。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| 0 3 i 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 第十五研究小组提出 了会议电视、可视电话的h 2 6 1 2 建议f ，并于1 9 9 0 年1 0 月通过。该建议不仅规定了编解码器的主 要结构，也规定了会议电视视频信号的组成、纠错3 方法和数据结构，为各种产品的国际间互通提供 了保证。从此，会议电视作为一种产业迅速发展。此后，原c c i t t 又制定了h 3 2 0 0 5 i 系列标准4 ， 对会议电视系统的性能指标、压缩算法、信息结构、控制命令、规程和组建会议电视的原则做了完 整的规定。 1 2 会议电视的优越性 1 节省会议旅费、时间 在我国，召开一次全国3 2 个省、市、自治区参加的全国性电视会议，费用仅为5 万元左右。据 粗略估计，相同规模的会议若在宾馆召开，会议费用将高达1 0 0 万元左右。 2 提高开会的效率。 3 适应某些特殊情况。 。c c i t r 的全称是i n t e r n a t i o n a lt e l e g r a p ha n d t e l e p h o n ec o n s u l t a t i v ec o m m i t t e e 是国际电信联盟 ( i t u t ) 的前身。 在一些紧急场合，如救灾、防汛，战地会议等，可以使用会议电视系统即使了解或发布紧急情 况或决策，收效则难以用金钱来衡量。 4 可以增加参加会议的人员 1 3 会议电视系统技术简介 1 3 1 会议电视系统的要求 会议电视就是利用会议电视系统设备和通信网召开会议的一种信息交流方式。在召开电视会议 时，处于两地或多个不同地点的与会者，既可以听到对方的声音，又能看到对方的形象，同时还能 看到对方会议室的场景，以及展示的实物、图片、表格、文件等，就像是在同一处参加会议，与平 时开会的“面对面”的情形相似，能使与会的代表具有真实感和亲切感。要开好电视会议，要求系 统具备： 高质量的音频信息； 高质量的实时视频编解码图像； 友好的人机交互界面： + 多种网络m 凹 ：p 妾e i ( i s d n 5 、d d n 6 、p s n 一、i n t e m e t 、卫星等接口) ： 明亮、庄重、优雅的会议宣布局和设计也是开好电视会议的一个方面： 1 3 2 会议电视系统的构成 会议电视系统由终端设备、多点控制单元( m c u ) 和传输网络三部分组成。会议电视的传输网 络可利用现有的几乎所有数字网络，所占用的信道带宽视实际应用需求及信道能力而定。因此，作 为会议电视系统的特定部件，主要是指会议电视终端和多点控制单元这两类。 l 多点控制单元： m c u 是会议电视系统中不可缺少的重要部分。是实现各与会终端之间信息交换和控制的主要 设备。m c u 的作用是实现多点的呼叫和连接，以及对输入的多路会议电视信号的切换。但是由于 会议电视信号中包含图像、语音及数据三类不同的信号，因此，m c u 的切换作用又不像电话交换 那样只是简单地将语音进行连接，而是要对三类信号进行不同的处理。为了适应不同的会议模式， m c u 可采用集中式和分布式两种方案。 在分布式方案中，各个终端均完成一定的控制与交换功能，灵活性强，在组网时可利用现有的 通信电路，与会端加入，退出会议功能易于实现，但是通信协议比较复杂，且没有统一的标准，因而 未广泛应用。在集中式方案中，m c u 采用广播方式向各个会场发送信息。目前实际使用的m c u 几 。即公共交换电话网。 4 塑坚盔兰堡主兰竺笙塞 乎都采用集中式，并按照星形方式组网。 2 传输网络 1 0 - 1 1 l ： 会议电视的传输介质可采用光缆、电缆、微波以及卫星等数字信道，或者其它类型的传输信道。 在用户接入网的范围内，还可以采用h d s l 7 、a d s l 8 等设备进行传输。会议电视业务可以在现有的 多种通信网络中展开，例如s h d 数字通信网、d d n 、i s d n 、a t m 或帧中继网络等。现在，新的标 准还保证会议电视信号可以在各种计算机网络中传输，如l a n 、w a n 、i n t e m e t 等。无论是电信网 或者是计算机网，会议电视系统主要是利用它们来传送活动或静态图像信号、语音信号、数据信号 以及系统控制信号。 3 会议电视终端： 会议电视终端设备实际上也就是多媒体通信【1 2 1 终端设备，它将本地会场的视频图像、语音和数 据信息进行压缩编码、处理后发送出来，同时将接收到的各种信息进行解码，再现图像、语音和数 据信号。会议电视终端根据不同的网络所采用的标准有所不同，主要表现在“复用控制”及“通信 接口”模块的不同，此外，所使用的视、音频处理的标准也有所差别，但其实现的功能是相同的， 其通用的功能如图2 2 所示。 在会议电视终端实现方案中虽然用户的应用需求在很大程度上影响着多媒体通信终端的实现， 实际上最终起作用的还是相关技术的发展水平，只有当这些技术发展到一定水平之后，开发商才能 提供满足用户价格需求、质量需求和使用需求的产品。根据会议电视终端核心芯片所采用的技术不 同会议电视终端通常有以下三种【1 3 】。 ( 1 ) 基于p c 机的c p u 技术 基于p c 机的c p u 技术实际上是一种以软件为主的实现技术。会议电视终端主要是由p c 机完 成运算量特大的各种视、音频数据处理以及通信控制等工作。这一方法的主要优点在于充分利用p c 的计算能力降低实现成本。但对于视、音频信号的采集，各种通信网络接口的设计与实现，还需 要配置一定的辅助硬件设备来完成。如视频采集卡、声卡、调制解调器等。较之全部利用硬件实现 方法，其花费是很低的。近年来p c 的飞速发展，尤其是m m x 技术的引入，使c p u 对多媒体信息 的处理能力有了较大提高，于是基于p c 的软件多媒体通信终端相继推出并走向市场。如i n t e l 在1 9 9 7 年推出的基于m m x 2 0 0 的符合h 3 2 4 标准的桌面视频会议电视系统，就是以较低价格提供中等水平 通信质量的系统。同样v t e l 公司推出的w g 5 0 0 就是以奔腾计算机和s m a r t t v 软件、m o d e m 为基 础，提供1 2 8 k b s 或3 8 4 k b s 数据速率，适用于l a n 、i n t e m e t 网的工作组型视频会议系统。甚至p c 机厂商和软件商为了适应多媒体通信的要求，通过在p c 机上附加视频处理、音频处理和网络接 口模块，配置相应的应用软件，使普通的p c 机升级为具有多媒体处理功能的通信终端。如p i c t u r e t e l 的l i v e 5 0 、l i v e l 0 0 和l i v e 2 0 0 以及m i c r o s o t t 的n e t m e e t i n g 等。 ( 2 ) 基于媒体处理器技术 浙江大学硕士学位论文 基于p c 的方式必须要有计算机支持，而且在使用时要占据c p u 的绝大部分处理能力。因此， 在有些应用中不适合采用这种方式。于是发明了基于媒体处理器技术的独立机型的会议电视终端a 目前在会议电视系统中，常见的媒体处理器主要有：p h i l i p 公司的t r i m e d i a 系列、美国e s s 公司的 l v p 、c h r o m a t i c 公司的m p a c t 、l u c n e t 公司的a v 4 4 0 0 等。此外还有a d i 公司的a d s p 2 1 0 6 x 器 件、t i 公司的c 6 x 、c s x 多媒体d s p 芯片，其高速的运算能力完全可以实现适合不同协议的会议 电视通信终端。采用这些芯片可以很方便地实现m p e g 视频和音频处理、h 2 6 3 9 视频处理，还可 以实现其它的多媒体应用如d v d 、数字机顶盒、数字电视等。本文的关于会议电视终端系统的设计 主要基于此项技术。 ( 3 ) 基于专用芯片组技术 采用专用的视频、语音编解码芯片组也可实现会议电视终端。如采用台湾w i n b o n d 公司的多协 议视频编解码芯片w 9 9 6 0 f 、图像控制器w 9 9 7 1 和核心处理器w 9 0 2 1 0 可组成符合 l 3 2 4 标准的可 视电话系统，其产品已在市场上推出。采用h a r r i ss e m i c o n 公司的视频处理芯片h m p s l l 2 8 1 5 6 、系 统压缩与解压缩芯片h r i p 8 3 6 4 、g 7 2 3 ”语音处理器h m p 8 2 0 1 可组成符合h 3 2 0 标准的会议电视系 统。 1 3 3 会议电视系统的关键技术 会议电视技术实际上不是一个完全崭新的技术，也不是一个界限十分明确的技术领域，是随着 现有通信技术、计算机技术、芯片技术、信息处理技术的发展而发展起来的。如果没有这些技术的 发展，多媒体通信、会议电视、可视电话等都只能停留在理论研究上，更谈不上会议电视实用系统。 会议电视系统的关键技术可以概括为以下几个方面。 1 多媒体信息处理技术 多媒体信息处理技术是会议电视十分关键的技术，主要是针对各种媒体信息进行压缩和处理。 可以这样说会议电视的发展过程也反映出信息处理技术特别是视频压缩技术的发展历程。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。目前，编解码算法从早期的、经典 的熵编码“、变换编码、混合编码等发展到新一代的模型基编码、分形编码、神经网络编码等。另 外，还不断地将图形图像识别、理解技术、计算机视觉等内容引入到压缩编码算法中。这些新的理 论、算法不断推进多媒体信息处理技术的发展，进而推动着会议电视技术的发展。特别是在网络带 宽不富裕的条件下，多媒体信息压缩技术已成为会议电视最关键的问题之一。 2 宽带网络技术 影响会议电视发展的另外一个非常重要的因素就是网络带宽问题。多媒体信息的特点就是数据 量大，即使通过上述压缩技术，要想获得高质量的视频图像，仍然需要较宽的带宽。如3 8 4 k b p s 的 i s d n 提供会议中的头肩图像是可以接受的，但不足以提供电视质量的视频。要达到广播级的视频 传输质量，带宽至少应该在1 5 m b s 以上。作为一种新的通信网络，b i s d n ”网的a t m 带宽非常适 6 浙江大学硕士学位论文 合于多媒体数据的传输，它可以把不同种类的多种业务集中起来，在同一网络上既能传输v b r 数 据，又能传输c b r 视频。过去，a t m 由于成熟度不足且交换设备价格昂贵难以推广应用。经过这 些年的大量工作，i t u t 和a t m 论坛已经完善了许多标准，各大通信公司生产、安装了大量的a t m 设备，同时，a t m 接入网也逐步扩充，越来越多的应用已经在2 m b s 的速率上运行。 另外，还要解决目前通信中的接入问题，它一直是多媒体信息到用户端的“瓶颈”。全光网、无 源光网络( p o n ) 、光纤到户( f t t h ) 被公认为理想的接入网。但目前就全世界来说，仍还处于一 个“过渡”时期，即使在日本，要实现f t l h 的目标，也要到2 0 1 0 年之后，因此，目前的x d s l 技 术、混合光纤同轴( h f c ) 、交互式数字视频系统( s d v ) 仍然是当前高速多媒体接入网络的发展方 向。 正在迅速发展的i p 网络，由于它是面向非连接的网络，因而对传输实时的多媒体信息而言是不 适合的，但t c p f l p 协议对多媒体数据的传输并没有根本性的限制。目前世界各个主要的标准化组织、 产业联盟、各大公司都在对i p 网络上的传输协议进行改进，并已初步取得成效，如r t p r t c p “、 r s v p “、i p v 6 ”等协议，为在i p 网上大力发展诸如会议电视之类的多媒体业务打下了良好的基础。 据预测，在不远的将来，i p 网上的会议电视业务将会大大超过电路交换网上的会议电视业务。 3 分布式处理技术 电视会议不单是点对点通信，更主要的是一点对多点、多点对多点的实时同步通信。会议电视 系统要求不同媒体、不同位置的终端的收发同步协调，m c u 有效地统一控制，使与会终端数据共 享，共享工作对象、工作结果、数据资料，有效协调各种媒体的同步，使系统更具有接近我们人类 的信息交流和处理方式。实际上通信、合作、协调正是分布式处理的要求，也是交互式多媒体协同 工作系统( c s c w ) 的基本内涵。在这个意义上说，会议电视系统是c s c w 主要的群件系统之一。 4 芯片技术 会议电视系统对终端设备的要求较高。要求接收来自于摄像机的视频输入、麦克风的音频输入、 共享白板的数据输入，接收来自于网络的信息流数据，同时进行视频编解码、音频编解码、数据处 理等，并将各种媒体信息复用成信息流之后传输到其它终端。在此过程中要求能与用户进行友好的 交流，实行同步控制。目前，会议电视终端有基于p c 机的软件编解码解决方案、基于媒体处理器 的解决方案和基于专用芯片组( a s i c ) 的解决方案三种。不管采用何种方案，高性能的芯片是实现 这些会议电视方案所必须的基础。 1 - 3 4 国际标准 与会议电视技术有关的标准如表1 所示。这些标准为会议电视、多媒体通信的实现提供了十分 灵活的组网方式，使厂商把发展的重点放在提高产品质量和服务质量上来，规范了多媒体通信产业 的发展。在这些不同类型的会议电视系统中，h 3 2 1 和 l 3 2 2 实质上是将h 3 2 0 系统的码流分别重 新组装为a t m 网和l a n 可接收的码流。起着一种网间适配的作用，本质上仍然是h 3 2 0 系统。因 7 浙江大学硕士学位论文 此，在现有的通信网上传输多媒体视听信息的主要肖h 3 2 0 ( 基于i s d n ) 、h 3 2 4 ( 基于p s t n ) 、 h3 1 0 4 7 ( 基于a t m ) 和h 3 2 31 ”l ( 篓子l a n ) 两类系统。 l标准 h 3 2 0 | 3 2 4h 3 2 3 | 3 1 0 痘露耀络 s d np s r nl a na t m 视频编码 h 2 6 1h 2 6 l 撵 2 6 3 。2 6 l 趣。2 6 3h 。2 6 2 愆+ 2 6 1 q 7 ll 蝎7 2 2 ，g 7 1 l 7 2 2 7 2 8m p e g l 娥7 l l 音颓编鹤毽7 2 3 好1 2 9 f i 7 2 8 t 1 9 。1 】，7 2 3 7 2 9，7 2 2 ，7 2 8 多路复用h 2 2 1 t 2 2 1h 2 2 3 2 3 1h 2 2 5h 2 2 2 h 2 2 2 1 通信控制h 2 4 2 2 4 1h 2 4 5 1 2 6 h 2 4 5h 2 4 5 数据传输 t , 1 2 0 t 2 5 1t 1 2 0t 1 2 0t 1 2 0 表i l 会议电视国际标准 l 。3 5 l p 秘上豹1 - 1 3 2 3 会议毫褫 由于现代通信正在由以毂路交抉为主的方式逐步自鞋转维交抉她1 p 方式转交，因此，作为l p 网上的多媒体通信应用协议h 3 2 3 澍会议电视技术现在和将来的发展有糟举足轻重的作用。h 3 2 3 檬醴燕疆u 贯在1 9 9 6 年裁是弱，称兔“不保证辍务霞董鹣瘸蠛弼上弱多媒体视磺系统”，笄在t 9 9 8 年扩展为“基予分组的多媒体通信系统”，即t t u - th 3 2 3v 2 ，该建议采用实时协议( r t p ) 来解决 发送数据包翡对牟溺题，采耀资源颓整协议( r s v p ) 解决多个弱户分享带宽时趱载的阚趱。i t u t 明确淡示在今后若予年内，雾媒体通信终端壤定位子运行在i p 网上的h 3 2 3v 2 终端。肖关h ；3 2 3 建议及其从属建议的更新版率和新增附加项正在制定当中。如h 3 2 3v 3 予1 9 9 9 年5 月颁布。h ，3 2 3 v 4 豹草案量藏毽虫嚣u t 繁1 6 研究缓提文；h ，3 2 3 是一个十分繁袈弱建议族，这熏昃黪数h 3 2 3 v 2 为例简要介绍一下它的基本内容。 l 终端的协议结构 h 3 2 3v 2 标准静分层结穗主要毯括：h 2 2 5 0 挺准硐静分组和瓣步，h 2 6 1 和挂2 6 3 标准静撬频 编解码，g 7 1 1 、g 7 2 2 、g , 7 2 8 、g , 7 2 3 等标准豹音频编解码，以及有关通信控制协议h 2 4 5 等。 h 3 2 3 v 2 规定了基于i p 网络的视、音频信息、数据及控制信令的传输。其中信令和控制信息 透过t c p 巍避嚣可纛铸辕；蠢予视频、音频戆数据囊大，瓣显还鸯实嚣性要求，瓣络彝终璇都不缝 承受犬量的璧传，所以采用u d p 传输协议”。 8 浙江大学硕士学位论文 r t p 在u d p 的上层，从上层接收多媒体信息码流( 如g 7 2 3 音频) ，组装成r t p 数据包，然后 发送给下层u d p ，相当于o s i ”的会话层，提供同步和排序服务。故r t p 协议适于传送连续性强的 数据，如视频、音频等，并对网络引起的时延差错有一定的自适应能力。r t c p 为实时控制协议， 用于管理传输质量和提供q o s ( t h eq u a l i t yo f s e r v i c e ) 信息。其上一层为应用层，主要有音频( g 7 x x ) 、 视频( h 2 6 x ) 、数据( t 1 2 0 ) 等。 在h 3 2 3v 2 系统中，r t p 协议的主要作用如下： ( 1 ) 在多媒体数据的帧头加上定时标志，对于视听业务，丢失几个包，不会使质量下降很多，而时 延和抖动却严重影响q o s 。尽管数据包有o 2 5 秒的时延，但依靠定时标志可使在接收端的数据包的 定时关系得以恢复，从而降低了网络引起的时延和抖动。 ( 2 ) 提供包内数据类型的标志，说明媒体信息采用的编码方式。例如对视频信息流是采用h 2 6 1 还 是h 2 6 3 建议。 ( 3 ) 具有排序服务，包序号可用来在接收端建立正确的包顺序。 2 多点控制单元 多点控制单元为基于i p 的电视会议系统提供多点会议的服务，如多点会议的管理、定义、安排 和控制，信道的建立和控制：声音和图像的混合、切换和模式选择等。与基于i s d n 的会议系统相 比，它显著地降低了会议系统的成本。另外由于网络的灵活性，组织会议和参与会议都更加方便。 3 服务质量 i p 网络中引入实时视频通信后，网络服务一方面要保证视频通信质量，另一方面还要保证原有 的数据通信不受影响。h 3 2 3 网关的带宽控制和管理功能保证了视频通道只能占用所有网络带宽的 一个给定部分，因而不会冲击其它重要数据通信。为了提高网络的服务质量，必须对带宽进行有效 管理。现在主要有两种常见的带宽管理策略： ( 1 ) 预留资源管理 r s v p 技术对于在i n t e m e t 有限的带宽上传送视频和音频以及其它实时多媒体信息非常重要。由 于路由器组成的网络时延和时延抖动很大，使服务质量得不到保证。而r s v p 技术，要求通信双方 在建立传输信息之前预留足够的带宽，服务质量会得到较好的保证。目前r s v p 的资源预留功能已 在一些厂商的路由器和应用程序中实现。同时，i e t f 又公布了i p v 6 ，进一步扩展了i p 地址空间， 具有动态分配网络地址和支持实时业务功能，增加i p 层的安全机制，更加适用于实时会议电视等实 时通信业务。然而，在实际应用中，r s v p 也还存在一些不足之处：如每一个路由器都需要处理有 关的包开销，这对于持续时间较短的码流很不实际。每一个路由器都需要保留很多预留的状态信息， 中心路由器要处理的信息很多。路由转换时，在新的路由建立期间，服务质量不能得到保证等。 ( 2 ) 业务优先级管理 9 浙江大学硕= 七学位论文 针对r s v p 存在的一些问题，对网络流量进行分类，根据带宽资源管理策略进行资源分配，对 于要求高的业务分配较高的优先级。 1 4 本课题针对会议电视的重点研究方向及贡献 会议电视系统包括终端、多点控制单元、传输网络等部分。终端按其传送信息的内容，可以分 为语音终端、图像终端及数据终端。其中语音终端是会议电视终端的重要组成部分，其对语音信号 处理的好坏，直接影响到整个会议电视系统的性能。这也正是本文主要研究的地方。 语音终端系统可以分为两部分：数据发送端和远程控制端。前者负责数据的采集、打包和传送： 后者主要进行数据的接收、滤波、编解码等处理，同时对数据发送端进行控制。远程控制端的主要 功能有：1 实现对发送端的控制，并接收其发来的数字音频信号；2 将接收到的语音信号进行回声消 除处理：3 将数字语音信号进行压缩：4 将压缩后的语音信号同其它数字信号( 包括图像信息、控制 信息、数据信息等) 进行多路复用后，再经过网络交换芯片通过网络传送至多点控制单元( m c u ) 。 数据发送端和远程控制端之间的通信遵从数字音频标准( a e s 4 2 , a e s 3 ) 1 8 本文对相应部分的通信 时序、软硬件实现、及有关算法分别进行了论述。 浙江大学硕士学位论文 2 1 终端的主要功能 第二章会议电视的终端设备 会议电视终端属于用户数据通信设备，在会议电视系统中处在用户的视听、用户输入输出设备 和网络设备之间。如图2 1 所示的会议电视终端e ，它的主要作用是将e 处会议点的实况图像信号、 语音信号及用户的数据信号进行采集、压缩编码、多路复用后送到传输信道上去。同时把信道接收 到的会议电视信号进行多路分解、视音频解码，还原成对方会场的图像、语音及数据信号输出给用 户的视听播放设备。与此同时，会议电视终端还将本点的会议控制信号( 如建立通信、申请发言、 申请主席控权等) 送到m c u ，同时接收m c u 送来的控制信号，执行m c u 对本点的控制命令。 归纳起来，参见图2 2 ，终端设备主要完成以下四项功能： 第一种功能是完成用户视频、音频和数据信号的输入与输出。一般输入到终端的视频、音频都 是模拟信号，终端的i o 模块就要将它们数字化，变为数字视音频信号。例如将模拟视频信号首先 变为数字视频，进而再转换为c i f 或q c i f 的数字视频；将音频信号变为p c m 数字音频信号。数据 信号的输入比较简单，只要符合数据输入接口标准就行( 如r s 2 r 3 2 c 等) 。 图2 - i 终端设备在系统中的位置 由于最终到用户声像设备的信号必须是模拟信号。因此，会议电视终端还要将经解码后得到的 数字视频和音频信号重新转化为模拟信号输出，作为用户监视器和音响设备的输入。 第二种功能是对数字视频、音频信号进行压缩编解码。视频信号的压缩编解码必须按照h 2 6 1 建议进行音频信号的编解码可以选用g 7 1 1 、( 3 7 2 2 或g 7 2 8 标准( 注：本文所设计的音频终端系 统只支持前两种标准，默认工作方式为g 7 1 1 ) 。其中( 3 7 1 l 标准的编解码能力是每个终端必须具备 的其它两种标准的编解码能力是可以选用的。选用是有条件的，必须在通信的双方或多方都具有 此项能力，并通过控制和指示信号达成一致使用的情况下方可生效。 第三种功能是信道传输。它包括对数字视频的缓存、纠错编解码，对各种媒体信号的多 塑垩查兰堡主堂垡堡塞一 路 用户视 听数据 设备 用户控制 图2 2 会议电视终端功能示意图 信道 复用懈复用，以及终端和信道接1 3 等功能。缓存的作用是将解码后输出的不定速率的视频信号，经 缓冲存储后变为固定速率的视频信号。再对这一视频信号进行b c h ( 5 1 1 ，4 9 3 ) 纠错编码，编码后 送往多路复用电路。多路复用是将压缩编码后的音频、纠错后的视频、数据信号及控制信号合成为 一路数字码流送往接口电路。按照不同信道传输码的要求，接口电路将复用电路送来的符合h 2 2 i 帧结构的信道码流进行信号及波形变换。如为了满足e l 信道的传输要求，必须将终端输出的码流 转变为符合g 7 0 3 标准的h d b 3 码后送上信道进行传输。以上是信道传输的发送功能，信道接收功 能和发送部分相反，就不再细述。 第四项功能为系统控制功能。终端设备中的系统控制模块完成对i 0 模块、编解码模块、信道 传输模块的控制作用。控制模块还承担会议电视系统中端到端、及端到网络信令的传送，为用户对 终端的设置以及通信控制提供渠道。 2 2 终端的组成 图2 3 终端设备的基本配置 1 2 浙江大学硕士学位论文 图2 - - 3 出示的是会议室的终端设备的基本配置情况这是最简单的配置。终端设备左端是用户 i l o 设备，包括摄像机、监视器、麦克风及数据设备。由于终端设备的核心作用是编解码，又常常 称终端设备为编解码器。终端设备的右边是编解码器和数字通信网的连接通道。 图2 4 是终端设备中编解码过程的框图，其中，编码过程如图2 4 ( a ) 所示，编解码的信源为 来自摄像机的视频信号和来自麦克风的话音信号。p l a 制或n t s c 制的模拟视频信号经过数字化( 包 括亮色分离) 形成符合c c i r 6 0 1 标准的y u 分量数字视频。三路分量数字视频进入c l f 格式转 换电路后，形成一路公共中间格式( c i f ) 数字视频送到h 2 6 1 视频编解码环路进行压缩编码。编 码所形成的经量化、变长编码后的d c t 系数及辅助信息( 如运动矢量、量化步长等) 一起送到视频 复用 码 l g 7 0 3 一接口 逮强旧陋岳 多 i 磊刊 路 输出厂 一 i t 1 2 0 建议i 一 分 用 图2 4 会议电视编解码器框图 码 单元进行复用。在该单元中，由于对压缩后的视频数据( d c t 系数) 及相应的辅助信息采用了变长 编码( v l c ) 技术，因而，输出的数据为不均匀的数据流。为了能以通信网的恒定速率进行传输，需 3 浙江大学硕士学位论文 要采用缓冲存储器来对压缩视频数据进行平滑。其原理是根据缓冲器中当前所存的数据量( 缓冲容 量) 来控制视频编码器中的量化步长等参数，增加或减少数据产生的速率。从缓存中输出的平滑数 据流再经过信道编码( b c h 纠错编码) 增强其抗干扰能力，然后被送入多路复用模块，与经编码的 声音、控制信号以及来自数据设备( 如计算机、传真机、电子白板等) 的数据信号，按照h 2 2 1 建 议指定的时隙合成一路数字信号，再经接1 3 电路形成标准的传输码形，如e 1 速率的肋鼠码，送 入信道传输。 来自麦克风的模拟语音信号经过低通滤波器后送往a d 单元形成数字语音信号。再对数字语音 信号进行g 7 1 t 、g 7 2 2 或g 7 2 8 标准的压缩。经压缩后的语音信号在复用以前还要经过一定的时延， 以保持语音和图像的时间上的一致性。和视频信号不同的是经上述标准压缩的语音信号仍然是恒定 速率的码流，因而，语音信号不需要缓存部分来平滑数据流。 来自外部设备的数据，可以按照t 1 2 0 系列建议进入编码器，也可以直接进入编码器。数据比 特在码流中的位置也是由h 2 2 1 复用建议所规定的。 如图2 - - 4 ( b ) 所示，解码器的工作过程与编码器基本相反，这里不再多述。 4 浙江大学硕士学位论文 第三章数据发送端及其时序设计 会议电视系统包括终端设备、多点控制单元、通信网络等部分。终端按其传送信息的内容，可 以分为语音终端、图像终端及数据终端。其中语音终端是会议电视终端的重要组成部分，其对语音 信号处理的好坏直接影响到整个会议电视系统的性能。这也正是本文主要研究的地方。 语音终端系统可以分为两部分：数据发送端和远程控制端。前者负责数据的采集、打包和传送； 后者主要进行数据的接收、滤波等处理，同时对数据发送端进行控制。数据发送端和远程控制端之 间的通信遵从数字音频标准( a e s 4 2 ”i ，a e s 3 【2 9 1 ) 。本章主要介绍数据发送端和远程控制端之间的通 信。 3 1 数据发送端向远程控制端发送数据信息 数据发送端向远程控制端发送采样数据等信息，其格式遵从a e s 3 ( a u d i oe n g i n e e r i n gs o c i e t y ) 标准。 1 名词解释： ( 1 ) 音频采样字：表示数字音频采样值的大小，用二进制数表示。正数表示在模数转换器输入端模 拟电压输入值为正。字长范围可从1 6 位到2 4 位。编码方式有两种：字长小于( 或等于) 2 0 位的编 码方式；字长小于( 或等于) 2 4 位的编码方式。 ( 2 ) 辅助采样位：当音频采样字为小于( 或等于) 2 0 位的编码方式时，其低四位可以作为辅助采样 位，用来表示辅助采样信息。 ( 3 ) 有效性标志位：表示副帧( s u b f f a m e ) 所携带的语音采样数据是否有效。默认值为0 ，即有效。 桷码前通道数据位 v 有效性标志位：u 用户数据位；c 通道状态位；p 奇偶校验位 图3 1 语音数据的帧格式 ( 4 ) 通道状态位：通道状态位信息有是否立体声方式、采样频率、音频采样数据精度、循环冗余 浙江大学硕士学位论文 校验( c r c c ) 等。以便使远程控制端进行正确的解码。通道状态位只表示本批( b l o c k ) 数据的用 户信息。因此，通道状态位字长为1 9 2 b i t ，即8 b y t e 。例如：数字麦克风的采样率信息由通道状态位 ( c ) 提供。通道状态位( c ) 的b y t e 4 位为0 0 0 0 0 0 0 0 时表示此批数据为8 k h z 采样率，b y t e 4 为0 0 0 0 0 1 0 0 时表示此批数据采样率为1 6 k h z 。 ( 5 ) 用户数据位：用户数据位用来向远程控制端提供数字麦克风所具有的功能：是否有立体声方式， 是否有复位功能，是否有无声功能等。以便让远程控制端进行适当的控制。由于数据以批为单位进 行传送，因此用户数据位只表示本批数据的用户信息。一批等于1 9 2 帧( f r a m e ) ，所以用户数据位字 长为1 9 2 b i t ，即8 b y t e 。 2 数据格式如下： 【起始位】图3 1 中0 至3 位为起始位。起始位的作用是让远程控制端区分不同的数据通道， 并且在传输过程中数据以通道为单位进行同步。为了达到这一目的，起始位采取特别的方式来使帧 和批同步。为使每个采样周期内系统都取得同步，使通信可靠进行，并且起始位为了区别通道位( 每 个通道的4 至3 1 位) ，没有采用双相制编码。其编码方式如下： 起始位方式0方式1 通道编码 x y z w 1 1 1 0 0 0 1 00 0 0 1 1 1 0 1 副帧1 ( 通道0 ) 1 1 1 0 0 1 0 00 0 0 1 10 1 1 副帧2 ( 通道1 ) 1 1 1 0 1 0 0 00 0 0 1 0 1 1 1 副帧l 且批起始( 通道0 ) 1 1 0 1 1 0 00 0 0 1 0 0 1 i 副帧3 ( 通道2 ) 采用方式0 还是方式1 编码，取决于前一帧的最后一位( 奇偶校验位) p ：若p 为0 ，采用方式0 ： 若p 为1 ，采用方式1 。 【音频数据位】如图3 1 所示，4 - - 2 7 位为音频数据位。此位用来携带一路语音信号的一次采 样信息，2 7 位为最高位，4 位为最低位。 【奇偶校验位】为了提高数据传输( 以副帧为单位) 的可靠性，每一副帧的最后一位为奇偶校验 位，用来表示0 - - 3 1 位数据l 的个数。若1 的个数为奇数，则此位值为1 ：若l 的个数为偶数，则 此位为0 。奇偶校验位的设置可以发现数据传输中出现的奇数次错误。 图3 1 表示一个副帧的帧格式。数据发送端的数据发送以批为单位，由于麦克风有三个输入 端，因此一帧由三个副帧组成。一批包含1 9 2 帧，每帧由三个数据通道( 即副帧) 组成。每个通道 包含一路声音的一次采样信息。一帧包含三路声音的一次采样信息。 帧格式如图3 2 所示。 6 塑坚查兰堡主兰垡堡苎； 2 通道编码 图3 2 帧格式( 同步信号未标出) 为了使数据的发送与极性无关，使控制端易于解码，同时为了增强数据传输的可靠性，发送端 编码采用双相制，时钟为二倍比特率。每一个要传送的数据用两个比特位表示，若数据为1 ，则第 二位与前一位相反：若数据值为0 ，则第二位与前一位相同。其中，每一个数据的第一位与前一个 数据的第二位反相。如图3 3 所示。 时钟 ( - - 倍比特率) ：厂 厂 原码 ：厂 厂 厂 厂 厂 通道编码适用于每个通道的4 3 l 位。 图3 - 3 通道编码 3 2 远程控制端向数据发送端发送控制信号。 通道编码 ( 双相制 控制信号可以控制麦克风采样率、声音强度、立体声方式等。控制信号地址位8 b i t ，数据位8 b i t 。 在此项目中，控制信号比特率为固定值，即2 5 6 k b i t s 。 中断 - 一批控制信息 图3 4 远程控制信号格式 1 7 日一 一 囡| | 塑垩查兰堡主堂垡堡奎一 远程控制脉冲结构如图3 5 所示 图3 54 8 k h z 特征频率远程控制脉冲结构 3 3 数据发送端与远程控制端之间通信的建立 m i 札g * 6 4 f l 5 4 m 1 数据发送端接收到2 b y t e 的控制信号后，再经