（系统工程专业论文）基于Java的IP视频会议系统的开发与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着多媒体技术与口网络通信技术的飞速发展，基于i p 网络的视频会议系统为 异地分布的人们提供一个包括音、视、文、图等多种媒体的全方位感知的空间环境， 使人们以自然的方式进行交流，并将成为现代信息社会不可缺少的一种需求和技术热 点。由于目前大部分的视频会议系统对硬件的依赖性较强，利用软件来实现多点控制、 媒体流的传输等技术，来代替传统视频会议系统的昂贵且不可靠的硬件部分是本文的 主要研究内容。 本文首先介绍了多媒体通信的发展状况，接着描述了视频会议系统结构与组成， 及以后的发展前景，并对视频会议系统涉及的协议和关键技术作了详细的分析。本系 统采用j a v a 媒体框架( 简称j v l f ) 作为平台，y m f 提供了一套通用的跨平台的j a v a a p i 来访问底层的媒体框架。为对时基媒体数据进行获取、处理和传输的管理提供了一套 统一的体系结构和消息通信协议。利用j m f 的无缝扩展以支持新增内容类型和格式， 优化对所支持格式的处理并创建新的再现机制，通过j a v a 平台的优越性，做到“编写 一次，处处运行”。 本文采用c s ( 客户服务器段) 的结构方式进行视频会议系统系统的设计。j a v a s w i n g 组件技术为系统界面的开发提供了良好的支持，最后针对系统设计中的关键技 术难点作了详尽的剖析并给出了具体的解决方案。 关键词：多媒体通信视频会议多点控制实时传输协议j a v a 媒体框架 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t l lt h e d e v e l o p m e n t o fm u l t i m e d i aa n di pr i n t e m e t p r o t o c 0 1 ) n e t w o r k c o m m u n i c a t i n gt e c h n o l o g y , v i d e oe o n f e r e n c i n gs y s t e m b a s e do ni p p r o v i d e s a l l e n v i r o n m e n ts p a c ew i t ho m n i b e a r i n g m u l t i p l em e d i ap e r c e p t i o ni n c l u d i n ga u d i o ，v i d e o ，t e x t ， a sw e l la sg r a p h i c sf o ru s e r si nd i f f e r e ma r e a s b yt h i ss y s t e mt h e yc a r lc o m m u n i c a t ew i t l l e a c ho t h e ri nt h en a t u r em o d e ，a n dw i l lb ea n e c e s s a r y d e m a n da n d t e c h n o l o g i c a lh o t s p o tf o r t h em o d e m s o c i e t y o w i n gt om o s to fv i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m sd e p e n du p o nh a r d w a r e m o r ed e e p l ya t p r e s e n t ，t h e r e f o r e ，i t i sm a i nr e s e a r c ht h a tr e a l i z et h e t e c h n o l o g y o f m u l t i p o i n tc o n t r o la n dm u l t i m e d i as t r e a mt r a n s m i t t i n gb ys o f t w a r e ，i n s t e a do fc o s t l ya n d d i c k e y h a r d w a r e p a r t so f v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e mt r a d i t i o n a l l y i nt h i sp a p e rw ef i r s tr e f e rt ot h ed e v e l o p m e n to f m u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n , f o l l o w i n g d e s c r i b et h ec o n s t r u c t i o na n dc o m p o n e n t so fv i d e oc o n f e m n c i n gs y s t e ma n dd e v e l o p i n g t r e n di nf u t u r e ，a n a l y z et h ep r o t o c o la n dk e yt e c h n o l o g yi i ld e t a i lw h i c hi n c l u d i n go fi n v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m t h i ss y s t e ma d o p t e dj a v am e d i af r a m e w o r k ( s h o r t e n d e df o r m j m f ) a se x p l o i t a t i o np l a t f o r m j a v am e d i a f r a m e w o r k p r o v i d e sa c o n l l t l o nc r o s s p l a t f o r m j a v aa p if o ra c c e s s i n gu n d e r l y i n gm e d i a 丘a m e w o r k s j m fp r o v i d e sau n i f i e da r c h i t e c t u r e a n d m e s s a g i n gp r o t o c o l f o r m a n a g i n g t h e a c q u i s i t i o n ，p r o c e s s i n g ， a n d d e l i v e r y o f t i m e b a s e dm e s ad a t a b ys e a r n l e s s l ye x t e n d a b i l i t yo fj m ft os u p p o r ta d d i t i o n a lc o n 怃喊 t y p e sa n df o r m a t s ，o p t i m i z eh a n d l i n go fs u p p o r t e df o r m a t s ，a n dc r e a t en e wp r e s e n t a t i o n m e c h a n i s m s b ye x p l o i t i n g t h ea d v a n t a g e s o f t h ej a v a p l a t f o r m ，j a v a d e l i v e r s t h e p r o m i s e o f “w r i t eo n c e ，r u n a n y w h e r e ” i nt h i s p a p e ra d o p t i n g t h ec o n s t r u c t i o no f c s ( c l i e n t s e r v e r ) t od e s i g n v i d e o c o n f e r e n c i n gs y s t e m n et e c h n o l o g yo f j a v a s w i n gc o m p o n e n t sp r o v i d e sb e t t e rs u p p o r tf o r d e v e l o p i n go fs y s t e mi n t e r f a c e ，a tl a s ta n a l y z et h ek e ya n dd i f f i c u l tt e c h n o l o g yd e t a i l e d l y a p p e a r e di ns y s t e m ，a n d o f f e r st h ec o n c r e t ep r o j e c tt os o l v e k e y w o r d s ：m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n v i d e oc o n f e r e n c i n g m u l t i p o i n tc o n t r o l r e a lt i m e t r a n s p o r tp r o t o e o l ( r t p ) j a v am e d i a f m m e w o r k ( j m f ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：孺锰晖 日期： z 6d 斤年并月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：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电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复锖8 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密臼。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 华中科技大学硕士学位论文 1i p 网络的多媒体通信概述 1 1 多媒体通信的发展过程 顾名思义，多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息( 例如 声音、图像、图形、数据、文本等) 的新型通信方式。和电话、电报、传真及计算机 通信等传统的单一媒体通信比较，多媒体通信使得相隔万里的用户能声像图文并茂地 交流信息，分布在不同地点的多媒体信息能步调一致地作为一个完整的信息呈现在用 户面前，而且用户对通信全过程具有完备的交互控制能力。 1 1 1 通信技术发展的3 次革命 从1 8 3 7 年莫尔斯发明电报和1 8 7 6 年贝尔发明电话以来，通信服务经历了长达一 个多世纪的发展，并已走进了干家万户，成为社会生活、工作和人们交流信息所不可 缺少的重要工具。通信服务由传统的电报、电话单一品种扩大到传真、数据通信、图 像通信、电视广播、多媒体通信等新服务领域：通信技术的日新月异，传输媒介有缆 线、无线短波、微波、卫星和光缆；交换设备由机电制布线逻辑方式向计算机程序控 制方式发展：传输设备由模拟载波向数字脉冲调制方式发展：终端设备由机电方式向 微处理器控制的多功能终端发展；通信方式由人工、半自动向全自动方向发展；通信 网由单一的服务网向综合方向发展；通信地点由固定向移动发展。总之，最近2 0 年来 通信技术和服务发生了巨大的变化。 纵观通信技术发展的全过程，可将其发展过程划分为3 次革命。 第一次通信技术的革命是百年前电话的问世。电话网是开放电话服务为广大用户 服务的通信网络。在电话网中，主要传输的服务是话音，但是只要增加少量设备也还 可以传送传真、中速数据等非话音服务。电话网络采用的交换技术是基于电路交换 ( c i r c u i ts w i t c h i n g ) 的通信技术。电路交换是两台通信设备或终端相通信时，使用的 同一条实际物理链路，在通信中自始至终使用该链路传输，且不允许其它设备同时共 享该链路。电路交换包括公用电话网、公用电报网和电路交换公用数据网( c s p d n ) ， 华中科技大学硕士学位论文 电路交换适用于一次接续后传输长报文的通信。其优点是实时性强，延时很小，一般 是一个字符甚至到一个比特均可传送，交换设备成本较低，缺点是链路，尤其是中继 线利用率低。 电话网当前的发展方向为程控数字网，即各级交换中心均装用程控数字交换机， 传输电路均为数字电路。程控数字网通信质量优良，自动化程度高，故发展较快。 第二次通信革命是半个世纪前电视和有线电视网的出现。电视的出现改变了电话 网络只能传输话音的缺点，它不仅使用户能闻其声，同时还能见其人。特别是有线电 视网络的出现，其视频信号的传输质量和带宽都得到很大的改善。也使得基于广播电 视的通信技术进入了快速发展的阶段，达到了鼎盛时期，成为三大媒体通信技术之一。 但由于目前的有线电视( c 加n ) 是单向传输，采用的是广播技术，并且该网络缺乏 交换机制以及网络安全管理的功能，这就使得通过c a t v 提供双向对称不对称服务非 常困难，所以改造现有的单向网络变成双向网络，即在原有的树形广播网络中传输双 向的信息是利用c a t v 实现除电视服务以外的其他多媒体服务的关键。 第三次通信革命是因特网的迅速崛起所引起的口通信技术。i p 通信技术已开始成 为通信舞台上的主角，并与语音通信、视频通信形成新的产业汇聚。这种新兴的以i p 分组交换为核心的通信技术具有如下特点。 ( 1 ) 从技术上说，新的变革实际上就是从基于电路交换的技术转变为口分组交 换( p a c k e ts w i t c h i n g ) 技术。分组交换也称为包交换，它将用户发来的报文分割成若 干定长的数据块( 分组) ，让它们以“存储转发”方式在网络中传输。每一个分组 信息都载有接收地址和发送地址的标志，在传送数据分组之前，必须首先进行路由建 立虚电路，然后沿虚电路传送。分组交换在链路上采用动态复用的技术传送各个分组， 所以链路利用率较高。分组交换兼有电路交换和报文交换的优点，是数据交换方式中 一种比较理想的方式。传统电话网络只是简单地建立连接，而新的网络中i p 分组承载 的信息在p 头的比特编码下具有更强的智能化功能。 ( 2 ) 从模式看，i p 通信是一种全新的通信模式，在该模式中，数据正迅速取代 语音成为主要的网络流量类型。因特网、内联网( i n t r a a e t ) 和外联网( e x t r a n e t ) 上的 数据流量急剧增加，口网络互连已无可争辩地成为新世界的基础。 2 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 从服务上看，传统电信服务主要就是电话服务，所以电信公司实际上只是电 话公司。因特网的普及使这一格局很快发生了改变，一批因特网服务供应商迅速崛起， 其服务范围越来越广，因特网具备更丰富的服务内涵。这其中包括很多多媒体数据服 务的实现，如i p 话音、i p 图像、i p 电视会议等。更加丰富的是增值服务，其中最具 代表性的是目前极为流行的i p 虚拟专用网等。 另外，口通信是通信技术发展的趋势所在。目前其技术的整体发展趋势是由电路 交换向分组交换演化，i p 网络将是未来通信网络的基础。其突出表现在以下几个方面。 ( 1 ) i p 与i s d n ( 综合服务数字网) 、a t m ( 异步转移模式) 等网络技术不同， 口网络是典型的由市场驱动发展起来的。据统计，达到相同的用户数，电话网络用了 将近一个世纪，电视用了3 0 年，而因特网仅经历了短短几年。在因特网上的服务量正 在以指数规律增长。同时，网上的服务范围也在不断地扩大，除了传统的w 曲浏览、 信息检索、电子邮件、远程医疗、p 电视会议、远程协同工作等都在迅猛发展中。 ( 2 ) 在口服务迅猛发展的同时，p 网络技术也在不断升级。i p 对底层承载技术 有广泛的适应性，p 核心网络由软件路由器加窄带中继发展到吉比特甚至太比特p 路由交换机加宽带传输网络。p 接入网络由传统的低速调制解调器、i s d n 发展到 a d s l 和c a b l em o d e m 。 ( 3 ) m 与移动通信必将紧密结合，互相渗透。伴随着因特网的飞速发展，移动 通信也在突飞猛进。但移动通信的服务迄今为止都是传统的语音通信占主导地位，移 动通信网络本质上是电路交换通信网。发展移动数据服务是移动通信运营商的战略方 向，借助于w a p 的w 曲浏览，随时随地进行的电子商务、移动网上银行、移动i p 电 话等服务预示着因特网和移动通信无缝结合的前景和未来。特别是第三代移动网络发 展随着分组服务量的急剧增长和球技术的完全成熟，所有服务将会统一到球网络， 形成一个真正的综合服务网络。 1 1 2 多媒体通信的发展 2 0 世纪8 0 年代初，美国、日本和欧洲的计算机公司开始致力于多媒体技术的研 究，把该技术应用于p c 。首先建立了基于局域网( l a n ) 的多媒体通信系统，如美国 x e r o x 公司的以太电话( e t h e r p h o n e ) ，可以说是最早的多媒体通信系统。 华中科技大学硕士学位论文 对企业特别是大公司而言，在经营活动中，希望借助更先进通信系统达到缩短产 品投放市场的时间、改善对用户的服务、减少差旅支出等目的；对个人而言，由于生 活环境目趋复杂，生活节奏越来越快，也希望能随时获取信息，并采用计算机协同工 作( c s c w ) 方式来提高工作效率。上述的需求唯有建设多媒体通信才是解决的办法。 国外多媒体通信的研究开发首先是基于窄带综合服务数字网( n s d n ) ，如美国 的a t & t 、p a c i f i c b e l l 、c h i c o 等于1 9 9 1 年5 月开始利用i s d nb r i ( 基本码率接口) 进行了多媒体网络试验，这项试验全面评价了使用窄带i s d n 支持远程教育的可行性， 并可达到较满意的实时视频质量；b e l l e o r e 的m e d i a c o m 多媒体系统使用b e l la t l a n t i c i s d n 线路提供多媒体服务，如远程电子白板( r e m o t ee l e c t r o n i cw h i t eb o a r d ) 、公用 号码薄等，在实验基础上于1 9 9 3 年进入实用化阶段。目前，基于i s d n 的多媒体会议 电视和多媒体检索服务基本上达到了实用水平。国外宽带到媒体通信仍然处在研究开 发、现场试验之中，少数系统进入了小规模商业应用。从1 9 9 4 年7 月开始，日本进行 了国家级的试验项目b i s d n ，对视频点播( v o d ) 、电子游戏传送点播服务、家庭购 物、远程教育、远程医疗、电子图书馆、多媒体会议电视、市民画廊等2 0 多项多媒体 通信的应用逐项展开试验。a t & t 公司为建设多媒体通信网，连续从美国p a c i f i c b e l l 、 b e l la t l a n t i c 电话公司获取l o 亿美元的合同。a t & t 在多媒体产品和服务方面走在前 面，已推出t e l e m e d i a 多媒体系统、交互型电视等系列产品。美国许多公司开始进行 小规模的v o d 现场试验，一些公司准备建设网络，提供多媒体服务。香港电讯公司 在多媒体开发方面也处于世界领先地位，已进行了v o d 试验，并选定具有世界水平 的s y b a s e 数据库建立v o d 系统，首先提供的多媒体服务包括v o d 、家庭购物、家庭 银行等服务。 从世界范围看，p s t n 仍是主要的通信网并将长期存在。据a t & t 公司分析，在 p s t n 上的多媒体服务将有数十亿美元的工业潜力。因此在p s t n 如何实现多媒体通 信服务是国际普遍关注的问题。其中，i t u t 在1 9 9 3 1 9 9 6 年期间开展了低比特率 p s t n 的多媒体终端系列标准的制定，制定了h 3 2 4 协议等。目前，各国公司急于开 发基于p s t n 的多媒体产品，并扩大到各个领域。应用实例有音频图像电话会议、协 同计算、共享自板、远程演讲远程学习、因特网电话、技术支持，客户服务、交互式游 4 华中科技大学硕士学位论文 戏和交易、居家办公、远程贿物、电子商品目录等。当前，国外商用多媒体应用市场 热点是在多媒体会议电视和多媒体检索服务方面。 1 1 3 基于i p 网络的多媒体通信 目前基于婵网络的多媒体通信异军突起，发展势头迅猛。随着w e b 技术的发展， 特别是j a v a 、j a v as c r i p t 和p l u g i n 技术的不断引入，w e b 系统的能力越来越强大，它 已经不只是提供简单的文本、图片等信息检索服务，还可以提供动画、声音乃至实时 运动图像的服务。目前的因特网由于无法确保服务质量，因此不能提供多媒体服务。 在网络负载很轻的时候可以提供一些较高档次和一些实时的服务。但基于i p 的多媒体 通信网应能保证所提供服务的服务质量和主干网应该是宽带网，以便能向用户提供令 人满意的多媒体信息服务。虽然因特网不能提供多媒体通信服务，但因特网的核心口 技术及t c p i p 可以用于多媒体通信。 基于p 网络的多媒体通信最有代表性的服务之一是m 电话，它是近几年发展最 快的一种通信服务，也代表未来语音通信的发展趋势。另外一种具有代表性的服务是 视频点播( v o d ，v i d e oo nd e m a n d ) ，这个服务被认为是宽带服务中具有代表性的服务。 基于网的另一种多媒体通信服务是多媒体视频会议系统。由于视频会议系统要 求的实时性是最高的，特别是在会议中的对话，因而以前会议通常在电路交换网络中 实现。近年来基于口网的视频会议服务有了突破性进展，h 3 2 3 标准的制定，以及与 h 3 2 3 相关联的s i p 的提出，特别是由于p 网的特殊性，要求图像编码和音频编码尺 度可变而提出了h 2 6 3 和g 7 2 9 等标准，使得在m 网上的视频会议系统可以更好的开 展了。 1 2 多媒体通信的基本知识 1 2 1 相关概念 1 ) 媒体国际电信联盟将媒体分为5 类。 ( 1 ) 感觉媒体( p e r c e p t i o nm e d i u m ) ：是由人类的感官直接能感知的媒体。诸如 声音、动画、运动图像、图形和噪音等。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 表示媒体( r e p r e s e n t a t i o nm e d i u m ) ：是用于数据的编码。这类媒体有图像编 码( j p e g 、h 2 6 1 、m p e g 等) 、文本编码( a s c 、g b 2 3 1 2 ) 和声音编码( g 7 2 3 1 、g 7 2 9 ) 等。 ( 3 ) 显示媒体( p r e s e n t a t i o n m e d i u m ) ：是进行信息输入和输出的设备。这类媒体 有显示器、打印机等输出设备，以及键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等输出设备。 ( 4 ) 存储媒体( s t o r a g em e d i u m ) ：是进行信息存储的设备。诸如硬盘、软盘、光 盘、磁带、r o m 、r a m 等。 ( 5 ) 传输媒体( t r a n s m i s s i o nm e d i u m ) ：是用于承载信息，将信息进行传输的传输 介质，这类媒体有同轴电缆、双绞线、光纤和无线电链路等。 根据国际电信联盟标准部( i t u t ) 的定义，多媒体通信中的媒体特指表示媒体， 也就是多媒体通信系统中要有存储、传输、处理等功能。 2 ) 多媒体( m u l t i m e d i a ) r r u - t 对多媒体服务的定义，是特指能处理多种表示媒体的服务。多媒体系统和 多种媒体系统是不同的，多媒体系统中的媒体相互之间是有关联的，是以时空同步的 方式存在的；而多媒体系统中，媒体与媒体之间可以是毫无关系的，两者间的主要区 别在于媒体间的同不性。 3 ) 超媒体( h y p e r m e d i a ) 超媒体是通过超级链将若干不同媒体链接起来的集合。近年来一种特别适宜于超 媒体信息的排序和检索方式的发展，使得超媒体技术获得了广泛的应用。 1 2 2 多媒体通信的基本特征 多媒体通信的主要特征体现在如下几个方面： ( 1 ) 集成性是指能对内部数据( c o n t e n td a t a ) 信息、多媒体和超媒体信息、脚 本( s c r i p t ) 信息、特定的应用信息进行存储、传输、处理和显现的能力。 ( 2 ) 交互性 交互性是指在通信系统中入与系统之间的相互控制能力。在多媒体通信系统中， 交互性有两方面的内容，其一是人机接口，也就是人在使用系统的终端时，用户终端 向用户提供的操作界面；其二是用户终端与系统之间的应用层通信协议。 6 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 同步性 同步性是指在多媒体通信终端上显现的图像、声音和文字是以同步方式工作的。 例如：用户要检索一个重要的历史事件的片断，该事件的运动图像( 或静止图像) 存 放在凰像数据库中，其文字叙述和语言说明则是放在其他数据库中。多媒体通信终端 通过不同传输途径将所需要的信息从不同的数据库中提取出来，并将这些声音、图像、 文字同步起来，构成一个整体的信息呈现在用户面前，使声音、图像、文字实现同步， 并将同步的信息送给拥护。 1 3 多媒体通信服务的分类 根据国际电信联盟标准组织( i t u - t ) 的定义，多媒体通信服务共分为6 种。 会议服务( c o n f e r e n c es e r v i c e s ) ：实现多点间的人与人之间的通信。 会话服务( c o n v e r s a t i o ns e r v i c e s ) ：实现点与点，人与人之间的通信。 分配服务( d i s t r i b u t i o ns e r v i c e s ) ：实现点对点，机器对入的通信。 检索服务( r e t r i e v a ls e r v i c e s ) ：实现点对点，人与机器间的通信。 采集服务( c o l l e c t i o ns e r v i c e s ) ：实现多点对一点，机器与机器或机器与人之间的 通信。 消息服务( m e s s a g es e r v i c e s ) ：实现点对点，人转发到机器，机器存储然后再转发 到人的过程。 1 4 小结 多媒体通信目前正处于发展阶段，虽然有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不穷。视频会议作为多媒体通信应 用的一个重要放面也随着多媒体通信技术的不断进步而发展。了解多媒体通信的发展 过程和相关的知识，现状和发展趋势，为后面系统的设计与实现做准备是很有必要的。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 视频会议系统概述及结构组成 2 1 视频会议系统概述 视频会议【4 2 1 ，就是利用电视技术设备通过传输信道在两地或多个地点进行开会的 一种通信手段。利用摄像设备和话筒将一个地方的会场的开会人形象、及他所发表的 意见或报告内容传送到另一个会场地点。并能显示出实物、图纸文件和实拍电视图像 以增强临场感；若辅助以电子白板、传真机等信息通信，可实现与对方的与会人员进 行研讨与磋商。这种利用一条信道同时传递图像、语音、数据等信息的方式在效果上 完全可以代替现场会议。 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，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 e p h o n em o d 1 ，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自静止硬拷贝 图像，其图像和话音采用时分传送方式。其后，英国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电视会议服务。其后出现了各种改 进及其它的电视会议系统，但此使得电视会议系统由于其大带宽要求使其实用性不大。 8 0 年代末、9 0 年代初，随着微电子、计算机、数字信号处理及图像处理技术的发 展，视频会议的理论研究和实用系统研制方面也得到了迅速发展。会议服务的种类越 来越多，先后出现视听会议( 视频和音频) 、音图会议( 图像和音频) 、数据会议( 数 据) 和多媒体会议( 视频、音频和数据) 等。视频会议的与会者是在地理位置上分散 的通过视频网络联系一群用户，通过视频网络的连接彼此能够进行讨论的一种电信业 务。它占用频带比较窄，图像质量也比较好。因此，数字视频会议就取代了模拟视频 会议，在某些地区开始形成了视频会议网。但各地使用的标准不一，难以实现国际视 频会议。 8 0 年代末至今，多媒体技术、计算机技术、通信网络技术日新月异。1 9 8 8 年到 1 9 9 2 年期间，国际电报电话咨询委员会c c i t t ( 即现在的i t u - t ) 在各国视频会议研 究的基础上，形成了国际视频会议的统一标准( h 2 0 0 系列协议) ，规定了统一的视频 8 华中科技大学硕士学位论文 输入输出标准、算法标准、误码校验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，从此就出现了现在的国际统一标准的视频会议系统，为国际视 频会议提供了条件，极大地推动了视频会议的发展。 从统一标准的数字视频会议技术发展的历史来看，目前，视频会议系统的建立可 以依据i t u t 的两大框架协议h 3 2 3 和h 3 2 0 来进行，从而形成两种不同的建设方案。 h 3 2 0 是i t u t 较早期的视频会议标准，该标准完全建立在一系列视频会议专有的技 术和标准之上，而h 3 2 3 标准建立在通用的、开放的计算机网络通信技术基础之上， 具有广阔的发展前景。而且，h 3 2 3 系统在技术的先进性、功能的完善性、操作的方 便性、系统的可扩充性以及性能价格比等各方面，都日益显示出比h 3 2 0 系统明显的 优越性。 我国对电视会议也很重视，发展也较快，国内对电视会议的压缩编码技术进行了 深入的研究，取得了较大的成果。1 9 9 3 年1 月邮电部提出了在全国建立电视会议网的 任务，到1 9 9 5 年上半年，我国公用电视会议骨干网( 从北京到省会和直辖市共3 0 个 城市联网) 已经建成，不少省已建成省会到地市的省电视会议网，如湖南、湖北、江 苏、安徽、广东等，浙江则建成了各地市到县的全省性的地市级电视会议网。除各级 政府之外，其它诸如检察院、法院、公安和和水利等职能部门也是视频会议系统的重 要用户。政府办公己占全部市场份额的4 6 6 ，为了改善运营模式、提高工作效率， 电信、金融、铁路、电力等行业也在大力发展电视会议系统，他们占据了3 3 2 的市 场份额。与以上领域相比，我国的远程教育和远程医疗尚处于发展初期，所占份额分 别是8 7 和7 9 。这反映视频会议系统在远程教育、远程医疗等方面建设力度还不 够大。 2 2 视频会议系统的基本组成 视频会议系统由以下几个部分构成：终端( t e r m i n a l ) 、网关( g a t e w a y ) 、网闸 ( g a t e k e e p e r ) 和多点控制单元( m c u ) 。 2 2 1 网关 在会议系统中，网关m 】是连接口会议终端与其它非碑网络( 如i s d n ) 会议终端 9 华中科技大学硕士学位论文 得桥，把位于两个不同网络上的会议终端连结起来组成一组会议。网关的主要功能有 三大类：第一类是通信格式的转换，如对于h 3 2 3 会议网络( 如口网) 和电路交换网 ( s c n ) 之间就必须通过网关实现h 2 2 5 0 码流和h 2 2 1 码流之间的互译，以完成链 路层的连接。第二类是视频、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。第三类是通信协议和通信规程如h 2 4 5 和h 2 4 2 之间的互译，以实现 应用层的通信。 由于网关是跨接在两个网之间的。对于两个网中的任一个网来说网关都是该网的 一个设备。由于网关在一个网内是没有作用的，因而会议如在一个网内召开就不需要 网关。在两个网中的任一个网内它要么起终端的作用，要么在网内起m c u 作用。 在实际的h 。3 2 3 会议系统中有两种场合将用到网关，第一种场合是一组会议的两 群与会者在不同的网中，如一群与会者在坤网中，另一群与会者在电路交换网络 f s c n ，s w i t c h e dc i r c u i tn e t w o r k ，如p s t n 、i s d n 、g s m ) 中，如图2 1 所示。 另一种情况是两组会议的两群与会者在不同的网段上，为了旁路一些路由器或某 些低速传输通道而从网关转绕，如图2 2 所示。 图2 - 1 网关使用的场合之一 图2 - 2 网关使用的场合之二 l o 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 网闸 网闸又称网关管理器，是网络中的消息控制中心，它可以进行地址解析、授权、 身份验证和保留呼叫详细记录等操作，并且可以和网关紧密地结合在一起。网闸还可 以像实时网关那样监控网络、平衡负载、管理带宽以及提供与现有系统的借口。这些 功能对网络管理至关重要：例如，网关管理器可防止视频会议占用所有带宽，从而保 留一些带宽给其它的关键应用。出于所有的会议呼叫都必须通过网闸，因此它能够跟 踪数个同时呼叫。 网闸是i p 视频会议系统中的可选软件组件，它的作用是为其它i p 会议组件提供 控制和管理服务，因此物理上，网闸可以在一台单独的机器上实现，也可以在i p 会议 系统网关或m c u 上实现。从h 3 2 3 协议来说，网闸是一个可选的设备，在某些很简 单的场合，特别是点对点会议的场合，或者用带外信令将多个终端和m c u 连成一个 会议的场合，是可以不用网闸的。但在绝大多数场合网闸是十分有用的。如前所述， 网闸一个十分重要的功能就是别名和传输层地址的翻译。一个h 3 2 3 会议终端要寻找 另一个终端并与之建立连接，看上去十分简单，但真正做起来则不那么容易了。因为 用户很难记住对方终端的网络地址( 传输层地址) ，比较容易记住的则是别名( 如：用 户姓名、单位名等比较好记的别名) ，在这种情况下，网闸的作用就十分明显了，没有 它有可能连呼叫都建立不起来。网闸的另一个功能是入会场许可的管理和控制。根据 某些准则和用户登记条件，网闸有权允许某些符合条件的用户进入会场，这时网闸要 对进入会场的用户进行身份验证和论证，以便确定用户是否是合法拥护。网闸的第三 个重要功能是带宽的管理和控制，由于毋网是一个服务质量不能确保的网络，除了 h 3 2 3 终端采用了种种技术措施( 图像可变尺度编码、语音可变尺度编码等) 外，还 要能保证一定的带宽，以保证会议由一个基本的质量，带宽控制能够根据网络的实际 情况来控制用户数，或者用户使用的带宽。因此，从这三个功能来说，如果一个实用 化的h 3 2 3 会议系统，没有网闸则很难很好地工作。 为了网闸的工作，h 3 2 3 专门设计了一个信道，即r a s ( r e g i s t r a f i o n a d m i s s i o n a n d s t a t u s ) 信道。这个信道作为网闸与会议系统的末端设备的通信通道，传输专门与网闸 通信而设的r a s 信令。即，r a s 信令是会议系统末端设备与网闸通信的信令。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 3 多点控制单元 多点控制单元【1 9 】是视频会议网中的关键设备，它的作用相当于一个交换机的作 用。但它又与一般电话网中的交换机不一样，它是对图像、语音、数据信号进行切换， 而且是对数据流进行切换，并不是对模拟信号进行切换。它所工作的速率可从6 4 k b s 到2 m b s ，每次会议工作在一个速率上，如果与它连接的终端速率不一致，它便自动 地工作在这几个终端的最低速率上。当然一般来讲，在同一会议中，所有终端都会选 用同一速率。 多点控制单元( m c u ) 是由多点控制器( m c ) 和多点处理器( m p ) 组成的。对 于h 3 2 3 的视频会议系统而言，它的多点控制与其它的视频会议系统( 如h 3 2 0 会议 系统) 是很不相同的。其它的会议系统多点会议的控制、管理和处理都是集中处理的， m c 和m p 一般是不可分的，因而通常在网中是以m c u 设备存在的，其主要原因是与 采用电路交换模式和物理上星形的拓扑结构是有关联的，m c 和m p 分开不会带来好 处。h 3 2 3 会议系统就不一样，h 3 2 3 会议系统f 2 6 】是基于分组交换模式的，从会议电路 的组织来看它不会存在星形的拓扑结构，而往往是以网状或者树状的拓扑结构形式存 在，因而h 3 2 3 会议系统的多点控制、管理和处理就不再一定要进行集中处理，它可 以进行集中处理，也可以进行分散处理。同样，m c 和m p 可以合在一起作为一个设 备存在，m c 和m p 也可以作为一个功能块放在其它设备中，如：终端、网关等。 多点控制单元对视频信号采取直接的分配方式口7 1 ，若某会场发言，则它的图像信 号便传送到m c u ，m c u 将其切换至0 与它连接的所有其它会场。对数据信号，m c u 采用广播方式将某一会场的数据切换到其它所有会场。对于语音信号，可分为两种情 况，若只有一个会场发言，m c u 将它的音频信号切换到其它所有会场；若同时有几个 会场发言，m c u 将它们的音频信号进行混合处理，挑出电平最高的音频信号，然后切 换到除它的会场外的其它所有会场。 因此，f i 3 2 3 协议的多点控制和管理工作方式有以下几种： 集中方式的多点控制和管理：这种工作方式与传统的会议系统( 如h 3 2 0 系统) 没有什么两样，所有的终端都通过点对点的方式( 逻辑连接) 与m c u 相连，或者与 多个级联的m c u 相连。由于m c u 中的多点控制部分( m c ) 通过h 2 4 5 来实现多点 1 2 华中科技大学硕士学位论文 控制的功能，由m c u 中的多点处理单元( m p ) 来实现多点音频混合，多点视频切换或 复合，以及多点数据传递控制等多种处理功能。 分布式多点控制和管理：这种工作方式是传统的会议系统所没有的。在这种管理 方式中，系统中没有m c u ，也就是没有集中控制和集中管理的设备，m c u 的功能以 m c 和m p 功能模块分别存在于系统的其它设备中，如终端、网关、网闸处。 分布式多点控制和管理之所以能在基于分组的通信网中( 如p 网) 中实现，其主 要原因是网络中的通信是逻辑信道进行的而不是以物理信道为单位进行的，会议系统 的网络( 逻辑形式) 拓扑结构实际上是以总线的方式存在的，网络还可以具有组播功 能，另外出于网络中是统计复用的，因而它的通信容量并不像电路交换那样限制得非 常死，可以有多个音频和多个视频在网中流动，从而导致可以用分布式的多点控制和 管理的工作方式。 ( 3 ) 混合方式的多点控制和管理：这种方式下多点控制( m c ) 是以集中方式工 作的。多点处理则可以有：音频式集中处理、视频式分散处理和视频式集中处理、音 频式分散处理两种。 m c u 目前最多为1 2 个端口，因此利用一个m c u ，可同时召开4 个( 3 个会场构 成一个会议时) 独立的会议。 2 3 视频会议系统的类型和应用 2 3 1 视频会议系统的类型 ( 1 ) 基于房间的系统 这种基于房间的系统在带有环境控制设备的专用会议房间里装置一个或多个大屏 幕，系统由屏幕、摄像机、麦克风和辅助设备等组成。这些配置是永久性的，它们不 能移到别的房间或大楼内，但可以提供高质量的视频和同步音频。 ( 2 ) 中档( m i d r a n g e ) 系统 如果某个客户只是将视频会议当作应急的必要措施，那么中档视频会议系统将是 最有效的方案。该系统可以移动，系统组成包括一个屏幕、一两个摄像机和几个麦克 风等。 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 桌面系统 桌面视频会议日益受到青睐，因为它有效地利用了现有的资源。视频会议仅仅是 桌面上运行的多种应用之一。桌面机可以同时用于局域网和广域网中的视频会议，还 可通过白板功能实现数据共享。一些桌面视频会议系统支持t c p 口，这类系统能用 在桥接器、路由器和拨号线的衔接处，使用户能够方便、经济地接入视频会议系统， 特别是在i s d n 业务还没有实现的地区。用户投资桌面系统有两种选择：若考虑低价 值投资，则可以在现有p c 机中增加视频会议功能，并配以相应的硬件和软件；若进 行较高投资，则可以向厂商直接购买安装有视频会议系统的p c 机。 ( 4 ) 可视电话系统 可视电话系统用于点到点通信，它满足了在电话上进行视频会议传输的需求。系 统组成包括一个小屏幕、内部摄像机、视频编解码器、音频系统和键盘。 2 3 2 视频会议系统的应用 视频会议的应用已从单纯的电视会议向综合业务发展，从单一的电信领域向其 它领域渗透，从机构会议室型向个人桌面型、家庭型发展和延伸。特别是基于p 的 h 3 2 3 系统的推广应用，更加剧了会议电视应用领域的转变和扩张。对于多种多样的 会议电视应用，可归纳为以下几个主要方面。 ( 1 ) 视频会议 视频会议一直是会议电视的主要应用领域。而且由于i n t e m e t i n t r a n e t 视频会议系 统在系统结构和功能实现上更加方便，传输费用大大降低。通过多播技术和实时传输 协议，可以降低网络的负担同时提高服务的质量。因此，低成本、高效率的网络电视 系统的应用前景将是十分可观的。 远程教育系统 远程教育系统近几年在国内的应用发展速度很快。远程教育系统不受地域、时间 的限制，使教育和专业培训面向个人成为可能。通过远程教育系统，更多的学生能有 更多的机会接受教育。 远程监控系统 现有的大多数监控系统是一种专用系统，只有在监控室才能观看。如果采用基于 1