（电路与系统专业论文）基于IP组播网络的视频会议研究和开发[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要a b s t r a c t 摘要 视频会议系统是一种基于多媒体技术与网络通信技术的利用计算机召集会 议的系统。近年来，随着计算机硬件技术和数字视频压缩技术水平的提高，视频 会议在实用化方面取得了快速发展，并在经济、科研、文化等领域发挥了显著的 作用，它己经成为现代信息社会不可缺少的一种需求和技术热点。视频会议及相 关技术的进一步提高和现代社会交流需要日益增强，使视频会议成为一种新的通 信方式，必定会有更广阔的应用领域和发展前景。 本文主要通过论述视频会议系统的国内外研究现状、水平和应用前景，分析 i p 网络中的组播技术原理和实现方法，重点介绍了一种基于i p 组播视频会议系 统的实现方案中的组播通信和音视频采集回放技术实现。本文研究的主要工作有 以下两个方面： ( 1 ) 通过对组播技术原理进行详细分析，得出在w i n d o w s 系统下，使用 v c 编程实现w i n s o c k 技术的方案。在w i n s o c k 组播通信平台下完成 视频会议的视频音频数据传输。 ( 2 ) 使用微软实时通信r t c 客户端组件所支持的视音频采集回放， 实现对组播视频会议的视频音频数据处理。 全文共分为六个部分，第一部分介绍了视频会议的发展和应用、论文的研 究范围。第二部分主要介绍了视频会议系统通信平台和数据处理所涉及的相关协 议与技术，包括t c p i p 网络通信协议、h 3 2 3 协议、w i n s o c ka p i 等，重点论述 了组播技术原理。第三部分，在上述技术分析的基础上，阐述了一种基于i p 组 播视频会议系统的系统设计思路，大量的视频音频数据使用组播方式传送，其他 少量的控制信息、程序数据使用单播传送。在第四部分中，使用v c 6 0 编程实现 w i n s o c k 组播连接。第五部分中，重点介绍了w i n d o w sr t c 客户端c 1i e n t 组 件对象的主要功能和应用微软实时通信( r t c ) a p i 实现对组播视频会议的视频 音频数据采集回放的步骤。第六部分是本文的总结，给出本文设计的软件进行必 要的简易测试的结果，最后做了对视频会议技术的展望。 关键词：视频会议组播技术w i n s o o k 微软实时通信( r i o ) 塑鐾 竺! 塑! ! a b s t r a c t v i d e oc o n f e r e n c es y s t e m i sak i n do fm u l t i m e d i aa n dn e t w o r k i n g c o m m u n i c a t i o n ss u p p o r t i n gt e c h n o l o g y , w h i c hi su s e df o rh o l d i n gc o n f e r e n c e sb yt h e c o m p u t et e r m i n a lu s e r s i nr e c e n ty e a r $ ，v i d e oc o n f e r e n c es y s t e mh a dg r e a t i m p r o v e m e n tw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t eh a r d w a r ca n dd i g i t a lv i d e ot e c h n i q u e i tb e c o m e sav e r ye f f e c t i v et o o lf o rc o n u t l u 撕c a t i o n sa n di sw i l d l yu s e di ne c o n o m i c ， s c i e n t i f i cr e s e a r c h e sa n dc u r u r a le x c h a n g e s n od o u b t ，a st h ed e v e l o p m e n to fv i d e o c o n f e r e n c es y s t e r na n di t sr e l a t i v et e c h n o l o g i e s a n dt h ec o m m u n i c a t i o nr e q u i r e m e n t s i no u rm o d e ms o c i e t yb e c o m ee s s e n t i a l ，v i d e oc o n f e r e n c e ，a san e wc o m m u n i c a t i o n i n s t r u m e n t ，w i l lh a v ee v e nw i d e rm a r k e t i nt h i st h e s i s ，t h r o u g l ld i s c u s s i n g 也en a t i o n a la n do v e r s e a sr e c e n tr e s e a r c h e so n v i d e oc o n f e r e n c ea n da n a l y z i n gt h et h e o r ya n dr e a l i z a t i o no fm u l t i c a s tt e c h n i q u e b a s e do f f 口n e t w o r k i tf o l c u so ni n t r o d u c i n gap r o j e c to fr e a l i z i n gm u l t i c a s t c o i y u t i h n i c a t i o n sa n dt h ec o l l e c t i o na n dr e t u r nt e c h n i q u eo fv i d e oa n ds o u n di nt h e v i d e oc o n f e r e n c eb a s e do ni pn e t w o r k t h em a j o rt a s ki nt h et h e s i sh a st w op a r t s ： ( 1 ) ap r o j e c tw h i c hu t i l i z e dw i n s o c kt e c h n o l o g yo nw i n d o w sx pb yv i s u a l c + + a r e ra n a l y z i n gt h em u l t i c a s tt h e o r yi si n t r o d u c e d t h ev i d e oa n ds o u n dd a t ao f v i d e oc o n f e r e n c ea r et r a n s m i t t e do nt h em u l t i e a s tc o m m u n i c a t i o n sp l a t f o r m f 2 1t h ec o l l e c t i o na n dr e t u r no fv i d e na n ds o u n dd a t ai nt h ev i d e oc o n f e r e n c ei s i m p l e m e n t e db ym i c r o s o rr t c c l i e n tc o m p o n e n t t h i sm e s i si sd i v i d e di n t os i xp a r t s t h ef i r s tp a r ti n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o na n d d e v e l o p m e n to fv i d e o c o n f e r e n c ea n dt h es c o p ei sc o v e r e di n t h er e l a t e dt e c h n i q u e s o ft h ec o m m u n i c a t i o np l a n eu s e db yv i d e o c o n f e r e n c ea n dd a t ap r o c e s s i n g ，s u c ha s t c p pp r o t o c 0 1 h 3 2 3p r o t o c o l ，w i n s o c ka p ia n ds oo na r ei n c l u d e di nt h es e c o n d p a r t i pm u l t i c a s tt e c h n o l o g yi st h ee m p h a s e si nt h i sp a r t ad e s i g no ft h ev i d e o c o n f e r e n c eb a s e do n 口m u l t i c a s tn e t w o r ki si n t r o d u c e di nt h et h i r dp a r ta f i e r s y n t h e s i z et h et e c h n o l c l g i e sm e n t i o nb e f o r e t h ed e s i g ni n c l u d e st h a tag r e a td e a lo f v i d e oa n ds o u n dd a t ao fv i d e oc o n f e r e n c ei st r a n s m i t t e do nt h em u l t i c a s t c o m m u n i c a t i o np l a n ew h i l et h eo t h e r ss u c ha sc o n f f 0 1i n f o r m a t i o na n dt h ed a t a o f f e r e db yt h ep r o g r a ma r et r a n s m i t t e db yu n i c a s t 。i nt h ef o u r t hp a r t ，t h ep r o j c o tw h i c h i pm u l t i c a s tn e t w o r kb u i l do nw n q s o c ku t i l i z e dv c 6 0i si n t r o d u e e d t h e6 f c i lp a r t i a y se m p h a s i su d o nt h ef u n c t i o no fm i c r o s o f ir t cc o m p o n e n ta n dt h ep r o c e s so f t h e c o l l e c t i o na n dr e t u r no f v i d e oa n ds o u n dd a t ai nr t cc l i e n tc o m p o n e n t ，t h e a s tp a r t i st h ep r o s p e e to f v i d e oc o n f e r e n c es y s t e m k e y w o r d s ：v i d e oc o n f e r e n c e ；m u l t i c a s tt e c h n o l o g y ；w i n s o c k ；m i c r o s o rr t c 广西师范大学硕上学位论文绪论 第一章绪论 近年来多媒体通信的发展非常迅速，以视频会议、可视电话、视频点播等 为代表的多媒体通信产品大量涌现，进入到社会生活的方方面面。 多媒体通信作为一种新型的通信业务是一种群体通信业务，目前大致可以 分为交互型业务和分配型业务两类。其特点是：业务多样性、一对多服务、以 视频交互业务为核心和跨网络的可操作性。 1 1 视频会议系统定义 视频会议属于典型的交互式多媒体通信业务，可在同一传输媒介承载多种 信息媒体一一图像、语音、数据等，实现多个地点之间交互式通信。研究表明在 人们的日常工作生活中，有近一半以上的信息获取来自与视觉和听觉，因此在通 信中引入图像、声音等综合信息，将极大的丰富通信的内容、增强信息交流的效 果。作为一种通信手段，视频会议以其真实、高效、实时等优点更能够增强通信 者之间的沟通。 “视频会议系统”有时又被称为“电视会议系统”。所谓的视频会议系统是 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、 影像及文件资料互传，达到即时且互动的沟通，以完成会议目的的系统设备口】。 视频会议系统是集通信、计算机技术、微电子技术于一体的远程异地通信 方式，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、听觉可获取的信息，与电话会议相比， 具有直观性强，信息量大等特点。各个会场的终端通过通信网络互连，来接收其 它会场的图像和声音，同时向其它会场发送本会场的图像和声音。在多点( 两个 以上会场终端) 会议的情况下，出席会议的人员通过电视会议系统的多点控制单 元( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t 简称m c u ) 控制会议进程、随意浏览对方的会场、 观看会场全景或发言人的特写镜头、进行交谈商讨：视频会议系统不仅可以听到 声音，还可以看到会议参加者，共同面对商讨问题研究方案，使每一个与会者 确有身临其境之感。视频会议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、商务谈判等多种领域。 1 2 视频会议的历史和发晨 视频会议至今已有3 0 多年的历史了，其间经过了一个从模拟视频会议到专 有数字视频会议再到公共数字视频会议的发展过程。 最早的视频会议是采用模拟方式传输的，但由于在模拟微波( 或同轴电缆等) 线路上传输一路模拟视频会议信号所需带宽为6 m h z ，相当于占用9 6 0 个电话线 路的带宽，在运营成本上是较昂贵的，因此其商业推广应用受到很大的限制。 8 0 年代以后，数字方式逐渐成为主流。随着近年来通信网络的数字化、超 广西师范人学硕士学位论文 绪论 大规模集成电路的飞跃发展，及以数字视频压缩技术为主导的多媒体信息技术迅 猛发展，各种速率的产品纷纷推出，视频会议的实用化日益显示出强劲的发展态 势。 在视频会议的发展初期，各家制造商的编解码都采用自己的标准和算法，而 并没有一个可共同遵守的公共标准。这就给不同制造商的设备之间的互连互通造 成困难，影响了视频会议的实际应用发展。1 9 9 0 年i t u th 3 2 0 标准的推出， 为结束这种混乱无序状态的开始。该标准对视频会议系统的性能指标、信息结构、 控制命令、规程和组网原则做了完整的规定，还规定了编解码器的主要结构，同 时也规定了视频会议的信号的组成、数据结构，这一系列的标准的制定为各种产： 品在网络上的互通提供了保证。如今各制造商都完全遵循同样的国际标准，视频 会议作为一种产业开始迅速发展。 当前视频会议发展的另一个新的趋势是遵循h 3 2 3 协议的视频会议。h 3 2 3 协议是i t u t 于1 9 9 6 年5 月制定的在分组交换网络上工作的视频会议的标准。 分组交换网络包括局域网、企业网、城域网、a t m 网、i n t r a n e t 和i n t e r n e t ， 还包括遵循分组交换协议如p p p 的p s t n 和i s d n 等。h 3 2 3 视频会议不仅可以利 用己经有的网络设施，而且可以利用网上( 尤其是i n t e r n e t 上) 丰富的信息资源。 h 3 2 3 视频会议和g 3 2 0 视频会议的互连互通可以通过h 3 2 3 i h 3 2 0 网关实现。 视频会议的未来发展可以划分为四股潮流。第一潮就是目前己投入使用、 受人喜爱的拨号组群电视会议第二潮为基于i s d n 的桌面视频会议系统。另一个 潮流，也即中心潮流，是基于l a n 的产品。最后一个潮流是未来之潮，这个最大 的潮流就是i n t e r n e t 上的组播视频会议，尽管它也将是最有争议的潮流。 1 3 视频会议系统分类 视频会议系统作为目前最被看好的技术之一，对其进行科学的、系统的、 全面的分类是相当重要的，会对其发展起到巨大的推动和指导作用。可以从视频 会议系统通信网络、传输内容、终端配置以及媒体选择的不同，对其分类，下面 将各种分类方法作简要描述【4 】。 ( 1 ) 从通信网络( 或传输介质) 角度 通信网络实际上有很多种，但从其结构的本质分，只有几种，即：通用电话 网、局域网( l a n ：l o c a la r e an e t w o r k ) 、综合业务数字网( i s d ni n t e g r a t e d s e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 异步传输网( a t m 网络：a s y n c h r o n o u st r a n s f e r m o d e ) 、因特网( i n t e r n e t ) 。这样就形成了5 种视频会议系统，即基于p o t s ，l a n ， i s d n ，a t m ，i n t e r n e t 的视频会议系统。 ( 2 ) 从传输内容角度 在实际的计算机会议系统中，根据不同程度的需求和目的，在网络中交互 的会议内容也有极大的差别，这样形成了计算机会议系统的几种不同形式：文件 会议、数据会议、可视会议系统、桌面视频会议系统。 ( 3 ) 从终端配置角度 广两师范大学硕士学位论文绪论 为了同时且实时地提供每个与会者的活动情况，从终端角度可将视频会议 系统分为两种：多监视器系统( m u l t i p l em o n i t o r s ) 和多窗口系统( s i n g l e m o n i t o rs c r e e nw i t hs e g m e n t e dw i n d o w s ) 。 ( 4 ) 从媒体选择角度 为了优化网络连接，从媒体选择角度，可将视频会议系统分为两类：媒体町 选系统( s e l e c t a b l em e d i ac o n f e r e n c e ) 和媒体固定系统( c o m m o nm e d f a c o n f e r e n c e ) 。 ( 5 ) 根据与会者参加的方式 根据与会者参加的方式，视频会议系统可分为四种：单用户系统、拨号群组 系统、点到点系统和多点可视系统。此外，有时也将视频会议系统分为室内型会 议系统和桌上型会议系统，或分为预先安排型( p r e s c h e d u l e d ) 和即时召开型 ( o n d e m a n d ) 等。实际产品化的视频会议系统，是以上几种分类的综合体，如拨 号群组系统必须设计为“预先安排型”系统，否则无法工作。 1 4 国内外研究现状及分析 上世纪九十年代，在国外随着全球因特网的兴起，视频会议技术开始b 速 发展起来 5 1 。在许多厂商推出了大量产品，这些产品多数不相兼容。为了解决不 同厂商产品之间的互通问题，建立起全球统一的视频会议标准，国际电信联盟 ( i t u ) 的电信标准化部门( i t u t ) 自1 9 9 0 年以来制订发布了一系列有关视频 会议的标准，从而形成了一套有关视频会议的完攘标准体系。目前，视频会议系 统的建立可以依据i t u t 的两大框架建议h 3 2 3 和h 3 2 0 来进行。1 9 9 0 年推出 的h 3 2 0 标准是第一代视频会议标准，主要适用于窄带i s d n ( n i s d n ) 网及非 拨号专用网，集中定义了i s d n 上的视频会议以及速率为5 6 k b p s 2 m b p s 的视频 会议，也是现今发展最为成熟的技术和系统。 1 9 9 6 年推出的h 3 2 3 定义了在l a n 、i n t r a n e t 以及i n t e r n e t 上的视频会议 框架性建议。它使符合标准的不同厂商的系统，可以在l a n 上进行相互通信，是 视频会议发展的新方向。h 3 2 3 定义了在l a n 上进行视频通信的设备、规程和协 议。h 3 2 3 使用与i n t e r n e t 协议兼容的i e t fr t p r t c p 标准，并计划使用各种 分组交换网( p s n ) 协议，包括t c p i p 和n o v e l ls p x i p x 协议。1 t 3 2 3 协议就 是i p 视频会议的标准。 视频会议系统随着i t u t 于1 9 9 0 年制订了i t u t h 3 2 0 标准开始在市场 上出现产品，并随着需求的增加，出现了快速发展时期，于1 9 9 5 年、1 9 9 6 年达 到第一个市场高峰。i t u t 也在这一时间制订并完善了一系列的多媒体通信标 准i t u - - t h 3 2 x ，其中包括i t u th 3 2 3 标准阿。近几年由于通信技术丌始从传 统的电信业务向i p 业务转化，以i t u - - t h 3 2 0 标准为代表的第一代视频会议产 品开始走出历史舞台，市场份额不断萎缩，取而代之的是以i t u - - t h 3 2 3 标准为 代表的新一代视频会议产品。其中有代表性的视频会议的硬件产品有： ( 1 ) 华为公司v i e wp o i n t 8 0 0 0 系列，包括v i e wp o i n t 8 6 2 0 m c u ，v i e w p o i n t 8 0 2 0 终端。v i e wp o i n t 8 6 2 0 m c u 符合h 3 2 0 ，t i 2 0 标准支持6 4 个e 1 ，9 6 个v 3 5 终端或1 2 8 个i s d n 终端，支持混合方式，终端多画面和速率协议适配。 ( 2 ) 中兴公司z x m vc 3 2 0 0 ，由硬件和软件两部分组成，配件完成网络接口， 广两师范大学颧士学位论文绪沦 视音频处理，也提供v 3 5 ，i s d n 接口，视频只切换，不作图像编解码处理。音 频做到完全混音，软件则完成会议控制及管理。 ( 3 ) 国外还有p i c t u r et e l ，c l i ，g t 系公司产品。它们的特点：必须专用 设备及技术实现视音频编解码，并通过专用m c u 实现多点通信，价格高，对协作 功能支持困难，难实现会议文档管理，优点是视音频质量较好。 随着视频会议技术和网络建设的发展出现了基于组播视频会议技术”。它 首先由美国d i 大学伯克利分校于上个世纪9 0 年代初研制成功，并存互联网卜 提供视频音频免费软件，是现有基于组播视频会议系统的技术基础。清华大学 对基于组播视频会议系统的研究与实验在国内起步很早，1 9 9 7 年3 月，基于隧 道技术，通过c e r n e t 的国际连接，与美国加州大学( 由9 个分校组成) 成功地 进行了我国首例基于组播的视频会议试验，实现了与其中两校的校长级网络会 谈。 1 9 9 9 年8 月2 0 0 0 年1 2 月，清华大学网络中心参加国家8 6 3 3 1 7 主题重 大课题“基于高速i p 网的多媒体远程教育示范系统”，负责研制基于组播视频 会议技术的多点实时授课系统。2 0 0 1 年1 月，基于隧道技术，依托c e r n e t 高速 主干网，成功地进行了有清华大学、复旦大学、东南大学和华南理工火学4 个学 校共同参加的系统演示，是我国首例在国内主干网上基于组播的视频会议实验。 1 9 9 9 年1 2 月2 0 0 1 年7 月，网络中心牵头承担国家自然基金联合重大项目“中 国高速互连研究试验网( n s f c n e t ) ”，在国内首次开通城域网组播服务，率先 与国际下一代互联网实现组播互通。2 0 0 1 年1 1 月，c e r n e t 加入国际视频会议应 用组织a c c e s s g r i d ，支持清华大学和北京航空航天大学出席世界上首次大规模 网上国际会议全球高性能计算和通信国际会议，并成功主持中国专场会议。 2 0 0 2 年2 月，在c e r n e t 主干网上首次开通我国广域网组播服务。2 0 0 2 年5 月开 始，基于组播的视频会议系统投入试运行，并成功应用于c e r n e t 2 0 0 2 年南京年 会、深圳市教育城域网开通仪式、c e r n e t 专家委员会工作会议、清华大学一深 圳研究生院工作会议、美国大学对中国学生录取“面试”，等等，但由于种种原 因基于互联网的视频会议系统并没有普及。 突如其来的“非典”打乱了正常的工作秩序，也给基于互联网的视频会议 系统的发展带来了新的契机。清华大学网络中心主任吴建平教授分别于4 月2 4 日和5 月8 日两次向教育部建议在c e r n e t 原网络运行视频会议系统的基础上， 迅速建立一个覆盖全国3 6 个城市的“全国教育系统应急视频会议系统”，连接 教育部所有直属高校和各省、市、自治区教育主管部门，为教育系统“防治非典” 提供先进、实用的信息交流平台，并汇报了该项工作进展的情况，得到了教育部 积极的支持。这有力地推动了视频会议系统的技术研究和应用开发。 视频会议国际标准的不断出台对视频会议系统的发展起了关键性推动作 用。但是国际标准也仅是一个框架性标准，在此领域内具体实现时仍然有许多实 践性技术问题有待更好地解决。目前，有关视频会议技术的研究很多，有关产品 也比较丰富，但它们有以下一些不足之处，难以满足我们的需求。 1 许多产品平台不支持i p 网络，如v c 8 0 0 0 产品。 2 有些产品平台复杂庞大，需要专有硬件支持，价格相对较高，而且不提供 二次开发难与同自己的系统集成。如v c o n 公司的m e d i a c o n n e c t 产品。 3 提供技术支持，但二次开发的产品必须在特定的硬件环境上运行，限制了 系统的推广和使用。如i n t e lp r o s h a r e 产品。 广两师范大学硕士学位论文 绪论 4 产品对硬件无特殊要求，二次开发的程序可很好的嵌入自己的系统中，但 实现的功能只限于开发工具所提供的。如m i c r o s o f tn e t m e e t i n g 产品，在会议 中i 司时只支持一个点对点的视频通信，开发工具也没提供底层开发接口。 这些因素极大地制约了视频会议的发展空间。 1 5 本文研究目标和范围 由于现今的视频会议系统存在上述有待改进之处，随着p c 机处理多媒体数 据的能力的增强，开发集成了m c u 功能的桌面软件视频会议系统已经成为了可 能，因此本文主要研究主要通过软件方式实现多点即时召开功能的桌面视频会议 系统。本课题的另一个目标是设计并实现一个基于i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网络 环境的i p 视频会议系统，为用户提供局域网或广域网范围的软件视频会议服务。 在传输方式上使用现今的热点技术一组播方式，在视频音频的采集回放方式上 采用微软的r t c 客户端a p i 的音视频解码技术，这些技术都在w i n d o w sx p 操作系统下使用v c + + 6 0 实现。会议参与站点加入授权、计时等视频会议的 控制以及视频会议的安全保密等方面的本文未涉及到。 1 6 本文研究的意义 随着波及全球的信息高速公路的兴起和飞速发展，在多媒体技术与网络通 信技术的支持下，视频会议为分布在异地的人们提供一个包括文本交谈、共享白 板、文件传输功能和共享应用程序的全方位感知空间环境，使人们可以采用更自 然的方式进行交流，并且也提供了一个协同工作的环境，集计算机的交互性、通 信的分布性，具有明显的优越性，因而成为当今计算机领域的一个研究热点。 系统将会议终端和m c u 的功能集成在一起，可以方便地校园网或者公司内 部网上举行多点的视频会议，例如：校园网的主干网的传输速率高达1 0 0 0 m b s ， 主干网连接的各局域网的传输速率为l o o m b s ，同一网段的两台计算机之间的传 输速率为7 0 m b s 以上，即使是在跨网段的两台计算机之间，传输速率仍然可以 达到3 0 m b s 一5 0 0 k b s ，良好的网络带宽状况使得开展视频会议通信成为了可能。 综上所述，研究本文研究的意义在于： ( 1 ) 多媒体技术与通信网络技术的发展和进一步融合，全球性网络的广泛 使用和性能的进一步改善，极大地推动了新型人际交流手段的出现。视频会议f f 是在这样的大背景下出现的一种新型人际交流工具。 ( 2 ) 视频会议为分布在异地的人和环境之间提供了“面对面”的全方位交 流方式，将会大大改进人们的工作方式，为异地合作科研，学术交流和教学提供 环境和条件，大大减少出差的时间和费用并大大提商工作效率。 ( 3 ) 视频会议的协作充分利用个人计算机上丰富的应用程序，可以将各种 信息数据融合起来并有效地管理多媒体文档数据，它充分利用现有的基础结构 ( 如网络、通信环境等) ，因此价格较低，将会成为个人计算机的标准配置和人们 广西师范大学硕士学位论文绪睑 常用的交流协作的工具和手段，极大地提高社会的上产效率。 ( 4 ) 视频会议的研究和应用将会极大地推动多媒体理论与技术( 编码，传 输，同步和数据管理与查询等) ，训算机基础理论( 数据表达，人机交) ，网络 通信理论与技术和协作理论等相关理论和技术的发展，这些理论和技术也是其它 许多领域基础理论和关键技术，如分布式多媒体等。 1 7 本章小结 本章介绍了视频会议的发展和应用状况，简要分析了视频会议现阶段存在 的一些问题，并阐述了本论文的研究范围和目的。 广两帅范大学硕十学位论文纰播视频会议相关技术分析 第二章组播视频会议相关技术分析 近年来基于i p 寻址的多媒体通信网异军突起，i p 寻址本来是在i n t e r n e t 上使用的，但由于i p 寻址简单易用容易实现，因而应用日益广泛。而且i p 寻址 方式很容易与智能布线和局域网技术结合起来，这又很好地解决了宽带接入的问 题。目前在i p 网上运行视频会议业务己经成为通信网中的主流业务之一。 为了提出本文软件的通信方案，这里首先简单介绍相关通信协议和开发技 术。 2 1 t o p i p 网络通信协议分析 2 1 1i p 协议 i p 协议是一个简单的无连接服务，它不能提供重发功能，允许两台主机之 间交换通信数据而无须先进行呼叫建立。i p 数据报协议非常简单，它没有可靠 性机制，不具底层网络进行差错恢复的功能，也没有流量控制机制。因此，必须 依靠一个上层协议( 如t c p ) 来保证数据传输的可靠性。 2 1 2u d p 协议 u d p 提供的协议端口能够区分在一台机器上运行的多个程序，即每个u d p 报 文不仅传送用户数据，还包括传送发送方和接收方的协议端口号，这使得接收方 的u d p 软件能够把报文送到正确的接收进程，而接收进程也能回送应答报文。 由于u d p 使用底层的互连网协议来传送报文，提供尽量传递的无连接数据报 服务，因而u d p 无法保证任何数据报的传递或验证数据报的顺序。但在实时视频 会议系统中，重点在于及时收到当前视频画面，不一定要每次都保证视频数据传 输的准确到位，而且u d p 的组播能力又可以降低网络开销，因此对于组播视频会 议来说u d p 比t c p 更适合于会议实时视频数据的传输。 2 1 3t c p 协议 t c p 协议是为下层i p 层无连接的通信提供可靠性的服务。t c p 是一个面向连 接的运输层协议，它的主要工作是：连接管理、流量控制和崩溃恢复等。其中连 接管理要解决的主要问题是由于确认和超时重传机制造成的延时和重复，运输层 ( t c p ) 用到了报文生存时间和三次握手等机制。流程则采用滑动窗口机制。崩溃 恢复的主要工作是恢复崩溃前的连接状态，为此主机需向其它主机广播一个查询 广西师范大学硕士学位论文二组播视频会议相关技术分析 报文。t c p 协议的另一项工作是提供复用( 进程间通信) 手段，它利用端口来控制 传输端口。为了要保证可靠性，t c p 协议相当复杂。 t c p 协议采用的最基本的可靠性技术是：确认与超时熏传、流量控制和拥塞 控制。t c p 流的特点是无结构的字节流，流中数据是一个个字节构成的序列，而 无任何可供解释的结构，因而t c p 的段是可变长度的。t c p 协议中的确认和重传 机制是所谓的“累计确认”，即t c p 协议中的确认是针对流中的字节，而不是段。 一般情况下，接收方确认的是已正确收到的字节流，每一个确认指出下一个希望 接收的字节， 2 2 使用it u 多媒体通信系列标准实现视频会议 实现多媒体视频会议这一业务的核心就是视频会议体系标准。i t u t 的h 系 列标准是为多媒体会议而制订的，其中包含了视频编解码，语音编解码，复接 解复接等内容，目前使用的比较多的几个主要的协议组包括t 1 2 0 系列和h ，3 2 0 系列。 2 2 1t 1 2 0 标准 t 1 2 0 是由国际电信联盟通信标准部( i t u t ) 开发的系列国际标准，此标准 是为支持多点和多媒体会议系统中发送数据而制定的。t 1 2 0 标准也为连接白板 和非视频会议应用及文件传输提供应用规程。 t 1 2 0 系列标准又称为多层协议( m l p ：m u l t il a y e rp r o t o c 0 1 ) ，即可包含 在h 3 2 x 框架之中，对现有的视频会议进行补充和增强，也可以独立地支持声像 ( a u d i og r a p h i c ) 会议( 传送语言、静止图象、白板、加注等信息的实时电信会 议) 。 t 1 2 0 模型规定了一个通信基础结构和在此基础结构上的应用规程。该模型 遵循i s o 开放系统互连( o s i ) 七层模型，每层向上层提供业务向上发送由底层提 供业务使用数据。 t 1 2 0 通信基础结构设计灵活，它能同时处理多个应用，允许与电路交换的 通信网和基于分组的局域网以及数据网任意组合进行连接。 t 1 2 0 系列标准为应用开发提供规范，使不同的厂家的产品和不同业务可互 通。i t u t 在t 1 2 0 中规定了二个高层规范：一个是t 1 2 7 ，它为用户提供同时初 始化多点文件传输能力：另一个是t 1 2 6 ，它允许用户在多点文件会议中查阅图 像或对它作注释，共享应用和传真图像，共享可以发生在运行不同操作系统的应 用中。 广西师范大学硕士学位论文 二组播视频会议相关技术分析 2 2 2 h 3 2 3 标准 在基于i p 寻址的多媒体通信业务中，会议业务成为一类重要的业务。f i3 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 9 1 。系统与设备的发展十分迅 速，国际电联( i t u t ) 于1 9 9 6 年推出了基于分组交换网的多媒体会议系统的标 准，即h 3 2 3 协议第1 版，继而推出第2 版，近年又推出第3 版0 i 。 基于h 3 2 3 协议的会议系统允许在网络时延不确定的平台上运行，显然该系 统应支持随网络时延变化而自动调节帧的传输速率，电视终端能自动调节帧的显 示速率，即系统能够自动适应网络时延的不确定性。视频通信在遮些网络上的实 际运行效果和质量是一个需要大量测试验证的问题，基于h 3 2 3 协议的系统的特 点如下：利用分组交换网络组成系统，如i p 网络、帧中继、a t m 等是时延不确 定，但有一定带宽质量保证的电路；通信带宽可达2 m b i t s ，但通常使用在 3 8 4 k b i t s 以下( 如1 2 8 b i t s ) ；一般来讲，可接收的图像质量要求3 8 4 k b i t s 的传输速率。一个实际的点对点的视频通信可能占据的带宽是此带宽的2 5 倍左 右。 会议电视系统和其他应用系统不同的是：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，并测量网络 的q o s ，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。会议 系统的码流被打包成一个一个分组进行统计复用，不同的信息码流要求下层网络 的承载提供不同的实时性要求和可靠性要求。例如对于音频和视频码流，要求下 层网络提供实时性要求好的传送机制，而对数据和控制信息要求提供可靠性传 送。 实际上，h 3 2 3 可用于任意分组交换网，与底层物理层无关。网络应提供可 靠的传输机制( 如t c p ) 和不可靠的机制( 如u d p ) 。可靠的传输的机制用确认和重 传方式保证分组的正确传输，而不可靠的传输机制尽快传输分组而不纠错。典型 的一个例子是运行t c p i p 或i p x s p x 协议的以太网。该标准独立于网络拓扑结 构。h 3 2 3 终端可以是星型结构或多路结构，通过集线器、桥、路由器拨号连接 进行通信。最令人激动的应用是在i n t e r n e t 上运行视频会议。 h 3 2 3 提供多层次的多媒体通信。这些层次结构包括局域网上声音通信、声 音和视频通信、声音和数据通信、声音和视频以及数据通信。视频、声音、数据 通信将桌面上可用的相互协作工具提高了一个层次。无需要预先安排，点播型交 互式多点多媒体会议可以很容易建立起来。在共享数据的同时，用户可互相听到 和看到对方。 国际电联( i t u t ) 主要的系列标准比较参见表2 1 h i t 2 1 川m 。 广西师范人学硕士学位论文组播视频会议相关技术分析 l 3 2 0 h 3 2 3 ( v l v 2 ) h 3 2 4 发( z j - 时问 19 9 ( 1 8 1 9 9 6 9 9 8 1 9 9 6 心用范喇i 窄带l s d n 带宽无保证信息 p s t n i 色交换网络 i 图像编码 【i 2 6 1 1 i 2 6 3 i 2 6 l ，l l 。2 6 3 | 2 6 1 1 l2 c 声音编码lg 7 1 1 ( ；7 2 2 g 7 】i ，g 7 2 2 ， ( ；7 2 3 1 l ( i 7 2 8g 7 2 8 f g 7 2 3 ，1 g 7 2 9 多路复合 儿揣。i | j l 2 2 训i i 2 4 5h + 2 2 3 ， 控制i i 2 4 5 l 多点控制 h 2 3 1 ，h 2 4 36h 3 2 3 1 l jj 、l 数据r 】2 ( 】，r 1 2 0 0 t 1 2 0 威川 li 2 3 组播技术概述 表2 - 13 个主要的系列标准 i p 组播技术的出现始于2 0 世纪8 0 年代中期，由斯坦福大学的博士生s t e v e 提出，随后的几年，又陆续出现了一些新的组播方面的技术，到2 0 世纪9 0 年代 初期，组播技术渐成体系。由于应用的滞后，组播技术一度不被人们重视，直到 2 0 世纪9 0 年代中期，随着互联网技术和多媒体技术的发展，网络多媒体的应用 越来越多，特别是视频会议的兴起，网络带宽成为制约多媒体应用发展的瓶颈的 时候，组播技术又被拾起，重新成为研究和应用的热点。这是由于组播技术拥有 最重要的优点一一节省带宽，i p 组播一度被人们称为解决带宽瓶颈的法宝。 2 3 1i p 组播技术的发展历程 在2 0 世纪8 0 年代初的斯坦福大学， s t e v ed e e r i n g 正在为他的导师从事 分布式操作系统的工作，遇到了要将操作系统的处理器间的通信扩展到o s i 参考 模型的第3 层工作和把m a c 层组播信息扩展到第3 层的难题。 在研究了开放最短路径优先( o s p f ) 协议和路由信息协议( r i p ) 的路由协议之 后，s t e v e 总结出：o s p f 的链路状态机制完全能够被扩展用来支持组播。他还总 结出：r i p 的基本机制能被用来作为一种新的距离向量的组播路由协议的基础。 1 9 9 8 年7 月，在制定i p v 6 地址体系标准时，确定i p v 6 组播地址分配方案， 这为组播技术在下一代i n t e r n e t 上的应用做出了必要的准备。1 9 9 9 年1 0 月， 0 广西师范大学硕士学位论文 二组播视频会议相关技术分析 互联网组管理协议i g m p v 3 得到i e t f 的批准，成为标准】。 在上面列出的只是关于组播研究的一部分阶段性成果，随着组播应用的发 展，必将产生新的技术和标准。 2 3 2 组播的基本概念 单播( u n i c a s t ) 是点对点的单一目的地址的数据包的传递，如果想给不同的 地址发送相同的数据包，则需不断的重复相同的动作。如果不同的地址太多，会 给发送方带来很大的负担。 广播( b r o a d c a s t ) 是同时给同一子网的所有主机发送数据包，它也是一种 多点发送的方式，但是如果向广域网中发送广播数据容易引起网络拥塞，所以在 广域网中是禁止广播的，因此，广播技术只能局限于在局域网中使用。 简单的说，组播是指组播源向一组接收者发送数据的方法】。 这种方法在一定程度上类似于我们非常熟悉的电视广播业务。电视台将某一 视频流调制到某一频点上发送出去，需要接收此视频流的用户将电视机调制到该 频点上进行接收。 在这里，电视台相当于这个视频流的组播源，接收这一视频流的所有用户相 当于接收此组播源的一个组播组。为保证组内用户正常接收视频流，组播源需将 指定的视频流调制到某一特定频点上，而组内用