（信号与信息处理专业论文）一种h323视频会议终端的主板的设计与实现.pdf

电子科技大学硕士学位论文 捅要 本论文讨论了一种实用的基于i p 网络的多媒体视频会议终端的设计方案， 并给出了一个采用嵌入式x 8 6 + 视频处理芯片架构的终端实例。为一个实用的符 合h 3 2 3 标准的视频会议终端提供了硬件平台。 通信网和音视频压缩技术在最近十年的迅速发展，使多媒体通信得以实现。 视频多媒体会议得到了业界的普遍关注。目前基于i p 的h 3 2 3 多媒体视频会议 系统己成为了研究和开发的热点。 国际电信联盟i t u 制定了一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的 标准h 3 2 x 。其中h 3 2 3 是无q o s ( 服务质量) 保证的分组网络p b n ( p a c k e tb a s e d n e t w o r k s ) 上的多媒体通信系统标准，在l a n 和i n t e r n e t 上构建了虚拟电视会议 平台。近年来新出现的视频压缩编码标准已经被视频会议系统接受，在视频会议 系统中，采用m p e g 一4 视频压缩编码可以用可以获得低码率高质量的视频流。 多媒体视频会议终端的是h 3 2 3 视频会议终端的组件之一。为保证系统的稳 定性和可扩展性并加快开发速度，应采用模块化设计的方法。从具体硬件设计的 角度，系统硬件应尽可能采用集成度高的方案；从软件设计的角度，应该采用基 于操作系统的模块化软件开发方法。 经过论证和比较，权衡了开发难度和系统性能，在多媒体视频会议终端设计 中采用了基于x 8 6 内核片上系统芯片s t p c 的主控制器模块，基于v w 2 0 1 0 芯片的 m p e g - 4 音视频编解码器模块，基于r t l 8 1 3 9 芯片的i o m i o o m 以太网适配器模块 的硬件架构，并在主控制模块运行l i n u x 操作系统，作为多媒体终端的软件运行 环境。 由于本终端的硬件规模比较大且工期要求紧急，首先需要对方案的深入理解 相关架构和芯片的特性，其次在设计过程中付出足够的细致和耐心，此外还需要 学习掌握功能强大的辅助设计软件工具和设计方法，特别是对高速高密度电路板 的设计方法。 经过细致的原理图、p c b 设计和调试测试工作，在这个平台上实现了不同码 率的m p e g 一4 音视频数据的实时编解码。在由该终端和局域网组成的系统中实现 了任意两点之间的音视频全双工传输。在双机通过局域网互联对传试验中，动态 图像解析度最高能达到d 1 画质标准。表明该平台已经具备了i t u th 3 2 3 建议 要求的音视频编解码、网络传输部分功能，为完整实用的h 3 2 3 多媒体视频会议 终端的最终产品化打下了良好的基础。 电子科技大学硕士学位论文 本人的工作主要包括： l ，对多媒体视频会议终端方案进行论证，选定硬件芯片方案。 2 ，设计了基于x 8 6 内核的s t p c c 5 的控制器主板。完成方案设计，原理图， p c b ，调试。装载运行r e d _ i a tl i n u x 能正常工作。 3 ，设计了基于r t l 8 1 3 9 的以太网适配器网络模块，完成原理图，p c b ，调试， 能正常工作，并应用到视频会议终端中。 关键词：视频会议，i t 3 2 3 ，多媒体终端，嵌入式x 8 6 主板，s t p c i i 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i s p a p e rd i s c u s s e s as o l u t i o no fv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a lb a s e do ni p n e t w o r k ，a n dp r e s e n t a e x a m p l eo fa s t bs t y l ev i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a l a f t e r c o m p a r i o na n da r g u m e n t a t i o n ，t r a d e o f fw a sm a d eb e t w e e ns y s t e mp e r f o r m a n c ea n d d i 最c u l t yo fd e v e l o p m e n t t h eh a r d w a r ef r a m e w o r ko ft h i sv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a l m a k eu pw i t hm p e g 一4e n c o d e ra n dd e c o d e rb a s e do nv w 2 0 1 0c h i p ，m a i nc o n t r o l l e r b a s e do nx 8 6c o r ea n dp cc o m p a t i b l es t p cs o cc h i p ，e t h e m e ta d a p t e rb a s e do n r t l 813 9 a n d ，t h i sh a r d w a r e p l a t f o r mc a n r u nl i n u x o p e r a t i o ns y s t e m a f t e rl e a r n i n go ft h ed e t a i l so fc o r r e l a t i v ec h i p sa n dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ，w e h a v ed o n ean u m b e ro fw o r k so nh a r e w a r ed e s i g no fv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a ls u c h a s ：s c h e m a t i c ，p c b ，d e b u ga n dt e s t ，s y s t e mf u n c t i o nt e s ta n dv a l i d a t i o n i nt h et e s t , w e c o n n e c tt w oo fo u rv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a li nae t h e r n e t ，o n ea ss e r v e ra n do n ea s c l i e n t ，s ot h a tw e r e a l i z e dt r a n s f e r r i n go fm p e g - 4a u d i os t r e a ma n dv i d e os t r e a mo n t h ee t h e m e t ，a n dt h eq u a l i t yo f t h ev i d e o 1r e s o l u t i o n ) a n dt h es o u n di ss a t i s f a c t o r y b a s e do nt h i sh a r e d w a r ep l a t f o r map r a c t i c a lv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a lc a nb e d e v e l o p e d t h e f o l l o w i n g w o r ka r ed o n eb yt h ea u t h o r ： 1 a r g u e dv i d e o c o n f e r e n c et e r m i n a lh a r d w a r es o l u t i o n ，s e l e c t e df r a m e w o r k h a r d w a r e c h i p s 2 d e s i g n e dt h e m a i nc o n t r o l l e rb a s e do ns t p c c 5s o c c h i p ，f i n i s h e d s c h e m a t i c ，p c b ，d e b u g g i n ga n d t h em a i nc o n t r o l l e rw o r k sw e l li nt h ev i d e oc o n f e r e n c e t e r m i n a l 3 d e s i g n e d e t h e r n e t a d a p t e r m o d u l eb a s e do nr t l 8 1 3 9c h i p ，f i n i s h e d s c h e m a t i c ，p c b ，d e b u g g i n g t h ee t h e m e tm o d u l ew o r k sw e l li nt h ev i d e oc o n f e r e n c e t e r m i n a l 4 s y s t e m t e s ta n dv a l i d a t i o no fs i n g l et e r m i n a la n dd o u b l et e r m i n a l so n e t h e m e t k e yw o r d s ：v i d e oc o n f e r e n c e ，h 3 2 3 ，m u l t i m e d i a t e r n i m a l ，e m b e d d e d x 8 6 m a i n b o a r d ，s t p c i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 丝幽日期：谚f 年明阳 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：丝! l导师签名：塑 e in ：伽西年f 月停日 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 视频会议的研究背景、意义 二十一世纪是数字化、信息化的时代，国际交流日趋广泛，国际竞争日趋激 烈，商业活动的各个方面日趋全球化。我们不得不面对大量的信息，因此如何加 快信息交换的速度，提高信息交换的效率，降低信息交换的代价等问题就变得越 来越重要和迫切。多媒体技术的出现，通信技术的进步都给我们在这些问题的解 决提供了可能和前提。 相比传统的面对面的会议形式和以前的电话会议，视频会议有着无可置疑的 优势。首先，视频会议可以让地处天南海北的人“坐”在一起开会，为我们的交 流打破了空间的限制，使缛很多从前不可能的事变成可能。其次，视频会议提供 了电话会议无怯提供的交流的质量和效率。随着近儿年多媒体通信技术的不断发 展，作为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。 当今信息社会呈现出两个显著的特点：一方面是国际交流日趋广泛，国际竞 争日趋激烈，商业活动的各个方面日趋全球化，参与国际竞争、跨国经营己成为 大企业的发展方向；另一方面是办公个人化的要求越来越高，随时随地需要与集 团或其他人交流。这些特点要求将信息通信网络连接到世界各个角落，提供方便、 快捷、丰富多彩的通信手段。而视频会议系统就是适应这种需求的产品。“视频 会议系统”是指两个或者两个以上不同地方的人或者群体，通过传输线路以及多 媒体设各，将声音、影像以及文字资料互相传送，达到即时并且互动的沟通，从 而完成传统会议目的的系统。 1 2 现代视频会议的发展历程 早期的视频会议系统著没有一个可以共同遵守的公共标准。各家制造商的编 解码都采用自己的标准和算法，而这就给不同制造商之间的设备的互联互通造成 困难，影响了视频会议的实际应用发展。1 9 9 0 年i t u t h3 2 0 标准的推出，结 束了这种混乱无序状态。该标准对视频会议系统的性能指标。信息结构、控制命 电子科技大学硕士学位论文 令、规程和组网原则作了详细的规定，还规定了编码的主要结构，同时也规定了 视频会议信号的组成、数据结构，这一系列标准的制定为各种产品在网络上的互 通提供了保证。如今的各个制造厂商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。 此后的一段时间里，计算机软硬件技术发展迅速这里不得不提到的是基于 p c 的桌面视频会议系统。美国的康奈尔大学于1 9 9 5 年推出c u - - s e e m e 是第一个 成功的基于i p 网络的桌面视频会议系统。随后在同一年，a p p l e 公司发布了一 种跨平台的多媒体技术，允许个人电脑享用全世界的任何地方的实时资源，即 q u i c kt i m e 。在这个平台上，各种与多媒体会议相关的软件被开发出来。q u i c k t i m e 会议系统能够举行视频会议并且进行合作。尽管它显示的图像小而且模糊， 但是确实是技术上的一个巨大的进步。而m i c r o s o f t 公司在1 9 9 6 年推出的 n e t m e e t i n g ，则使桌面视频会议系统发展到群件、数据会议与音视频集成的新境 界。n e t m e e t i n g 的特点在于其应用共享、白板、文宇聊天和文件传输成为各类 桌面会议系统的标准构件，它的会议功能并不出色，仅仅提供了点对点的音视 频数据的同事传送，微软最终宣布将放弃这个系统，但是在视频会议的发展历史 上，仍然具有不可忽视的地位。 1 9 9 7 年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) 发布了最新的用于局域网上的视频会议标准协议h 3 2 3 。它有以下 的优点： l 、h 3 2 3 总线型网络结构不会因为某一个终端出现l 临时故障而影响整个会议 和网络。 2 、h 3 2 3 技术在网络上可以开发出许多与底层网络传输无关的多媒体应用。 3 、h 3 2 3 是基于t c p i p 协议之上的，从而在网上轻松实现多媒体组播业务， 如视频组播。 4 、h 3 2 3 采用了先进的t c p i p 技术，在提供相同性能和更多功能的同时， 大大降低了用户终端的成本以及用户线路使用费用，具有很高的性能价格比。 5 、h 3 2 3 标准沿用t 1 2 0 体系下的数据会议标准来实现数据应用功能( 如电 子白板、文件传输、应用共享) 。但它的数据应用是独立于 6 、h 3 2 3 会话进程的，其数据信道不需要经过复用过程，直接在t c p 或u d p ( 广播时) 开立单独的t 1 2 0 数据信道，此信道带宽可以从几k b p s 到i o m b p s 以 上可调，表现了很大的优越性和灵活性。 电子科技大学硕士学位论文 目前，视讯会议系统的建立主要依据i t u t 的两大框架协议h 3 2 0 和h 3 2 3 。 h 3 2 0 是i t u t 较早期的视讯会议标准，该标准规定在窄带可视电话系统和终 端( n i s d n ) 上进行多媒体通信，早期的用户专网主要基于h 3 2 0 标准。h 3 2 3 标准规定了在无q o s 保证的基于包交换网络( p b n ，p a c k e tb a s e dn e t w o r k s ) 上 进行多媒体通信。随着基于i p 包交换网络的发展和普及，这一高效、经济的传输 方式己无处不在，因此h 3 2 3 系统也逐步呈现替代h 3 2 0 系统的趋势。 这里需要提到的一个相对来说一个较新的视频会议的协议是：s i p 。s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c a l ) 称为会话发起协议，是由i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 组织于1 9 9 9 年提出的一个在基于i p 网络中，特别是 在i n t e r n e t 这样一种结构的网络环境中，实现实时通讯应用的一种信令协议。 而所谓的会话( s e s s i o n ) ，就是指用户之间的数据交换。在基于s i p 协议的应用 中，每一个会话可以是各种不同的数据，可以是普通的文本数据，也可以是经过 数字化处理的音频、视频数据。由于h 3 2 3 和s i p 标准最初是由两个面对行业领 域有所不同的标准组织所提出的，虽然目的都是为实现多媒体通讯，但由于不同 的应用目标，诀定了这两个标准有其各自不同的特点，不能简单地就将二者对立 起来，指出哪个标准更先进、更科学，而是在不同应用环境中的相互补充。但是 目前来说，相对成熟的还是h 3 2 3 协议。 1 3 视频会议产品和应用概况 视频会议的典型应用包括各个与会者之间的会议、编写文件、展示物品( 例 如某种新产品) 、评论以及合同谈判、远程教学、远程培训、远程医疗、应急通 信、远程物品拍卖以及日常个人沟通等。 在视频会议系统在我国出现的初期，多数系统基于h 3 2 0 构建，造价昂贵， 同时是在专网中运行，丙仅专网的建设投资一项就高得惊人，将众多企业和个人 排除在应用者的门槛之外。但仍然在一些关键部门与行业，如电力、电信、金融、 政府等系统得到了应用。 早期，我国研究开发的视频会议系统多是面向l a n 、i s d n 或p s t n ，如国防 科技大学的基于校园网的多点桌面会议系统，中科院声学所开发的基于h 2 6 1 的视昕多媒体桌面视频会议系统，北京邮电大学研究的简单桌面会议电视系统 等。这些系统的视频c o d e c 的性能较低，抗差错能力不强，尚不具有实用性，且 缺少相应的流控和拥塞控制机制。但是近年来，我国在视频会议的研究上有了长 足的发展，一大批成熟的商用视频会议软作加雨后春笋涌现出夹。 电子科技大学硕士学位论文 除此之外，基于组播的运行于c e r n e t 上的c e r n e t - - v c o n f 视频会议代 表了我国研究的最高水平。1 9 9 9 年8 月，清华大学信息网络工程研究中心 开始研制基于组插视频会议技术的多点实时授课系统；1 9 9 9 年1 2 月又牵头承担 国家自然基金联合重大项目一“中国高速互连研究试验网”，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 3 年5 月，c e r n e t - - v c o n f 系统正式大规模运行。和其他的视频会议系统相比，c e r n e t - - v c o n f 系 统的交互能力比较强，任何一个会场都可以显示所有会场的图像并随时成为主会 场，进行自由的讨论。从理论上讲，只要有充足的带宽，该系统可以支持无限多 个会场同时举行会议。c e r n e t - - v c o n f 系统的运行成功，使中国人在组播视频会 议这个领域有了发言权。 随着i p 网络及通信技术的飞速发展，国内多媒体产业发展非常迅速。目前 视讯业务的市场需求不断扩大，除了原有的党政机关、行业集团用户和大型企事 业单位外，视讯会议目前越来越多地应用到了中小企业和普通的个人用户。视频 通信给人们的生产和生活带来了巨大的便利，产生了很好的经济效益和社会效 益，特别是2 0 0 3 年的5 a r s 风暴，更是让人们深刻地感受到了视频通信的巨大作 用。 其中，基于h 3 2 3 技术的视讯会议系统逐渐成为目前国内市场上的主流产 品，业务发展非常迅速。同时其它方式的终端产品也已出现，如基于会话启动协 议( s i p ) 协议的个人终端，类似的还有基于h 2 4 8 和m gcp 协议的终端产品。 视讯会议系统目前发展中值得注意的一个趋势是个人通信的快速发展，即不断追 求终端的小型化和简易化，安装与操作更加简单方便，以适应中小企业和家庭个 人用户的需求。目前，国内各运营商已经在视讯业务方面加大了投入力度，如已 经开展的中国联通宝视通业务、中国网通宽带视频c n c c h a n n e l 和中国电信新视 通业务等。 随着i p 网络的进一步发展，如i p v 6 在我国的逐步应用，将会开发出更多的 视讯业务类型满足市场需求。目前国内主要厂商中兴、华为、中太多媒体、浙江 南望，国外主要厂商如美国p o l y c o m 、意大利a t h e r a 、以色列v c o n 、挪威t e n b e r 6 等都纷纷推出了自己的视讯会议产品。因而保证不同厂家的视讯会议产品能够在 i p 网络上互联互通成为视讯业务能否蓬勃发展的关键因素。下面是市场上几种 相关产品及其介绍： l ，华为综合视讯m c u v i e w p o i n t8 6 2 0 v i e w p o i n t8 6 2 0 单模块最大容量为1 2 8 个会场，通过不同的单板配置组合 电子科技大学硕士学位论文 可实现容量的灵活伸缩，满足多种应用规模的需求。支持e 1 、i s d n ( p r i ) 、v 3 5 、 i p 、s t m 一1 线路模式，不需要外置网关。还支持纯语音电话加入会议。支持多达 1 2 8 路t 1 2 0 数据终端按入能力，支持带内和带外混合数据会议，每路最高带宽 可以达到3 8 4 k b p s ，支持数据会议多级级联。 图1 1 华为综合视讯m c uv i e w p o m t8 6 2 0 2 ，中兴群组式视频会议终端z x m v c 4 0 5 0 a 支持标准框架：i t u - th 3 2 0 、h 3 2 3 视频：i t u th 2 6 1 、h 2 6 3 、h 2 6 3 + 音频：i t u tg 7 1 i 、g 7 2 2 、g 7 2 8 其他：i t u tt 1 2 0 ( 兼容n e t m e e t i n g ) 、h 2 2 1 、 h 2 4 2 、h 2 4 3 、n 2 8 1 、h 2 2 5 、h 2 4 5 会议速率i p ：6 4 k b p s 一2 m b p s ：i s d n ：6 4 k b p s 一5 1 2 k b p s ；e 1 ；6 4 k b p s 一2 m b p s 视频分辨率：活动图像：c i f 、q c i f ：静止图文：4 c i f 、c i f 帧频：h 3 2 3 ：1 5 帧s ( 6 4 k 一2 5 6 k b p s 以下) h 3 2 3 ：3 0 帧s ( 2 5 6 k 一2 m b p s ) 5 电子科技大学硕士学位论文 图1 , 2 中兴群组式视频会议终端z x m v c 4 0 5 0 a 1 4 视频会议技术现状和发展趋势 技术方面，目前的视频会议设备还存在下列问题需要考虑 1 不同厂商设备的互通问题 从视讯会议设备产品现状来看，各厂商都能完成h 3 2 3 协议规定的主要功 能。但由于h 3 2 3 标准的开放性，厂商对协议的理解不一致，或协议本身没有强 制规定，各厂商在协议实现中有很多不同的方式，致使各厂商的产品互联互通能 力不强。另外，目前采用了新的视频编码标准( 如h 2 6 4 ，m p e g 一4 ) 的厂家的终 端在和其它厂家的终端以相同的视频编码方式通信时存在不能互通的问题。这就 需要通过制定互通标准对各厂商的产品进行规范，从而保证设备间的互连互通。 2 o o s 问题 q o s 问题的关键还是在网络，如何解决网络拥塞带来的时延、丢包和抖动是 一个很重要的研究课题。目前一些厂家的终端设备已经具备自适应调整码率和丢 包处理等功能。 3 。网络地址转换穿越问题 网络地址转换是为了解决地址短缺和可扩展性而采取的一种对外隐藏内部 网络拓扑的解决方案，但同时也给视讯业务的应用带来巨大的麻烦。h 3 2 3 等语 音视频协议消息包一般是在特定区段中内嵌i p 地址和端口号，而不是放置在i p 包头，如果仅仅使用网络地址转换，协议里的i p 和端口号不能指向正确的地方。 h 3 2 3 的网络地址转换穿越问题非常关键，目前国际上没有可以参考的标准或草 案。国内的一些厂家纷纷提出自己的解决方案，包括可以通过应用层网关协议、 电子科技大学硕士学位论文 协议修改和代理机制等实现对网络地址转换的穿越。目前我国正在制定有关网络 地址转换穿越方案的行业标准，标准建议采用这些方案时对终端设备不做改动， 但在某些方案下仍会对终端提出一些要求。 4 安全问题 无论对于公众视讯业务还是简单的点对点通信，安全性都是非常重要的。仅 通过r a s 协议的接入认证是不能完全保证视讯业务的安全要求的。h 2 3 5 标准是 h 3 2 3 协议组中的关于安全的标准，目前i t u t 正在制定更新的h 2 3 5 版本，新 版本将采用更新的加密算法。随着视讯业务的快速发展，必将有越来越多的终端 符合h 2 3 5 标准。当然，随着i p 网的发展，各种各样的安全机制也在不断提出， 究竟采用哪种方式还有待今后技术和标准的进一步发展。 5 网络管理问题 我国正在制定的基于i p 网络的视讯会议系统系列国家标准中规定，i p 视频 会议系统实行集中统一管理，设备和网管中心之间接口采用s n m p v 2 协议。设备 内部设置s n m p 代理模块，s n m p 代理模块与支持s n m p 协议的网管中心进行通信、 采集设备的信息并维护管理信息库。 视频会议系统未来的发展趋势有以下几点： 1 ，系统协议类型从h 3 2 0 向h 3 2 3 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h3 2 0 协议的产品占主要比例。随着近几年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普及，符合h 3 2 3 协议的系统 自2 0 0 0 年开始占有的比例急剧上升。估计在未来几年内，基子h 3 2 3 协议的系统 将会取代h 3 2 0 产品。 2 ，流媒体技术越来越多的应用于视频会议系统中。目前，流媒体技术与i p 视频会议一样受到重视，两者之间的相互融合正在开创广阔的应用空间。 3 ，虚拟会议( v i r t u a ls p a c et e l e c o n f e r e n c i n gs y s t e m ，v s t ) 将会出现。 虚拟会议是会议系统的高级形式。它与视频会议系统中采用的独立视频窗口不 同，它提供了种虚拟会议环境，多个与会者的图像统一出现在虚拟会场中，表 现形式是运动参数驱动的运动人脸模型。系统中的重要部件m c u 将接收到的音、 视频码流进行混合，在编码状态下生成虚拟会议室，并将混合后的业务流传送给 每个与会者。这种系统需要v r 技术支持，涉及到v s t 显示系统，视频对象提取、 h 维人体建模、空间交互模型等关键技术，是未来的高级会议形式。 4 ，组播技术的运用。随着下一代互联网的研究开发，组播技术将会越来成熟， 7 电子科技大学硕士学位论文 由此会使得基于组播的视频会议更加的普及，节省大量的带宽。市场方面，根据 i d c 的统计结果：2 0 0 3 年视频会议市场大概1 0 亿。2 0 0 4 年和2 0 0 5 年，中国视 频会议市场增长率将保持在3 2 以上。美国i d g 预测的年度i t 业界热点技术中， 视频会议技术位居前列。全球盛名的通讯专业领域w a i n h o u s e 研究机构在“2 0 0 3 年中国国际多媒体视讯论坛”中也大胆预测，2 0 0 4 年将是视频会议系统的成长 “拐点”。全球将有4 0 亿荚金的市场。也就是说，2 0 0 4 年以后，视频会议将进 入高速成长期。据此，我们有理由相信视频会议肯定会成为互联网时代沟通交流 的应用“热点”。 电子科技大学硕士学位论文 第二章视频会议系统标准l t u - th 3 2 3 2 1i t u th 3 2 3 标准概述 h 3 2 3 是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是i t u t 制订的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议h 3 2 x 的一部分。h 3 2 3 协议被 普遍认为是目前在分组网上支持语音、图像和数据业务最成熟的协议。采用h 3 2 3 协议，各个不同厂商的多媒体产品和应用可以进行互相操作，用户不必考虑兼容 性问题。该协议为商业和个人用户基于l a n 和w a n 的多媒体产品协同开发奠定了 基础。 为了能在不保证o 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 一1 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o o s ( 服务质量) 保证的分组网络p b n ( p a c k e tb a s e d n 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 r n e t 、因特网上的多媒体通信应用提供了技 术基础和保障。 i t 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：b 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 p o 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 多媒体加速芯片使提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 r 、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 、 电子科技大学硕士学位论文 i n t e r n 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、 m o o 、m c 、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 系统中各个逻辑组成部份称为h 3 2 3 的实体，其种类有： 终端、网关、m c u 、m c 、m p 。其中终端、网关、m c 0 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。其体系结构如图6 1 所示。 无服务 图2 1h 3 2 3 系统构成不慈圈 近年来，基于i p 网络的各种通信技术和标准研究的进展非常迅速，其中i t u t 做了大量工作。目前h 3 2 3 框架标准已经发展到了第4 版。h 3 2 3 从第2 版开始 便增加了构筑电信级i p 电话网的特性，第3 、第4 版针对i p 电话网的稳定性、 冗余性、可扩展性等问题作了补充，更好地保证了通话质量，可以说h 3 2 3 是一 个成熟的协议组。 针对国内目前视讯业务日益广泛的应用，我国也正在积极制定符合我国需求 的视讯会议方面的标准。目前正在制定的国家标准基于i p 网络的视讯会议系 统总技术要求就是根据国家标准化管理委员会国标委计划 2 0 0 3 4 3 号关于 0 电子科技大学硕士学位论文 下达2 3 项与抗非典相关的国家标准制修订项目计划的通知文件的要求而进行 编制的。 该标准参照i t u th 3 2 3 - - 2 0 0 0 ，规范了我国基于i p 网络的视讯会议系统的 体系结构、典型协议、编号方式、网络性能要求以及不同运营商的视讯会议系统 之间的互通等。适用于国内基于i p 网络的视讯会议系统的规划、设备研制、工 程设计和运营维护。相应的系列标准还包括基于i p 网络的视讯会议系统设各 技术要求多点控制器、基于i p 网络的视讯会议系统设备技术要求多 点处理器、基于i p 网络的视讯会议系统设备技术要求、基于不同技术的应 急视讯会议系统互通技术要求。该系列标准目前仍处在起草制定过程中。 2 2h 3 2 3 系统组件 图2 | 2 系统组件在h 。3 2 3 系统中的位置示意图 1 ，终端 分组交换网络中能提供实时、双向通信的节点设备。所有的终端斗必须支持 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 电子科技大学硕士学位论文 术的主要标准。下图所示为h 3 2 3 终端的组成框图，其中图像编码解码器、t 1 2 0 数据会议协议是可选组件。 图2 3h 。3 2 3 终端功能结构不意图 在发端，从输入设备获取的视频和音频信号，经编码器压缩后，按照定格 式打包，通过网络发送出去，在收端，来自网络的数据包首先被解包，获得的视 频、音频压缩数据经解码后送入输出设备，用户数据和控制数据也得到了相应的 处理。所有的h 3 2 3 终端必须支持h 2 4 5 ，因为h 2 4 5 标准用于控制信道。 2 ，网关 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。下图中给出了一个h 3 2 3 及h 3 2 0 网关 例子。 2 电子科技大学硕士学位论文 图2 4 网关( g a t e w a y ) 的例子 网关的功能是将分组网络终端的特性映射到电路交换网络终端上，反之亦 然。网关的主要应用在于通过n - i s d n 建立于远程h 3 2 0 兼容终端的连接；通过 1 3 - i s d n 建立与远程h 3 2 1 兼容终端的连接；通过电话交换网建议与远程h 3 2 4 兼容终端的连接。 采用适当的解码器，h 3 2 3 网关可支持符合h 3 1 0 、h 3 2 1 、h 3 2 2 以及v 7 0 标准终端。 3 ，关守 关守( g a t e k e e p e r ) 也称网闸，是t t 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、许可控错4 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。 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。 见下图： 图2 5 h 3 2 3 的区域 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。 在h 3 2 3 系统中网闸并不是必须的，但如果存在网闸，那么终端必须使用由 电子科技大学硕士学位论文 网闸提供的服务。 网闸也能在多点连接中扮演角色。为支持多点会议，用户可以使用网闸来接 受点对点会议系统两个终端的h 2 4 5 控制信道。当点对点会议切换到多点会议 时，网闸将h 2 4 5 控制信道重新定向给多点控制器，网闸无需处理h 2 4 5 信令， 它仅仅需要将信令通过两个终端或者终端和多点控制器。 4 ，多点控制单元 多点控制单元( m c u ) 在本质上讲可以认为是一台多媒体信息的交换机，用来 实现多点呼叫和连接，实现会议的管理功能和控制功能，包括视频广播、视频选 看、自动轮询和数据广播等，完成各终端的信号汇接与切换。 h 3 2 3 第4 版中的系统描述中指出：m c u 既可以独立存在，也可作为两个独立 的功能实体：点多控制器m c 和多点处理器m p 存在。目前国内市场上的产品类 型主要是m c u 。 m c 提供对参加多点会议的多个成员之间的控制，负责与所有终端之间进行 能力协商，提供公共能力集，负责管理会议资源；m p 提供音视频的集中处理( 切 换、混和) 等。m c 和m p 之间通过h 2 4 8 协议进行通信，二者合称为m c u 。图 2 给出了m c 和m p 在h 3 2 3 系统中可能存在的位置。 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和几个多点处理器组成，但可以不包含多点处理器。 多点处理器处理端点间的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，多点控制其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。 多点处理器并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给多点控制器来处理。多 点控制器对音频、视频或数据信息进行混合、切换和处理。多点处理器和多点控 制器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。 2 3h 3 2 3 协议族 h 3 2 3 标准协议簇h 3 2 3 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五类协议，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 t 2 6 3 ) 、音频编解码( h 7 2 3 1 ) 、系统控 制( h 2 4 5 ) 、数据流的复用( h - 2 2 5 ) 等各方作了比较祥细的规定。为网络电话 电子科技大学硕士学位论文 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。其结构如 下表所示。 a v 应用终端控制和管理 数据应用 h2 6 1 ，h 2 6 3 ，r t c p l2 2 5 0h 2 2 5 0h 2 4 5t 1 2 4 g 7 x x m p e g 一4 视频压缩终端m c u 到呼叫信令 t 1 2 5 音频压缩 g a t e k e e p e r q 9 3 1 r t p 信令 ( r a s ) 不可靠传输层( u d p )可靠传输层( t c p ) t 1 2 3 网络层 链路屡 物理层 表2 1h 3 2 3 协议栈结构图 系统控制是h 3 2 3 终端的核心。其中系统控制协议包括n 3 2 3 、h 2 4 5 、和 h 2 2 5 0 。q 9 3 1 和r t p r t c p 是h 2 2 5 0 的主要组成部份。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p 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 、g 7 2 8 、g 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 1 1 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 。 总体框架： 在h 3 2 3 多媒体通信系统中，控制信令和数据流的传送利用了面向连接的传 输机制。在i p 游戏栈中，i p 与t c p 协作，共同完成面向连接的传输。可靠的传 输保证了数据数据包传输时的流量控制、连续性以及正确性，但也可能引起传输 时延以及占用网络宽带。h 3 2 3 将可靠的t c p 用于h 2 4 5 控制信道、t 2 0 数据 信道，呼叫信令信道。而视频和音频信息采用不可靠的、面向非连接的传输方式， 即利用用户数据协议u d p ( u s e rd a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) 。u d p 无法提供很好的q o s