（计算机应用技术专业论文）基于互联网的视频会议系统的研究与实现.pdf

北京交通大学硕士学位论文 摘要 在互联网技术日新月异的今天，网络已经成为很多人不可或缺的 一种交流方式。网络和多媒体技术的不断发展给人们提供了新一代通 信手段网络视频会议技术。不同于传统的会议模式，网络视频会 议借助于互联网这一强大的工具，打破了空间的限制，为散布在世界 各地的人们提供一种身临其境的交流。视频会议系统在行政、商业、 医疗、教育等很多领域都有广泛的应用。 本文主要对现有视频会议国际标准、相关技术进行了较深入的分 析和研究，并且结合实际项目，开发了一个基于互联网的视频会议系 统，设计和实现了系统的总体框架及各功能模块。本文主要做了以下 工作： 1 对当前网络视频会议技术的主要国际标准和相关网络传输协 议进行了深入的研究和比较，分析了构建视频会议系统的关键技术 点。 2 结合通信技术、多媒体技术和控制技术，研究和分析了基于 互联网的纯软件实现的视频会议系统的主要功能及构建方法，设计了 系统的总体结构模型。 3 详细分析了系统应用层各模块的功能及设计方案，实现了应 用层模块。设计了应用层模块与网络数据传输模块和系统管理控制模 块的接口。 4 研究了当前主要的视频音频压缩算法，应用d i r e c t s h o w 技 术设计和实现了系统的视频音频通信模块。 5 应用c s c w 技术，实现了系统的协同模块。并设计了白板共享 的集中控制的全局有序算法、基于a u t o m a t i o n 技术的p o w e rp o i n t 文档共享算法、程序共享算法等相关算法。 关键词：网络视频会议系统，视频，音频，白板共享， 文档共享，程序共享 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t t o d a y ，i n t e m e tt e c h n o l o g yi sw i t hr a p i dc h a n g ea n d t h en e t w o r kh a s a l r e a d yb e c o m ea ni n d i s p e n s a b l ew a yo fc o m m u n i c a t i o nf o ral o to f p e o p l e t h e c o n s t a n t d e v e l o p m e n t o ft h en e t w o r ka n dm u l t i m e d i a t e c h n o l o g y h a s p r o v i d e d am e a n so fc o m m u n i c a t i o no fan e w g e n e r a t i o n - - n e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c et e c h n o l o g y d i f i e r e n tf r o mt h e t r a d i t i o n a lm e e t i n gm o d e 。t h en e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c e w i t ht 1 1 e s t r o n g a i do ft h en e t w o r k ，h a sb r o k e nt h er e s t r i c t i o no ft h es p a c e i to f f e r sak i n d o f c o m m u n i c a t i o nl i k eo nt h es p o ti np e r s o nt op e o p l ef r o ma l lp a r t so f t h e w o r l d t h en e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c es y s t e mh a se x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni n s u c hal o to ff i e l d sa st h ea d m i n i s t r a t i o n ，c o l n n l e r c e ，m e d i c i n e ，e d u c a t i o n ， e t c t h i s p a d e r h a sc a r r i e do n d e e p e ra n a l y s i s a n d s t u d y t ot h e i n t e m a t i o n a ls t a n d a r do ft h ee x i s t i n gv i d e oc o n f e r e n c ea n dt h er c l e v a n t t e c h n o l o g y c o m b i n i n gt h ea c t u a lp r o j e c t ，w eh a v ed e v e l o p e dav i d e o c o n f e r e n c es y s t e mb a s e do ni n t e m e ta n dd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt h e o v e r a l lf r a m e sa n de v e r yf u n c t i o n a lm o d u l eo ft h es y s t e m t h i sp a p e rh a s d o n et h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k m a i n l y ： 1 c a r r yo nd e e pr e s e a r c ha n dc o m p a r i s o nt ot h em a i ni n t e r n a t i o n a l s t a n d a r da n dr e l e v a n tn e t w o r kt r a n s m i s s i o n p r o t o c o l so f t h en e t w o r kv i d e o c o n f e r e n c et e c h n o l o g ya tp r e s e n t w eh a v ea n a l y z e dt h e k e yt e c h n o l o g yo f b u i l d i n gt h ev i d e oc o n f e r e n c es y s t e m 2 c o m b i n i n g c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y a n dc o n t r o lt e c h n o l o g y ，w eh a v es t u d i e da n da n a l y z e dt h em a i nf u n c t i o n a n dt h em e t h o do f b u i l d i n gas o f t w a r ev i d e oc o n f e r e n c es y s t e mb a s e do n i n t e m e ta n dw eh a v e d e s i g n e dt h ea r c h i t e c t u r em o d e lo f t h es y s t e m 3 a n a l y z et h ef u n c t i o na n dd e s i g ns c h e m eo f t h em o d u l e so nt h e a p p l i c a t i o nl a y e ro ft h es y s t e ma n di m p l e m e n tt h ea p p l i c a t i o nm o d u l e d e s i g nt h e i n t e r f a c eb e t w e e nt h e a p p l i c a t i o nl a y e ra n dt h el a y e ro f n e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o na n dt h e l a y e r o f s y s t e m c o n t r o la n d m a n a g e m e n t 北京交通人学硕士学位论文 4 s t u d yt h ep r e s e n tm a i nv i d e o a u d i oc o m p r e s s i n ga l g o r i t h ma n d d e s i g n t h ev i d e o a u d i oc o m m u n i c a t i o nm o d u l eu s i n gd i r e c t s h o w 5 i m p l e m e n tt h ec o o p e r a t i v em o d u l eo f t h es y s t e mw i t hc s c wa n d d e s i g n r e l e v a n ta l g o r i t h m ss u c ha st h ec e n t r a l i z e dc o n t r o l l i n g a l g o r i t h mo f w h i t eb o a r d s h a r i n g ，t h e p o w e rp o i n t s h a r i n ga l g o r i t h m b a s e do n a u t o m a t i o na n dt h e a l g o r i t h mo f a p p l i c a t i o ns h a r i n g 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 es y s t e m ，v i d e o ，枷i o ，w h i t e b o a r d s h a r i n g ，d o c u m e n ts h a r i n g ，a p p l i c a t i o ns h a r i n g 独创性声明 呵7 4 1 4 4 8 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。尽本人所 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 含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一起工作的同志对本研究所 做的任何贡献已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 本人签名：生扛铂 日期：皇塑年兰月丑日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京交通大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件， 允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。论文中所有创新和成果归北京交通大学计算机 与信息技术学院所有。未经许可，任何单位和个人不 得拷贝。版权所有，违者必究。 本人签名：搴盈勾 日期：趔年三月丑日 北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 网络视频会议系统概述 1 1 1 视频会议系统的定义 随着全球步入信息化时代，人们对了解事物、交换信息的要求已 经从通过纸、笔、书本、话音等传统方式发展到通过声光电信号等方 式更准确、更快捷、更丰富地表达出来。有研究表明，人们接收的有 效信息5 5 来自于面对面的视觉效果，3 8 依赖语音，只有7 依赖 于内容。显然，电话、传真、电子由口件、文本聊天等方式无法实现良 好的交流效果。传统的会议方式必须召集所有与会人员到同一个会议 室参加会议，受到效率、成本等因素的制约，无法满足大众的需求。 人们迫切需要一种新型的可视化交流方式。 随着计算机网络技术的不断发展，出现了一种通过网络通信束实 现可视化会议的技术网络视频会议系统。视频会议已成为当前发 展最快的多媒体通信方式，它集合了语音、图像、数据的传输，让用 户足不出户便可“亲临”世界任何角落。 网络视频会议系统是指通过现有的各种通讯传输媒体，将人物的 静念动态图像、语音、文字、图片等多种信息分送到各个用户的计 算机上，使得在地理上分散的用户可以共聚一处，通过图形、声音等 多种方式交流信息。与会者不仅可以听到发言者的声音，而且还可以 看到发言者的图像及背景，同时还可以交流有关该议题的数据、文字、 图表等信息，增强大家对会议内容的理解。 北京交通大学硕士学位论文 1 1 2 视频会议的应用 视频会议的应用非常广泛，它可以应用于政府行政会议、商业、 紧急救援及抗灾防险、银行系统、远程医疗、远程教育、保安系统、 法院、监狱与军队业务以及办公自动化等各种行业和领域。 政府行政会议应用政府一直是视频会议系统的最主要用户。 我国幅员辽阔，各级政府会议频繁，视频会议做为一种高效、便捷的 现代化会议方法，它的应用使得政府部门不仅节省了高额的差旅费 用，而且节约了政府人员在旅行中消耗的时间，从而大大减少了财政 支出，提高了办公效率。 远程商务应用这是视频会议最普遍、最广泛的应用。企业可 以利用视频会议方式组织一些商务谈判、业务管理、内部培训以及公 司内部会议等工作。 远程教育视频会议中的流媒体技术非常适宜于远程教学。对 于全球普遍存在的教育资源分布不均乃至相对短缺问题，应用视频会 议不仅可以大大增加各地学生接受平等教育的机会，而且其实时的双 向交互式教学也使得远程教育变得如亲临课堂般生动、高效。 远程医疗利用视频会议系统，可以实现中心医院与基层医院 就疑难病症进行会诊、指导治疗与护理、对基层医务人员进行医学培 训等。高质量的视频会议效果使得在不同地方的医生、护士能同时协 同工作。 办公自动化视频会议是实现办公自动化的非常好的工具。它 的突出特点是资源共享。许多大公司与其分公司间通过数字链路，利 用桌面视频会议，实现整个公司的办公自动化，相关人员可以在屏幕 2 北京交通人学硕+ 学位论文 上共同修改文本、图表。 个人应用随着网络的发展，可以预见在不远的将来，每个人 都可以在家中、在办公室、在宾馆方便地利用个人视频会议系统或公 用视频会议系统，与远在万里之遥的朋友进行面对面的交流。人们之 间的距离将会“越来越近”，世界将会变得“越来越小”。 1 1 3 网络视频会议的关键技术 影响视频会议发展的技术因素主要有三方面：终端技术( 信号 处理技术) 、网络技术、控制技术。下面分别对视频会议中的几个关 键技术进行介绍： 1 通信传输协议 现代计算机网络和通信技术是多媒体会议的基础。现有网络和 t c p i p 协议并不适合传输数据量巨大的实时多媒体数据，因此，要实 现高性能的多媒体视频会议系统必须建立高速的通信网络和高效的 网络传输协议。通信传输协议应该提供网络q o s 保障，包括流量控制、 差错控制、延时处理等。 2 多媒体数据压缩编码技术 视频会议系统需要实时传输大量的多媒体视频音频数据，因此 视频音频信息的数字化处理和声音图像压缩技术是视频会议系统 的一项关键技术，其核心是图像压缩算法。 3 多点传输技术 视频会议通常会涉及多方之间的数据通信，必须进行有效的多点 控制。这就需要采用多点传输技术，在通信网络上控制各个点的视频、 音频、通用数据和控制信号的流向，使与会者接收到准确的信息，维 - i p 4 ； ：交通大学硕士学位论文 持会议一常进行。 4 协同技术 视频会议利用协同技术支持协同工作中的各种信息处理，如数据 共享等，从而营建一个多人共享的工作空问。常见的视频会议系统功 能模块如白板共享、程序共享等，都采用了协同技术。 1 1 a 网络视频会议的发展方向 网络传输能力的提高和多媒体技术的不断发展，促进了视频会议 系统的快速发展，未来的网络视频会议系统有以下几个发展趋势。1 ： 1 向i p 网络发展 随着硬件性能的大幅度提升，i p 技术的飞速发展以及互联网的全 球化趋势，基于i p 协议基础上的与介质无关的视频会议系统已成为 视频会议的发展方向。 2 流媒体广播技术越来越多的应用于视频会议系统中 流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 技术是当前十分流行的多媒体技术，其 基础就是多媒体通信技术。流媒体一般是指通过l p 网络传送媒体( 如 视频、音频) 的技术总称f 3 】。目前使用流媒体技术的大部分广播会议 如网上演播、采访、现场会议等，主要为用户传输多媒体信息，相互 之间很少交互。将这种技术应用于视频会议系统将是对传统视频会议 功能的一个重大扩展。 3 向协同性发展 计算机支持的协同工作( c s c w ) 是近年来兴起的多学科交叉研究 领域，它研究如何利用计算机和网络来支持地理位置分散的人们协同 工作。目前的多媒体视频会议中，会议用户之间的协同性还比较差。 4 北京交通大学硕十学位论文 随着c s c w 技术在视频会议系统中的广泛应用，必然会对视频会议技 术产生重大的影响，视频会议将向着协同性方向发展。 4 向多功能、集成化发展 随着网络的不断发展，具有q o s 保障的高速多媒体通信网一定会 普及。多媒体会议的功能会得到进一步扩充，能够给用户提供功能更 为强大，更方便高效的的视频会议产品。视频会议系统最终将走入家 庭，可以将多种功能集成在一个产品上的体积小、价格低、操作简单 的视频会议系统也会随之诞生。如可以将视频会议的功能集成在电话 上，用户使用电话就可以进行视频会议了。 5 向软件化方向发展 传统的视频会议通常都是基于硬件的，需要专用的终端设备、 m c u ( 多点控制器) ，再加上d d n 专线接入、专用会议室，投资动辄 几百万，价格昂贵，难以普及。而基于软件的视频会议系统在普通的 p c 机上就可以运行，不需要专门的设备，使用灵活，易于扩展，功能 更多，已经成为当前视频会议系统发展的主流方向。 1 2 论文的背景和意义 1 2 1 选题背景 随着世界经济全球化程度同益加深，人们的会议交流越来越频 繁，单纯依靠火车、飞机等交通工具已经不能满足人们集会的需要。 特别是“9 1 1 ”、“非典”之后，人们对视频会议通信的需求更加迫切。 美国i d g 预测的2 0 0 4 年度l t 业界热点技术中，视频会议技术位居的 列；著名的通信领域研究机构w a i n h o u s e 预测，2 0 0 4 年将是视频会议 北京交通人学硕士学位论文 系统的成长“拐点”；而据i d c 统计：2 0 0 3 年国内视频会议市场大概 1 0 亿，随着企业集团的需求猛增，未来1 2 年内将急骤上升，2 0 0 4 年和2 0 0 5 年，中国视频会议市场年增长率将保持在3 2 以上。视频 会议应用呈现迅猛的发展势头，成为通信业和l t 界的一大热点。 在美国，视频会议已渗透到政府、商业、金融、交通、服务、教 育等各个行业，但在中国，视频会议系统的应用尚未普及，视频会议 技术还处在发展阶段。 目前我国的硬件视频会议系统发展已经比较完善，很多厂家都提 供了自己的视频会议的解决方案及产品。但是这些产品大部分都需要 购买专用硬件，通常需要专线接入，价格昂贵，功能简单，且扩展性 很差。 随着社会经济的不断发展，越来越多的用户希望能够使用视频会 议系统。但是传统视频会议系统的种种缺陷制约了视频会议系统的进 。步发展和普及，人们迫切需要种能够充分利用现有互联网资源的 的软件视频会议系统。 与传统的硬件视频会议系统相比，基丁i p 网络的软件视频会议系 统能够很好的利用现有的互联网资源，具有更灵活的接入方式、更好 的系统扩展性、更完善的功能和对数据会议更好的支持，这些优势使 软件视频会议系统备受青睐。而网络通信技术的发展和电信基础运营 成本的降低也使得在互联网上实现低成本、高质量、专业级别的软件 视频会议成为可能。 目前，国内外市场上视频会议产品层出不穷，类型多样，性能各 异，但各种系统标准不一，难以互通，其具体实现技术也很少有公丌 的资料。本文主要对现有视频会议国际标准、关键技术进行了较深入 北京交通大学硕士学位论文 的分析和研究，并日结合实际项目，介绍了一个基于互联网的视频会 议系统的构建和开发技术。 1 2 2 课题的研究意义 研究和实现基于巨联网的视频会议系统，主要有以下几个方面的 意义： 1 目前市场上出现的各种“软件”视频会议系统标准不，通 信质量参差不齐，而且各个厂家的实现技术并不公丌，系统难以互通。 本文从视频会议的基本功能出发，结合相关的国际标准，设计了一个 可靠的基于互联网的视频会议系统。 2 提出了一种较完善的基于互联网的视频会议系统的总体构架 模式，分析了系统的功能和结构模型，构建了一个典型的视频会议系 统。 3 从通信技术、多媒体投术、控制技术等各方面对视频会议系 统的关键技术进行了详细的分析和阐述。 4 对视频会议会议各功能模块的实现方法进行了研究，设计了 相关算法。 本文按照软件工程的实施原则，将多媒体技术、网络通信技术、 控制技术应用到基于互联网的视频会议系统的丌发中，使系统具有较 完备的功能和良好的丌放性及可扩展性，为实现一个高效实用的视频 会议系统作了有益的探讨和尝试。本文的工作对于基于互联网的视频 会议系统的丌发和应用，对于视频会议技术的研究和实现，具有一定 的理论和实践意义。 7 北京交通大学硕十学位论文 1 3 论文的主要贡献和材料组织 1 3 1 论文的主要贡献 本文在深入研究视频会议国际标准、网络通信协议及多媒体数据 压缩算法的基础上，设计了一个功能完善、方便高效的基于互联网的 视频会议系统，并就系统设计中的关键技术、系统总体结构和核心功 能实现进行了详细分析和阐述。具体而言，主要工作体现在以下几个 方面： 1 深入分析和研究了h 3 2 3 、s i p 等当前主要的视频会议国际标 准以及r t p 、r t c p 、r s v p 、r t s p 等多媒体数据的网络传输协议， 分析了构建视频会议系统的关键技术。 2 结合通信技术、多媒体技术和控制技术，研究和分析了基于 互联网的纯软件实现的视频会议系统的主要功能及构建方法。设计了 系统的多级服务器的物理结构模型以及三层结构的逻辑结构模型。 3 设计和实现了系统应用层的各功能模块，详细阐述了视频音 频通信、白板共享、文档共享、程序共享等模块的实现技术。并设计 了系统应用模块与网络数据传输模块和会议管理控制模块的接口。 4 研究了当前主要的视频音频压缩算法，应用d i r e c t s h o w 技 术构建f ilt e rg r a p h ，完成视频音频信号的采集、压缩、发送和接 收，实现了系统的视频音频传输模块。 5 应用c s c w 技术，实现了系统的协同模块。并设计了白板共享 的集中控制的全局有序算法、基于a u t o m a ti o n 的p o w e rp o i n t 文档 共享算法、程序共享算法等相关算法。 8 北京交通人学硕士学位论文 1 3 2 论文的材料组织 论文共七章，结构安排如下： 第一章是绪论，概述了本文的研究背景和主要工作。首先介绍了 视频会议系统的定义、应用、关键技术和发展方向；然后介绍了论文 课题的背景和意义，最后说明了论文的主要贡献和材料组织。 第二章介绍了视频会议的基本理论，对于视频会议的分类、相关 国际标准、网络传输协议及系统的结构进行了简要分析和对比。 第三章是系统的总体结构设计。详细阐述了一个基于互联网的视 频会议系统的系统分析和设计原则。设计了系统的总体结构模型，并 对视频会议系统的系统功能、物理结构、逻辑结构分别进行介绍。从 第四章到第六章分别介绍了系统中各个模块的设计和实现。 第四章是网络数据传输模块和会议管理控制模块与应用模块的 接口设计。首先分析底层数据传输模块的传输协议选择和l p 多播应 用；然后介绍了数据传输模块与应用模块的接口设计；最后对会议管 理控制模块进行了简单介绍。 第五章是视频音频传输模块的设计与实现。首先分析比较了当 前主要的视频音频数据压缩算法；然后对模块实现的技术基础 d i r e c t s h o w 和c o m 技术进行了介绍；在上述基础上，提出了视频 音频传输模块的设计方案和实现方法。 第六章是协同模块的设计与实现。研究了协同模块的技术基础 c s c w ，对白板共享、文档共享、程序共享、文件传输、文本聊天等 模块的设计方案、相关算法和具体实现进行了详细介绍。 第七章进行了全文总结，对文章的主要工作进行总结，并指出了 9 北京交通人学硕士学位论文 系统设计中存在的问题以及下一步工作重点。 1 。3 本章小结 本章为绪论。主要介绍了视频会议系统的定义、论文的研究背景 和意义、论文的主要贡献和材料组织。 1 0 北京交通大学硕士学位论文 第二章视频会议技术概述 2 1 网络视频会议系统的分类 视频会议技术发展到今天，已经形成了较成熟的体系结构和协议 标准，出现了多种类型的视频会议系统。下面分别从通信网络、终端 设备、通信节点数量等方面对视频会议的分类进行简要介绍。 2 1 1 从通信网络的角度 这是一种最常见的分类方式。当前普遍存在的网络环境主要有两 种，一种是基于电路交换的网络( c i r c u i t s w i t c h e dn e t w o r k s ) ：如 i s d n ( 综合业务数字网) 、d d n ( 数字数据网) 、p s t ( 电话网络) 等。 另一种是基于包交换的网络( p a c k e t s w it c h e dn e t w o r k s ) ：如a t m 、i p 、 帧中继等”1 。山于不同的网络存在特性上的差异，在它们上面实现的 视频会议系统的设计和部署一k 也各有不同。在线路交换网络中，双方 交换信息期间通道上的全部资源，如链路带宽等，都被租用；而在信 息包交换网络中双方交换信息期间不租用通道上的资源，也就是不保 留资源，而是根据需要来使用资源，信息的交换往往需要等待可用资 源。 i n t e r n e t 是种典型的信息包交换网络，在互联网上发送信息并 没有任何保留带宽，在信息到达接收端之前，必须经过一系列通信链 路。由于互联网上传输的信息量非常大，网络质量的差别也很大，链 接处容易发生拥挤，造成信息传输的延迟或丢失。这是基于互联网的 视频会议系统需要解决的一个重要问题。 北京交通人学硕士学位论文 2 1 2 从终端设备的角度 从终端设备的角度，视频会议系统可以分为硬件视频会议系统和 软件视频会议系统。 硬件视频会议系统，又称为会议室式系统，一般都采用硬件级别 的专用设备，产品集成化程度较高，具有多种外接接口，可以直接与 会议室罩的音像系统相连接，如混音器、分屏器、投影仪、多媒体音 箱、电视机等。正是因为能够在会议室中连接电视机使用，视频会议 系统在早期又被称为电视会议系统或者会议电视系统。 硬件视频会议系统的会议质量较高，使用简单，维护方便，有很 强的稳定性。但它对网络要求很高，需要专线接入。而且硬件设备价 格昂贵， 次性投入较大，一般适合于大型企业和行业用户使用。 软件视频会议系统，又称为桌面型视频终端1 5 】，就是指将视频会议 系统软件安装在个人电脑上使用，图像输出一般只能在显示器上。 软件视频会议系统完全使用软件来完成硬件的功能，主要借助于 高性能的计算机来实现硬件编解码功能。使用更加灵活，并且具备较 多的功能，但系统性能受网络带宽和计算机处理能力的限制。软件视 频会议系统能够充分利用现有的i n t e r a c t 网络和计算机设备，造价较 低，既适用于中小型金融企业，也可以用于家庭使用。 在应用功能上，硬件视频会议系统一般强调会议功能，对视音频 效果要求很高，而软件视频会议系统一般强调数据功能，比如共享程 序、电子白板、协同浏览、电子投票等。 随着互联网技术的不断发展，软件视频会议系统以其成本低，方 便灵活、易于扩展和维护升级等特性，越来越受到人们的青睐，将成 北京交通人学硕十学位论文 为网络视频会议发展的主流方向。 本文所研究的网络视频会议系统是完全基于互联网实现的软件 视频会议系统，终端设备是p c 机。它的特点是可以实现非常强大的 数据共享和协同办公功能，对网络要求极低，完全基于电信公共网络， 客户使用非常方便，除摄像头和麦克风以外，不需要购买其它的软件 或硬件设备。 2 1 3 从通信节点数量的角度 根据通信节点的数量，视频会议系统可以分为点对点视频会议系 统和多点视频会议系统。 点对点视频会议系统支持两个通信节点问的会议通信功能，即一 次会议只能有两个与会者。可视电话是点对点视频会议系统的一个主 要应用。 多点视频会议系统允许三个或三个以上不同地点的与会者同时 参与会议。它的关键技术是多点控制技术”，需要控制各个点的视频、 音频、通用数掘和控制信息的流向，使每个与会者都能收到其所要的、 正确的视频、音频等信息，维持会议正常有序的进行。 本文所研究的基于互联网的视频会议系统是一个多点视频会议 系统，它采用了多级服务器的方式束进行多点控制。 2 2 视频会议系统国际标准 为了促进视频会议系统的发展和普及，不同厂商的视频会议产品 应该遵循一定的标准以使不同的产品能够互相连接通信。目前，r r u 、 北京交通人学硕士学位论文 i e l l f 、p c w g 等一些国际标准组织已经制定了一系列的视频会议标 准。 国际电信联盟( r r u ) 的主要任务就是制定通信标准，目的是实 现世界范围内通信的相互操作。符合这些标准的设备确保了与所有基 础设备( 包括通信网络) 的兼容性。i t u t 制定的关于视频会议的最 著名的标准是h 3 2 x 系列和t 1 2 0 系列建议。h 系列的建议和标准是 专门针对交互式电视会议业务而制定的，t 系列是针对其它媒体的管 理功能作出规定，两种协议的结合使得多媒体会议的通信具有更完善 的依据“1 。 2 2 1i - i 3 2 0 标准 h 3 2 0 是关于在速率从5 6 k b p s 到2 m b p s 的i s d n 和交换的5 6 k b p s 电路上进行电视会议的标准。h 3 2 0 是视频会议中应用最早、最为成 熟的标准，它包括视频、音频的压缩和解压缩，静止图像，多点会议， 加密及一些更新的特性。 h 3 2 0 是一个“系统”标准，它包含了许多关于系统各部分的其 它i t u t 标准，分为通用体系、音频、多点会议、加密、数据远端 摄像机控制f e c c 及t 1 2 0 数据会议六个部分，其结构如图2 - 1 所示。 1 4 北京交通大学硕士学位论文 2 2 2 h 3 2 3 标准 图2 一lh 3 2 0 标准结构图 1 1 3 2 3 制定了无o o s 保证的分组网络p b n ( p a c k e t b 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 上的多媒体通 信应用提供了技术基础和保障。 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、网络接口等方面的内容，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。 h 3 2 3 系统中各个逻辑组成部份称为t t 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 u 是 l 3 2 3 中的终端 设各，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 些实体是不能被呼叫的，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2 2 所 示。 北京交通大学硕士学位论文 图2 2h 3 2 3 体系结构图 h 3 2 3 系列标准包括： 视频 h 2 6 1 p 丰6 4 k b p s 下视频编码解码器。 h 2 6 3 低速率通信的视频编解码器。 音频 g 7 1 1 6 4 k b p sp c m 电话质量( 3 5 k h z ) 的语音压缩标准。 g 7 2 2 - - 4 8 5 6 6 4 k b p sa d p c m 高保真质量语音压缩标准。 g 7 2 8 1 6 k b p sl d c e l p 语音压缩标准。 g 7 2 3 5 3 k b p s 和6 3 k b p s 多媒体通信的双速率语音编码。 控制 h 3 2 0 一视听系统中央同步控制和指示信号。 h 2 4 5 m 多媒体通信控制协议。 复用 h 2 2 2 无q o s 保证u “中媒体流的打包和同步。 北京交通大学硕士学位论文 2 2 3 h 3 2 4 标准 h 3 2 4 标准建立在i t u th 3 2 0 标准上，实现低比特率电路交换 网上的多媒体视频会议，主要用于p s t n g s t n p o t s 网上。该标准 能够确保不同的h 3 2 4 终端的互操作，包括基于p c 的多媒体视频会 议系统、廉价的声音数据m o d e m 、加密电话、w w w 实时视频浏览 器、远端安全摄像头和单独可视电话等。 图2 3 是h 3 2 4 系统的基本结构图。v 3 4m o d e m ( g s t n p s t n ) 、 h 2 2 3 复用器、h 2 4 5 控制协议是基本组成部分；数据、视频、音频流 是可选的，在呼叫中动念建立。h 3 2 4 终端同独立的远端终端协商一 套通用的容量集用于每个传输方向，通过m c u 进行多点操作。 堕掣墨卜一 _ = i 磊i i 基l 音频编解码ff 延f 兰竺全垡竺hg 酬7 2 3 骊g 孵7 咐3 0h 遗广_ 多 路 删 - 丽瓣丽邴厂习蕊渤订 复 络 用 接 l ! 竺ll ! ：! ! ：! 竺型l r 控制协议s r p 几a p m f 厂磊磊1 一竺! 处理广一 l 图2 3h 3 2 4 系统结构图 以上从系统结构、协议组成、应用领域等方面对h 3 2 x 系列标准 进行了介绍。表2 - 1 是对h 3 2 x 系列标准的简单比较： 1 7 北京交通人学硕士学位论文 表2 1h 3 2 x 系列视频会议国际标准比较 h 3 2 0h 3 2 1h 3 2 2h 3 2 3h 3 2 4 适用n i s d nb i s d n等时以太网普通i a n p s t n 网络 比特率 2 m 6 0 0 m 6 1 6 m 1 0 1 0 0 m 4 0 0 k b p s ) ，编解码延时较短。一般多用于语 音压缩，低码率应用( 源信号带宽小) 的场合。时域压缩技术主要包 北京交通人学硕士学位论文 括g 7 1 1 、a d p c m 、l p c 、c e l p ，以及在这些技术上发展起来的块压 缩技术如n i c a m ，子带a d p c m ( s b a d p c m ) 技术女1 g 7 2 1 、g 7 2 2 、 a p t - x 等。 2 子带压缩技术：是以子带编码理论为基础的种编码方法。 其基本思想是将信号分解为若干子频带内的分量之和，然后对各子带 分量根据其不同的分布特性采取不同的压缩策略以降低码率。一般来 讲，子带编码的复杂度要略低于变换编码，编码延时也相对较短。子 带压缩技术目前广泛应用于数字声音节目的存储与制作和数字化广 播中。典型的代表有著名的m p e g 1 层i 、层i i ( m u s l c a m ) ，以及 用于p h i l i p sd c c 中的p a s c ( 精确自适应子带编码) 等。 3 变换压缩技术：与子带压缩技术的不同之处在于该技术对一 段音频数据进行“线性”的变换，对所获得的变换域参数进行量化、 传输，而不是把信号分解为几个子频段。通常使用的变换有d f t 、d c t ( 离散余弦变换) 、m d c t 等。有代表性的变换压缩编码技术有 d o l b y a c 一2 、a t & t 的a s p e c ( a u d i os p e c t r a lp e r c e p t u a le n t r o p y c o d i n g ) 、p a c ( p e r c e p t u a l a u d i oc o d e r ) 等。 5 2 。2 音频压缩技术标准 表5 一i 对常见的音频压缩标准进行了简单的比较： 北京交通火学硕士学位论文 表5 1 常见音频压缩标准比较 标准名称制定者压缩算法 速率( k b s ) g 7 1 1i t up c m6 4 g 7 2 1( 国际电信联a d p c m3 2 g 7 2 2盟)s b a d p c m6 4 5 6 4 8 g 7 2 3a d p c m 5 3 6 3 g 7 2 6a d p c m4 0 3 2 2 4 1 6 g 7 2 7e m b e d d e d a d p c m 4 0 3 2 2 4 1 6 g 7 2 8l d c e i p1 6 g 7 2 9c s a c e l p8 t c h h se t s i ( 欧洲电g e l p5 6 g s m信标准化协会)r p e ，1 r p1 3 f s l 0 1 5d o d ( 美国国防l p c2 4 f s l 0 1 6部)c e i j p4 8 5 3d i r e c t s h o w 技术 在视频音频通信模块的丌发中，如何保证数据量极大的视频数 据的高效处理；如何使视频音频保持同步；如何处理各种各样的媒 体格式问题；如何支持系统中不可预知的硬件等，是开发者面i 瞄的难 题。d i r e o s h o w 技术为上述问题提供了很好的解决方案。通过将应用 程序与数据传输的复杂性、硬件设备的差异、以及媒体同步等问题隔 离，软件开发者只需按照d i r e c l s h o w 提供的统一接口进行应用程序的 丌发，而不需要关心硬件设备等底层问题，从而大大减轻了开发者的 北京交通大学硕士学位论文 负担。 5 3 1d i r e c t s h o w 基本原理 d i r e c t s h o w 是微软公司提供的一个w i n d o w s 平台上的流媒体框 架，提供了高质量的多媒体流采集和回放功能。它支持多种多样的媒 体文件格式，包括a s f 、m p e g 、a v i 、m p 3 和w a v 文件，同时支持 使用w d m 驱动或早期的v f w 驱动来进行多媒体流的采集。 d i r e c t s h o w 大大简化了媒体回放、格式转换和采集工作。与此同 时，它也为用户自定义的解决方案提供了底层流控制框架，从而使用 户可以自行创建支持新的文件格式或其它用途的d i r e c t s h o w 组件。图 5 1 展示了一个d i r e c t s h o w 系统的结构c 1 5 o 图5 一ld i r e c t s h o w 系统结构 图中央最大的一块即是d i r e c t s h o w 系统。d i r e c t s h o w 使用一种叫 北京交通人学硕士学位论文 f i l t e rg r a p h 的模型来管理整个数据流的处理过程；参与数据处理的各 个功能模块叫做f i l t e r ；各个f i l t e r 在f i l t e rg r a p h 中按一定的顺序连 接成一条“流水线”协同工作。f i l t e rg r a p h 是各种f i l t e r 的集合，它 是通过f i l t e r 的输入输出针脚“p i n ”顺序连接而成的，这些p i n 通过 协商来决定它们将支持何种形式的多媒体。 应用程序是建立在d i r e c t s h o w 系统之上的。应用程序要按照一定 的意图建立起相应的f i l t e rg r a p h ，然后通过f i l t e rg r a p hm a n a g e r 来控 制整个的数据处理过程。d i r e c t s h o w 能在f i l t e rg r a p h 运行的时候接收 到各种事件，并通过消息的方式发送给应用程序。这样，就实现了应 用程序与d i r e c t s h o w 系统之问的交互。 5 3 2 c o m 技术 d i r c e t s h o w 是套完全基于c o m 的应用系统，开发d i r e c t s h o w 系统必须对c o m 组件技术有一定的了解。 c o m 是一个用来创建二进制组件的、平台无关的、面向对象的 系统，它可以和其它基于c o m 的组件在同一个进程空间或远程机器 上不同的进程中相连接。它定义了一些为保证能互操作，客户( 指需 要某种组件的程序) 组件必须遵循的标准，c o m 规范就是一套为组 件架构设置标准的文档形式的规范。c o m 组件是动态连接的，而且 是完全与语言无关的，它以二进制的形式发布。c o m 组件还可以在 不妨碍原有客户的情况下被升级成新的版本 1 6 1 a d i r e c t s h o w 与c o m 紧密相连，它所有的部件和功能都由c o m 接口来构造和实现。其开发方式相当灵活，没有固定的模式，通常根 据不同的需要使用不同的c o m 接口。在本系统的开发中主要用到了 北京交通大学硕士学位论文 以下几个基本接口“：i g r a p h b u i l d e