（电磁场与微波技术专业论文）基于嵌入式linux的网络视频会议系统的研究与设计.pdf

北京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 基于嵌入式l in u x 的网络视频会议系统的研究与设计 摘要 会议电视是一种现代通信方式，也是一个国家或地区通信发展水 平的重要标志之一，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，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。 随着信息技术的发展和数字化产品的普及，i n t e m e t 得到广泛深 入的应用，嵌入式系统应用到各个领域，同时网络的多媒体应用也成 为一种潮流。这样，网络视频会议系统的设计与实现成了最近几年的 热门。 现有的视频会议的国际标准包括h 3 2 0 、h 3 2 3 协议，s i p 协议也 成为了一种发展方向。相应的音频、视频压缩技术主要有g 7 2 3 1 、 h 2 6 1 、j p e g 以及m p e g 。一个h 3 2 3 系统由终端、网闸( g k ， g a t e k e e p e r ) 、网关( g w ，g a t e w a y s ) 和多点控制单元m c u 等模块 构成。本文对上述模块进行了系统的分析之后，提出了在m o t o r o l a m c 9 3 2 8 m x l a d s 开发板上实现基于l i n u x 的网络视频会议终端的设 计方案。该方案实现了h 3 2 3 系统终端的基本功能。 该方案的实现构成了本文的主体。这主要包括两方面内容：网络 视频会议系统终端的硬件平台的设计和软件设计。硬件部分分为视频 模块和音频模块的设计。其中，在视频模块的设计中，本文给出了两 个方案。该终端选用当前流行的嵌入式操作系统l i n u x ，软件部分主 要包括嵌入式l i n u x 操作系统的编译与移植( b o o t l o a d e r 的移植、操 作系统内核的编译与移植、文件系统的移植等) 相关驱动程序和应用 程序的设计。 关键字l i n u xm c 9 3 2 8 m x la d s 视频会议驱动h 3 2 3 k ， 1 北京邮电大学硕：l 二研究生学位论文摘要 r e s e a r c ho ft h es y s t e mo fn e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c eb a s e do n e m b e d e dl i n u x & d e s i g n a b s t r a c t t h ev i d e oc o n f e r e n c e i sak i n do fm o d e r nc o m m u n i c a t i o nw a y , a n d o n eo ft h ei m p o r t a n ts i g n so fac o u n t r yo rt h er e g i o n a lc o m m u n i c a t i o n d e v e l o p m e n tl e v e l ，t h ed o m e s t i cm u l t i m e d i ai n d u s t r yd e v e l o p sv e r yf a s t t h em a r k e td e m a n do ft h ev i d e o i n f o r m a t i o nb u s i n e ssw a se x p a n d e d c o n s t a n t l ya tp r e s e n t ，t h ev i d e o i n f o r m a t i o nm e e t i n gh a sb e e na p p l i e dt o s m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e sa n do r d i n a r yp e r s o n a lu s e rm o r ea n d m o r ea tp r e s e n t v i d e oc o m m u n i c a t i o nh a sb r o u g h tt h ee n o r m o u sf a c i l i t y t op e o p l e sp r o d u c t i o na n dl i f e , h a v ep r o d u c e dv e r yg o o de c o n o m i c b e n e f h sa n ds o c i a lb e n e f i t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n d p o p u l a r i z a t i o no ft h ed i g i t i z e dp r o d u c t s ，i n t e r n e tg e t s e x t e n s i v ea n d p r o f o u n da p p l i c a t i o n ，t h ee m b e d d e ds y s t e mi sa p p l i e dt oe a c hf i e l d ，a tt h e s a m et i m ei tb e c o m e sak i n do ft r e n dt h a tt h em u l t i m e d i ao ft h en e t w o r k i su s e d i nt h i sw a y , t h ed e s i g na n dr e a l i z i n go ft h en e t w o r kv i d e o c o n f e r e n c es y s t e mb e c o m e s p o p u l a ri nr e c e n ty e a r s t h ei 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 ei n c l u d e s h 3 2 0 ，h 3 2 3a g r e e m e n t ，s i pa g r e e m e n th a sb e c o m eak i n do fd e v e l o p i n g d i r e c t i o n t o o c o r r e s p o n d i n g a u d i oa n dv i d e oc o m p r e s st e c h n o l o g y i n c l u d e sg 7 2 3 1 ，h 2 61 ，j p e ga n dm p e gm a i n l y ah 3 2 3s y s t e mi s m a d eo ft h et e r m i n a ls t a t i o n ，n e t w o r kf l o o d g a t e ( g k ，g a t e k e e p e r ) ， g a t e w a y ( g w ，g a t e w a y s ) a n dc o n t r o lm o d u l em c u w i t hd i f f e r e n t n e t w o r k ，t h es c h e m ei sd i f f e r e n t t h i st e x th a sp r o p o s e das c h e m eo f n e t w o r kv i d e oc o n f e r e n c et e r m i n a ls t a t i o nb a s e do ni pn e t w o r ko nt h e m o t o r o l am c 9 3 2 8 m x l a d sb o a r d t h i st e r m i n a l s t a t i o n a d o p t s l i n u x ，w h i c hi sp o p u l a re m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma tp r e s e n t l i n u x ， y 北京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 o n e s e l fp o s s e s saw h o l es e to ft o o l c h a i n ，a p tt os e tu pe m b e d d e d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fs y s t e ma n dc r o s st h er u n n i n ge n v i r o n m e n t ， a tt h es a m et i m el i n u xo f f e r e dt h ei n t e r f a c eo fb a s i ck e r n e ia n du s e r s n e e d e df n i s h i n gi m b e d d i n gt h ef u n c t i o n t h er e a l i z a t i o no ft h i ss c h e m ef o r m st h es u b je c to ft h i st e x t t h i s i n c l u d e st w or e s p e c t sc o n t e n tm a i n l y ：t h ed e s i g no ft h eh a r d w a r e p l a t f o r mo ft h es y s t e m a t i ct e r m i n a l s t a t i o no fv i d e oc o n f e r e n c eo f n e t w o r ka n ds o f t w a r ed e s i g n t h ep a r to ft h eh a r d w a r ei sd i v i d e di n t ot h e d e s i g n so f v i d e om o d u l ea n da u d i o m o d u l e a m o n gt h e m ，i nt h ed e s i g n o ft h ev i d e o m o d u l e ，t h i st e x tp r o v i d e st w os c h e m e s t h ep a r to ft h e s o f t w a r ei n c l u d e sc o m p i l i n ga n dt r a n s p l a n t a t i o no fe m b e d d e dl i n u x o p e r a t i n gs y s t e m ( t r a n s p l a n t a t i o n ，t h ec o m p i l i n go fo p e r a t i n gs y s t e m k e r n e la n dt r a n s p l a n t a t i o n ，t r a n s p l a n t a t i o no ft h ef i l e s y s t e mo f b o o t l o a d e r ，e t c ) t h ed e s i g n so fr e l e v a n td r i v e ra n da p p l i c a t i o np r o g r a m k e yw o r d sl i n u xm c 9 3 2 8 m x1a d sv i d e oc o n f e r e n c ed r i v e r h 3 2 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：塞叠蔓一厶一一 本人承担一切相关责任。 日期：丝! 羔! 兰! l2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 塞j 这尘 日期：2 1 五：茎，l2 导师签名： 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 相关背景概述 1 1 1 嵌入式系统开发简介 第一章绪论 随着信息技术的发展和数字化产品的普及，i n t e r n e t 得到广泛深入的应用。 从消费电器到工业设备，从民用产品到军用器材，嵌入式系统被应用到网络、手 持通信设备、国防军事、消费电子和自动化控制等各个领域。 嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁剪 的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专 用计算机系统。它可以实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统 通常的组成部件一般包括：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和 嵌入式应用等几大部件。 和以往的通用计算机系统相比，嵌入式计算机系统具有以下特点： 嵌入式系统通常是面向特定应用的。 嵌入式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、 体积小、集成度高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯 片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的 耦合也越来越紧密。 e 嵌入式系统具有特定的开发工具和环境。 设计完成以后用户通常是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开 发工具和环境才能进行开发。 嵌入式系统的应用软件必须高效率地设计。 在嵌入式系统开发应用软件必须量体裁衣、去除冗余，力争在同样的处理器 实现更高的性能，这样才能在具体应用中更具有竞争力 第l 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大 不同点在于嵌入式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用 c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋 于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。 嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器( m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ，m c u ) 、 中高端的嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i c r op r o c e s s o r ，e m p u ) 、常用于计算机 通信领域的嵌入式d s p 处理器和高度集成的嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p ) 。 我的系统选择的是t i 公司的t m s 3 2 0 c 5 4 系列通用d s p 处理器 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 ，选择这款处理器主要是因为它的运算速度比较快，1 0 0 m i p s 的 指令速度足够满足设备处理数据的需要，还有芯片本身集成了许多通用的外围设 备，方便了我系统的设计，以及它的超低功耗同样是我选择的理由。 嵌入式外围设备 嵌入式外围设备指除了中心控制部件( m c u ，d s p ，s o c ) 以外的完成存储、 通信、保护i 调试、显示等辅助功能的其他部件。 。 根据外围设备的功能可分为以下3 类： 存储器类型：静态易失型存储器( r a m 、s ra m ) 、动态存储器( d r a m ) 、 非易失型存储器( r o m 、e p r o m 、e e p r o m 、f l a s h ) 。其中，f l a s h ( 闪存) 以可以擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等优点在嵌入式领域得到广 泛应用。我的系统中使用了一片f l a s h ( 用来保存系统启动时所需的软件代码 和一些配置参数) 芯片h y 2 9 l v l 6 0 和一片s d r a m ( 用来装载系统工作时的程 序和缓冲通信接口接收的数据) 芯片6 1 l v 6 4 1 6 。 接口设备：目前存在的所有接口在嵌入式领域中都有其广泛的应用，但是以 下几种接口，其应用最为广泛，包括r s 2 3 2 接口( 串口) 、i r d a ( 红g f 线接口) j s p i ( i 串行外围设备接口) 、1 2 c ( 现场总线待定) 、u s b ( 通用串行接口) 、e t h e m e t ( 以 太网口) 和普通并口。在我的系统中使用到r s 2 3 2 接口( 用来对设备做一些必 要的配置) 、e t h e m e t 接口( 用来连接以太网) 和e 1 线路接口( 连接2 m 专线) 三种类型的接口。 显示类型：c r t 、l e d 和触摸屏等外围显示设备。 嵌入式操作系统 第2 页 北京邮电大学硕= i 二研究生学位论文第一章绪论 在嵌入式大型应用中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，就需要具备相应的 管理存储器分配，中断处理，任务间通信和定时器响应以及提供多任务处理等功 能的稳定的、安全的软件模块集合，即嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的引入 大大提高了嵌入式系统的功能，方便了嵌入式应用软件的设计，但同时也占用了 宝贵的嵌入式资源。一般在比较大型或需要多任务的应用场合才考虑使用嵌入 式操作系统。 当今流行的嵌入式操作系统包括v x w o r k s 、p s o s 、l i n u x 、d e l t ao s 等。每 一种嵌入式操作系统都有自己的优越性，用户可根据自己的实际应用选择适当的 操作系统。 嵌入式应用软件 ： 嵌入式应用软件是针对特定的专业领域，基于相应的嵌入式硬件平台，并能 完成用户预期任务的计算机软件。用户的任务可能有时间和精度的要求。有些嵌 入式应用软件需要嵌入式操作系统的支持，但在简单的应用场合下不需要专门的 操作系统。 嵌入式应用软件和普通的应用软件有一定的区别。由于嵌入式应用对成本十 分敏感，因此为减少系统的成本，除了精简每个硬件单元的成本外，尽可能减少 嵌入式应用软件的资源消耗也是不可忽视的重要因素。这就要求嵌入式应用软件 不但保证准确性、安全性、稳定性，还要尽可能地优化。 1 1 2l i n u x 与嵌入式l i f l u x l i n u x 的主要特点 l i n u x 是一个免费的微机上运行的u n i x 的操作系统( u n i x 在微机上的克隆) 。 最早是由芬兰大学生l i n u st o r v a l d s 首先于1 9 9 1 年开始开发的，经过一群遍布 于全世界的i n t e r n e t 上的自愿参加的程序员努力，加上计算机公司的支持， l i n u x 的影响和应用日益广泛，已成为仅次于微软w i n d o w s 的第二大操作系统。 它具有以下特点： 1 开放性 l i n u x 遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连( o s i ) 国际标准凡遵循 国际标准所开发的硬件和软件，都能彼此兼容，可方便地实现互联 第3 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 2 多用户 l i n u x 支持多个用户同时访问同一台个人计算机上的应用程序。l i n u x 把微 处理器的时间分配给许多应用程序，因此使多个用户可以同时从相同或不同的终 端上一个或多个应用程序。内核2 4 可以处理数量惊人的用户和组大约4 2 亿。 3 多任务 l i n u x 的多任务表现在同时执行多个应用程序，而且各个程序的运行互相独 立。l i n u x 使用一种抢占调度的多任务。 4 良好的用户界面 l i n u x 向用户提供了两种界面：用户界面和系统调用。l i n u x 的传统用户界 面是基于文的命令行界面，即s h e l l ，它既可以联机使用，又可存在文件上脱机 使用。s h e l l 有很强的程序设计能力，用户可方便地用它编制程序，从而为用 户扩充系统功能提供了更高级的手段。可编程s h e l l 是指将多条命令组合在一起， 形成一个s h e l l 程序，这个程序可以单独运行，也可以与其他程序同时运行。 l i n u x 还为用户提供了图形用户界面。它利用鼠标、菜单、窗口、滚动条等 设施，给用户呈现一个直观、易操作、交互性强的友好的图形化界面。 l i n t l x 系统结构 图1 1 是l i n u x 的系统结构图，可以看到，l i n u x 是一个分层的体系结构， 分成用户空间( 包括标准库和标准实用程序) 和内核空间( 系统内核) ，下一层 模块为上一层提供支持。嵌入式l i n u x 也是采用这样的结构，不过根据需要可以 对某些模块进行裁减；当然，根据需要也可以加入一些模块，比如面向实时应用 的l i n u x 需要加入实时处理的代码来修改内核部分。 图1 - 1l i n u x 系统结构 第4 页 北京邮电大学硕= i = 研究生学位论文 笫一章绪论 l i n u x 内核 1 、 进程调度 _ l i n u x 操作系统是一个多任务、多线程的操作系统，使用抢先式调度方案进 行调度。l i n u x 中每个进程有自己的虚拟地址空间，操作系统内核提供进程间通 信( i p c ) 机制来管理多个进程的运行和协同，信号和管道是常见的两种进程间 通信机制，同时还提供共享内存、套接字等通信机制。l i n u x 的进程一部分运行 于用户模式，另一部分则运行于内核模式。运行模式的变化是通过系统调用来完 成的，系统模式下运行的进程具有更高的c p u 优先级。l i n u x 内核还具备在对称 多处理( s m p ) 系统上运行的能力。l i n u x 支持内核空间的多线程。l i n u x 的内 核线程与其他操作系统的内核实现不同：其他操作系统一般都单独定义线程，从 而增加了内核和调度程序的复杂性；而l i n u x 将线程定义为“执行上下文”，实 际只是进程的另外一个线程而已。这样，l i n u x 内核只需区分进程，并使用一个 进程线程组，而调度程序仍然是进程的调度程序。 2 、内存管理 ! l i n u x 采用成为“虚拟内存”的内存管理方式，将内存划分为容易处理的内 存页。系统运行过程中，当应用程序对内存的需求大于物理内存时，l i n u x 可将 暂时不用的内存页交换到硬盘上。这样，空闲的内存页可以满足应用程序的内存 需求，而应用程序就不会注意到内存交换的发生。在运行予i 3 8 6 平台的l i n u x 中，虚拟内存的地址空间可达4 g b 。每个进程都有自己的虚拟地址空间，而且 将不同进程的虚拟地址映射到同一物理地址时，就可实现内存共享。 3 、文件系统 与常见的m i c r o s o f td o s w i n d o w s 等操作系统不同，l i n - a x 操作系统中单独 的文件系统不是由驱动器号或驱动器名称来标识的。而是使用树形的结构来维 护。每个独立的文件系统作为整个树的一个“子树”，组合成一个层次化的结构， 在系统内使用一个单独的实体代表这一文件系统( 也就是根节点) 。每当引入新 的文件系统时，l i n u x 通过一个称为“挂载”的操作将其挂载到某个目录上，从 而让不同的文件系统组合成一个整体 从设备角度来看，经过格式化的物理磁盘被划分成若干逻辑分区。一般每个 分区又存在一个文件系统，也就是说，不管这些设备的具体构造如何，l i n u x 都 把他们作为线性块的结合访问，给每个块设备加上一个驱动，将逻辑块请求转化 为物理设备命令。因此，用户无需关心物理设备和文件系统之间的区别。 l i n u x 操作系统支持多种类型的文件系统，最普遍使用的是e x t 2 文件系统i 同时支持f a t 、f a t 3 2 、v f a t 、m i n i x 等不同类型的文件系统，从而可方便的 与其他操作系统交换数据。 第5 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 总而言之，l i n u x 利用虚拟文件系统把文件系统操作和不同的文件系统的具 体实现细节分离开来。 4 、设备驱动 在计算机硬件系统中，存在着很多硬件控制器来管理外部设备，每个控制器 都有各自的控制寄存器和状态寄存器。在l i n u x 中，管理硬件设备控制器的代码 由内核统一管理。这些处理和管理硬件控制器的软件就是驱动程序。l i n u x 核心 设备驱动是一组运行在特权级上的内存驻留程序共享库。他们运行在高特权级的 处理环境中，从而可直接对硬件进行操作，也正是因此，任何一个设备驱动程序 的错误都可能导致操作系统的崩溃。设备驱动程序为操作系统和硬件设备之间的 交互提供了二个桥梁，设备驱动程序通过提供一组操作系统可理解的抽象接口来 完成自己的任务。实质上，设备驱动程序就是把所有的硬件设备抽象成普通的文 件，可通过与操作普通文件相同的标准系统调用来打开，关闭、读取和写入，而 与硬件相关的具体操作细节由设备驱动程序完成，系统的每个设备都用一种特殊 的设备相关文件( d e v i c es p e c i a lf i l e ) 来表示。l i n u x 支持3 种硬件设备，即字 符设备( 如打印机) 、块设备( 如磁盘) 和网络设备。 嵌入式操作系统li n u x 随着微处理器的产生，价格低廉、结构小巧的c p u 和外设连接提供了稳定 可靠的硬件架构，那么限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在了软件方面。尽 管从八十年代末开始，陆续出现了一些嵌入式操作系统，比较著名的有v x w o r k 、 o s o s 、n e c u l e u s 和w i n d o w sc e 。但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂 的价格使许多低端产品的小公司望而却步：而且，源代码封闭性也大大限制了开 发者的积极性。另外，结合国内实情，当前国家对自主操作系统的大力支持，也 为源码开放的l i n u x 的推广提供的广阔的发展前景。还有，对上层应用开发者 而言，嵌入式系统需要的是一套高度简练、界面友善、质量可靠、应用广泛、易 开发j 多任务，并且价格低廉的操作系统。在不久的将来，从冰箱到收音机都会 内置处理器。因为l i n u x 的开放性，许多人认为l i n u x 非常适合多数i n t e m e t 设 备。他们认为l i n u x 可以支持不同的设备，支持不同的配置。l i n u x 对厂商不偏 不倚而且成本极低，能够很快成为用于各种设备的操作系统。如今，业界已经达 成共识：即嵌入式l i n u x 是大势所趋，其巨大的市场潜力与酝酿的无限商机必然 会吸引众多的厂商进入这一领域。 嵌入式操作系统p a l mo s ，w i n d o w sc e ，e p o c ，l i n u x c e ，q n x ，e c o s ，l y n x ， 高端嵌入式系统要求许多高级的功能，如图形用户界面和网络支持。很多高端 r t o s 供应商已经提供了这些功能，但其价格也很高端，一般人难以接受。微软 第6 页 北京邮电大学硕= i = 研究生学位论文 笫一章绪论 的w i n d o w sc e 也有此类功能，却不具备大多数嵌入式系统要求的实时性能，而 且难以移植，也曾经有人想以d o s 为基础用单独的第三方工具拼凑一个系统， 但这种努力将是白费。现在需要的是一个便宜、成熟并且提供高端嵌入式系统所 必须特性的操作系统，嵌入式l i n u x 操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植： 而正在被广泛采用，成为新兴的力量，所以，众多商家纷纷转向了嵌入式l i n u x 。 l i n u x 为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力的选择，它是个和u n i x 相似、 以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。支持广泛的计算机 硬件，包括x 8 6 ，a l p h a ，s p a r c ，m i p s ，p p c ，a r m ，n e c ，m o t o r o l a 等现有的大部分 蕊片。程式源码全部公开，任何人可以修改并在g n u 通用公共许可i i e ( g n u g e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 下发行，这样，开发人员可以对操作系统进行定制，再也不 必担心像m sw i n d o w s 操作系统中”后门”的威胁。同时由于有g p l 的控制，大家 t - 研发的东西大都相互兼容，不会走向分裂之路。l i n u x 用户遇到问题时可以通过 i n t e r n e t 向网上成千上万的l i n u x 开发者请教，这使最困难的问题也有办法解决。 l i n u x 带有u n i x 用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的u n i x 系统的应用软件 都已移植到了l i n u x 上。l i n u x 还提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管， 理器( xw i n d o w s ) 。其强大的语言编译器g c c 、g + + 等也可以很容易得到。不但 成熟完善、而且使用方便。 选择iif l u x 的原因 1 、可应用于多种硬件平台。l i n u x 已经被移植到多种硬件平台，这对受开 销、时间限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发然 后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。 2 、l i n u x 可以随意地配置不需要任何的许可证或商家的合作关系。 3 、它是免费的，源代码可以得到。这是最吸引入的。毫无疑问，这会节省 大量的开发费用。 4 、它本身内置网络支持。 5 、l i n u x 的高度模块化使添加部件非常容易。 6 、l i n u x 在台式机上的成功，使大家看到了l i n u x 在嵌入式系统中的辉煌 前景。 第7 页 北京邮电大学硕= i ：研究生学位论文第一章绪论 1 2 网络视频会议系统概述 视频会议( v i d e oc o n f e r e n c e ) 亦称会议电视、视讯会议，是利用计算机技术和 通信设备通过传输信道在两点或多个地点之间建立可视通信，实现图像、语音及 数据交流的一种会议形式。与会者既能看到对方发言人和会场场景，也能听到对 方的声音，若辅以电子白板、书写电话、传真机等通信设备，可实现与对方会场 的与会人员进行研讨或磋商，在效果上完全可以代替现场会议。在进行多点会议 时，需设置一台多点控制设备( m c u ) ，用来进行图像与语音信号的合成、分及 切换，终端数目多时，可采用多个m c u 级联的方式。会议电视作为一种现代多 媒体通信工具，在及时召开重要会议、作出重要决策、发布重要信息、提高工作 效率、节约时问和经费开支等方面的重要价值已逐渐为人们所认识。实际应用中， 除了用于多点远端会议外，还可用于远程教学、远程医疗、商业谈判、办公自动 化、金融系统、法院监狱等领域中，因此有着庞大的市场需求和广阔的发展前景。 会议电视是一种现代通信方式，也是一个国家或地区通信发展水平的重要标 志之一，近几年来，人们正在越来越多地讨论“三网合一”，在这个融合的过程中， 视频通信将是极其重要的市场驱动力，人们期望的是：通过网络随时随地的进行 可视电话通信，收看和点播全球任何地方的电视节目。 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，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s 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。 从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 的两大框架建议h 3 2 0 和h 3 2 3 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。自从1 9 9 6 年i t u t 批准该标准以来，视频会议的技术和 市场都发生了革命性的变化。越来越多的厂家竞相投入h 3 2 3 新产品的开发，越 来越多的用户采用h 3 2 3 技术和产品构造他们自己的视频会议系统。 网络视频会议系统未来的发展趋势有以下几点： 1 编解码方式由硬件向软件转化。 由于计算机处理速度和附属板卡的处理速度提高，许多需要专用设备进行的 数据处理过程可以交由计算机及其内置的通用板卡来完成，在效果上没有太大的 第8 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 区别。 一 2 产品协议类型从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h 3 2 0 协议的产 品占主要比例，随着几年i p 协议的普遍应用和互联网的高速发展，特别是对于 宽带网络的预见，符合h 3 2 3 协议的产品自2 0 0 0 年开始，在开发产品中占有的 比例急剧上升。 3 流媒体广播技术越来越多的应用于视频会议系统中。 大部分广播会议如网上路演、采访、现场会等，主要为用户传输多媒体信息， 相互之间的很少交互，这种技术的应用是对传统视频会议功能的扩展。 第9 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文笫二章网络视频会议国际标准及关键技术研究 第二章网络视频会议国际标准及关键技术的研究 在视讯业务领域，无论发展到哪一个阶段，组网协议及其标准化工作一直是 处于核心的重要位置，大到合理的框架结构，d , n 每一个参数的内容定义，只有 组网协议的内容确定下来，产品才能制造，业务才能互通，领域才能发展。 回顾视讯会议的发展历程，其组网协议也跟随着通信网络的发展而变迁。国 际电联的标准发展经历了基于电路交换的h 3 2 0 协议，基于包交换时面向有连 接的h 3 2 1 协议，基于包交换时面向无连接的h 3 2 3 协议。目前，h 3 2 3 已 经获得了越来越广泛的应用。同时，由于分组交换网带来的灵活和自由，对于组 网协议的研究和制定也引起了很多标准化组织的兴趣，目前i e t f 制订的s i p 也 是一个非常热门的研究课题。 1 9 6 4 年，贝尔实验室研制出最早的可视电话p i c t u r e p h o n e m o d - - i ，传送黑 白静止硬拷贝图像，图像和话音采用分时传送。上世纪7 0 年代，在匹兹堡和芝 加哥间开始用于商业服务，采用：p i c t u r e p h o n e m o d - - i i ，提供黑白静止或活动的 点对点电视会议业务。8 0 年代，日本制订了可视电话的t t c 标准，在模拟电话 网上传送黑自静止图像，显示屏清晰度1 0 0 x 1 0 0 ，5 - 6 秒传送l 幅图像。9 0 年 代，原c c i t t 提出了电视会议、可视电话的h 2 6 1 建议，1 9 9 0 年1 0 月通过， 为各种产品的国际间互通提供了保证。此后，c c i t t 又制订了h 3 2 0 系列标准， 对电视会议系统的性能指标、压缩算法、信息结构、控制命令、规程和组建电视 会议网的原则作了完整的规定，促进了电视会议的健康发展。到目前己发展了多 种标准，包括各种视频建议和音频压缩标准以及在各种网络上传输电视会议信号 的系列建议等。 现代的电视会议系统是建立在i t u t 的h 3 2 x 系列框架协议之上的，目 前主要以h 3 2 0 系列( 包括3 2 0 3 2 1 3 2 2 ) 和h 3 2 3 应用最为广泛，其相 关标准如表2 1 所示： 第1 0 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络视频会议国际标准及关键技术研究 表2 一lh 3 2 x 系列框架协议 框架协 议 h 3 2 0h 3 2 1m 3 2 2h 3 2 3h 3 2 4 适用佶电路交换网络 b i s d f f a t m 有q o s 的分组交 换 无q o s 的分组变换网络 ? s t n p o t s 输网路( i s d n 加n 等)等梗拟电话网 网络 视频标 准 h 2 6 1 ，h ，2 6 3h 2 6 1 ，h 2 6 3h 2 6 l ，h 2 6 3h 2 6 1 ，h 2 6 3h 2 6 l h 2 6 3 音频标 g 7 1 1 ，g 7 2 2jg 7 i l ，g 7 2 2 ，g t 1 1 ，g t 1 1 - g 7 2 2 ，g 7 2 8 ， g 7 2 3 准 g 7 2 8g 7 2 8g 7 2 2jg 7 2 8g 7 2 3 ，g 7 2 9 复用托2 2 1m 2 2 1h 2 2 th 2 2 5 0k 2 2 3 控制 h 2 3 0 ，h 2 4 2h 2 4 2h 2 3 0jh 2 4 2h 2 4 5m 2 - 1 5 多点协 议 h 2 3 1 h 2 4 3h 2 3 1jh 2 4 3h 2 3 ijh 2 4 3 m 3 2 3 2 1h 3 2 0 协议分析 h 3 2 0 协议标准框架如表2 - 2 所示 表2 - 2h 3 2 0 协议的标准框架 组成部分标准名称主要内容 h 2 2 1 视频会议6 4 1 9 2 0 k b i t s 信道的帧结构，此协议描述了 p x 6 4 k b i t s 信道内视音频结构的复用解复用 g 7 0 4 有关p c m 3 0 路帧结构内容 通用体系h 2 3 0视听系统的帧同步控制和指示信号，规定了用于端 与端之问通信的控制指示码 h 2 4 2 基于2 m b i t s 以卜信道的视听终端间建立通信的协 议，规定了端与端之间建立通信的规程 h 2 6 1 关于p x 6 4 k b i t s 视听业务的视频编码解码器 第ll 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络视频会议国际标准及关键技术研究 g 7 11 采用脉冲编码调制自适应脉冲编码调制低时延码 音频g 7 2 2 本激励线性预测的音频编码方式 g 7 2 8 多点会议 h 2 3 1 基于2 m b i t s 以b 信道的会议系统m c u ，定义了什么 是m c u ，以及它如何连接3 个或多个基于h 3 2 0 的终 端以组成一个多点会议系统 h 2 4 3 基于2 m b i t s 以下信道的多点会议系统的通信协议， 规定了多方会议情况下的通信规程 h 2 3 3 提供了基于h 3 2 0 设备线性加密的3 种不同方法的 选择 加密 h 2 3 4 密钥管理标准，确定了如何在不同点间传送密钥及 ( h k e y ) 一些其他管理问题 h 2 2 4 使用h 2 21l s d h s d m l p 信道单工应用的实时控 制协议，提供了诸如使用h 2 2 1 枣1h 2 4 3 中定义的 数据f e c c l s d h s d m l p 信道的单) 、低延时应用，它为远端 摄像机控制提供了一个简单灵活的协议 h 2 8 1 视频会议远端摄像机控制规程，与h - 2 2 4 一起才能 实现远端摄像控制的功能 主要用于与会各成员间进行实时的数据信息交换 t 1 2 0 g 7 0 3 脉冲编码调制通信系统网络数字监控参数 h 3 2 0 系列标准是i t u t 于1 9 9 0 年提出的，是目前会议系统中应用最早、 最为成熟的协议，它支持i s d n ，e 1 ，t 1 ，带宽从6 4 k b i t s 到2 m b i f f s 。截止到 2 0 0 0 年，几乎所有会议系统厂家都支持h 3 2 0 协议，甚至目前许多基于i p 的视 频会议系统也支持h 3 2 0 。该建议规范了i s d n 网上的视频会议系统的主要技术 环节，这是第一个基于特定网络制订的协议，对于视频会议业务的互通以及不同 公司产品之间的互联提供了基本保障，这个标准的推出，在视讯会议发展史上具 有里程碑的意义，为视频会议的发展和普及奠定了基础。 h 3 2 0 的主要组成设备有多点控制单元( m c u ) 和终端设备。这在当时是一个 非常完备的系统，但由于该系统是建立在电路交换网基础之上，受到了很多的限 制，也导致了很多问题： ( 1 ) 受到电路交换带宽的影响 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章网络视频会议国际标准及关键技术研究 电路交换的特点是面向连接，传输速率和时延稳定、时延小、误码率低，因 此视频会议的质量容易得到保证。但它的缺点是连接固定，导致了用户线路使用 费用较高。用户层的接入一般采用e l 专线方式或i s d n 2 b + d 的接入方式连接， 专线虽然能保证良好的稳定性和图像质量，但网络利用率低。i s d n 受线路影响 较大，对于线路同步等要求较高。这两种传输方式都限制了会议的规模和可扩展 性。 ( 2 ) 受到电路交换特性的影响。 由于在电路交换系统中不存在虚电路连接，因此终端和视讯会议系统之间交 换的信息音频、视频、数据和信令，都通过这一条电路来交换，所以采用了 单m