硕士论文-基于IP网络集中式视频会议系统的研究.pdf

分类号 蛐C Y 10 2 0 9 2 6 密级 学校代码 盟2 2 劣麒理歹大薯 学位论文 题 目 基王 里圜丝篡主式蛰麴金这丞统盟珏窥 英文盥曼堑业匹幽垦 丝匝巡盟鱼型 曼巡 题 目 S Y 曼 璺旦垦 垂Q 坠 里盟曼 竖Q 然 研究生姓名 龃甜 姓名 赵宏生职称教援学位擅 指导教师单位名称让篡扭叠堂生拉盎堂瞳邮编垒墨Q Q z Q单位名称i 土篡扭叠堂生拉盎堂瞳邮编垒墨Q Q Z Q 申请学位级别亟 学科专业名称让簋扭座用拉苤 论文提交日期星Q Q 鱼 Q论文答辩日期2 Q Q 鱼 学位授予单位武这垄三太堂学位授予日期 答辩委员会主席 笔 盈 也评阅人丝鲨迦 1 丑 二盈 2 0 0 6 年1 0 月 摘要 与传统的会议形式相比 视频会议作为一种现代化的多媒体通信工具 它使 不同的人可以在不同的地点参加同一会议 从效果上来说 视频会议完全等价于 传统的现场会议 而其先进的技术 强大的功能及不受地理位置限制等特点使得 它能提高人们的工作效率 节约时间和经费开支 从而又绝对的优于传统的现场 会议 从这些方面来说 视频会议系统替代传统会议形式是可能的 本文首先对视频会议系统的发展状况进行了简要的介绍 同时阐明了视频会 议系统的I P 发展方向 对视频会议系统的相关技术进行了细致而深入的探讨 详尽地研究了H 3 2 3 标准和H 3 2 3 视频会议系统的体系结构 以此为基础提出了 系统的总体设计框架 此外 由于多点视频会议对实时性要求很高 该部分还对 实时传输协议R T P 及实时传输控制协议R T C P 做了简要的介绍 通常情况下 视 频会议系统在具体的实现上有多种控制方式和拓扑结构可供选择 在分析了目前 几种常用会议模型的基础上 本文选取了集中式多点会议为代表进行了详细的讨 论 熏点研究了如何在各种不同情况下实现系统的组网 提出了采用级联的方式 来解决用户终端数目过多的组网策略并给出需注意的问题 参照c s 服务模型 将会议系统分为客户端和服务器端两个部分进行模块化设计 详尽地分析了各个 模块的功能 基于H 3 2 3 标准的集中式会议系统必须以多点控制单元M C U 为中心 进行通信 将组播技术应用于其中将会极大地节省网络带宽 提高传输效率 所 以本文也对该技术做了重点的分析和讨论 着重研究了如何实现将组播技术应用 于多点会议的通信 现有的网络对Q o S 概念的支持还比较弱 多数网络虽然允许 用户说明其对Q o S 的要求 但是通常并不保证满足用户的Q o S 要求 因此关于如 何保证视频会议的服务质量也将是本文论述的重要内容之一 会议的管理和控制 是多点视频会议系统的核心 本文在之前内容的基础上详细描述了会议管理的策 略和控制流程 最后 本文对所做的工作进行了总结 关键宇 视频会议 H 3 2 3 集中式视频会议系统 组播技术 A b s t r a c t C o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lc o n f e r e n c e t h ev i d e oc o n f e r e n c e a st h em e a n so f m o d e mc o m m u n i c a t i o np l a t f o r ma n di n f o r m a t i o ne x c h a n g i n g m a k e si t p o s s i b l ef o r p e o p l ei nd i f f e r e n tp l a c e sa t t e n dt h es a m ec o n f e r e n c ea tt h es a m et i m e O nt h eo n e h a n d v i d e oC o n f e r e n c ee q u a l st r a d i t i o n a lC o n f e r e n c eq u i t ew e l li nt e r m so fi t se f f e c t 0 nt h eo t h e rh a n d i te n j o y sm a n ya d v a n t a g e so v e rt r a d i t i o n a lc o n f e f e n c ei ns u c h a s p e c t sa sa d v a n c e dt e c h n o l o g y p o w e r f u lf u n c t i o na n dn o n g e o g r a p h i c a ll i m i t s A l l t h e s em a k ep e o p l ew o r km o r ee f f i c i e n t l y m o r eq u i c k l ya n dm o r ee c o n o m i c a l l y F r o m t h ea b o v e i ti sn o th a r df o ru st os a yt h a ti ti sa b s o l u t e l yp o s s i b l et or e p l a c et r a d i t i o n a l c o n f e r e n c ew i t hv i d e oc o n f e r e n c e A tt h eb e g i n n i n g a p p e a r a n c e h i s t o r ya n dI Pd i r e c t i o no fv i d e oc o n f e r e n c e s y s t e ma r ei n t r o d u c e d a n dt h e nt h i sp a p e rd i s c u s s e st h et e c h n o l o g i e sc o n c e m i n g v i d e oc o n f c r e n c ei ng r e a td e t a i la n dd e p t h e s p e c i a l l yt h eH 3 2 3p r o t o c o la n dt h e s t m c t a r eo fH 3 2 3v i d e oc o n f c r e n c es y s t e m B a s e do nt h i s t h ea l l t h o rp r o p o s e st h e f r a m eo ft h ed e s i g n B e s i d e s f o rt h eh i 曲d e m a n d so fr e a l t i m eo fm u l t i p o i n tv i d e o c o n f e r e n c e t h i sp a r ta l s og i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h er e a l t i m et r a n s p o r t a t i o n p r o t o c o lR T P a n dt h er e a l t i m et r a n s p o r t a t i o nc o n t r o lp r o t o c o lR T C P M o r eo f t e nt h a n n o t v i d e oc o n f e r e n c e i np r a c t i c a lu s e h a ss e v e r a lc h o i c e si nc o n t r o lm a n n e ra n d t o p o l o g ys t m c t u r e A f t e ra n a l y z i n gs e v e r a lc o m m o nc o n f e r e n c em o d e l sn o w a d a y s t h i sp a p e rc h o o s e st h ec e n t r a l i z e dm u l t i p o i n to n ea st h em a i nr e s e a r c ht a r g e t I tp a y s s p e c i a la t t e n t i o nt ot h ew a y so fi m p l e m e n t a t i o ni nd i f i e r e n ts i t u a t i o n s I tp o i n t so u tt h e s t r a t e g yo fc a s c a d eG K a n dM C Ut Ot r e a tw i t ht h ee x c e s s i v en u m b e ro fc u s t o m e r sa n d s i n g l e so u tt h ep o s s i b l ep r o b l e m s I nt h i sp a p e r v i d e oc o n f e r e n c es y s t e mi sd i v i d e d i n t oc l i e n ta n ds e r v e rt ob em o d a l l yd e s i g n e da c c o r d i n gt oC Sm o d e la n dt h ef u n c t i o n o fe i t h e ri sa n a l y z e di ng r e a td e t a i l F o rM C Ui st h ec e n t r ei nt h eH 3 2 3t e n t r a l i z e d v i d e oC o n f e r e n c es y s t e m i tw i l ls a v en e t w o r kb a n d w i d t ha n di m p r o v et r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c yt oa p p l ym u l t i c a s tt e c h n o l o g yt ot h es y s t e m S o t h i sp a p e ra l s oa n a l y z e s a n dd i s c u s s e st h et e c h n o l o g y e m p h a s i z i n gt h ew a y so fr e a l i z i n gt h ea p p l i c a t i o no f m u l t i c a s t t e c h n o l o g y t ot h ec o m m u n i c a t i o no fm u l t i p o i n tv i d e oc o n f e f e n c e N o w a d a y s t h o u g hm o s tn e t w o r k sa l l o wt h e i rc l i e n t st om a k er e q u i r e m e n t st o0 0 S t h e yd on o ta s s u r et h e mi nt h em o s tc a s e s T h u s t h i sp a p e ri n c l u d e st h ee s s e n t i a l i s s u e so nh o wt oa s s u r et h es e r v i c eq u a l i t yo fv i d e oc o n f e r e n c e T h em a n a g e m e n ta n d c o n t r o lo fv i d e oc o n f e r e n c ei st h eC o r eo f m u l t i P o i n tc o n f e r e n c es y s t e m B a s e do nt h e p r e v i o u sp a r t s m a n a g e m e n ts t r a t e g ya n dc o n t r o lp r o c e d u r eo fv i d e oc o n f e r e n c ea r e d e s c r i b e di ng r e a td e t a i l L a s t l y t h ea u t h o rm a k e sas u m m a r yo fa l lh ed i da n dp o i n t s o u th i so w ni d e a s 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 C e n t r a l i z e dV i d e oC o n f e r e n c eS y s t e m M u l t i c a s tT e c h n o l o g y I I 此页若属实 请申请人及导师签名 独创性声明 本人声明 所呈交的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 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 也不包含为获得武汉理工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己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 孟舀翻日期坦 2 盔 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留 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内容 可以采用影印 缩印或其他复制 手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 研究生签名 注 请将此 日期麴 尘 武汉理工大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 视频会议系统简介 基于I P 的视频会议系统是人们的交流方式与科技相融合的产物 并伴随着 计算机网络 多媒体技术和通信技术的发展而逐步得到广泛的应用 它借助于专 用的物理设备 通过传输信道如局域网 I n t e r n e t I n t r a n e t 无线网或者卫星 在两点或者多点间建立可视通信 实现图像 语音及数据交流 从而营建一个多 人共享的工作空间 在视频会议召开的过程中 与会者利用用户终端 摄像机和 话筒既能实时地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 即可实现与对方会场的参会人员进行研讨 或磋商 在效果上完全等同于现场会议m n 基于I P 的视频会议系统遵循H 3 2 3 标准 随着时延问题被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 互联网工程任务组 技术和标准 如组播技术 带宽 预留协议和实时控制协议 逐步解决 基于I P 的视频会议方案把终端互操作性和 高传输性能结合了起来 支持在一个网络环境中同时召开多个独立会议 在多点 控制单元 M c U 上实现多点会议的管理和控制 就标准而言 资源预留协议有 助于避免网络拥塞 保证了视频会议的传输质量 实时传送协议虽然不能保证数 据传输的完整性 但能利用时问戳方法处理好定时关系 使传输过程中的数据顺 序不被打乱 实现了音频和视频流的实时传输和控制 解决音频和视频流的同步 视频编解码采用H 2 6 1 H 2 6 3 算法 视频通信将会变得更容易 费用会更低廉 视频会议系统传送的是多媒体数据 与普通数据不同 由于声音和动态图像 的源信号数据量较大 无法直接在一般条件的数字线路上传输 同时 基于对实 际使用效果的要求 用户还期望传送的声音 图像信号连续平滑 安全性高 其 它辅助功能使用简捷 要达到这样的效果 系统在声音 图像压缩 通讯线路条 件 数据 应用程序共享等方面都对技术提出了很高的要求 视频会议系统也因 此而成为世界范围内广泛研究的焦点之一 随着我国I P 宽带网络的初具规模 宽带用户大量发展 I P 视频会议技术的 标准逐渐成熟 视频设备的价格走低以及I P 视频会议的各种潜在应用优势 基 于I P 技术的H 3 2 3 标准组网方式得到了世界范围内越来越广泛的应用 其主要 优势表现在三方面 连接的广泛性和易用性 可以方便地将视频会议系统延伸到 企业的各个层面 建设成本较低 可以有效地降低企业通信费用 特别是高速通 武汉理工大学硕士学位论文 信的费用 可以在一种网络上开展多种业务 并能同时支持多种企业通信业务 如话音 数据和视频业务等 考虑到多数企业已有的网络资源和应用条件 选择 广泛而灵活的H 3 2 3 标准作为视频会议建设的基本标准应是明智之选 I P 视频 会议的普及将成为I P 网络行业新的市场发展亮点 1 2 视频会议的发展历程 视频会议系统的历史可追溯到上世纪6 0 年代初 发达国家开始进行会议电 视的研究 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 会议电视在理论研究和实用系统研制方面也得到了迅速发展 总的说来 其发展主要经历了模拟视频会议 数字视频会议和国际统一标准的数 字视频会议三个阶段 6 0 年代至8 0 年代是模拟视频会议发展阶段 由于所传送的信号为模拟信号 所需的传输带宽高 使得价格相当昂贵 因此并没有得到广泛的应用 进入7 0 年代后 由于视频会议相关技术领域的长足进步 最主要是数字式传输的出现 传统视频会议系统所用模拟信号的采样或传输方法也得到极大的改善 数字信号 处理技术开始走向成熟 从总体看 7 0 年代视频会议系统的发展处于相对平静 的时期 但视频会议系统的研究工作并未中断 进入8 0 年代中期 通信科技发 展迅猛 编码和信息压缩技术的发展 使得视频会议设备的实用性大为提高 但 此时的视频会议系统由于价格和技术的因素 仍只限于高档的会议室视频会议系 统的应用 从而限制了视讯会议系统的进一步普及 9 0 年代初期至1 9 9 5 年是I S D N I n t e g r a t e dS e r v i c eD i g i t a lN e t w o r k 综 合业务数字网 上数字视频会议的发展阶段 由于视频压缩技术的进步和I S D N 技术及标准的成熟 该阶段是视频会议发展较快的一个时期 9 0 年代初期 第 一套国际标准H 3 2 0 获得通过 不同品牌产品之间的兼容性问题得到解决 配合 H 2 6 1 视频压缩集成电路技术的开发 视频会议系统也有朝小型化发展的趋势 在1 9 9 2 1 9 9 5 年期间 中小型视频会议系统成为视频会议应用中的主要产品 1 9 9 5 年以后 针对不同的网络应用环境 I T U I n t e r n a t i o n a l T e l e c o m m u n i c a t i o n sU n i o n 国际电信联盟 先后制定了许多视频会议标准 1 9 9 6 年 随着在数字信号处理领域出台了低比特率的压缩标准 H 2 6 3 I T U T 又通 过了适合于极低速率通信网络 P S T N 的H 3 2 4 标准 同时 I T U T A 也为适用于 A T M 环境的视频会议系统制定了两套标准 H 3 2 1 系列标准和H 3 1 0 系列标准 1 9 9 6 年1 0 月I T U T 又针对I n t e r n e t 上多媒体视频会议系统制定了H 3 2 3 系列标准 为那些与I n t e r n e t 和I n t r a n e t 相连的视频会议系统提供了甄通的标 准 会议电视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 2 武汉理工大学硕士学位论文 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会 议电视系统 视频会议系统自1 9 9 3 年进入我国 在近1 0 年得到了快速的发展 从政府机 关 金融系统逐渐发展到远程医疗 远程教学 企业管理等领域 国内 外很多 科研机构和厂商都进行了多点视频会议通信系统的研究 并推出了各自的视频会 议产品 目前视频会议的应用越来越广泛 己成为一种实时通讯工具 同时它更是一 个行之有效的提高人们工作效率的途径 视频会议打破了传统的会议模式 使得 会议不局限于地理位置 可以在任何时间跨地域进行面对面的视频交流 不必奔 波于劳累的旅途中 而且随着视频会议的发展 它己不仅仅用于会议的召开 更 是广泛的应用于商务应用 远程监控和远程教学等各个领域中 1 3 视频会议的IP 发展方向脚 I n t e r n e t 是使用分组交换的计算机网络 从理论上讲并不能很好地支持实 时应用 但由于采用交换型的H u b 和高速网络技术 1 0 0 M b s 主干网也提高了 速率 网上计算机的实际通信速率越来越高 因此 在I n t e r n e t 网上实验实时 视频 音频的视频会议系统已取得很好的效果 例如 美国P i c t u r eT e l 公司和 C o n c e n t r i c 网络公司联合提供了一种基于I P 协议的视频会议方案 可运行于企 业网 I n t r a n e t 并最终将扩展到I n t e r n e t 上应用 已经安装了I S D N 视频会议系统的用户 可以通过使用L A N W A N 网关来转向 I P 视频会议 例如 在I S D N 桌面视频会议系统中安装一个适配单元 使基于I S D N 的系统也可应用于I P 由于I n t e r n e t 商业化的巨大成功 他将成为仅次于P S T N P u b l i cS w i t c h e d T e l e p h o n eN e t w o r k 公共交换电话网 的第二大通信网 世界各国都将把 I n t e r n e t 作为当前多媒体通信网络的主流 甚至作为未来宽带多媒体通信网络 的第一阶段 鉴于这种发展形式 以I P 协议为基础的具有多媒体通信功能的应 用系统也将成为主要发展趋势 因此 在视频会议产业界 下一个研究 开发目 标就是基于H 3 2 3 建议的I P 视频会议产品及其市场 预计它具有很大的市场潜 力 1 4 视频会议系统的关键技术H 1 视频会议系统涉及到的技术内容非常多 但以下是视频会议必须解决的若干 3 武汉理工大学颓士学位论文 关键技术 多媒体信息处理技术 多媒体信息处理技术主要是针对各种媒体信息进行压缩和处理 对于视频会 议来说 就是要寻找一种有效的表示图像或语音信息的符号代码 以此作为传输 的内容 接收端只要依据一定规则就可以从这些代码中恢复出语音或图像的内 容 即在保证一定图像和声音质量的前提下 寻求一种更有效的压缩算法 将图 像 声音数据压到最低 这 过程就是图像或语音信号的压缩编 解码过程 视频会议技术涉及到的另一个重要信息处理技术就是多媒体信息的混合技 术 在系统中 需要将多路视频或音频信号进行混台 形成一路总的信号 由于 各路音视频信号往往是经过编码的 因此信号的混合技术也是具有相当难度的 2 服务质量保证技术 I P 网络是采用 尽力而为 的方式传输数据报的 在传输多媒体信息时没 有服务质量保证 因此 在1 P 网络上如何保证服务质量一直是国内外研究的热 点 对于视频通信来说 服务质量显得尤为重要 虽然目前已经有了一些解决技 术 如资源预留 R S V P 区分服务 D i f f S e r v 等等 但要想真正在全球范围 内解决端到端的Q o S Q u a n l i t yo fS e r v i c e 服务质量 问题还需要一定的时 间 3 多点控制技术 视频会议属于多方之间的协作通信 而且涉及的媒体种类较多 因此有效的 多点控制方法非常重要 这也是多点协作通信的基本要求之一 限于目前通信网 络的实际 在视频会议中一般由M c u 来完成这一功能 l c u 必须具备对视频会议 整个网络进行有效控制的功能 以及对整个系统进行有效管理的功能 使得系统 能非常逼真的模仿我们平时实际开会的方式 如主席发言 与会者发言等等 4 通信传输技术 主要研究适合视频会议需要的各种通信传输平台 根据各种网络和接口技术 的特点 研究较佳的传输技术和组网方案 并且根据现有网络的特点 寻求最佳 的可靠传输大容量多媒体数据流的解决策略和算法 以及为了保证多媒体表现质 量的各种多媒体数据流的同步传输和表现技术 1 5 论文结构 全文共分为六章 其结构如下 第一章 引言 主要介绍了视频会议系统的发展状况 应用前景及关键技术等等 4 武汉理工大学硕士学位论文 第二章 基于H 3 2 3 的视频会议系统 介绍了目前常用的几种视频会议标准 重点分析了H 3 2 3 协议栈及其体系结 构 并提出视频会议系统的整体设计框架 最后 对实时传输控制也做了简要的 介绍 第三章 H 3 2 3 视频会议系统体制分析 描述了在不同的系统控制方式下 三种会议模式 集中式 分布式 混合式 各自的体制特点 并以集中式会议为代表着重讨论其拓扑结构和组网策略 第四章 会议系统C S 模型设计 以集中式多点会议为控制方式 给出c s 服务模式下服务器端和客户端的模 块结构并进行详尽的分析 同时对视频会议的组播技术和服务质量控制等问题进 行了讨论 第五章 会议系统的管理与控制策略 基于前四章的内容 对视频会议系统的管理和控制策略进行了描述和设计 第六章 结论 对本论文的主要内容进行了简明扼要的总结 5 武汉理工大学硕士学位论文 第二章基于H 3 2 3 的视频会议系统 视频会议系统是一个融集成性 交互性和同步性的系统 协议是其赖以生存 的规则 也是产业兴旺发达的前提 标准化的协议对于保证视频会议数据的实时 传输 Q o S 服务 通信设备的互连互通等都起着关键性的作用 2 1 视频会议系统的三种协议标准 随着网络规模的不断扩大 视频会议系统在其发展过程中 制定了一系列的 协议标准 目前被广泛使用的标准包括 H 3 2 0 标准 H 3 2 3 标准及S I P S e s s i o n I n i t i a t i o nP r o t o c 0 1 视频会议标准 2 1 1H 3 2 0 标准 H 3 2 0 是I T U T 国际电信联盟 于1 9 9 0 年制定的基于同步电路交换网 I S D N 上的视频会议标准 我国早期建设的视频会议系统大多采用这种协议框架 电路 交换网络的特点是面向连接 传输速率和时延稳定 时延小 误码率低 因而视 频会议的质量容易得到保证 但是 其缺点也是非常明显的 它要求网络必须进 行点到点的永久连接 带宽利用率低 开放性较差 并且视频会议的召开依赖于 带外信令 集中的路由控制和昂贵的交换设备 随着通信技术的快速发展以及I n t e r n e t 商业化的巨大成功 多媒体会议系 统趋向于选择基于分组交换网络的网络承载 主流的视频会议标准正在向S I P 及H 3 2 3 过渡 2 1 2S I P 协议 S I P S e s s i o nI n i t i a t i o nP r o t o c 0 1 称为会话初始协议 是由I E T F I n t e r n e tE n g i n e e r i n gT a s kF o r c e 互联网工程任务组 组织于1 9 9 9 年提出 的一个在基于I P 网络 特别是在I n t e r n e t 的网络环境中 实现实时通讯应用的 一种信令协议 用于发起会话 控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结 并能动态调整和修改会话属性 如会话带宽要求 传输的媒体类型 语音 视频 和数据等 媒体的编码格式 对组播和单播的支持等 S I P 充分借鉴了H T T P H y p e r T e x tT r a n s f e rP r o t o c o l 超文本传输协议 6 武汉理工大学硕士学位论文 S M T P S i m p l eM a i lT r a n s f e rP r o t o c o l 简单邮件传送协议 这两个互联网上最 成功的应用层协议 其编码是文本方式 继承了互联网协议简单 开放 灵活的 特点 但S I P 本身即不支持会议描述协议也不提供会议控制功能 不利于多点控 制的会议的集中管理 1 2 1 3H 3 2 3 标准 H 3 2 3 协议是I T U T 制定的基于分组交换网上的多媒体通信标准 且专门为 不提供服务质量 Q u a l i t yo fS e r v i c e Q o S 保证的分组交换网技术制定 它包 含一系列协议 但主要应用于视频会议 H 3 2 3 是由H 3 2 0 发展而来的 运行于现有的分组交换网络 该标准支持点 对点和点对多点之间的会议呼叫控制和管理 实现了与各种不同的网络和多媒体 终端之间的互通性 通过网关 H 3 2 3 实体可以与H 3 2 0 终端 提供Q D S 保证的 局域网上的H 3 2 2 终端等进行互连互通 用户无需建立专网和部署昂贵的视频终 端设备就可以进行视频会议 大大节省了费用 因此 H 3 2 3 标准受到了广大用 户和生产厂商的普遍欢迎 2 1 4 视频会议标准的选择 在以上所介绍的三种视频会议标准中 本课题选择了国际电信联盟 I T U 的H 3 2 3 协议系列作为视频会议系统开发的标准 其理由如下 1 随着I n t e r n e t 的广泛普及和多媒体通信技术的飞速发展 视频会议系统 已经非常明显地趋向于选择基于分组交换网的网络承载 1 9 9 6 年6 月国际电信 联盟制定的局域网上的多媒体通信系列标准H 3 2 3 v i 是从H 3 2 0 发展而成的 它 应用于分组交换网 并且是专门为不提供服务质量保证的局域网技术制定的 此 后 H 3 2 3 协议又经过了不断的扩充和修订 目前已发展H 3 2 3 v 4 版 其框架标 准 协议规范已经相当成熟 这使得H 3 2 3 标准迅速成为多媒体通信系统的最为 广泛应用的标准 2 H 3 2 3 协议是为多媒体会议系统而提出 S I P 有着与H 3 2 3 完全不同的设 计思想 它是一个分散型的协议 其出发点是以现有的I n t e r n e t 为基础来构架 I P 电话业务网 尽管S I P 已经受到众多业内人士的支持 但目前安装S I P 的实 例几乎没有 因此 要想在已广泛普及的I P 网上开展视频会议 H 3 2 3 标准是 最佳的选择 3 H 3 2 3 标准完全建立在通用的 开放的计算机网络通信基础之上 能够 7 武汉理工大学硕士学位论文 方便地实现H 3 2 3 会议结点设备与其它I T U 如H 3 2 0 标准相兼容的终端之间的 的互通 从而保护用户已有的投资 4 国际电信联盟关于H 3 2 3 的架构明确指出H 3 2 3 作为I n t e r n e t 上所有多 媒体应用的基础 而I P 电话的商业应用就基于此协议 因此 I P 电话业务的不 断扩展以及I P 电话的巨大发展潜力为H 3 2 3 系统的开发提供了良好的前景 而 基于H 3 2 3 标准所开发的软件和设备都有可能应用到I P 电话的系统中去 2 1 5H 3 2 3 的主要优点嘲 尽管a 3 2 3 最初只被设计用来在I P 网上传输音频和视频数据 但是目前它 已经得到了更广泛的应用 其主要优点体现在以下几个方面 1 标准化的编码 解码 C o d e c H 3 2 3 提供了多种媒体编 解码方式以此保证来自不同供应厂商设备的共同 支持 2 互操作性 用户希望在通信时无需担心接收端的兼容性 除了保证接收端能解压信息 H 3 2 3 还提供了在客户端之间调整性能 为会议设置共同的性能的方法 标准也 建立了公共的呼 q 设置和控制协议 3 网络无关性 H 3 2 3 被设计成运行在通用的网络体系结构之上 随着网络技术的发展 以 及带宽管理技术的进步 基于H 3 2 3 的解决方案将能获得这些进步所带来的好 处 4 平台及应用的独立性 H 3 2 3 不依赖于任何特定的硬件和操作系统 H 3 2 3 兼容的平台可以有多种 规格和类型 包括支持视频的个人计算机 专用平台以及功能齐全的产品包 5 多点支持 H 3 2 3 能支持三点或更多点的多点会议 虽然H 3 2 3 可以在不需要专门的多 点控制单元 M C U 的情况下支持三个或更多的终端设备的会议 但M C U 提供性能 良好 结构灵活的功能 M C U 可以是一个H 3 2 3 系统的构成元素 6 带宽管理 视频和音频传输对带宽要求很高 若不加以监控 会阻塞网络 a 3 2 3 通过 提供带宽管理来解决这一问题 能够对网络中并发的H 3 2 3 连接数以及H 3 2 3 应用可获得的带宽总量进行限制 一方面 这些限制保证了网络上的关键应用不 会被中断 另一方面 又为网络上的其它应用保留了足够的资源 每个H 3 2 3 8 武汉理工大学硕士学位论文 终端都能针对每一会话提供带宽管理 该机制 称之为自动带宽管理 能根据网 络的状况 延迟 抖动和丢包率 提示或降低视频传输率 7 多点发送支持 H 3 2 3 能在多点会议中支持组播功能 组播将单一信息包送至网上多个目 标 而无需重复传送 组播组中所有的工作站 且只有这些工作站 将从单一信 息中读取信息 这能更有效地使用带宽 相反 单点发送是多次进行点对点发送 而广播发送是将数据发送给所有目的 这两种发送方式由于数据包的重复发送使 得的网络使用效率低 8 灵活性 一个H 3 2 3 会议能够包括具有不同功能的终端 比如说 只有音频功能的 终端也能参加具有音频 视频或数据功能的终端所进行的会议 而且 一个H 3 2 3 多媒体终端能够与一个只具有T 1 2 0 数据功能的终端分享会议的数据部分 同时 与其它的H 3 2 3 终端分享声音 图像和数据 9 网间会议 许多用户希望与远地进行视频会议 在H 3 2 3 环境中 通过直接的P P P P o i n t t oP o i n tP r o t o c o l 点对点协议 连接或企业I n t r a n e t E x t r a n e t 甚至I n t e r n e t 这种希望成为可能 H 3 2 3 也提供一种连接基于包交换的视频会议系统与基于电 路交换或基于I S D N 的视频会议系统的手段 H 3 2 3 使用不同视频会议标准中共 同的编解码技术来减少或消除协议转换 从而提供优化的性能 2 2H 3 2 3 协议的概念 H 3 2 3 协议作为国际电信联盟 I T U 制定的通讯标准 定义了分组交换网上 提供多媒体通信服务的终端与设备所需的系列协议 如功能部件 通信过程和在 分组网上提供声音 图象和数据通信所需的协议 H 3 2 3 协议适用于能提供可靠 传输 T C P 和不可靠传输 T C P 机制的分组交换网络 支持I n t e r n e t 上的可 视电话和视频会议 为I n t e r n e t 和I n t r a n e t 上的通信产品的互通提供了标准 2 2 1H 3 2 3 协议的发展历史和现状 I T U T 于1 9 9 6 年1 1 月公布了第一版H 3 2 3 v l 协议 即 不保证服务质量的 局域网上的可视电话系统与设备 标准 它当初的目的是定义一种在局域网网络 环境下进行多媒体通信应该遵循的标准 这也是适应了当时网络技术的实际情 况 当时的网络还没有现在这么高的速度 也没有支持一定服务质量 O o S 的 9 武汉理工大学硕士学位论文 技术 随着技术的进步和对v l 扩展新功能的需求 1 9 9 8 年1 月I T U T 推出了第二 版H 3 2 3 v 2 协议 此时名称变成 基于包的多媒体通信系统 v 2 提出了在终端 或网关 和路由器中采用R S V P R e s o u r c eR e s e r v a t i o nP r o t o c o l 资源预留协 议 实现一定的Q o S v 2 增加了安全 性能 补充呼叫业务 可扩展性方面的内 容 可以看出 H 3 2 3 从第2 版开始增加了构筑电信级I P 电话网的特性 1 9 9 9 年9 月 I T U T 通过了第三版H 3 2 3 v 3 v 3 在v 2 基础上又进了一大步 v 3 增加了H 3 2 3 和H 2 2 5 0 的几个附录 这样加强了H 3 2 3 的系统结构以更好 地适应和P S T N P u b l i cS w i t c h e dT e l e p h o n eN e t w o r k 公共交换电话网 的综 合 这样从第三版开始H 3 2 3 具备做电信级大网的特征 由于V o I P V o i c eo v e r I n t e r n e tP r o t o c o l 互联网电话或I P 电话 技术的大量使用 I T U T 于2 0 0 0 年 1 1 月通过了第4 版H 3 2 3 v 4 v 4 比v 3 在很多重要的领域都有增强 比如 可靠 性 可扩展性 适应性 这些新的特点使得网关以后的升级更容易 满足了日益 增长的市场要求 9 2 2 2H 3 2 3 协议栈分析 n 3 2 3 系统中的通信可以看成是视频 音频 数据和控制信息的混合 其协 议栈如图2 1 所示 音频应用视频应用 终端控制和管理数据应用 G 7 x xH 2 6 xH 2 2 5 0H 2 4 5 R r P 呼叫媒体T 1 2 0 加密 信令信道系列 肿 控制 不可靠传输U D P可靠传输T C P 网络层 链路层 物理层 图2 1H 3 2 3 协议栈结构 H 3 2 3 协议包括若干协议标准 它们互相联系构成一个协议栈 H 2 2 5 0 和 H 2 4 5 是H 3 2 3 系统的核心协议 前者主要用于呼叫控制 后者主要用于媒体信 道控制 终端运用H 2 5 5 0 呼叫控制信令来建立两个H 3 2 3 终端间的连接 呼叫 I O 武汉理工大学硕士学位论文 信令信道的开启先于H 3 2 3 终端问的H 2 4 5 信道和其它任何逻辑信道的建立 H 2 4 5 控制信道承载管理H 3 2 3 系统操作的端到端控制消息 包括能力交换 逻 辑信道开启 模式优先权请求 流量控制消息及通用命令和指示 H 3 2 3 协议框架必须实现音频编 解码 音频编码采用相应的G 系列建议 其中G 7 1 1 为必备编码方式 其余 如G 7 2 9 G 7 2 3 1 为可选方式 视频编 码为可选模块 采用H 2 6 x 系列建议 如H 2 6 1 H 2 6 3 和H 2 6 4 等 上述音频 和视频编码信号均封装在R T P 协议分组中 以提供定时信息和数据报序号 供接 收端进行信号重组 数据传输则需要T 1 2 0 协议 另外 H 3 2 3 协议族 支持多点功能 组播和带宽管理 与传统的H 3 2 0 相 比 具备相当的灵活性 支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的 会议 2 2 3 多媒体会议传输标准 T 1 2 0 系列建议 1 T 1 2 0 简介 T 1 2 0 系列建议是多媒体会议环境下多点数据通信服务的框架标准 在一个 数据会议中 任意的会议参加者之间都可以进行通信 T 1 2 0 建议对一般功能 如文件传输 静止图形交换及共享白板定义了标准化的应用协议 为两个或更多 的多媒体终端之间多种数据通信提供服务 T 1 2 0 协议可在各种网络上应用 如 P S T N 公共电话交换网 I S D N 综合业务数字网 B I S D N 宽带I S D N L A N 局域网 等 应用系统可在不同网络的终端上无缝地运行 协同工作 2 T 1 2 0 模型组成 如图2 2 所示 T 1 2 0 模型由通信基础和一系列的应用协议组成 包括了标 准应用和非标准应用 图中虚线框内表示了T 1 2 0 建议的范围及每一个协议与系 统其它要素之间的关系 一般每一层为上一层提供服务 利用下一层提供的服务 发送P D U 协议数据单元 与对等层通信 其中 I T 1 2 2 和T 1 2 5 用于数据会议的多点通信服务 M C S 负责多点数据传送 令牌管理等功能 2 T 1 2 3 为对应的特定网络传输的协议 在不同的网络上实施T 1 2 0 协议 的差别反映在T 1 2 3 的层次不同 3 T 1 2 4 是数据会议的管理和控制协议 负责会议的建立 继续和停止 会议的各种登记和控制 4 T 1 2 6 T 1 2 7 协议分别用于多点问传输静止图象和二值文件的规程 武汉理工大学硕士学位论文 按照T 1 2 0 系列协议 可在一组网络节点 如会议终端和M C U 之间建立会 议 可对会议节点进行身份识别 对会议内容进行登记 对会议性能进行协商 可灵活地管理这些要素之间的通信 一 J 图2 2T 1 2 0 系列建议结构 T 1 2 0 系列协议中 对于会议和群体协作工作的环境下T 1 2 3 T 1 2 2 T 1 2 5 以及T 1 2 4 是强制性的 其他应用协议如T 1 2 6 T 1 2 7 是有条件实旌的 这就 保证了既可以得到协同工作的基本层次结构 又不禁止用户自定义的上层应用模 式 只要所有参加会议的要素都支持这种模式 2 2 4T O P 和U D P 在f 1 3 2 3 协议栈中 使用T C P 协议完成面向连接的传输 可靠的T C P 连接提 供了数据包传输时的流量控制 连续性以及正确性的保证 但这样会增加传输时 延 时延抖动和占用的带宽 H 3 2 3 将可靠的T C P 用于H 2 2 5 0 H 2 4 5 等控制 和呼叫信令信道以及T 1 2 0 数据信道 由于音频和视频信息允许一定的数据包传输差错 但对时延及抖动有较高要 求 所以采用不可靠的 非连接的用户数据报协议 U D P 传输 U D P 传输过程相 对于T C P 要简单快捷 因而其传输时延较T C P 也小 P A S 信道也使用U D P 协议传 输 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 5R S V P 协议 H 3 2 3 视频会议系统是基于I P 网络的 因此为一个多媒体呼叫预留足够的带 宽是非常重要的 为此I E T F 组织定义了R S V P R e s o u r c eR e s e r v a t i o nP r o t o c o l 资源预留协议 使用R S V P 能在一定程度上为流媒体的传输提供Q o S R S V P 协议 的目的