西安邮电学院通信技术研究所
朱志祥 李 燕 汪陈伍 黄庭学
基于ＩＰ网络的视频会议（Ｄｅｓｋｔｏｐ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ），是利用视频技术和ＩＰ数据通信技术通过ＩＰ网络（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｉｎｔｒａｎｅｔ、ＬＡＮ／ＷＡＮ）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。与会者利用ＰＣ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。作为一种现代化的多媒体通信工具，它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、节约时间和经费开支等方面的重要价值已逐渐为人们所认识。
一、多点视频会议系统的组成
基于ＩＰ网络的多点视频会议系统一般由若干多媒体会议终端、ＩＰ网络和多点控制服务器组成。我们的实验系统是建立在局域网环境下的。会议终端是指配有视频采集设备摄像机和编解码卡、音频输入输出设备话筒和音箱以及终端应用程序的多媒体ＰＣ，多点控制服务器是一台高性能服务器。
实际的ＩＰ多点视频会议系统可以推广到广域网环境，例如ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ。
Ｈ．３２３标准包括了在无ＱｏＳ保证的分组交换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ＬＡＮ／ＷＡＮ、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｉｎｔｒａｎｅｔ以及使用ＰＰＰ等分组协议通过ＰＳＴＮ或ＩＳＤＮ的拨号连接或点对点连接。Ｈ．３２３建议中定义的多媒体会议系统主要是由：终端、网闸（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）、网关（Ｇａｔｅｗａｙ）和多点处理单元（ＭＣＵ）组成，其中网闸、网关是可选的。Ｈ．３２３建议还定义了组件——多点控制器（ＭＣ）和多点处理器（ＭＰ），这两个组件在功能上是独立的，除了ＭＣ必须存在于多点控制单元外，它们还可以存在于终端、网闸和网关中。我们设计的多点会议系统完全遵循ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２３标准，它包括组件终端、网闸、多点控制器ＭＣ和多点处理器ＭＰ，后三个组件构成了多点控制服务器（ＭＣＵ或ＭＣＳ），并实现ＭＣＳ的所有功能。
二、多点控制服务器与各会议终端之间的实时通信
１．多点视频会议的实现方式
在Ｈ．３２３标准中，多点会议有多种不同的实现方法和配置，我们把它分为三种：
·集中式多点会议
集中式多点会议是由一个多点控制单元或称多点控制服务器来组织会议，所有终端以点对点方式向多点控制服务器发送视频流、音频流和控制流。一个典型的集中式多点会议的多点控制单元由一个多点处理器和一个多点控制器组成。多点控制器遵循Ｈ．２４５控制协议对会议进行集中式管理。多点处理器进行混音、数据分配以及视频信号混合和切换，并将处理结果送回参加会议的终端。
·分散式多点会议
这种工作方式是传统的会议系统（如Ｈ．３２０）所没有的。分布式多点会议利用组播（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）技术来组织会议的，参加会议的终端向其它与会者终端以多点广播方式传送视频和音频信息，而无须在多点处理器集中进行。Ｈ．２４５控制信息仍然以点对点的方式向主多点控制器传送。
·混合式多点会议
混合式多点会议是集中式和分散式多点会议功能的组合。Ｈ．２４５信令以点对点的方式传送给多点控制单元，其余信号（视频和音频）通过多点广播的方式传送给参加会议的Ｈ．３２３终端。
从上述三种多点会议的实现方法可以看出，多点会议系统中数据连接的方式主要有两个：多个点对点方式和ＩＰ组播方式。多个点对点方式是指各会议终端都以点对点方式与ＭＣＳ进行通信，所有与会终端的音／视频流和控制流都要经过ＭＣＳ，势必造成ＭＣＳ所在网段的负载过重，网络带宽的利用率不高，从而使能够参加会议的视频终端的数量受到限制。ＩＰ组播是一种功能很强的数据传输方式，它可以有效地利用网络带宽，但是增加了终端的计算负载，终端需要混合、切换它们接收到的音／视频流。由于当前网络底层不能很好地支持ＩＰ组播技术，而且并不是所有的网络交换机和路由器都支持组播，因此我们的多点视频会议系统采用的是集中式多点会议，ＭＣＳ与会议终端之间建立多个点对点数据连接。
２．ＭＣＳ与会议终端间实时通信的实现
在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统平台上，我们的应用程序采用Ｗｉｎｄｗｏｓ Ｓｏｃｋｅｔ（套接字）来实现会议终端和ＭＣＳ之间的通信。套接字是网络通信的基本构件，是可以被命名和寻址的通信端口，使用中的每一个套接字都有一个与之相连的进程。Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔｓ的实现必须支持ＴＣＰ和ＵＤＰ两种类型的套接字（即流套接字和数据报套接字）。流套接字提供了一个面向连接、可靠的数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收的服务。数据报套接字提供一个无连接服务，不提供无差错保证，但数据报套接字可以提高信道利用率。依据Ｈ．３２３标准，传输音／视频数据采用支持ＵＤＰ协议的数据报套接字，传输控制信令和ＲＡＳ信令使用支持ＴＣＰ协议的流套接字。在ＴＣＰ／ＩＰ网络中，无论利用何种套接字，在两个不同终端上进行通信的进程间相互作用的主要模式是客户／服务器（Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ），即客户向服务器发出请求后，服务器提供相应的服务，因此在终端应用程序和ＭＣＳ应用程序中都有客户端和服务器端代码。
Ｈ．３２３标准框架中的Ｈ．２２５．０定义了初始的呼叫控制和终端对网闸（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）的登记、申请等消息。ＲＡＳ 信令功能使用Ｈ．２２５．０消息在终端和Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ之间完成登录、许可权认证、带宽改变、状态和脱离过程。ＲＡＳ信令信道在终端和Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ之间打开，并且在任何其它信道的建立之前进行。在我们设计的实验系统中只有一个网闸，在多点会议开始前，每一个与会者终端都必须在Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ处登记，发送请求注册登记的命令（ＲＲＱ），同时将要登记的信息（如别名、地址等）随之传送过去，网闸接受登记则回发ＲＣＦ作为注册确认，此时会议终端才能参加会议。当Ｈ．２２５．０消息建立了初始呼叫之后，在每一个会议终端和ＭＣＳ间都建立一个Ｈ．２４５控制信道。
每个会议终端与ＭＣＳ之间分别存在音频信道和视频信道，并在ＭＣＳ 中有与之对应的发送线程和接收线程。多点会议开始后，一旦会议组织者在ＭＣＳ上的与会者列表中选择主席和选定听众，主席终端会收到控制信息，并把音视频数据通过自己的发送线程发送给ＭＣＳ上与之对应的接收线程，该接收线程传递音视频数据缓冲区的地址给其它终端在ＭＣＳ上对应的发送线程，然后把数据发送给其它会议终端。选定听众的音视频数据通过同样方式传送给主席终端，至此，一个切换过程结束。会议过程中，若有某个终端申请发言，它必须向主席提出请求，主席同意后，它才能获得发言资格，这个过程也在ＭＣＳ的控制下进行。
实验证明，在视频会议系统中，只简单地使用数据报套接字传输音视频数据是不可行的，还必须在ＵＤＰ层上采用ＲＴＰ（实时传输协议）和ＲＴＣＰ（实时传输控制协议）来改善服务质量。实时传输协议提供具有实时特征的、端到端的数据传输服务。我们在音视频数据前插入包含有载荷标识、序号、时间戳和同步源标识符的ＲＴＰ包头，然后利用数据报套接字在ＩＰ网络上传输ＲＴＰ包，以此改善连续重放效果和音视频同步。实时传输控制协议ＲＴＣＰ用于ＲＴＰ的控制，它最基本的功能是利用发送者报告和接收者报告来推断网络的服务质量，若拥塞状况严重，则改用低速率编码标准或降低数据传输比特率，以减少网络负荷，提供较好的ＱｏＳ保证。
三、实验结果
在ＩＰ多点视频会议实验系统中，我们把多点会议系统中的三个会议终端分别置于陕西省数据通信局（西安）、咸阳数据通信分局和宝鸡数据通信分局进行测试，该系统跨越了１５５Ｍ ＳＤＨ网络、多个路由器和以太网交换机，如图２所示。系统中的会议终端可以通过ＩＰ地址或域名登陆到多点控制服务器上，由于多点控制服务器（ＭＣＳ）采用集中式控制方式，各个会议终端的音／视频流都通过ＭＣＳ切换和控制，因此多点控制服务器端所需的带宽相对于会议终端要大得多。在公用数据网络中，音／视频数据的实时性和传输质量与带宽有密切关系，而不论可利用带宽是多少，在共享的ＩＰ 网络中，带宽很少为常量，任何时候都会有不同类型的数据包和通道分享不同的网络段，用户可主要通过调节视频传输比特率来适应网络带宽。
在西安，该系统的一台会议终端和多点控制服务器与众多的上网用户共享２Ｍ带宽，出口带宽相对较窄，因此当我们把终端图像传输速率调到３８４ｋｂｉｔ／ｓ时，虽然图像质量较好，但是图像更新速率慢，而选择１２４ｋｂｉｔ／ｓ时，图像质量一般，但图像更新快，传输效果好；若把多点控制服务器放在宝鸡或咸阳，网段负载较轻时，终端传输速率调整到３８４ｋｂｉｔ／ｓ或２５６ｋｂｉｔ／ｓ，各点视频终端的图像质量和传输质量都能得到较好的保证；若此系统中的各会议终端和多点控制服务器放在同一网段上，视频传输速率还可达到到７６８ ｋｂｉｔ／ｓ，图像质量更加清晰流畅。此外，在上述几种情况下，系统都能够实现唇音同步。
四、结论
测试结果证明， 我们设计的ＩＰ多媒体视频会议系统已经能够在局域网ＬＡＮ和以路由器为连接基础的广域网ＷＡＮ上得到应用，音视频效果、稳定性以及性能价格比已完全能满足商用化的需求。该系统不仅可用于视频会议，还可应用于远程教学、远程医疗、商务管理等多种领域。
----《通信世界》
|
