网络视屏会议

网络视屏会议技术和原理简介•组员：易卫华陈谦陈洁徐明权刘朋李凌泽视屏会议技术原理©2005,BDCOMVideoConferencingV1.0视频会议编码标准H.26x和MPEGH.26x是国际电信联盟（ITU）制定的标准，主要包括H.261、H.263和最新的H.264。MPEG是“运动图像专家组”的英文缩写，这个专家组是由国际标准化组织ISO和国际电子委员会IEC于1988年联合成立的，致力于运动图像及其伴音编码的标准化工作，MPEG制定的标准主要有MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。视频会议强大的功能多画面电视墙多方混音传输网络LAN桌面PCMCU网管流媒体会议控制台各网络协议工作网络层•摘要：本文主要论述了基于Internet视频会议技术的概念、原理。通过压缩编码技术和IP网络传输来实现视频通信的形式,IP视频端到端的几种方式，及网络的基本构成和各部分设备的主要作用，重点讨论了最新视频传输技术的协议规范H.323标准、H.261标准、H.263标准和SIP标准及其实现与网络相关的技术，并讨论了视频通信网的关键设备－VoIP网关和软件接口界面的实现方式。•关键词：VoIPIP视频会议H.323标准H.261标准H.263标准H.263+标准G.723标准G.729标准SIP标准VoIP网关网闸服务质量Qos•会议电视作为数字视频通信的先驱，已经发展20多年了，顺应三网合一的趋势，势必进入重要的转型阶段：即交互可视通信所依附的传输网络基础，由电路交换式的ISDN和专线网络向分组交换式的IP网过渡以及所针对的市场目标将由大型公司、机构会议室向小型的工作组会议室、个人工作桌面延伸，最终发展到家庭。由此，基于H.323的IP视频通信VoIP（VideooverIP）已成为实现最新视频传输技术的最佳方案。VoIP技术可以把视频信号作为数据包在IP网络上实时传输，这些网络都遵循TCP、RTP和UDP协议。其系统架构的原则是：简化网络管理，发展功能健全，提供低成本的网络视频通信系统。无论是Internet还是私有网络，这些已经被使用的数据网基本上都是可以支持H.323标准的IP网络。•目前使用最为广泛且发展前景最好的多媒体业务主要是视频会议、视频点播及可视电话等业务，而实现这一系列业务的核心就是会议电视体系标准。ITU-T的H系列标准是为多媒体会议而制订的，其中包含了视频编解码、语音编解码、复用、控制信令及传输速率等内容。视频会议基础•编码标准•视频会议体系结构•视频会议系统组成•各组成简介及功能•二、IP视频会议的技术原理及相应网络基础•IP视频会议的技术原理主要是运用了由ITU-T提出的最新视频技术协议:H.323标准。并通过VoIP（VideooverIP）技术得以实现。VoIP是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过压缩算法对语音和图像数据进行压缩编码处理，然后把这些视频数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些视频数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的视频信号，从而达到由IP网络传送视频的目的。•在VoIP系统中，模拟语音图像信号被数字化，并以数据包流的形式通过数据网进行传送。IP网络允许数据报各自独立的寻找最佳路径到达目的地，因此在任何时候都可以最大限度的利用网络资源。来自同一源地址的数据包会以不同的路径到达同一目的地，数据包到达时顺序可能是完全混乱的，带有不同的延时或根本就不能到达。然而在目的地这些数据包会被重新排序(不能到达的数据包则重发)并还原为原始的视频信号。VoIP技术可以保证正确的还原视频信号，弥补由于延时所带来的断续和丢包等现象。具体实现上，用户建立通话连接过程见图•IP视频会议通信主要采用三个技术：一是采用了压缩编码及基于TCP/IP的包交换技术；二是利用了具有统计复用的IP数据网；三是充分利用了现有的光纤传输技术，因此其资源占用率高。•IP视频信息以分组数据的形式在数据网中传输。因此，在视频终端和数据传输网络之间需要一个信源编码器，将连续的视频信号分割成一定长度的多个视频数据分组，并对其进行压缩处理，减小信源消息的多余度，降低传码率，提高传码的有效性。又因为采用基于TCP/IP协议的包交换技术，所以在传送前，将压缩后得到的数据封装到IP数据包中实现在IP交换网中的传输，因此网络上实际传送的码流并不是编码后输出净码流而是经过封装后的码流。它的一般封装形式为：在数据包前加上IP包头、UDP包头和RTP包头，通过增加这些冗余字节，达到寻址、提高可靠性等功能。封装的效率取决于一个RTP包中打多少数量的数据包。RTP包头所打的视频包越多，封装效率就越高，单位流量也就越小，电路利用率就越高。•信道编码是在信源编码的基础上，有目的的增加某些码元，使之具有纠错或检错功能，在IP视频通信中，就是在信源编码的基础上，在数据包前封装某些信息，例如寻址信息，使之能正确的传输到目的地。由于IP是基于TCP/IP协议的包交换技术，因此它在进行视频包交换时，每一个视频包前必须加上IP包头、UDP包头和RTP包头，这些包头如果采用某些压缩技术是可以达到提高网路利用率的目的，但随之产生的误码也将会增加，可使用信道编码中纠错或检错方法来解决。IP视频会议系统的网络构成•1.终端：IP电话终端包括传统的配置了摄像头、麦克风、耳机的计算机、即集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。其中该计算机需要配置相应的软硬件支持模块，如用户视频会议通信的软件模块，视频（H.263,h.263+），音频(G.711,G.723,G.729)硬件编码，解码模块。•1.终端：IP电话终端包括传统的配置了摄像头、麦克风、耳机的计算机、即集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。其中该计算机需要配置相应的软硬件支持模块，如用户视频会议通信的软件模块，视频（H.263,h.263+），音频(G.711,G.723,G.729)硬件编码，解码模块。•2.接入设备：接入设备即网络交换机，集线器等微机接入网络的设备，它的作用是接入网络，并与VoIP网关连接，使用户通过软件实现与其他视频会议者的通信。•3.VoIP网关：VoIP网关可以先对所需传送的IP视频通信的数据进行常用可靠加密算法如RSA，DES等加密（加密程度具体可以根据需要决定），以确保数据安全性，然后根据其数据报寻址信息（如虚拟的网络电话号码等），数据安全信息，正确可靠的把它传输到目的地—被叫用户的VoIP网关端，由被叫端的网关对IP数据包进行解密，还原为可被终端解码而识别的视频音频信号。这样，就完成了一个完整的电话到电话的VoIP电话的通信过程。•4.网闸（Gatekeeper）：网闸实际上是IP电话网的智能集线器，是整个系统的服务平台，负责系统的管理、配置和维护。网闸提供的功能有拨号方案管理、安全性管理、集中账务管理、数据库管理和备份、网络管理等等。网闸按管理作用的不同又可分为目录网闸、区域网闸，整网通过目录网闸同其他IP电话运营网络实现互通。•5.网管系统：网管系统的功能是管理整个IP电话系统，包括设备的控制及配置，数据配给，拨号方案管理及负载均衡、远程监控等•6.认证计费系统：认证计费系统的功能是对用户的鉴别用户是否为有权用户并对呼叫进行费用计算，同时提供相应的单据和统计报表。认证计费系统可以由IP视频会议系统制造商提供，也可以由第三方制作，但此时需IP电话系统制造商提供其软件数据接口。VoIP的关键技术•传统的IP网络主要是用来传输数据业务，采用的是无连接的技术，因此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数据业务对此要求不高，但视频数据属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。VoIP的关键技术包括：信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量（QoS）保证技术、以及网络传输技术等。网络传输技术•VoIP中网络传输技术主要是TCP和UDP，此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此VoIP中需要用RTP来传送视频数据。在RTP报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等，通常RTP协议数据单元是用UDP分组来承载，而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都很短。IP、UDP和RTP报头都按最小长度计算。VoIP话音分组开销很大，采用RTP协议的VoIP格式，在这种方式中将多路话音插入话音数据段中，这样提高了传输效率。此外，静音检测技术和回声消除技术也是VoIP中十分关键的技术。静音检测技术可有效剔除静默信号，从而使话音信号的占用带宽进一步降低到3.5kbit/s左右；回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响很大回声干扰，保证通话质量。这点在时延相对较大的IP分组网络中尤为重要IP视频会议技术的关键设备VoIP网关•VoIP网关由数字信号处理器DSP、主处理器、全局RAM、以及以太网卡等设备组成。它在发送端将视频信号编码压缩后的IP数据包根据虚拟的网络电话地址，找到目的IP地址，以实现数据在IP网络的正确传输到目的地接收端，在接收端完成分组数据包的拆包得到压缩数据，并转向多媒体计算机网络电话终端，实现远程的互联和会议通信。同时，根据用户保密需要，可以在VoIP网关设置加密解密模块，确保会议通信的保密性。VoIP网关通过交换机，路由器等连接分组交换网，如Internet、Intranet等，可实现接入网络的任意多台计算机的通信。在整个Internet视频电话系统中，VoIP网关分布在世界各地，处理当地的视频会议终端与Internet的接入和转发处理。网关接收标准视频信号，经数字化与压缩后，使用IP协议进行分组送到Internet，找出传输路由，通过Internet发往目的地。反之，接收Internet传输过来的数据分组，并转往网络电话终端，实现交互。接入和转出网络电话系统可同时进行，实现全双工通信。网络技术支持•支持TCP、UDP、RUDP、Multicast协议•支持二级转发服务器•适应Internet、城域网、局域网、VPN和卫星网络等多种网络•采用HTTP隧道技术来实现对防火墙的渗透，开放相应端口即可实现访问平台特性•在实现视频会议基本功能的基础上，考虑到今后可能的发展与扩展应用，选择的视频会议系统应具有一定的扩展与平台特性。•可以与其它软件进行整合，可以作为平台整合其它软件，最终实现统一登录，统一管理。视频会议系统结构设计•一般由多媒体会议终端、会议管理服务器、会议控制服务器、媒体服务器和系统数据库5部分构成。呼叫服务器（CS）是SIPProxy服务器，负责SIP消息的转发，并集成了注册服务器的功能。各组成部分的功能•多媒体会议终端•多媒体会议终端是用户用来参加会议的桌面应用程序。会议终端启动时会发送REGISTER消息向注册服务器注册，注册成功后便保持在线状态，可以随时发起呼叫或接收呼叫请求。在加入会议后，可以发送SUBSCRIBE请求，预定会议状态信息报告，以便获得最新的会议状态变更情况。与会者可通过多媒体会议终端进行申请发言、释放申请、释放发言等操作。可以进行即时消息的发送和接收，实现会议文字聊天功能。•会议管理服务器•会议管理服务器在图2中对应为Web服务器，主要完成通过Web界面管理会议的功能，包括会议的预定、修改和取消，会议策略的制定和修改等。另外，还可以通过会议管理服务器对会议控制服务器的系统参数进行配置，并提交到系统数据库保存。会议控制服务器在启动时可以从系统数据库将系统参数下载到本地，进行系统的初始化。•会议控制服务器•会议控制服务器主要由总控模块、Web管理模块、启动/注册模块、即时会议模块、会议状态通告模块、会议控制模块和会议列表等几部分组成。其中总控模块主要负责系统的初始化工作和各个模块之间的通信调度等功能；启动/注册模块主要负责会议的启动和结束等操作；会议状态通告模块负责完成会议状态信息通知服务，遵从RFC3