视频会议基础

目录第一章概述1.1视频会议定义1.2视频会议的发展历程1.3视频会议发展趋势1.4主要应用第二章视频会议技术2.1视频会议标准2.1.1概述2.1.2H.320标准2.1.3H.331标准2.1.4H.323标准2.2系统构成2.2.1视频终端2.2.2多点会议服务器2.2.3网守2.2.4网关2.3组网架构2.4视频技术2.4.1编码标准2.4.2高清视频技术2.5音频技术2.5.1数字化音频原理2.5.2编码标准2.5.3全向麦克风技术2.5.4自动增益控制2.5.5自动噪声抑制2.5.6回声消除2.6安全技术2.7QoS技术2.8接口技术2.8.1视频接口2.8.2音频接口2.8.3网络接口2.8.4控制接口第一章概述1.1视频会议定义视频会议是集声音、图像和数据于一身的信息交流方式，它具有实时、不限地域、双向传输等特点，并依赖网络进行信息传递。1.2视频会议的发展历程1964年，贝尔实验室研制出昀早的可视电话PicturePhoneMOD－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70年代，在匹兹堡和芝加哥间开始用于商业服务，采用PicturePhoneMOD－II，提供黑白静止或活动的点对点电视会议业务。80年代，日本制订了可视电话的TTC标准，在模拟电话网上传送黑白静止图像，显示屏清晰度100×100，5～6秒传送1幅图像。90年代，原CCITT提出了电视会议、可视电话的H．261建议，1990年10月通过，为各种产品的国际间互通提供了保证。此后，CCITT又制订了H．320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。但是，此时的网络状况非常不稳定并且带宽不理想，这样限制了视频会议系统的传输速度。视频传输在理论上可以达到30帧／s以上，能够与电视的视频传输速度相符（电视视频传输NTSC制式为30帧／s，PAL制式为25帧/s），而当时视频传输速度一般不超过15帧/s，这样一来，全动态的视频图像几乎是不可能的，得到的图像质量一般也都不太稳定，并且图像窗口尺寸也不尽人意，所以这种视频传输业务很难大规模地投入到商用视频通信市场中去。1997年3月是视频会议领域的发展过程中的重要时刻之一，ITU-T（国际电联电信委员会）发布了用于局域网上的视频会议标准协议——H.323，为那些与Internet和Intranet相连的视频会议系统提供了互通的标准，各厂商纷纷推出符合该标准的视频会议产品。在此以前，用于ISDN上的群视频会议标准协议——H.320一直主导着视频会议领域的技术和产品发展。而近几年来，随着国内外大型网络运营商对网络环境的建设和改造，以及ISDN、DDN、VPN、xDSL、ATM等技术的应用和推广，视频会议系统的使用环境也变得越来越好。因此无论是通讯行业还是IT行业，都对视频会议领域重新进行关注，视音频编解码技术趋于成熟；图像传输质量大为提高……到目前已发展了多种标准，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ITU－T的H．32x系列框架协议之上的，目前主要以H．320系列（包括320／321／322）和H．323应用昀为广泛，其相关标准如下：框架协议H.320H.321H.322H.323H.324适用传输网络电路交换网络（ISDN，DDN等）B-ISDN,ATM等有QoS的分组交换网络无QoS的分组交换网络PSTN,POTS模拟电话网视频标准H.261,H.263,H.264H.261,H.263H.261,H.263H.261,H.263,H.264H.261,H.263,H.264音频标准G.711,G.722,G.728,G.722.1,G.722.1.CG.711,G.722,G.728G.711,G.722,G.728G.711,G.722,G.728,G.722.1,G.722.1.CG.711,G.722,G.728,G.723复用H.221H.221H.221H.225.0H.223控制H．230,H.242H.242H．230,H.242H.245H.245多点协议H.231,H.243H.231,H.243H.231,H.243H.3231.3视频会议发展趋势随着网络应用的更加普及，视频会议有IP化、高清化、家庭化、无线化的发展趋势。1.3.1IP化视频会议传输的网络基础，由电路交换式的ISDN和专线网络向分组交换式的IP网络过渡，IP视频会议已经成为主流。在Internet上召开视频会议已经成为热点，但是Internet存在无法控制带宽、端对端时延、QoS得不到保证和安全等问题，相信这些不足在未来将通过技术手段不断得以改善。1.3.2高清化视频会议经过30多年的发展，会议效果特别是声音和图像效果已经有了极大的改善，尤其是昀近2年，高清视频会议系统已经开始了大规模的应用，支持720P甚至1080P图像格式的产品已经在网络资源较为宽裕的用户中使用。同时，随着视频会议的高清化，一些原来对图像质量要求比较高的场合，也逐渐成为视频会议的新战场。1.3.3家庭化视频会议发展之初，由于各项要求较高，其目标市场主要是大型公司和政府机构，随着设备价格的降低和网络环境的改善，其应用逐步向小型化延伸，包括工作组会议室、个人化的桌面，以至于家庭。家庭化是视频会议发展的昀终目标，虽然由于网络和终端用户价格等原因，视频会议家庭化的道路将会很漫长，这终将是不可抵挡的趋势。1.3.4无线化伴随着移动通信的普及，基于3G网络的无线通信和无线局域网为移动视频会议的发展拉开了序幕，也将慢慢走入到每一个人的工作和生活中。1.4主要应用（1）视频会议视频会议一直是会议电视的主要应用领域。而且由于Internet/Intranet视频会议系统在系统结构和功能实现上更加方便，传输费用大大降低。通过多播技术和实时传输协议，可以降低网络的负担同时提高服务的质量。因此，低成本、高效率的网络电视系统的应用前景将是十分可观的。（2）远程教育系统远程教育系统近几年在国内的应用发展速度很快。远程教育系统不受地域、时间的限制，使教育和专业培训面向个人成为可能。通过远程教育系统，更多的学生能有更多的机会接受教育。（3）远程监控系统现有的大多数监控系统是一种专用系统，只有在监控室才能观看。如果采用基于ISDN、LAN、IP的视频监控系统，则不论你在任何地方，只要能上网，通过认证和鉴权都可以查看结果。这样可以降低雇佣大量的安全人员在不同地点巡视的成本，同时更加高效、安全。（4）远程医疗系统远程医疗系统能允许医疗专家与病人进行远程咨询，并能使病人无论身在何处，都能获得有效的、经济的医疗服务。同时，处于异地的远程医疗终端也可共享大医院的高级医疗设备、共享宝贵的专家资源，为更多的病人提供服务。国内正在兴建的“金卫”工程就是包涵了几百个终端的远程医疗系统。（5）其他应用如视频点播业务、远程购物、电子商务等都是会议电视技术可以拓宽或延伸的业务，其原理也基本类似，只是它们的交互方式和对上下行的带宽要求有所不同。可以相信，随着网络技术的发展，当IPV6广泛使用和视频到桌面、到家庭后，这些应用将会把会议电视的应用推向一个新的广度和深度。第二章视频会议技术2.1视频会议标准2.1.1概述视频会议在电讯行业已经存在了30多年，但在90年代以前，这些系统一直使用专用的编解码硬件和软件，会议呼叫的各终端使用的编解码器必须来自同一个厂商，否则不能正常工作，这种非标准化系统产品的使用极大阻碍了视频会议领域的发展。1990年。CCITT通过了H.320标准，这才为各厂家产品的互连互通奠定了基础。视频会议发展到今天，已经趋于完善，针对不同的网络情况，ITU制定的标准主要分为以下几种：H.320:基于窄带ISDN网络上的视频会议标准；H.321:基于宽带ISDN网络上的视频会议标准；H.322:基于有Qos保证的分组交换网上的会议电视标准；H.323:基于无Qos保证的分组交换网上的会议电视标准；H.324:基于普通电话网(PSTN)上的会议电视。相关的技术标准主要包括：音频编码标准、视频编码标准、数据共享标准、控制信令标准等，具体标准如下：H.261:关于N×64kbit/s视听业务的视频编解码算法；H.263:关于低带宽下视听业务的视频编解码算法；H.264:采用分层技术，编码效率高，比H.263编码节省50%的比特率；H.281:会议电视的远端摄像机控制规程，它利用H.224才能实现；G.711:脉冲编码调制。是另一种音频编码方式。音频频率为300hz-3.4khz，传输码率为64kbps；G.728:低时延码本激励线性预测编码。码本激励线性预测编码就是音频编码，音频频为300hz-3.4khz，传输码率为16kbps；G.722:自适应差分脉冲编码。音频频率为50hz-7khz，传输码率为48kbps；G.722.1:音频频率为50hz-7khz，传输码率为16-32kbps；T.120:应用于H.320框架之下，对现有的会议电视进行补充和增强，它也可独立支持声像会议，传送语音、静止图像、白板、加注等信息的实时会议；H.239:视频会议中对双流技术（一路图像，一路计算图像信号）的规定；H.230:视听系统的帧同步控制和指示信号C&I；H.243:利用2兆信道在2—3个以上的视听终端建立通信的方法。实现多个终端与MCU之间的通信过程。2.2.2H.320标准ITU-TH.320标准是关于在速率从56Kbps到2Mbps的ISDN和交换的56Kbps电路上进行电视会议的标准。自从1990年昀早通过以后，H.320成为广泛接受的关于ISDN会议电视的标准。H.320是一个系统标准，它包含了许多关于系统各部分的其它ITU-T标准，下列标准是H.320的主要组成部分：类型算法描述复用H.221帧结构：音频、视频、控制和数据音频G.711、G.722、G.728视频H.261、H.263、H．264控制和数据H.224实时设备控制数据协议H.230控制和指示信令H.231多点桥接过程控制H.233加密建议H.242通信过程控制H.243多点通信过程控制H.281远程摄像机控制H.331广播模式H.320是一套标准，他包括视频、音频的压缩与解压缩、静止图像、多点会议、加密及一些更新的特性，主要用于系统的终端和MCU的设计。H.320标准包括H.200系列标准和T.120系列标准;H.200系列指的是视听业务,具体来说是以传送活动图像为主的通信业务.T.120系列主要针对声像业务,即传送静止图像的通信业务。H.320标准主要针对窄带ISDN网。由于窄带ISDN网是一种基于电路交换的网络，所以H.320标准主要满足和适应电路交换的特性，因而H.320标准的视频会议被广泛用于VSAT、DDN、ISDN等电路交换网络。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，除ISDN网上是可以进行拔号外，其他网络的应用都必须进行点对点的永久连接，带宽利用率较低，开放性很差，设置联接也不方便。从1993年开始，在我国引进建设的视频会议网，绝大部分都采用H.320标准视频会议，并建立在VSAT、DDN、E1专线、ISDN等网络上，极大地限制了视频业务的进一步拓展。在H.320会议电视系统中，由于MCU与MCU之间、终端与MCU是静态固定连接。因此，主MCU把从MCU视为终端来对待，各终端逐个与所连接的MCU建立呼叫，并按顺序加入会议。H.320会议电视系统对承载网络需要有时钟同步和保证传输指标的要求。时钟同步可采用内部时钟或外部时钟两种方式来满足MCU三级时钟要求。国内传输指标是根据ITU-TN.86建议，ITU-TN.90建议所规定信道性能极限值：国内/国际会议电视电路以2048kbit/s速率传输时，比特误码率（BER）应小于10-6，无误码秒（EFS）应大