IP高清視頻會議傳輸通道要求的研究

【摘要】隨著視頻會議應(yīng)用的不斷普及，基于IP的視頻會議已占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，IP網(wǎng)絡(luò)對其發(fā)展起到了不可或缺的作用，本文對基于H.332和SIP的視頻會議傳輸方法進(jìn)行探討，提出IP高清視頻會議傳輸通道的要求，進(jìn)而提高視頻會議傳輸?shù)母咝院蛯?shí)時性，有效地解決了視頻會議傳輸質(zhì)量與實(shí)效性問題。

【關(guān)鍵詞】視頻會議H.323VoIP

基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻會議是利用電視技術(shù)和設(shè)備通過傳輸信道在兩地或多個地點(diǎn)進(jìn)行開會的一種通信手段。利用攝像機(jī)和話筒將一個地點(diǎn)會場與會人員的形象、語音及發(fā)言使用的計(jì)算機(jī)文檔，傳送到另一地點(diǎn)，以電視圖像、圖片、語音的方式還原出來，以增加不同地點(diǎn)之間相互進(jìn)行會議討論的臨場感。這種現(xiàn)代化的通訊方式可以節(jié)省大量浪費(fèi)在旅途上的時間和金錢，是現(xiàn)代企業(yè)提高辦公效率，減少費(fèi)用的良好解決辦法[1]。但I(xiàn)nternet上面的網(wǎng)絡(luò)帶寬普遍較低，穩(wěn)定性差，服務(wù)質(zhì)量無法得到保證，抑制了視頻會議面對面交流，臨場感性能的發(fā)揮，因此對視頻傳輸通道相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，是提高視頻會議傳輸質(zhì)量的有效途徑，本文通過對基于H . 323的IP視頻通信介紹，為視頻會議傳輸技術(shù)、會議圖像質(zhì)量的提高提供實(shí)用性的參考。

1視頻會議傳輸?shù)陌l(fā)展歷程與存在的問題

（1）最早的視頻會議是采用模擬方式傳輸?shù)?，但由于在模擬微波（或同軸電纜等）線路上傳輸一路模擬視頻會議信號所需帶寬為6MHz，相當(dāng)于占用960個電話線路的帶寬，在運(yùn)營成本上是較昂貴的，因此其商業(yè)推廣應(yīng)用受到很大的限制。

（2）1990年國際電信聯(lián)盟ITU-T發(fā)布了用于ISDN、El、T1上的群視頻會議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議H.320，H.320協(xié)議是應(yīng)用最早、最為成熟的協(xié)議，為視頻會議領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)揮了巨大的作用。

（3）1996年5月國際電信聯(lián)盟ITU-T制定了在分組交換網(wǎng)絡(luò)上工作的視頻會議的標(biāo)準(zhǔn)H.323，支持H. 323協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)是一種集中式、緊耦合會議系統(tǒng)，其顯著特點(diǎn)是引入了多點(diǎn)控制單元MCU（Multipoint Control Unit），由MCU將一個發(fā)送者的音視頻分別獨(dú)立地以IP單播（Unicast）方式轉(zhuǎn)發(fā)給多個接收者來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)交互，其好處是對會議成員的管理方便，但這將導(dǎo)致系統(tǒng)開銷和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)隨用戶數(shù)的增加而迅速增大，令系統(tǒng)無法進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)展。

雖然現(xiàn)有的電信技術(shù)和架構(gòu)已能很好地解決人們通電話的問題，基本滿足了目前瀏覽互聯(lián)網(wǎng)上信息的需要，但是，通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地、自由地進(jìn)行可視化會議通信，卻還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有很好地實(shí)現(xiàn)。視頻會議作為數(shù)字視頻通信的先驅(qū)，勢必進(jìn)入重要的轉(zhuǎn)型階段，如今在H. 323的基礎(chǔ)上制定了擴(kuò)展協(xié)議H.332[2]，該協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層使用IP組播技術(shù)，采用分布式松耦合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，較好地解決視頻會議系統(tǒng)的大規(guī)模傳輸?shù)膯栴}。

2基于IP的視頻會議傳輸

H.323是建立在IP技術(shù)上的分組化、數(shù)字化視頻傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過壓縮算法對語音和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些視頻數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏?，再把這些視頻數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的視頻信號，從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送視頻的目的。

在H.323系統(tǒng)中，模擬語音圖像信號被數(shù)字化，并以數(shù)據(jù)包流的形式通過數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳送。IP網(wǎng)絡(luò)允許數(shù)據(jù)包各自獨(dú)立地尋找最佳路徑到達(dá)目的地，因此在任何時候都可以最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源。來自同一源地址的數(shù)據(jù)包會以不同的路徑到達(dá)同一目的地，數(shù)據(jù)包到達(dá)時順序可能是完全混亂的，帶有不同的延時或根本就不能到達(dá)，但在目的地這些數(shù)據(jù)包會被重新排序（不能到達(dá)的數(shù)據(jù)包則重發(fā)）并還原為原始的視頻信號[3]。H.323技術(shù)可以保證正確地還原視頻信號，彌補(bǔ)由于延時所帶來的斷續(xù)和丟包等現(xiàn)象。用戶建立通話連接過程見圖1。

視頻會議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在極端情況下（如畫面轉(zhuǎn)場，后一幀圖像與前一幀完全不同）非常大，以一幅24位色、格式為4CIF（分辨率704*576）、幀頻為25fps的視頻為例，數(shù)據(jù)量為704*576*24*25/8/1024/1024= 30.212MB，即使使用H.264等方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行10倍的壓縮，也還達(dá)到3MB，而目前IP網(wǎng)絡(luò)中，每個數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)，一般不超過1500個字節(jié)，1幀圖像，會被分成很多個包傳送，在這中間，有數(shù)據(jù)包會送不到目的地址，發(fā)生“丟包”，當(dāng)發(fā)生“丟包”的時候，視頻會議某一幀的圖像信息就有可能得不到完全傳送，當(dāng)“丟包”嚴(yán)重時，接收端無法把數(shù)據(jù)拼成1幅圖像，就會使圖像產(chǎn)生馬賽克或停頓現(xiàn)象。

數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一個端需要一定的時間，這個時間就是網(wǎng)絡(luò)的時延，時延包括了發(fā)送時延，傳播時延，處理時延，排隊(duì)時延，（時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊(duì)時延）。時延取決于數(shù)據(jù)包經(jīng)過的網(wǎng)關(guān)路由的跳數(shù)和路由器的轉(zhuǎn)發(fā)能力，對視頻會議，數(shù)據(jù)量多，數(shù)據(jù)包大，發(fā)送時延與傳播時延對圖像質(zhì)量的影響較大。傳送時延由網(wǎng)絡(luò)的路由情況決定，如果在低速信道或信道太擁擠時，可能會導(dǎo)致長時間時延或丟失數(shù)據(jù)包的情況。

由于視頻會議是一種實(shí)時的通信，人的視覺和聽覺對延時250毫秒[2]以上的圖像和語音，都已經(jīng)能明顯感受出圖像停頓和重音、回音現(xiàn)象產(chǎn)生，所以，在視頻會議的傳輸中，一般延時250MS以上的數(shù)據(jù)包，也會被丟棄，不能使用。

從上面的分析看出，視頻會議傳輸?shù)年P(guān)鍵在于解決可達(dá)性、完整性、延時性等3個方面的問題，可達(dá)性、完整性、延時性的解決依賴于IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬和路由網(wǎng)關(guān)。

視頻會議傳輸?shù)暮诵呐c關(guān)鍵設(shè)備是IP網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)具有路由管理功能，它把各地區(qū)視頻GK（網(wǎng)守）號映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān)IP地址。這些信息存放在一個數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)有關(guān)處理軟件完成呼叫處理、數(shù)字視頻打包、路由管理等功能。在用戶呼叫視頻會議號時，網(wǎng)關(guān)根據(jù)GK（網(wǎng)守）號數(shù)據(jù)庫資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的IP地址，并將此IP地址加入IP數(shù)據(jù)包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸時延， IP數(shù)據(jù)包經(jīng)因特網(wǎng)到達(dá)目的地路由網(wǎng)關(guān)。IP視頻通信的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

視頻會議傳輸?shù)目蛇_(dá)性，可用網(wǎng)絡(luò)PING命令測試，在源端PING目的地址，既可判別物理路徑的連通性。例如，測試本端與10.158.0.210的物理連通性，可以連通的時候如下圖3：

圖1用戶建立通話連接過程

圖2IP傳輸解決方案

測試本端與10.158.0.210的物理連通性，不可以連通的時候如下圖4：

視頻會議傳輸?shù)难訒r，可用網(wǎng)絡(luò)路由跟蹤tracert命令測試，如下圖5：

在以上圖例中，前面的是數(shù)字是延時時間，單位是毫秒，后面IP是路經(jīng)。在上面測試中，從本端到目的地址172.23.4.139，在第3跳中，延時高達(dá)70毫秒。

對于IP網(wǎng)的帶寬問題，可接受的圖像質(zhì)量要求384 k的速率，即使利用H. 263編碼方式，也需128～256 k。由于是交互式通信，加上網(wǎng)絡(luò)傳送的負(fù)荷，如數(shù)據(jù)的糾錯、加密等附加信息的加入，一個實(shí)際的點(diǎn)對點(diǎn)的可視通話，可能要占據(jù)此帶寬的2. 5倍（800～900k）。所以若一個局域網(wǎng)內(nèi)有若干個用戶擁有視頻終端，就需要網(wǎng)絡(luò)升級為100 M ，或至少是交換型10 M以太網(wǎng)。H.332采用UDP作為傳輸層協(xié)議，并且引入RTP/ RTCP協(xié)議作為視頻音頻碼流的同步機(jī)制，這些方法使局域網(wǎng)上的H. 332通信具有較好的實(shí)時效果，極大地降低了由于帶寬的限制產(chǎn)生的傳輸問題。

結(jié)論

隨著全球步入信息化時代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合已成為視頻傳輸技術(shù)的主流方式，而視頻會議作為其中的高端應(yīng)用正在不斷普及。本文所闡述的基于H.332視頻傳輸通道處理方法，有效地解決的低帶寬和時效性的測試問題，是基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸應(yīng)用的實(shí)用性探索。

參考文獻(xiàn)

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