IP高清視頻會議傳輸通道要求的研究

【摘要】隨著視頻會議應用的不斷普及，基于IP的視頻會議已占據市場的主導地位，IP網絡對其發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行探討，提出IP高清視頻會議傳輸通道的要求，進而提高視頻會議傳輸的高效性和實時性，有效地解決了視頻會議傳輸質量與實效性問題。

【關鍵詞】視頻會議H.323VoIP

基于IP網絡的視頻會議是利用電視技術和設備通過傳輸信道在兩地或多個地點進行開會的一種通信手段。利用攝像機和話筒將一個地點會場與會人員的形象、語音及發言使用的計算機文檔，傳送到另一地點，以電視圖像、圖片、語音的方式還原出來，以增加不同地點之間相互進行會議討論的臨場感。這種現代化的通訊方式可以節省大量浪費在旅途上的時間和金錢，是現代企業提高辦公效率，減少費用的良好解決辦法[1]。但Internet上面的網絡帶寬普遍較低，穩定性差，服務質量無法得到保證，抑制了視頻會議面對面交流，臨場感性能的發揮，因此對視頻傳輸通道相關技術進行研究，是提高視頻會議傳輸質量的有效途徑，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、會議圖像質量的提高提供實用性的參考。

1視頻會議傳輸的發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的，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，相當于占用960個電話線路的帶寬，在運營成本上是較昂貴的，因此其商業推廣應用受到很大的限制。

（2）1990年國際電信聯盟ITU-T發布了用于ISDN、El、T1上的群視頻會議標準協議H.320，H.320協議是應用最早、最為成熟的協議，為視頻會議領域的標準化發揮了巨大的作用。

（3）1996年5月國際電信聯盟ITU-T制定了在分組交換網絡上工作的視頻會議的標準H.323，支持H. 323協議的網絡視頻會議系統是一種集中式、緊耦合會議系統，其顯著特點是引入了多點控制單元MCU（Multipoint Control Unit），由MCU將一個發送者的音視頻分別獨立地以IP單播（Unicast）方式轉發給多個接收者來實現多點交互，其好處是對會議成員的管理方便，但這將導致系統開銷和網絡負擔隨用戶數的增加而迅速增大，令系統無法進行大規模擴展。

雖然現有的電信技術和架構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網上信息的需要，但是，通過網絡隨時隨地、自由地進行可視化會議通信，卻還遠遠沒有很好地實現。視頻會議作為數字視頻通信的先驅，勢必進入重要的轉型階段，如今在H. 323的基礎上制定了擴展協議H.332[2]，該協議在網絡層使用IP組播技術，采用分布式松耦合的系統結構，較好地解決視頻會議系統的大規模傳輸的問題。

2基于IP的視頻會議傳輸

H.323是建立在IP技術上的分組化、數字化視頻傳輸技術，其基本原理是：通過壓縮算法對語音和圖像數據進行壓縮編碼處理，然后把這些視頻數據按IP等相關協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些視頻數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的視頻信號，從而達到由IP網絡傳送視頻的目的。

在H.323系統中，模擬語音圖像信號被數字化，并以數據包流的形式通過數據網進行傳送。IP網絡允許數據包各自獨立地尋找最佳路徑到達目的地，因此在任何時候都可以最大限度地利用網絡資源。來自同一源地址的數據包會以不同的路徑到達同一目的地，數據包到達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，但在目的地這些數據包會被重新排序（不能到達的數據包則重發）并還原為原始的視頻信號[3]。H.323技術可以保證正確地還原視頻信號，彌補由于延時所帶來的斷續和丟包等現象。用戶建立通話連接過程見圖1。

視頻會議傳輸的數據量，在極端情況下（如畫面轉場，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，數據量為704*576*24*25/8/1024/1024= 30.212MB，即使使用H.264等方式對數據進行10倍的壓縮，也還達到3MB，而目前IP網絡中，每個數據包的字節數，一般不超過1500個字節，1幀圖像，會被分成很多個包傳送，在這中間，有數據包會送不到目的地址，發生“丟包”，當發生“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“丟包”嚴重時，接收端無法把數據拼成1幅圖像，就會使圖像產生馬賽克或停頓現象。

數據包從一個網絡的一端傳送到另一個端需要一定的時間，這個時間就是網絡的時延，時延包括了發送時延，傳播時延，處理時延，排隊時延，（時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延）。時延取決于數據包經過的網關路由的跳數和路由器的轉發能力，對視頻會議，數據量多，數據包大，發送時延與傳播時延對圖像質量的影響較大。傳送時延由網絡的路由情況決定，如果在低速信道或信道太擁擠時，可能會導致長時間時延或丟失數據包的情況。

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

從上面的分析看出，視頻會議傳輸的關鍵在于解決可達性、完整性、延時性等3個方面的問題，可達性、完整性、延時性的解決依賴于IP網絡的帶寬和路由網關。

視頻會議傳輸的核心與關鍵設備是IP網絡路由器網關。網關具有路由管理功能，它把各地區視頻GK（網守）號映射為相應的地區網關IP地址。這些信息存放在一個數據庫中，經有關處理軟件完成呼叫處理、數字視頻打包、路由管理等功能。在用戶呼叫視頻會議號時，網關根據GK（網守）號數據庫資料，確定相應網關的IP地址，并將此IP地址加入IP數據包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸時延， IP數據包經因特網到達目的地路由網關。IP視頻通信的網絡拓撲結構見圖2。

視頻會議傳輸的可達性，可用網絡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：

視頻會議傳輸的延時，可用網絡路由跟蹤tracert命令測試，如下圖5：

在以上圖例中，前面的是數字是延時時間，單位是毫秒，后面IP是路經。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70毫秒。

對于IP網的帶寬問題，可接受的圖像質量要求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，加上網絡傳送的負荷，如數據的糾錯、加密等附加信息的加入，一個實際的點對點的可視通話，可能要占據此帶寬的2. 5倍（800～900k）。所以若一個局域網內有若干個用戶擁有視頻終端，就需要網絡升級為100 M ，或至少是交換型10 M以太網。H.332采用UDP作為傳輸層協議，并且引入RTP/ RTCP協議作為視頻音頻碼流的同步機制，這些方法使局域網上的H. 332通信具有較好的實時效果，極大地降低了由于帶寬的限制產生的傳輸問題。

結論

隨著全球步入信息化時代，計算機技術、通信技術和多媒體技術的飛速發展，多媒體計算機技術與通信技術相結合已成為視頻傳輸技術的主流方式，而視頻會議作為其中的高端應用正在不斷普及。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網絡的視頻傳輸應用的實用性探索。

參考文獻

[1]碩士論文：譚愛國.基于校園網的多點視頻會議系統方案規劃與實施.武漢理工大學. 2005-05

[2]張斯紅，俞寧.實時多媒體數據多點傳輸的IP組播技術及實現.計算機應用研究，2002.7

[3]碩士論文：郭大群.多媒體信息在網絡中實時傳輸的研究與應用.南京航空航天大學. 2002-02