淺淡基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的視頻會(huì)議系統(tǒng)

王 麗

河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼物流公司

淺淡基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的視頻會(huì)議系統(tǒng)

王 麗

河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼物流公司

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已開始顯現(xiàn)出替代傳統(tǒng)語音通信的技術(shù)基礎(chǔ)，面對這種轉(zhuǎn)變趨勢，各家電信運(yùn)營商紛紛開始IP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并取得了較大規(guī)模的成果。本文欲基于IP網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)，重點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)帶寬、壓縮技術(shù)、多播技術(shù)、傳輸協(xié)議及服務(wù)質(zhì)量等方面淺談一下基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建視頻會(huì)議系統(tǒng)的技術(shù)要求。

多媒體通信、IP網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)議系統(tǒng)

一、前言

隨著多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和普及，一種新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生——多媒體通信技術(shù)。它是多媒體技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互滲透和促進(jìn)的產(chǎn)物，是信息高速公路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有計(jì)算機(jī)的交互性、多媒體的復(fù)合性、通信的分布性以及電視的真實(shí)性等特性。在經(jīng)過基于電視廣播技術(shù)交換、電路交換和分組交換三代技術(shù)的更替后，多媒體通信已成功發(fā)展到基于IP網(wǎng)絡(luò)的階段。目前，如何實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)中更好、更快地傳送音頻和視頻已成為當(dāng)今的重要研究課題之一。

二、技術(shù)要求

隨著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其速度越來越快，從窄帶到寬帶，從非實(shí)時(shí)到實(shí)時(shí)，IP技術(shù)已成為多媒體通信實(shí)現(xiàn)的首要選擇。基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建視頻會(huì)議系統(tǒng)需要多種技術(shù)的支持，這是一個(gè)完整而復(fù)雜的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)。

1.帶寬

要流暢地傳輸多媒體信號，必須要有足夠快的網(wǎng)絡(luò)帶寬作為支持，就像大車必須要有足夠?qū)挼鸟R路才能通行一樣。比如，一幀畫面為1024×768像素，一個(gè)像素用12位表示，則一幀畫面共需占用9.4M的數(shù)據(jù)空間。假設(shè)按照25幀/秒的速率傳輸，則每秒需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就是235M。

1990年推出了第一代視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)H.320，主要適用于窄帶ISDN網(wǎng)及非撥號專用網(wǎng)，該標(biāo)準(zhǔn)主要定義了ISDN上的視頻會(huì)議以及速率為56kbps-2Mbps的視頻會(huì)議。1996年推出了定義于LAN、Intranet和Internet之上的視頻會(huì)議框架性標(biāo)準(zhǔn)H.323，它是IP視頻會(huì)議的標(biāo)準(zhǔn)，隨著IP協(xié)議的普遍應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，基于H.323平臺(tái)之上的設(shè)備及應(yīng)用逐漸占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位。

2.壓縮技術(shù)

為了更有效的降低數(shù)據(jù)量，必須采用更高壓縮比的壓縮算法，這樣才能保證多媒體數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)上流暢地傳輸成為可能。

MJPEG是基于JPEG發(fā)展而來的動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)，它只單獨(dú)壓縮具體某幀，不考慮視頻流變化。優(yōu)點(diǎn)是清晰度高，可任意剪輯，缺點(diǎn)是丟幀嚴(yán)重、實(shí)時(shí)性差、壓縮效率低，僅適合寬帶帶寬較低時(shí)使用。

第一代視頻會(huì)議壓縮格式H.261，編碼算法和MPEG類似，但比MPEG占用更少的CPU運(yùn)算量。為了優(yōu)化算法，采用了在圖像質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)變化幅度之間尋求折中的機(jī)制，這就導(dǎo)致動(dòng)態(tài)畫面的圖像質(zhì)量會(huì)有所下降，其圖像質(zhì)量受限于帶寬的高低。

第二代視頻會(huì)議壓縮格式H.263對H.261的算法做了改進(jìn)，在低碼率(低于384k)接入速度下，畫面提升非常明顯，更適合于低碼率和中等碼率的視頻會(huì)議。

H.264是比H.263和MPEG-IV壓縮比更高更完善的最新標(biāo)準(zhǔn)，可以節(jié)省大約50%的編碼率，對網(wǎng)絡(luò)傳輸可以提供更好的支持，并獲得HDTV、DVD的圖像質(zhì)量。

3. IP多播技術(shù)

多播又稱為多址廣播或組播，是Ipv6數(shù)據(jù)包的三種基本目的地址類型之一，發(fā)送與接收屬于一對多的關(guān)系。在傳輸過程中，發(fā)送端(多播源)只需發(fā)送一次數(shù)據(jù)包，位于多播組內(nèi)的其他主機(jī)就可以共享這一數(shù)據(jù)包。在視頻會(huì)議系統(tǒng)的應(yīng)用中，將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號傳送到其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，無論是重復(fù)采用點(diǎn)對點(diǎn)通信，還是采用廣播的方式，都會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)帶寬資源，而只有多播技術(shù)可以將數(shù)據(jù)分布到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，從而有效節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。

4.傳輸協(xié)議的選擇

視頻會(huì)議傳輸協(xié)議主要包括：呼叫信令協(xié)議、編碼解碼協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。選擇視頻會(huì)議系統(tǒng)所支持的傳輸協(xié)議，應(yīng)從成本、發(fā)展性、可升級性和應(yīng)用范圍等角度考慮。

TCP、UDP協(xié)議均不能較好地支持視頻會(huì)議系統(tǒng)，我們需要與之相適應(yīng)的協(xié)議，比如RTP、RTCP和RSVP等協(xié)議。RTP基于UDP之上運(yùn)行，把多媒體數(shù)據(jù)封裝在RTP數(shù)據(jù)包中，再把每個(gè)RTP數(shù)據(jù)包封裝在UDP包中，最后再把UDP包封裝在IP包中進(jìn)行傳輸。如果網(wǎng)絡(luò)支持多播技術(shù)，RTP還可以通過多播技術(shù)同時(shí)向多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。RTCP是RTP的控制協(xié)議，同RTP一起傳輸，負(fù)責(zé)反饋控制、監(jiān)視QoS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量)并傳遞相關(guān)信息，從而對RTP的數(shù)據(jù)收發(fā)做優(yōu)化調(diào)整，使之更高效地使用網(wǎng)絡(luò)資源。

5.服務(wù)質(zhì)量

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量簡稱QoS，是網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸與共享的質(zhì)量的約定。

5.1 傳輸延遲允許時(shí)間 在任何網(wǎng)絡(luò)中，延遲都是不可能絕對避免的。視頻會(huì)議系統(tǒng)對于實(shí)時(shí)性有著非常高的要求，為了獲得各會(huì)場更為真實(shí)的現(xiàn)場感，音頻和視頻的傳輸延遲都不能大于0.25s，最大時(shí)延抖動(dòng)不能大于10ms。

5.2 聲像同步 在視頻會(huì)議系統(tǒng)中，要求口形和語音同步，只有時(shí)間上實(shí)現(xiàn)高度的同步，才能自然且完整地表達(dá)會(huì)場信息。

5.3 最小傳輸畫面失真度 由于人的感知能力有限，在視頻會(huì)議過程中，個(gè)別分組丟失，人眼是感覺不到的。所以允許一定的傳輸誤碼，但丟包率應(yīng)控制在人的感官所能接受的范圍內(nèi)。

三、總結(jié)

本文淺談了基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的視頻會(huì)議系統(tǒng)，以及其技術(shù)要求。目前，隨著網(wǎng)絡(luò)、多媒體、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，基于IP網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建的視頻會(huì)議系統(tǒng)正逐漸被廣泛應(yīng)用開來，IP業(yè)務(wù)逐漸取代話音通信，運(yùn)營商不斷地建設(shè)和改造IP網(wǎng)絡(luò)，其為政府、企業(yè)、科研院所等進(jìn)行異地實(shí)時(shí)交流提供了便利條件，正在成為人們工作和學(xué)習(xí)不可或缺的工具。

[1] 張智江，張?jiān)朴拢瑒㈨崫?SIP協(xié)議及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]Douglas E.Comer. Internetworking With TCP/IP Vol I：Principles，Protocols，and Architectures Fourth Edition[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.