视讯系统的基础知识

1视讯系统的基础知识1.1视讯行业技术介绍视讯系统是集视频通信、音频通信、数据通信于一体的新一代交互式多媒体通信系统，是基于通信网络上的一种增值业务。可以满足两个或多个用户同时进行多媒体通信的需求。视频会议系统原理是：通过压缩算法对语音和图像数据进行压缩编码处理后，把这些数据按传输网络相关协议把数据传输到接收地。在目的地经过解码解压处理后，恢复成原来的视频信号，从而达到传送视频的目的。原理图如下所示：视频会议终端原理（结构图如下）发送方向：收集本会场的音视频信息、数据信息，经过处理（组帧），通过传输网络传送给另一终端或MCU；接收方向：接收MCU或另一终端通过传输网络送来的信息，经过处理（解帧），送到各个外设播放出来。视频会议MCU工作原理：（结构图如下）MCU对多个会议电视终端的信号进行切换或混合功能，根据一定准则处理视听信号，并将它们分配到相应的信道。“混音”处理：在会议电视系统中为模拟真实的会场效果，一般都是将若干路会场的语音进行数字混合再传回各个会场。“多画面”技术：将若干个终端的图像进行子画面处理，形成标准图像码流，再进行多画面组合，编码成会议电视专用图像格式，在回传到各个终端。主要功能大体分为：接入终端、为上层控制提供管理接口、图像切换、音频混合、数据处理。视频会议分层结构（图示如下）华为视频会议系统通过分层结构，方便组建大型的视讯网络，实现多级MCU级联，跨省会议调度的；同时该层次划分便于维护管理，操作简单。1.2视、音频协议介绍ITU-T中定义的双向视频通信协议族包括：H.320、H.323，这两个协议族中，包含了很多子协议，例如音频编码协议、视频编码协议等，其中视频编码包括：H.261、H.263、H.264几种主要协议，其中H.261、H.264协议已经比较成熟，技术市场上所有的产品都支持，H.264协议是2003年发布的新的编码协议，相对于H.263协议，大幅度提高了在低带宽和网络质量比较差的情况图像的效果，目前已经成为视频编码协议的发展趋势。除此之外，在中国市场上（仅仅在中国市场上），还存在把基于有线电视单向传输的MPEG2协议包装成双向视频通信的技术分支。下面的材料来自于ITUT/ISOJVT主席ThomasWiegand的演示文稿。从下面的数据上，MPEG2是各种压缩算法中最差的一种，完全靠消耗带宽来提高图像的质量。比较典型的对比是：3M的MPEG2质量相当于2.0M的H.263图像质量，相当于1.4M的H.264（关于H.264的描述，下面有相关的说明）的图像质量。视频协议的发展H.263、H.261协议H.261协议是第一个广泛使用的视频编码国际标准，主要有如下特点：码率范围：PX64kbit/s，1≤P≤30，视频码率范围为：40kbit/s到2Mkbit/s；基本压缩算法：采用帧间预测编码和变换编码相结合的混合编码方法；采用帧间预测编码消除时间上的冗余信息；采用变换编码消除空间上的冗余信息；刷新频率：要求每个宏块至少每隔132帧（6秒）刷新一次，以减少误差积累；灵活性：标准中的很多问题的解决办法是公开的，没有作出硬性规定，而由设计者自己设法解决，如：运动估计算法、DCT快速算法、码率控制策略、刷新策略等。H263（相对H261）协议的改进点：支持更小的码率（最低到64kbps）；采用了半象素运动估计，因此运动估计更精确，大大减少码流量，并且提高图像质量。支持非限制的运动矢量（UMV）模式，允许运动矢量指向图像外面；提供了算术编码方法，运算量增大，但是能大幅降低码率；提供4MV选项支持，使估计更准确。H.264协议H264标准是ITU-T和MPEG两个组织共同制定的视频压缩标准。从1998年正式提议，直到2004年5月份定稿，历时6年，是目前为止编码效率最高的视频压缩标准。相对于H.263协议，H.264在低带宽下有了长足的进步，可以达到的效果是：256k即可基本商用，1M带宽即可达到高端商用客户需求，2M带宽可以达到支持动态4CIF图像效果，和MPEG2协议8M带宽效果相当。音频编码当前视频会议主流协议：G.711、G.722、G.723.1、G.728、G.729、AAC-LD等。G.711定义为8位编码，速率为64kbps，它提供了出色的长话音质窄带(3kHz音频带宽)语音、编解码延迟(低于1ms)以及非常低的实现复杂性。AAC-LD可以达到CD级音质效果，在处理噪声，回声效果更为明显，目前最为先进的音频处理协议。1.3H.320协议基本概念：H.320框架协议建立了一个窄带Audio/Video通讯模型。H.320协议采用固定带宽，数据传输过程中损耗较小，视频效果不受网影响，视频会议中能保持稳定的图像质量。窄带：64kbit/s~1920kbit/s，基本单位为64kbit/s的B通道。主要应用于ISDN网络，接口类型有BRI、PRI，也有V35、E1。通讯模型：包括数据传输、数据复用/解复用、数据的应用等各个模块的完整通讯模型。H320协议给出了其中各个模块的功能。H.320框架协议协议在终端上的应用用户|网络接口复接|分接视频I/O音频I/OH.261/H.263编解码器H.221MUXG.703或I.400G.711/G.722/G.728编解码器延时电信信息业务H.242/H.230/H.221/H.243端到端信令C&I端到网络信令I.400系列系统控制控制音频视频协议在MCU上的应用1.4H.323协议基本概念H.323是由ITU制定的通信控制协议，用于在分组交换网中提供多媒体业务。呼叫控制是其中的重要组成部分，它可用来建立点到点的媒体会话和多点间媒体会议。目前最新的H.323版本是V4。H.323定义了介于电路交换网和分组交换网之间的H.323网关（Gateway）、用于地址翻译和访问控制的网守（GateKeeper）、提供多点控制的多点会议控制器（MC）、提供多点会议媒体流混合的多点处理器（MP），以及多点会议控制单元（MCU）等实体。关键术语1、AAA认证、授权和计费AAA是Authentication、AuthorizationandAccounting的缩写。认证即检验使用者是否具有一定的权限；授权是给合法的使用者适当的权限，允许其对网络上的一定资源进行访问；计费是对被授权者提供服务时，记录一些必要的信息，以供产生帐单之用。2、H.323实体H.323系统的组成部件称为H.323实体（entity），它包括终端、网关、网守、多点控制器（MC）、多点处理器（MP）、多点控制单元MCU（MultipointControlUnit）。其中，终端、网关和MCU统称为端点，端点可以发起呼叫也可以接受呼叫，媒体信息流就在端点生成或终结。3、H.323终端H.323终端是在基于分组的网络PBN（Packet-BasedNetwork）上遵从H.323建议标准进行实时通信的端点设备，它可以集成在个人计算机中，也可以是一个独立的设备，如以太网电话机或可视电话机、会议终端。H.323终端主要实现直接与用户交互、发起或接受呼叫、媒体流处理等功能。4、Gatekeeper网守（GK）网守是网络的管理点，一个网守管理的所有终端、网关和MCU的集合称之为一个管理区（Zone）。一个管理区至少包含一个终端，可以有也可以没有MCU或网关，但必须有且仅有一个网守。5、Gateway网关（GW）网关是在H.323终端和广域网上其它ITU终端之间提供实时二方通信的端点设备。从概念上讲，网关的作用是完成两项转换功能：媒体信息编码的转换和信令的转换。对于后者来说，如果把网关视为原来网络的一个终端，则网关需完成的是用户信令至H.323控制协议的转换；如果网关两侧分别连接不同的网络，如PBN和SCN，则需完成其它网络信令至H.323协议的转换。H.323网关主要实现异种网络互通、信令消息格式和内容转换、通信协议流程转换和媒体流格式转换等功能。6、多点通信多点通信功能部件包括MC、MP和MCU，用于会议通信。MC提供多点会议的控制功能。它和参加会议的每个端点执行“能力交换”过程，指示信息可发送的操作模式。当有终端加入或离开此会议时，MC可能会调整向各终端发送的能力集信息。MP接收来自各参会端点的音频、视频和数据信号流，经处理后回送各端点。因此，MP应能执行各种媒体信息的编解码算法。MC和MP只是功能实体，并非物理实体。MCU是会议通信的重要设备，主要实现多点会议管理和控制、与会终端的管理、媒体流控制、混音、多画面等功能。H.323协议栈结构H.323协议栈结构如下图所示。其下三层为PBN的底层协议，如在LAN中，可为物理媒体――MAC-IPX；在IP网络中，其网络层就是IP。传输层有两类协议：不可靠传送协议，如UDP，用于传送实时声像信号和终端至网守的登记协议；可靠传送协议，如TCP，用于传送数据信号及呼叫信令和媒体控制协议。A/VApplicationTerminalControlandManagementDataApplicationG.7xxH.26xRTCPTerminaltoGatekeeperSignaling(RAS)H.225.0CallSignalingH.245ConferenceManagerTPKTReliableTransport(TCP)UnreliableTransport(UDP)NetworkLayer(IP)LinkLayerPhysicalLayerT.125T.124T.123RTPH323的优越性：1、标准化的编码/解码：H323建立了音频、视频数据流的编码/解码标准，保证来自不同供应商的设备的共同支持。2、互操作性：用户使用视频会议时不必担心终端设备的兼容性。3、网络无关性：H323运行于通用的网络结构之上。4、平台和应用无关性：H323没有和任何硬件及操作系统进行捆绑。H323可以用于各种环境，包括计算机视频系统、IP电话设备、CATV机顶盒等等。5、多点支持：虽然H323可以在不需要专门的MCU的情况下支持三个或更多的终端设备的会议，但MCU提供性能良好、结构灵活的功能。6、带宽管理：音频视频流信息对网络的带宽十分敏感，并可能影响整个网络的运作。网络管理能够根据网络的情况或H323可用带宽限制并发连接数量，通过这种限制可以保证网络流量，防止网络瘫痪。7、多点发送支持：H323支持在多点会议中的多点发送功能。8、灵活性：可以包含各种终端设备。此外一个H323多媒体终端能够和T120数据终端共享数据，同时和其他H323终端共享音频视频和数据。随着IP网络的广泛应用，H323协议也成为目前视频会议采用的主流协议，H323协议在经后相当长时间内，仍然保持先进性。华为公司是国内唯一拥有H.323协议栈自主产权的厂家。1.5H.235加密技术基本概念H323系统是基于无QOS的分组网络PBN(PacketBasedNetwork)实现的。由于PBN网络本身的技术原因,PBN基础网络不能提供QOS,也不能提供安全的服务。为了在这类不安全的网络上提供适时安全的业务,通常需要考虑两个问题：鉴权Authentication：消息真的是来自所声称的发送方；完整性(integrity)：消息自它创建以来没有被改过。H.235主要H.xxx体系提供了身份认证、数据加密和完整性功能。H.235能在通用模式下协商所需的服务和功能，并选择加密技术和其它功能。这种特定的方式与系统能力、应用程序需求及特定安全策略限制相关联。H.235支持各种加密算法，并支持不同的加密选项用于不同的目的，如：密钥长度。此外特定的加密算法一般用于特定的安全服务。一些可用的加密算法或加密机制可能保留给扩展或其他国家标准。除了不标准的信令或者私人密码运算法则以外，还支持已知的运算法则的信令。ITU-T中没有对运算法则的明确要求，但是强烈建议端点要尽可能的支持可用的运算法则，以便协同工作，实现互连互通。协议结构H.235中为H.323结构下的信令、控制和媒体通信安