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1、第7章 视频会议系统,7.1 视频会议系统概述 7.2 数据会议与双视频流传输 7.3 视频会议系统的主要功能 7.4 视频会议性能要求 7.5 基于DSP的视频会议终端设计,7.1 视频会议系统概述 7.1.1 视频会议系统的基本概念 视频会议(VideoConference)早期亦称会议电视或电视会议,是利用多媒体通信技术和设备通过传输信道在两地或多个地点之间实现图像、语音及数据实时交互的一种可实现远程会议功能的多媒体通信手段。利用摄像机和麦克风将一个地点会场的图像和声音传送到其它的一个或多个地点,并通过电视机显示和扬声器输出,使与会者既能看到对方发言人和会场场景,也能听到对方的声音;若辅
2、以电子白板、共享应用(如共享PowerPoint文件或VGA屏幕)计算机等辅助设备,还可与对方会场的与会人员进行研讨与磋商,在效果上完全可以代替现场会议。,视频会议的多媒体通信方式有点到点、一点到多点和多点三种形式。我们所讲的会议方式一般特指后两种,有时也使用“多点会议”这个概念。 在多点视频会议中,会场(参会终端)的身份有主席、听众和选中听众三种。图像用于播放的会场称为“主席”;所有接收主席图像的会场称为“听众”;主席接收图像的发送者称为“选中听众”。会场的身份可以根据会议的需要确定和更改。,7.1.2 视频会议系统的组成 视频会议系统一般由具有不同功能的实体组成,主要的功能实体有终端、网守
3、、多点控制单元(MultipointControlUnit,MCU)和网关。 1.终端 终端是视频会议系统的基本功能实体,为会场提供基本的视频会议业务。它在接入网守的控制下完成呼叫的建立与释放,接收对端发送的音视频编码信号,并在必要时将本地(近端)的多媒体会议信号编码后经由视频会议业务网络进行交换。终端可以有选择地支持数据会议。 终端属于用户数字通信设备,在视频会议系统中处在会场的图像、音频、数据输入/输出设备和通信网络之间。由于终端设备的核心是编解码器,所以终端设备常常又称为编解码器。来自摄像机、麦克风、数据输入设备的多媒体会议信息,经编解码器编码后通过网络接口传输到网络;来自网络的多媒体会
4、议信息经编解码器解码后通过各种输出接口连接显视器、扬声器和数据输出设备。,2.网守 网守是视频会议系统的呼叫控制实体。在H.323标准中,网守(GateKeeper,有时又称网闸)提供对端点和呼叫的管理功能,它是一个任选部件,但是对于公用网上的视频会议系统来说,网守是一个不可缺少的组件。在逻辑上,网守是一个独立于端点的功能单元,然而在物理实现时,它可以装备在终端、MCU或网关中。 网守相当于H.323网络中的虚拟交换中心,其功能是向H.323节点提供呼叫控制服务,主要包括呼叫控制、地址翻译、带宽管理、拨号计划管理。,3.MCU MCU是多点视频会议系统的媒体控制实体。在进行多点会议时,除视频会
5、议终端外,还需要设置一台中央交换设备,用来实现视频图像及语音信号的合成、分配及切换。 MCU是多点视频会议的核心设备,其作用类似于普通电话网中的交换机,但本质不同。多点控制单元对视频图像、语音和数据信号进行交换和处理,即对宽带数据流(3841920kb/s)进行交换,而不对模拟话音信号或64kb/s数字话音信号进行切换。,MCU可以由单个多点控制器(MultipointController,MC)组成,也可以由一个MC和多个多点处理器(MultipointProcessor,MP)组成。MCU可以是独立的设备,也可以集成在终端、网关或网守中。MC和MP只是功能实体,而并非物理实体,都没有单独的
6、IP地址。,4.网关 网关是不同会议系统间互通的连接实体。例如要实现一个H.323标准的视频会议系统与一个H.320标准的视频会议系统之间的数字连接,就需要设置一个H.323/H.320网关。,7.1.3 视频会议系统关键技术 视频会议是多媒体通信的一种主要应用形式,因此多媒体通信中使用的关键技术也是视频会议中的关键技术,主要包括音视频数据压缩技术、同步技术和网络传输技术。 (1)音视频数据压缩技术。计算机中对结构化数据(如文字、数值)都是经过编码存放的。同样,对于非结构化数据,如图形、图像、语音,也必须转化成计算机可以识别和处理的编码。多媒体计算机实时综合处理声音、文字、视频信息的数据量是非
7、常大的。,一幅640480中等分辨率的彩色图像(24位每像素)数据量约为7.03Mb/帧,若是运动图像,要以30帧每秒的速度播放时,则视频信号的传输速率为211Mb/s,如果存放在600MB的光盘中,则只能播放20秒左右。对于音频信号,其情况与视频信号相似。可见,视频和音频数字信息的数据量大,同时要求传输速度快,考虑到一般通信网络传输速度的限制,要实时处理和传输视频和音频数据,不进行数据压缩是无法实现的。另外,视频和音频信号的原始数据存在很大的冗余度,人的视觉和听觉特性都使得数据压缩得以实现。,从20世纪80年代起,视频会议领域技术进步的中心内容之一,就是如何在保证图像质量和声音质量的前提下,
8、寻求一种更有效的压缩算法,将视频、声音数据量压缩到最小。视频会议系统中常用的视频压缩算法有H.261、H.263、H.263+和H.264等,常用的音频压缩算法有G.711、G.722、G.723.1、G.728和G.729等。,(2)同步技术。在视频会议系统中,除了音视频媒体的同步(唇音同步)外,由于不同地区的多个用户所获得的不同媒体信息也需要同步显示,因而一般采用存储缓冲和时间戳标记的方法来实现信息的同步。存储缓冲法在接收端设置一些大小适宜的存储器,通过对信息的存储来消除来自不同地区的信息时延差。时间戳标记法把所有媒体信息打上时间戳(RTS),凡具有相同RTS的信息将被同步显示,以达到不同
9、媒体间的同步。,(3)网络传输技术。现有的各种通信网络可以在不同程度上支持视频会议传输。公共交换网(PSTN)由于信息传输速率较低,因而只适于传输话音、静态图像、文件和低质量的视频图像。传统的共享介质计算机局域网(如以太网、令牌环网、FDDI网)在基于分组交换的H.323标准出台之后,也可胜任视频会议。窄带综合业务数字网(NISDN)采用电路交换方式,其基本速率接口可以传输可视电话质量级的音视频信号,基群速率接口可以传输家用录像机质量级和会议电视质量级的音视频信号。,理论上,最适用于多媒体通信的网络是宽带综合业务数字网(BISDN),它采用异步传输模式(ATM)技术,能够灵活地传输和交换不同类
10、型(如声音、图像、文本、数据)、不同速率、不同性质(如突发性、连续性、离散性)、不同性能要求(如时延、抖动、误码等)、不同连接方式(如面向连接、无连接等)的信息。由于视频会议必然会涉及到多点通信和多连接通信等多种连接方式,因此除了对网络传输能力方面的要求之外,还要求网络具备灵活的控制管理能力,包括控制虚信道和虚通道连接的能力,支持点到点、点到多点、多点到多点和广播通信配置,在呼叫过程中建立和释放一个或多个连接,重新配置多方呼叫,支持用户到用户信令、信道复用,等等。,7.1.4 视频会议系统的分类 视频会议可以在政府行政会议、公司远程会议、公用会议出租或个人临时会议中使用。根据视频会议系统终端设
11、备的档次及应用场合等因素,可把视频会议系统分为专业会议室型、标准会议室型、桌面宽带可视电话型和基于计算机平台的软终端型四大类。 1.专业会议室型视频会议系统 由于会议室与会者较多,因此对视听效果要求较高。一套典型的基于会议室的视频会议系统一般应包括:一台高性能的编解码器,两台大屏幕监视器,高质量摄像机,高分辨率的专用图形摄像机,复杂的音响设备、控制设备及其它可选设备。系统的最高传输速率可达4Mb/s,可以提供高质量的音频和视频。视频会议室的装修、色彩、照明及声学环境应符合会议电视用会议室标准要求。系统设备配置及安装位置相对固定,移动不方便。该系统价格比较昂贵,一般适用于政府机构、大型企业的专用
12、会议室。,2.标准会议室型视频会议系统 对于中小型企业来说,标准会议室型视频会议系统能提供良好的图像质量,系统安装简单,操作方便,价格合理,适合ISDN和IP网络传输,最高传输速率可达到2Mb/s。该系统设备一般应包括:一台高性能的编解码器,一个可旋转的摄像机,一台或两台显示器,一个文件摄像机和几个麦克风等。如果某个客户仅将视频会议当作应急的必要措施,那么该系统将是最有效的方案。,3.桌面宽带可视电话型视频会议系统 桌面宽带可视电话型视频会议系统并没有专用的会议室,主要用于远程办公。一个桌面终端通常只为一个人服务,终端多采用高性能的可视电话机,包括:一个彩色液晶显示屏,内置摄像机,视频编解码器
13、,电话手柄、拨号键盘和各种功能控制按键。由于本身处理能力的限制,该系统图像质量较低。,4.基于计算机平台的软终端型视频会议系统 软终端没有专用的硬件设备,为计算机上的应用程序。软终端通过计算机提供的通信接口与简单的音视频输入输出设备连接;图像显示使用计算机的显示器;编解码器使用计算机的CPU及内存资源。软终端具有基本的会议功能,可以为广大个人用户和企业办公室提供操作简单、接入便利的视频会议服务。,7.1.5 视频会议系统的发展历史 视频会议系统的历史可追溯到20世纪60年代初,当时美国电报电话公司(AT&T)曾推出过模拟视频会议系统Picturephone。 进入70年代以后,视频会议开始采用
14、数字信号处理技术和数字传输方式。 到80年代中期,通信技术发展迅猛,信息编解码技术的成熟,使得视频会议设备的实用性大为提高。但此时的视频会议系统由于价格和技术的因素,仍只限于高档会议室的视频会议应用,从而限制了视频会议的进一步普及。,在90年代初期,第一套国际标准H.320获得通过,不同品牌产品之间的兼容性问题得到解决。配合H.261视频压缩集成电路技术的开发,视频会议系统呈现小型化发展的趋势。在19921995年期间,中小型视频会议系统成为视频会议应用中的主要产品。视频会议系统在90年代中期的另一个发展趋势是桌面型产品开始成熟。 在90年代后期,随着IP网络的迅速发展和普及,人们对视频业务的
15、需求量急剧增加,这促进了基于TCP/IP协议的视频会议标准的形成和视频会议产品的发展。目前基于IP网络的H.323标准的视频会议已经成为视频会议产品的主流。从大型会议室型视频会议系统到桌面型视频会议系统,从嵌入式产品到计算机机上的软件产品,应有尽有。,7.2 数据会议与双视频流传输 7.2.1 数据会议 视频会议主要以语音和图像远程发送和接收的方式来实现面对面的交流。数据会议则以数据交流为核心,通过计算机实现实时远程文档和信息的交流。在很多场合下,视频会议需要建立起与数据会议的协同工作,以适应用户的特殊需求,如远程教育、远程办公等。数据会议与视频会议的协同工作指的是在视频会议进行过程中,同时进
16、行应用程序共享、文件传输等数据应用。,数据会议主要可以提供如下形式的数据协作: (1)应用程序共享。会议参与者可以把运行在一台计算机上的程序共享给其他会议参与者,其他会议参与者可轮流编辑和控制该程序,而无需在自己的计算机上安装应用程序。 (2)文件传输。会议参与者可把文件选择发送给几个或所有的会议参与者。文件传送可在后台进行。 (3)电子白板。电子白板是一个多页面、多用户的画图应用程序,会议参与者可通过点击和拖曳操作,与其他会议参与者共同勾画草图或机构图表。 (4)远程聊天。会议参与者可以通过键入文字信息的方式和其他会议参与者交流。,7.2.2 视频会议与数据会议协同工作的技术实现 视频会议与数据会议的协同工作主要有两种实现方式:T.120协议实现方式和双视频流传送方式。 1.T.120协议实现方式 T.120系列协议是ITU制定的一整套多点数据会议的通信、会议管理和数据应用的协议总称。T.120系列协议是个多层次的协议族,包括必选项和可选项两部分。必选
