用IP网完成多媒体会议电视系统

1、多媒体远程会议的演变

会议电视就是通过终端与网络,使身处异地的与会者可以就同一议题参与讨论,相互之间不仅可以听到发言者声音而且还可以看到发言者的图像及背景,同时还可以交流有关该议题的数据、文字、图表等信息,因而与会者可获得比电话会议丰富得多的各种信息。随着超大规模集成电路和计算机技术的发展,集计算机的交互性、网络的分布性和多媒体信息的同步性为一体的多媒体会议电视系统，突破了计算机、通信、电视等传统的界限,为人们提供了全新的交互服务。

基于N-ISDN或PSTN的会议电视系统虽然也能传输多种媒体信息,但它是利用现有专用或通用的通信网络,采用简单的时分复用(TDM)方式在同一信道上传输多路信息,而没有从多媒体通信系统结构、连接和控制协议出发来进行系统设计,因此人们对通信进程和媒体信息的交互控制能力都非常有限。随着Internet和局域网的发展以及PC桌面系统的普及,交互式会议电视传输网的基础正由基于电路交换式的N-ISDN或PST向基于分组交换式的IP网过渡,由专门会议室型向个人桌面型发展。本文在给出了多媒体会议电视特征与资源预留RSVP传输控制协议的基础上,对采用IP网实现多媒体会议电视系统进行了较为详细的分析,并讨论了其可能的应用前景。

2、多媒体会议电视的技术特征

会议电视系统由会议电视终端(主要是视频编解码器?音频编解码器)、多点控制单元(MCU)以及通信网络所组成,其中会议控制与信息交换由多点控制单元来担任,以便传出相应的视频和音频信息。多媒体会议电视系统实质上是一个典型的实时分布式多媒体通信系统,与传统的分布式多媒体通信系统相比,它对通信网的要求更高,主要表现为以下三点：

(1)要能进行实时的多点通信

多媒体会议电视系统需要传输大量的实时语音和视频信息,这些信息在多点之间传送时,必须要保证收发端的实时性,因而不能采用存储转发式的非实时方式,而现有的网络层和传输层的TCP/IP通信协议,主要支持点到点的数据通信,既不支持多媒体通信,也不支持多用户通信,因而需要进行修改,使之完全支持多媒体、多用户通信,同时又和原来的通信方式保持兼容。在现有的TCP/IP协议基础上,需要增加必要的控制功能,使它适应音频、视频连续媒体的传输要求。这是多点多媒体会议电视系统对通信网的最基本要求。

(2)要有多媒体信息同步控制功能

多媒体会议电视系统所传输的是实时视频和音频等连续媒体信息,这些媒体信息之间通常存在严格的时间约束,同步是一个基于时间的概念,是指多媒体系统中各个媒体信息之间存在的时态关系,同步的目的就是在向用户展示多媒体信息时,保持媒体之间固有的时态约束,即在采集、存储、通信、操作与显示过程中必须满足这些媒体信息之间的时间约束关系。因此,实时地对信息进行传输并保证不同媒体数据流之间的同步,是多媒体会议电视系统的关键所在,多媒体会议电视系统应能提供对媒体数据流进行同步控制的机制,它采用弹性缓冲和适当的流量控制,将信号在网络传输中的延迟、抖动限制在一定的允许范围内。

(3)码流缓冲和误码控制

欲使多媒体会议电视系统正常工作,要求通信网必须具有足够的带宽,因此对图像和语音进行压缩处理可以大大减少对网络带宽的要求,多媒体会议电视系统还要求网络的吞吐率必须持续稳定,但是所传输媒体的信息量尤其是经压缩编码后的信息常常是变化不定的,这使得那些通过滑动窗口协议进行流量控制的传统协议不再适用,必须选择适合于实时传输且能平稳码流的缓冲技术来解决这一问题。

3.基于IP网的多媒体会议电视系统

为了增强多媒体通信的交互功能,特别是利用计算机协同工作的能力,为与会者提供性能更强、易于使用的人机界面,让与会者不仅可以清楚地看到对方的形象与背景,还可以利用计算机的屏幕"面对面"地就同一文件进行修改和讨论,仿佛是在同一环境内协同工作,这正是增强多媒体通信交互控制能力追求的目标。为此,99vU-T对基于IP网的多媒体会议电视系统作出了H.323建议,即关于不保证质量的局域网上的多媒体视听系统建议。这种系统适用于LAN?Internet?Intranet等IP网,因而也称为IP网会议电视系统,在这个网络中采用统一的TCP/IP协议,系统不必使用ISDN专线等,也不必购买专用会议电视室中复杂的编解码器等有关设备,而只需通过公司的LAN传输信号,在桌面PC上安装廉价的数字摄像机和H.323视频音频编解码器(软件或硬件),因而整个会议电视系统所需费用十分低廉,

基于IP网的TCP/IP协议已成为通信、计算机、CATV一致公认的网络协议,随着会议电视系统向桌面化、IP化方向发展,而IP网上带宽是属于用户之间彼此共享,就存在着某些数据包可能因没有空闲带宽而不能及时传送,从而产生了传输时延而影响了实时通信的业务质量。为了保证实时通信的业务质量,在IP网上采用RSVP?RTP/RTCP。UDP/IP等传输控制协议予以缓解,较好地解决了基于IP网的多媒体会议电视系统的业务通信质量。

多媒体会议电视系统的呼叫与连接完全不同于双方控制的点到点单一媒体的双向通信,它不仅涉及多个用户?多种媒体,而且还要求提供动态修改呼叫与连接的能力,99vU-T已经制订了UNI和NNI的信令标准Q.2931和Q.2761~Q.2764,支持宽带点到点可交换的连接。由于IP网是用户公用的,信道带宽是用户共享的,因此不能保证任何时间都有足够的带宽供任一用户使用,且IP网中信号是根据IP目的地址通过路由器传送的,而路由器时延是无法避免的,当一条线路中包含多个中继路由器时,信息时延可达4~5s,这对一些重要用户而言是无法接受的。因此就必须采用适合于多媒体传输的控制协议来保证传输质量。

(1)资源预留的RSVP传输控制协议

由于传统无状态的分组交换网络仅提供尽力而为的IP分组转发能力,多媒体会议电视系统则要求网络能提供完全服务质量保证的通信要求,资源预留(包括网络带宽、分组缓存和计算能力等)是不可避免的。因此在网络层与运输层之间需插入新的资源预留RSVP协议,RSVP是基于接收方的资源预留协议,发送方首先发出PATH信息,经过下层路由协议多点投递到每个可能的接收方,接收方根据各自对于服务质量的需求,确定它们各自的需求和资源预留能力,从而给出的RESV信息,通过PATH信息路径反向回送到发送方,每个经过的路由器都将进行接纳控制和资源预留,如果失败则通知接收方,否则将资源预留请求递交给前一个路由器,为使接收方能够在路由器可接收的范围内给出预留请求,PATH信息将携带发送方支持的通信需求,PATH信息分组路由器可能会修改PATH分组有关可用资源的描述以通告接收方。上述过程都认为返回发送方及路由器资源通告的RESV信息是PATH信息经过的反向路径。

多媒体多用户的实时通信协议RSVP协议在一定程度上对保证业务质量起了很大的作用,由源端进程发出路由信息,各RSVP路由器把路由命令以接力方式发送到宿端相应进程,各路由器均记下路由信息,然后由宿端反向地发送预留带宽信息,如果沿这条线路中各路由器均能发出可预留带宽的信息,则可保证建立相应带宽的线路,直到通信完成时才撤除,如果某路由器不能预留带宽,则该线路就无法建立。

(2)基于H.323建议的桌面会议电视终端

由于视频和音频媒体能容忍一定程度的包出错率(PER)和位出错率(BER),因此对这些连续媒体不应采取传统的遇错重发的纠错策略,而利用多层协议对媒体信息服务进行监控,必要时可以通过采用调整缓冲区的大小、传输速率、编码方式等适当措施来调整出错率,使它满足在连接建立之初所商定的PER?BER等参数指标。为了解决连续媒体的延迟敏感性,可以采用优先控制策略,即连续媒体优先于离散媒体传输,音频连续媒体优先于视频连续媒体传输,利用连续媒体对错误率的不敏感性,在发生传输错误的情况下,可以有选择地重新传输或者不再重新传输?H.323V是基于IP网的多媒体通信终端建议。

其中视频编解码器采用99vU-T的动态图像压缩标准H.261建议,而音频编解码器则采用99vU-T的语音压缩标准G.711?G.722或G.728建议,其码率可有16?48?56?64kbit/s等4种情况,因为视频编码处理所需时间比音频长,为了解决唇音同步问题,在音频编码器必须引入一定的时延,呼叫控制采用H.245建议,而图像采用H.261/H.263的CIF或4CIF等格式。

在H.323建议中,UDP协议用于视音频实时信息流,如有误码则把该包丢掉,因为较少的等待时间对实时信息传输而言比误码纠正更为重要,对实时音频和视频来说丢掉少量错误的数据包并不影响视听,而对数据需采用RTCP协议,如有误码则采用反馈重发方式。为了保持音频?视频等信息包之间彼此正确衔接,采用RTP协议,因而RTP在每个从信源离开的数据包上留下了时间标记以便在接收端正确重放。

4、前景预测

为了能够实现灵活实用的多媒体会议电视系统,在现有的数字通信网上增加适当的多点交换设备,就可以形成专用的多点会议电视系统。但即使利用现有的通信网也要求引入必要的多媒体控制和多媒体交换功能,才能较为有力地对多媒体通信予以支持。在会议电视中担任会议信息交换的是多点控制器,99vU-T的T.12X系统建议对适合于多媒体桌面会议的MCU进行了规范,它主要对H.323帧进行处理,以软件方式实现控制与交换,用接口卡实现数据的读出或写入,而用微机内存作为帧交换的缓存区。

MCU是多媒体会议电视系统中重要的组成部分,可以对各种媒体信息提供交换。连接与混合功能,减少每个用户终端对信道带宽的需求,且可以减轻每个用户终端处理多媒体信息的负担,极大地降低了网络负荷。MCU为各个用户提供了灵活的控制能力,各个用户可以根据自己的意愿混合音频源?合成视频流,满足各个用户"个性化"的要求。

由于IP网的使用方便、价格低廉等优点,其发展速度将是很快的,随着PC桌面系统的普及,人们已在越来越多地讨论三网合一问题,即电信网、有线电视网和计算机网的融合,在这个融合过程中,视频通信将是真正重要的市场驱动力。IP廉价的网络费用以及网络QOS的改造?H.323建议的进一步完善必将使IP网成为多媒体会议电视的主流应用,为基于IP网的桌面会议系统的大发展打下了坚实的基础。