畢業(yè)論文--遠程數字電視會議系統(tǒng)設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計 （論 文）</p><p>　　設計（論文）題目:遠程數字電視會議系統(tǒng)設計</p><p>　　單 位（系別）：電子信息工程系</p><p>　　學 生 姓 名：　 　</p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程</p><p>　　班 級

2、： </p><p>　　學 號： </p><p>　　填表時間： 2014年5月</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　設計（論文）題目　　　　遠程數字電視會議系統(tǒng)設計　　　　　　　　　　 </p><p>　　教師單位　移通學院電子工程系　

3、下任務日期_2013_年_12_月_26_日</p><p>　　備注：此任務書由指導教師填寫，并于畢業(yè)設計（論文）開始前下達給學生。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著企業(yè)規(guī)模的發(fā)展，越來越多大型企業(yè)會在不同地區(qū)，不同省份開設分公司，但由于地理、交通等因素的制約，嚴重阻礙了正常信息的交流，會議耗費交通成本和

4、時間成為了許多跨地區(qū)企業(yè)一項高成本的支出。此時，我們就需要企業(yè)高清視頻會議網絡的建設。我們經過設立遠程數字電視會議系統(tǒng)，可以有效地利用資源，方便正常信息的交流，減少了交通成本和時間的耗費。</p><p>　　對于企業(yè)來說，采用視頻會議系統(tǒng)能夠及時把握市場，贏得具有競爭力的優(yōu)勢。溝通在企業(yè)運營中占據非常重要的地位，傳統(tǒng)的遠程溝通方式無非采用電話聯(lián)系或者出差兩種。電話會議雖然可以及時迅速的溝通，但因其具有不可視的局

5、限性，遇到需要邊展示產品和資料邊溝通的情況就不得不派人出差。針對企業(yè)的溝通難題，視頻會議系統(tǒng)應需而生遠程視頻會議系統(tǒng)不僅方便企業(yè)隨時召開內部會議、技術交流，還可以幫助企業(yè)解決異地培訓、異地招聘等難題。它使遠距離溝通變得更為頻繁、效率更高更為高效，從而深刻地影響企業(yè)的運行模式、縮短決策時間、同時提高組織內部的協(xié)同力和競爭力。</p><p>　　本文介紹了遠程視頻會議系統(tǒng)的構成，它是由終端，MCU等設備組成的系統(tǒng)；

6、各種網絡傳輸方式，主要以光纖傳輸為例來講；H.323，H.261等標準的框架和幀結構；信息的壓縮方法，分為允許失真和不允許失真；多點控制技術，以及方案的設計，拓撲結構的搭建，區(qū)域的劃分等。經過以上的研究，完成了遠程數字電視會議系統(tǒng)設計。在現實中，遠程需要網絡運營商來構建，而且大于兩個以上的視頻會議接點，需要多點控制器（MCU）的參與才能實現系統(tǒng)。</p><p>　　【關鍵詞】視頻會議 區(qū)域劃分 多點控制器

7、 遠程傳輸</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the development of the enterprise scale, more and more large enterprises will be in different regions, different provinces set up c

8、ompany, but due to the restriction of factors such as geography, traffic, seriously hindered the normal information communication, the meeting cost transportation cost and time to be a lot of cross-regional enterprise a

9、high cost of spending. At this point, we need to enterprise of high definition video conference network construction. After we set up the </p><p>　　For enterprises, the use of video conference system can gra

10、sp the market, instant win competitive advantage. Conference call can quickly in time communicationFor business communication problem, video conference system should be to be born, it is by the video conferencing termina

11、ls, multipoint control unit （MCU） equipment, network equipment and software for the enterprise to provide video conference service integration of application systems, such as long-distance recruitment problems. It makes

12、l</p><p>　　This paper introduces the composition of the remote video meeting system, it is by the terminal, composed of devices such as MCU system; All kinds of network transmission way, mainly in terms of o

13、ptical fiber transmission as an example; Standards such as h. 323, h. 261 framework and frame structure; The compression method of information, divided into allowing distortion and do not allow the distortion; Multipoint

14、 control technology, as well as the scheme design, the construction of the topologic</p><p>　　【Key words】Video conference division Multipoint controller Remote transmission</p><p><b>　　

15、目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論.....................................................................................................................................1</p><p>　　第一節(jié) 遠程視頻會議系統(tǒng)的構成………

16、………………………………………………..........1</p><p>　　一、視頻會議終端………………………………………………………………………………2</p><p>　　二、多點控制單元.........……………..............………………………………………………….2</p><p>　　三、附屬設備………………………………….......

17、.……………………………………………3</p><p>　　第二節(jié) 視頻會議發(fā)展.………………………........………………………………………….....3</p><p>　　第三節(jié) 傳輸網絡………………………………………………………………………………..4</p><p>　　第四節(jié) 本章小結..…………………………………………………………………………

18、…....6</p><p>　　第二章 視頻會議系統(tǒng)標準…………………………………………........................……………..7</p><p>　　第一節(jié) H.320視頻會議標準………………………………………………........……………..7</p><p>　　第二節(jié) H.323視頻會議標準……………........……………

19、………………………………..…8</p><p>　　一、H.323的協(xié)議框架……………………………………………………………………..........9</p><p>　　二、基于H.323協(xié)議的網絡組成構架…………….…………………..……...…………….......9</p><p>　　第三節(jié) H.261標準………………………………......……………

20、………………………......12</p><p>　　第四節(jié) H.263標準……………………………….......…………………………………….....13</p><p>　　第五節(jié) 本章小結…………………............…………………………………………………....14</p><p>　　第三章 視頻會議的主要技術………………………………...

21、.…………………………………15</p><p>　　第一節(jié) 壓縮技術…………………................................………………………………………15</p><p>　　一、視頻編碼技術……………………………………….................…………….…………....15</p><p>　　二、音頻編碼技術………………

22、……….................…………………………….…………....19</p><p>　　第二節(jié) 多點控制技術……………………………………………..………………………......20</p><p>　　第三節(jié) 視頻傳輸技術…………………..…………………………………………………......23</p><p>　　一、光纖有線傳輸…………………

23、……….............…………………………….……………23</p><p>　　二、ADSL有線傳輸…………………………………….........…………………..……………25</p><p>　　三、專線傳輸………………….....................…………………………………….……………26</p><p>　　四、衛(wèi)星傳輸方式………

24、…………………….............………………………….……………26</p><p>　　五、CDMA無線傳輸……………………………………………........…………..……………26</p><p>　　六、3G無線傳輸…………………………………………...............…………..………………27</p><p>　　七、數字微波無線傳輸…

25、………………………………......…………………………………27</p><p>　　八、模擬微波無線傳輸………………………….....………………………….………………28</p><p>　　第四節(jié) 本章小結…………………………………………................…………………………28</p><p>　　第四章 遠程視頻會議網絡建設相關技術……

26、…………………………………………………29</p><p>　　第一節(jié) 遠程控制技術……………………………………........………………………………29</p><p>　　第二節(jié) 局域網技術…………………………………………............…………………………31</p><p>　　第三節(jié) 本章小結…………………………………………........

27、....………....…………………33</p><p>　　第五章 系統(tǒng)方案設計……………………………………………………............………………34</p><p>　　第一節(jié) 建設目標及應用需求…………………………………………………………………34</p><p>　　第二節(jié) 傳輸載體選擇與拓撲設計……………………………………………………………

28、36</p><p>　　第三節(jié) 設計及實現…………………………………………………………............…………37</p><p>　　一、公司總部大樓拓撲結構……………………………………………..................…………37</p><p>　　二、路由區(qū)域設計……………………………………………………..............…………

29、……38</p><p>　　第四節(jié) 本章小結....…………………………………………………………............…………39</p><p>　　結 論………………………………………………………………………........…………………40</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………........…………………

30、41</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………..…………………42</p><p>　　附 錄 ……………………………………………………………………......……………………43</p><p>　　一、英文原文…………………………………………………………......……………………43</p><

31、;p>　　二、英文翻譯…………………………………………………………......……………………46</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　第一節(jié) 遠程視頻會議系統(tǒng)的構成</p><p>　　企業(yè)需求的高清視頻會議網絡實際上是企業(yè)內視頻會議終端及核心平臺互聯(lián)運行的網絡，它是由視頻會議終端、多點控制單元（M

32、CU）設備、網絡設備和軟件組成的為企業(yè)提供視頻會議服務的集成應用系統(tǒng)，并可通過與辦公局域網或者廣域網的互聯(lián)實現其他會議應用需求，對于跨地區(qū)的企業(yè)而言，要求企業(yè)租用完善的網絡資源和傳輸鏈路[1]。結構如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 視頻會議系統(tǒng)結構</p><p>　　一套完整的視頻會議系統(tǒng)通常由視頻會議終端、多點控制單元MCU、網絡管理軟件、傳輸網絡以及相關附件五大部分構成

33、[2]。</p><p>　　由于用戶已有的網絡狀況、硬件設施各有特色，所以對視頻會議系統(tǒng)中視頻會議終端系統(tǒng)、多點會議控制器MCU、網絡管理軟件等部分的要求，也各不一樣。下面，我們對結構中一些主要設備做個大概了解。</p><p><b>　　一、視頻會議終端</b></p><p><b>　　圖1.2 會議終端</b>

34、;</p><p>　　如圖1.2所示，這是一個會議終端設備，它采用720P高清的視頻技術和標準，支持1路高清視頻、1路標清視頻輸入，實現真正的高清面對面交流。該設備最高支持720P分辨率，達到呈現式、“面對面”的視頻會議效果；多方遠程音視頻通訊，視頻界面隨意切換；同步錄制聲音、圖像、數據并進行存檔；同步共享網頁內容，協(xié)同批注；即時文字通訊，一對一或一對多人文字溝通；文件傳輸，同時分發(fā)文件至每個與會人員；文檔共享

35、，同步共享音頻、視頻、office、圖片等格式的文檔；顯示分辨率自適應，根據每個顯示設備的不同，自動調整終端分辨率至最佳狀態(tài)；遠程視頻遙控，可遠程遙控每個會場的攝像頭，監(jiān)控每一路畫面。為用戶提供集音頻、視頻及數據功能于一體的高清音視頻通訊服務。</p><p>　　二、多點控制單元MCU</p><p>　　圖1.3 MCU多點控制單元</p><p>　　視頻會議

36、多點控制單元MCU（Mutipoint Control Unit），采用高度集成化設計，集視頻、音頻和數據通訊于一體[3]。如圖1.3所示，這是一個多點控制設備，設備支持H.264高清（最高可達1080P）視頻編解碼，支持G.722.1C高清（HD）音頻編解碼，加上獨特的智能混音設計，帶給您逼真的面對面溝通感覺。多流編碼技術，即對于同一個視頻源可以根據終端編碼出不同速率（不同分辨率）的碼流，適合不同終端帶寬接入以及移動設備接入系統(tǒng)。這樣

37、既不同于傳統(tǒng)產品的單速率會議接入（對網絡適應能力不強），也不同于全速率接入（對處理能力要求極高，產品性價比不高）。</p><p>　　基于QoS的通訊機制，為多點會議突出的網絡特性、安全性和和穩(wěn)定性議提出最基礎的保障。支持H.235AES媒體流加密標準，保證會議的安全性。多年專注視訊開發(fā)和市場磨練，保證了MCU運行的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　三、附屬設備</b

38、></p><p>　　一套視頻會議系統(tǒng)需要哪些附屬設備需要看具體應用需求，通常用到的附屬設備包括投影儀、監(jiān)視器/電視機、大型擴音器、麥克風、DVD播放機、錄像機、外部遙控器、寫字板、中央控制、記憶卡、放映機、等離子屏、計算機監(jiān)視器，大屏投影等。</p><p>　　第二節(jié) 視頻會議發(fā)展</p><p>　　早期的視頻會議用攝像機直接攝取人物及會場實景，圖像

39、和聲音經編碼后用模擬信號猶如廣播電視節(jié)目一樣經過帶寬為6MHz模擬信道傳輸到另一會場，進行顯示，由于技術復雜，效率低下致使提供視頻會議的公司運營成本高，因此未能廣泛推廣和應用，用戶需求低靡。</p><p>　　80年代以來，隨著視頻會議的傳輸標準的完善，數字編解碼技術、數字傳輸技術的不斷發(fā)展，市場需求同步增長，視頻會議技術才真正邁進了普及和發(fā)展的階段。1990年11月，國際電聯(lián)（ITU）通過了有關圖像編碼的H.

40、261建議以及與它相互支持的H.200系列建議，該系列建議為各國視頻會議的實用化提供了可靠的依據，并解決了H.120及H.130等建議帶來的電視制式和PCM標準不兼容的問題，使各國視頻會議業(yè)務在1990年以后得到了迅猛的發(fā)展和應用[4]。</p><p>　　從1992年第一套完全商用的視頻會議系統(tǒng)運營安裝，到現在有了長足的進步，視頻會議從昂貴的高端人群應用變成了普及型的即時交互手段，期間視頻會議應用的發(fā)展得到了

41、大量的技術創(chuàng)新的推動。2006年初，第一款720P高清視頻會議產品問世，拉開了高清視頻會議的序幕；2008年KEDACOM發(fā)布首款1080P高清視頻會議系統(tǒng)，標志著視頻會議系統(tǒng)已經進入到了高清時代。與傳統(tǒng)的標清視頻會議系統(tǒng)相比，高清視頻會議系統(tǒng)通過提供更為清晰的畫面質量、更好的聲音效果，提供給與會者高效、高質量的視頻體驗，使與會者能夠更有效地進行會議交流。隨著HDTV、HD攝像機等設備的普及，高清視頻會議系統(tǒng)得到了更為廣泛的應用[5]。

42、</p><p>　　更多的企業(yè)和機構由于認識到信息化建設對于企業(yè)的發(fā)展起到的至關重要的作用，對高清視頻會議系統(tǒng)有了更多的需求，同時市場上也涌現出多家廠商，積極應用高清視頻會議新技術，不斷開發(fā)出新產品，整個高清視頻會議系統(tǒng)產業(yè)氛圍已經形成，視頻會議市場已步入高清時代，進而打開高清視頻會議系統(tǒng)的應用新局面。高清視頻會議系統(tǒng)的技術主要包括了視頻編碼技術、圖像標準、網絡通信協(xié)議等。</p><p&g

43、t;　　本世紀初，互聯(lián)網絡的發(fā)展，視頻會議系統(tǒng)由設備、運行使用、維護費用都昂貴的基于獨享的專用網絡（H.320）發(fā)展到基于企業(yè)的IP網絡的IP化視頻會議系統(tǒng)上來。近期隨著基于SIP的UC富媒體通訊的發(fā)展，視頻會議發(fā)展成為不可或缺的溝通和交流手段[6]。</p><p>　　當然，期間伴隨著大量的技術進步和發(fā)展。如今，可以實現高清圖像和聲音的交互所占用的帶寬資源越來越低。</p><p>&

44、lt;b>　　第三節(jié) 傳輸網絡</b></p><p>　　遠程視頻傳輸由于實際條件的限制，不可能是一種傳輸方式，而是綜合各種傳輸方式來完成最終的方式，如圖1.4所示，這是一些傳輸方式。其中，光纖有線的特點是需要在前端攝像機與監(jiān)控中心之間具有光纜，光纜的來源可以為自選敷設或租用其它公司現成的光纜。</p><p>　　ADSL有線傳輸的特點是就ADSL公網與有線對比來看

45、ADSL要相對便宜的多，但ADSL的帶寬不能得到很好的保證。專線傳輸的特點是帶寬穩(wěn)定，每年需要支付相應的通信費用；帶寬比ADSL和穩(wěn)定且靈活。衛(wèi)星傳輸方式的特點為帶寬受惡劣天氣和太陽粒子影響，但情況不為常見，另一個就是由于衛(wèi)星所走的路由較長，所以傳輸有明顯的滯后現象；最大的優(yōu)勢是不受地點和時間約束，尤其是在有線或其它無線方式不能進行傳輸時，衛(wèi)星傳輸是唯一的選擇[7]。</p><p>　　另外，衛(wèi)星傳輸所需要的通

46、信費用要比其它的傳輸方式相對要多一些，每路圖像的傳輸費用約為2萬元的租賃費[8]。</p><p>　　CDMA無線傳輸特點是信號覆蓋范圍廣，但帶寬較小，傳輸帶寬與原理與ADSL極其相似[9]。</p><p><b>　　圖1.4 傳輸方式</b></p><p><b>　　第四節(jié) 本章小結</b></p>

47、;<p>　　目前，視頻會議系統(tǒng)在企業(yè)中的使用越來越多，本章介紹了遠程視頻會議的構成，它是由視頻會議終端、多點控制單元（MCU）設備、網絡設備和軟件組成的為企業(yè)提供視頻會議服務的集成應用系統(tǒng)，并隨著科技的發(fā)展它的技術手段也在不斷的更新。而傳輸網絡的搭建，實現了遠程視頻會議的連接。</p><p>　　第二章 視頻會議系統(tǒng)標準</p><p>　　第一節(jié) H.320視頻會議

48、標準</p><p>　　H.320標準提出較早，主要針對基于窄帶ISDN網絡實現的視頻會議系統(tǒng)。H.320系列標準中包括T.120系列標準和H.200系列標準。</p><p>　　T.120系列標準主要針對靜止圖像的聲像通信業(yè)務；H.200系列是針對運動圖像的視音頻通信業(yè)務的標準。窄帶ISDN網絡是一種基于電路交換域的通信網絡，H.320標準的視頻會議系統(tǒng)主要適用于電路交換的特性，這一

49、標準被廣泛用于DDN、ISDN、VSAT等電路交換類型的網絡上。</p><p>　　電路交換網絡的優(yōu)缺點都很鮮明，優(yōu)點是：面向連接、誤碼率低、傳輸速率、時延小和時延穩(wěn)定，缺點是除ISDN外，其它類型的網絡都是固定連接[10]。</p><p>　　所以H.320標準的視頻會議系統(tǒng)雖然會議質量容易保證，但應用時大部是固定連接，基本上是永久性的，這就導致了系統(tǒng)的帶寬利用率相對較低，放性差，限

50、制了視頻會議業(yè)務的發(fā)展。</p><p>　　我國1993年開始引進建設H.320標準的視頻會議網絡，大多數都是建立在ISDN、DDN、VSAT、El專線等網絡上，目前基本都已經被H.323標準的視頻會議網絡取代。</p><p>　　H.320系列標準是會議系統(tǒng)中應用最早，最為成熟的協(xié)議，支持ISDN，E1，T1，帶寬從64Kbps到2Mbps，幾乎所有的會議系統(tǒng)廠家都支持。甚至許多LA

51、N會議系統(tǒng)的產品也支持H.320。 </p><p>　　H.320標包括視頻、音頻的壓縮和解壓縮、靜止圖像、多點會議、加密等特性[11]。</p><p>　　H.320可分為五個部分：通用系統(tǒng)，音頻，多點會議，加密，數據傳送等。如表2.1所示。</p><p>　　對于會議電視業(yè)務需傳遞的視頻、音頻、數據等信息，H.221建議規(guī)定了統(tǒng)一的幀結構。兩終端要互通需要

52、有一定的約定、協(xié)商，一經完成握手協(xié)議的要求，便建立起正常的通信。</p><p>　　H.243多個終端與MCU之間的通信規(guī)程適用于星型網絡結構中多個MCU的呼叫連接建立。</p><p>　　H.230視聽系統(tǒng)的幀同步控制和指示（C&I）標準為從一個終端到另一個終端間的信令，即幀同步控制信號（C）和指示信號（I）的標準。</p><p>　　表2.1 H.

53、320協(xié)議框架</p><p>　　第二節(jié) H.323視頻會議標準</p><p>　　ITU-T于1996年批準了H.323規(guī)范。該協(xié)議族制定了基于無品質保證的包交換網（Internet）上開展交互視聽業(yè)務的標準，它涵蓋了個人計算機技術、以及點對點和點對多點視頻會議以及各種獨立設備，描述了各類實體設備間的通信服務，具體來說，協(xié)議主要提供了四類實體描述：網守、網關、終端、多點控制器，并提

54、供了呼叫信令過程、呼叫模型、復用標準和控制消息等通信服務描述。不同廠商的應用和多媒體產品被H.323標準準確描述并能夠互操作，該標準解決了多媒體與帶寬管理、視頻會議中呼叫與會話控制等許多問題，實現了不同設備間的互通，它涵蓋了IP基礎網絡如：Internet、LAN、EXTRANET等網絡多媒體及數據形式的通信。該標準也允許通過POTS和ISDN與基于PPP的網絡直接相連。H.323標準對于范圍廣泛的基于IP網絡的多媒體通信應用來說是非常

55、重要的標準。</p><p>　　H.323 標準下的通信可以看成是音頻、視頻、數據和控制包的混合體。音頻功能、Q.931呼叫建立、RAS控制以及H.245信令是必須的。</p><p>　　所有其它功能，包括視頻和數據會議，都是可選的。當編碼器支持多種編碼算法時，編碼器使用的算法由解碼器根據H.245協(xié)議傳送過來的信息決定。H.323終端也能不對稱地工作（不同的編碼和解碼算法），并能發(fā)送

56、/接收多個視頻和音頻通道。呼叫控制功能是H.323終端的核心。整個系統(tǒng)的控制由三個不同的信道提供：H.245控制信道、Q.931呼叫信道和RAS信道，控制功能包括呼叫建立信號、性能協(xié)商、命令和指示信號以及開通并描述邏輯信道內容的信息。所有的音頻、視頻和控制信息經過控制層處理，輸出到網絡接口，對于輸入信息流，過程正好相反。H.245控制信道是傳送控制信息的可靠信道，這些控制信息支配H.323實體的運作，包括性能協(xié)商、開通和關閉邏輯信道、優(yōu)

57、先選擇請求、流控制信息以及通常的命令和指示。</p><p>　　一、H.323的協(xié)議框架</p><p>　　如表2.2所示為H.323的協(xié)議框架：</p><p>　　表2.2 H.323協(xié)議框架</p><p>　　H.323：協(xié)議框架，描述以下協(xié)議如何協(xié)同工作。</p><p>　　H.225：定義呼叫信令（Q

58、.931）以及節(jié)點和GK（RAS）之間的通信。</p><p>　　RTP/RTCP：實時傳輸協(xié)議，用來傳輸視、音頻流。</p><p>　　T.120系列：如何召開數據會議。</p><p>　　RAS（注冊,許可,狀態(tài)）是終端和網守之間。</p><p>　　執(zhí)行的協(xié)議，基本是管理功能，控制其所。在域內端點的信令協(xié)議。Q.931協(xié)議是呼叫

59、信令協(xié)議，在端點間建立和拆除呼叫。</p><p>　　H.245協(xié)議，主要針對會議通信設計。</p><p>　　它是與會者用來建立和控制媒體流的協(xié)議。確保與會方就發(fā)送和接收媒體格式和帶寬要求達成一致。</p><p>　　二、基于H.323協(xié)議的網絡組成構架</p><p>　　如圖2.1，由終端，網守，網關，多點控制單元（包括多點控制M

60、C，多點處理MP）四部分組成。終端、網關、多點控制單元統(tǒng)稱端點：可以發(fā)起呼叫，可以接收呼叫，媒體信息流在端點生成和終結。網守、多點控制器、多點處理器統(tǒng)稱功能實體不可呼叫。</p><p>　　圖2.1 協(xié)議網絡的組成</p><p>　　如圖2.2，終端具有音頻編解碼功能，提供系統(tǒng)控制接口。</p><p>　　如圖2.3所示，網關提供H.323網絡與非H.323網

61、絡之間的轉換功能。主要包括：轉換協(xié)議如PSTN、ISDN網絡通信；傳遞信息。</p><p>　　圖2.2 協(xié)議網絡的終端</p><p>　　H.323網守向H.323終端節(jié)點提供地址轉換及呼叫控制服務。同時它還負責帶控制，這是一系列操作的集合，允許終端節(jié)點改變在IP網絡上分配的帶寬。一個網守將管理一組終端、網關及MCU。這個組稱為一個區(qū)域，一個區(qū)域是由這些元素構成的邏輯聯(lián)系。</

62、p><p>　　圖2.3 協(xié)議網絡的網關</p><p>　　網守提供這些功能：地址解析，別名和網絡地址之間的翻譯。接入控制，網絡資源使用許可，身份驗證。帶寬控制，初始帶寬申請，帶寬改變控制。區(qū)域管理，下轄設備的管理。多點控制單元（MCU）支持在三個或三個以上的終端和網關之間的多點會議。如圖2.4所示，MCU包括一個命令多點控制器（MC）和可選的多點處理器（MP）。MC支持與所有終端進行協(xié)商的

63、能力，用以保證通信達到一個普遍的水平。MP在MC的控制下在進行多點會議時，具備對語音、視頻或者數據業(yè)務的混合或交換能力。MP是處理語音、視頻以及數據流的主處理器。</p><p>　　圖2.4 協(xié)議網絡的網守</p><p>　　第三節(jié) H.261標準</p><p>　　1990年CCITT正式通過了針對通過電話線的可視電話、視頻會議以及其它多媒體通信的視聽業(yè)務

64、編碼器CODECH.261建議。H.261標準采用混合編碼，即同時使用兩種或兩種以上的編碼方法進行編碼的過程。試想如果同時結合波形編碼方法和參量編碼方法，則可得到集合了兩者優(yōu)勢的的編碼。H.261標準使用的編碼有：統(tǒng)計編碼、離散余弦變換、運動補償幀間預測，最終得到特定碼流[12]。H.261建議圖像格式采用CIF（Common Intermediate Format），有效區(qū)域像素為176×144（色差信號）和352×

65、;288（亮度信號）。</p><p>　　H.261視頻壓縮算法的具體過程：壓縮編解碼算法主要分為幀內編碼和幀間編碼。</p><p>　　幀內編碼系統(tǒng)單獨壓縮視頻的每一幀（有時為每一場），其算法優(yōu)點是提供了精確的幀定位，便于編輯，但它們的數據量比幀間算法要大2～10倍。在幀內模式，不進行DPCM運算。圖像中每個8×8的子塊經DCT變換后生成DCT系數，然后對系數量化和墑編碼，

66、最后送給復接器與其他邊信息復接到一起構成一路比特流。此圖像幀經類似的反處理后存入幀存中，用于幀間編碼。</p><p>　　幀間編解碼器使用了有效的雙向預測、運動預測和DCT的組合，以達到高壓縮比，從而實現低碼率，這類算法的典型例子包括MPEG與H.26x系列算法[13]。在幀間模式中，耍進行幀間DPCM編碼。首先，當前幀中的亮度宏塊和前一幀相應位置的亮度宏塊進行比較，產生活動物體的運動估值；然后，利用此運動矢量

67、對前一幀中的運動物體進行運動補償，得到相應的預測宏塊。如果當前宏塊和預測宏塊的差值小于一定門限，則此宏塊的數據不進行DCT變換，而是在收端用預測宏塊代替當前宏塊。反之，差值進行DCT變換、線性量化及熵編碼，然后與運動矢量等邊信息一起送到復接器組成一路比特碼流。當需要時，可以通過把環(huán)路濾波打開或關閉來濾除高頻噪聲，以提高圖像質量。根據傳輸緩存器中的數據多少，編碼器自適應地調整量化步長。當緩存器接近寫滿時，增加量化步長以減少編碼數據量，但這

68、將導致圖形質量下降。另一方面，當緩存器不滿時，減少量化步長，提高圖像質量。為了進一步提高編碼效率，在源編碼之后緊接著采用變字長熵編碼技術。熵編碼技術在量化后的DCT系數的統(tǒng)計特性基礎上，通過使它們更加緊湊而實現無失真壓縮。熵編碼可看成由兩部分組成： 把量化后的系數序列</p><p>　　為能夠支持實時編碼，采用不對稱的壓縮算法十分必要。對于對稱算法，壓縮處理和解壓縮處理需要相同的運算量；而不對稱壓縮算法中解碼器

69、比編碼器需要更少的運算量。在理論上，這可使解碼器成本降低。但隨著集成電路技術的不斷進步，特別是編解碼系統(tǒng)芯片的出現，采用不對稱壓縮算法的優(yōu)勢已經變得不十分明顯。</p><p>　　第四節(jié) H.263標準</p><p>　　CCITT在H.261標準發(fā)表以后又推出了H.263標準，他的碼流數據格式與H.261標準不同，但壓縮原理基本相同。雖然H.263標準的速率的適應的范圍很寬，高、低

70、端速率可完全涵蓋H.261標準，但它仍屬于低比特圖像壓縮編碼標準，它是圖像視頻編碼標準，主要應用于IP網絡的視頻會議系統(tǒng)之中。</p><p>　　H.263是國際電聯(lián)ITU-T的一個標準草案，是為低碼流通信而設計的。但實際上這個標準可用在很寬的碼流范圍，而非只用于低碼流應用，它在許多應用中可以認為被用于取代H.261。H.263的編碼算法與H.261一樣，但做了一些改善和改變，以提高性能和糾錯能力。</p

71、><p>　　H.263標準在低碼率下能夠提供比H.261更好的圖像效果，兩者的區(qū)別有：</p><p>　　H.263的運動補償使用半像素精度，而H.261則用全像素精度和環(huán)路濾波；數據流層次結構的某些部分在H.263中是可選的，使得編解碼可以配置成更低的數據率或更好的糾錯能力；H.263包含四個可協(xié)商的選項以改善性能；H.263采用無限制的運動向量以及基于語法的算術編碼；采用事先預測和與M

72、PEG中的P-B幀一樣的幀預測方法；H.263支持5種分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，還支持SQCIF、4CIF和16CIF，SQCIF相當于QCIF一半的分辨率，而4CIF和16CIF分別為CIF的4倍和16倍。</p><p>　　實時的視頻通信在實時情形下開發(fā)一個可以有效工作的視頻編碼和編碼器時，有很多問題是要被說明的，包括：碼率控制實際的通信信道對于每秒鐘它們可以處理的能力有限度

73、。在很多種情形下，碼率是一個定值（比如說POTS，IDSN等）H.263編碼器的基礎是對于每個編碼的幀生成一個變的碼值。如果運動估計/補償過程工作正常的話，那么就有更少的非0系數被用來編碼。然而，如果運動估計工作不那么正常的話（比如說當視頻場景中包括復雜的運動時），就會有很多的非0系數來被編碼。這樣編碼的值會增加。為了映射這個可變的碼率值到一個CBR（固定碼率值）信道，編碼器必須進行碼率控制。編碼器計算編碼器輸出的碼率。如果它太高的話，

74、它會通過增加標量化因子來提高壓縮率：這會導致更高的壓縮比（碼率會更低），但也同時在解碼器給出了更低的畫質。如果碼率下降的話，編碼器就通過降低量化器的標量化因子來進行壓縮。這樣會在解碼端造成更高的友率和更佳的畫質。同步編碼器和解碼器必須是同步的，特別是如果視頻信號與音頻信號一起的話。H.263碼流包含了一定數目的“頭”或叫標記，這些是特殊的記號用來標記解碼器在當前幀的所處的位置。如果解碼器失掉了同步，那么</p><p

75、><b>　　第五節(jié) 本章小結</b></p><p>　　視頻會議系統(tǒng)的標準有很多，本章介紹了H.320、H.323、H.261和H.263。分別說明了各個標準的主要內容，框架結構以及基于這些協(xié)議的網絡組成構架。這些標準主要針對的是視音頻的編碼、壓縮、傳輸等方面。</p><p>　　第三章 視頻會議的主要技術</p><p>&l

76、t;b>　　第一節(jié) 壓縮技術</b></p><p><b>　　一、視頻編碼技術</b></p><p>　　從編碼前后信息量變化的角度出發(fā)，信息壓縮方法分為兩類：一類是不允許有失真的編碼，即所謂信息保持型編碼，或稱為熵編碼；另一類則是允許有一定量失真的編碼，稱為有限失真編碼。</p><p>　　如果采用信息保持型編碼，

77、雖然用來表示圖像或語音的比特數比原來有所減少，但它們所代表的信息量卻和未編碼前一樣，因而由壓縮后的信息所恢復出來的圖像或語音將和原來的完全一致[14]；</p><p>　　如果采用非信息保持型編碼，則會由于在編碼過程中丟失一些信息量而使恢復出的圖像或語音出現一定程度的失真，也就是說和原圖像或語音并不完全一致。一般說來，信息保持型編碼的壓縮比較低，非信息保持型編碼的壓縮比較高。</p><p&

78、gt;　　按照壓縮編碼所采用的算法不同，圖像壓縮編碼的方法有三類，一類是消除圖像時間冗余度的預測編碼方法，另一類是消除圖像空間冗余度的變換編碼（尤其是離散余弦變換方法，第三類是在實際中應用最多的，將前兩類方法結合起來使用的所謂混合編碼。雖然一般說來語音信息比圖像信息要少，但仍然顯得比較龐大。</p><p><b>　?。ㄒ唬㎝PEG-2</b></p><p>　　

79、MPEG-2音頻是在1994年11月為數字電視而提出來的，其發(fā)展分為三個階段[15]：</p><p>　　第一階段是對MPEG-1增加了低采樣頻率，有16KHZ，22.05KHZ，以及24KHZ。</p><p>　　第二階段是對MPEG-1實施了向后兼容的多聲道擴展，將其稱為MPEG-2BC。支持單聲道，雙聲道，多聲道等編碼。并附加“低頻加重”擴展聲道，從而達到五聲道編碼。</p

80、><p>　　第三階段是向后不兼容，將其稱為MPEG-2 AAC先進音頻編碼。采樣頻率可以低至8KHZ；而高至96KHZ范圍內的1-48個通道可選的高音質音頻編碼。</p><p>　　MPEG-2的編碼圖像被分為三類，分別稱為I幀、P幀和B幀。I幀圖像采用幀內編碼方式，即只利用了單幀圖像內的空間相關性，而沒有利用時間相關性。P幀和B幀圖像采用幀間編碼方式，即同時利用了空間和時間上的相關性。P

81、幀圖像只采用前向時間預測，可以提高壓縮效率和圖像質量。P幀圖像中可以包含幀內編碼的部分，即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測，也可以是幀內編碼。B幀圖像采用雙向時間預測，可以大大提高壓縮倍數。MPEG-2的硬件框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 MPEG-2視頻編碼器硬件原理圖</p><p>　　MPEG-2制定于1994年，設計目標是高級工業(yè)標準的圖象質量以及更高的傳輸率

82、。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間，其在NTSC制式下的分辨率可達720×486，MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級的視像和CD級的音質。MPEG-2的音頻編碼可提供左右中及兩個環(huán)繞聲道，以及一個加重低音聲道，和多達7個伴音聲道。由于MPEG-2在設計時的巧妙處理，使得大多數MPEG-2解碼器也可播放MPEG-1格式的數據，如VCD。</p><p>　　同時，由于MPEG-

83、2的出色性能表現，已能適用于HDTV，使得原打算為HDTV設計的MPEG-3，還沒出世就被拋棄了。（MPEG-3要求傳輸速率在20Mbits/sec-40Mbits/sec間，但這將使畫面有輕度扭曲）。</p><p>　　除了作為DVD的指定標準外，MPEG-2還可用于為廣播，有線電視網，電纜網絡以及衛(wèi)星直播（DirectBroadcastSatellite）提供廣播級的數字視頻。</p><

84、;p>　　MPEG-2的另一特點是，其可提供一個較廣的范圍改變壓縮比，以適應不同畫面質量，存儲容量，以及帶寬的要求。對于最終用戶來說，由于現存電視機分辨率限制，MPEG-2所帶來的高清晰度畫面質量（如DVD畫面）在電視上效果并不明顯，倒是其音頻特性（如加重低音，多伴音聲道等）更引人注目。</p><p><b>　?。ǘ㎝PEG-4</b></p><p>　

85、　MPEG-4是為在國際互聯(lián)網絡上或移動通信設備（例如移動電話）上實時傳輸音視頻訊號而制定的最新MPEG標準，MPEG4采用Object Based方式解壓縮，壓縮比指標遠遠優(yōu)于以上幾種，壓縮倍數為450倍（ 靜態(tài) 圖像可達800倍），分辨率輸入可從320×240到1280×1024，這是同質量的MPEG1和MJEPG的十倍多。</p><p>　　MPEG4使用圖層（la

86、yer）方式，能夠智能化選擇 影像的不同之處，是可根據圖像內容，將其中的對象（人物、物體、背景）分離出來分別進行壓縮，使圖文件容量大幅縮減，而加速音視頻的傳輸，這不僅僅大大提高了壓縮比，也使圖像探測的功能和準確性更充分的體現出來。</p><p>　　在網絡傳輸中可以設定MPEG4的碼流速率，清晰度也可在一定的范圍內作相應的變化，這樣便于用戶根據自己對錄像時間、傳輸路數和清晰度的不同要求進行不同的設置，

87、大大提高了系統(tǒng)使用時的適應性和靈活性。也可采用動態(tài)幀測技術，動態(tài)時快錄，靜態(tài)時慢錄，從而減少平均數據量，節(jié)省存儲空間。而且當在傳輸有誤碼或丟包現象時，MPEG4受到的影響很小，并且能迅速恢復。</p><p>　　MPEG4中算法很多，可根據需要選用，例如區(qū)域變換有DCT，SADCT和OWT等。為了支持前面提到的各種功能：高效壓縮、基于內容的交互（操作、編輯、訪問等）以及基于內容的分級擴展（空域分級、時域分級），

88、必然要求MPEG4要以基于內容的方式表示視頻數據，因此MPEF4中引入了VO視頻對象和VOP視頻對象平面的概念來實現基于內容的表示。</p><p>　　VO的構成依賴于具體應用和系統(tǒng)實際所處環(huán)境：在要求超低比特率的情況下，VO可以是矩形幀（即傳統(tǒng)MPEG-1和H.263中的矩形幀），從而與原來的標準兼容；對于基于內容的表示要求較高的應用來說，V0可能是場景中的某一物體或某一層面，如新聞節(jié)目中解說員的頭肩像；V0

89、也可能是計算機產生的二維、三維圖形等[16]。</p><p>　　在MPEG4中，VO主要被定義為畫面中分割出來的不同物體，每個VO由3類信息來描述：運動信息、形狀信息和紋理信息。</p><p>　　VO的生存期是一個鏡頭（SESSION）。MPEG4首先對視頻序列進行鏡頭切分，對一個鏡頭中每一幀進行物體分割，得到各個VO。</p><p>　　圖3.1為MPE

90、G4編碼器框圖。第一步是VO的形成（VOFORMATION），先要從原始視頻流中分割出VO，由編碼控制（CODINGCONTROL）機制為不同的V0以及各個V0的3類信息分配碼率，之后各個VO分別獨立編碼，最后將各個VO的碼流復合（MUx）成一個碼流。其中，在編碼控制和復合階段可以加入用戶的交互控制或由智能化的算法進行控制。</p><p>　　圖3.2 MPEG4編碼器框圖</p><p&g

91、t;　　MPEG4的應用前景將是非常廣闊的。它的出現將對以下各方面產生較大的推動作用：數字電視、動態(tài)圖像、萬維網（WWW）、實時多媒體監(jiān)控、低比特率下的移動多媒體通信、于內容存儲和檢索多媒系統(tǒng)、Intranet上的視頻流與可視游戲、基于面部表情模擬的虛擬會議、DVD上的交互多媒體應用、基于計算機網絡的可視化合作實驗室場景應用、演播電視等。</p><p>　　MPEG-4與MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。

92、MPEG-4不只是具體壓縮算法，它是針對數字電視、交互式繪圖應用（影音合成內容）、交互式多媒體（WWW、資料擷取與分散）等整合及壓縮技術的需求而制定的國際標準。</p><p>　　MPEG-4標準將眾多的多媒體應用集成于一個完整的框架內，旨在為多媒體通信及應用環(huán)境提供標準的算法及工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲、檢索等應用領域普遍采用的統(tǒng)一 數據格式。</p><p>

93、　　MPEG-4的編碼理念是：MPEG-4標準同以前標準的最顯著的差別在于它是采用 基于對象的編碼理念，即在編碼時將一幅景物分成若干在時間和空間上相互聯(lián)系的視頻音頻對象，分別編碼后，再經過復用傳輸到接收端，然后再對不同的對象分別解碼，從而組合成所需要的視頻和音頻。這樣既方便我們對不同的對象采用不同的編碼方法和表示方法，又有利于不同數據類型間的融合，并且這樣也可以方便的實現對于各種對象的操作及編輯。例如，我們可以將一個卡通人物放

94、在真實的場景中，或者將真人置于一個虛擬的演播室里，還可以在互聯(lián)網上方便的實現交互，根據自己的需要有選擇的組合各種視頻音頻以及圖形 文本對象。</p><p>　　MPEG-4系統(tǒng)的一般框架是：對自然或合成的視聽內容的表示；對視聽內容數據流的管理，如多點、同步、緩沖管理等；對靈活性的支持和對系統(tǒng)不同部分的配置。MPEG-4提供了基于內容的多媒體數據訪問工具，如索引、超級鏈接、上傳、下載、刪除等。</

95、p><p>　　利用這些工具，用戶可以方便地從多媒體數據庫中有選擇地獲取自己所需的與對象有關的內容，并提供了內容的操作和位流編輯功能，可應用于交互式家庭購物，淡入淡出的數字化效果等。</p><p>　　MPEG-4提供了高效的自然或合成的多媒體數據編碼方法。它可以把自然場景或對象組合起來成為合成的多媒體數據。</p><p><b>　　二、音頻編碼技術&l

96、t;/b></p><p>　　類似于圖像，語音編碼方法也有三類，一類是經典的基于語音波形進行編碼的波形編碼，另一類基于語音特征參數進行編碼的參數法編碼，第三類是在低速語音編碼應用最多的將前兩種方法混合使用的混合法編碼[17]。</p><p>　　基于波形編碼的壓縮編碼可獲得較高的語音質量，但數據量壓縮不多，如G.7n標準的64Kbit/s的語音PCM的U律（或A律）壓縮。參數編碼

97、方法廣泛應用于各類低速聲碼器和保密通信中，它的數碼率低至數Kbit/s，但質量不易提高。</p><p>　　近年來出現的混合語音編碼方法，把波形編碼的高質量和參數編碼的低數碼率結合在一起，取得了較好的效果，其數碼率10Kbit/S左右，語音質量也較好。如碼激勵線性預測編碼（CELPC），規(guī)則脈沖激勵（LPC）等都是常見的混合編碼方法。</p><p>　　與視頻編解碼相似，一個視頻會議系

98、統(tǒng)還需要實現音頻編解碼功能。音頻編解碼標準也主要有兩大類：ITU-T的G系列（G.711、G.722、G.728、G.729）和MP3。</p><p>　　其中，G系列是基于傳統(tǒng)的電話音質的編碼技術，頻響范圍為300Hz-3400Hz，采樣率為8KHz，每路聲音占用帶寬為8K-64K。G.711為64K不壓縮PCM編碼，其它幾種都是有損壓縮編碼。而MP3是用于高保真音樂的高效聲音壓縮算法，頻響范圍10Hz到20

99、KHz，采用頻率為44.1KHz，而且MP3還支持雙聲道編碼技術，其效果比G系列音質要好得多。但MP3對帶寬要求較高。</p><p>　　如果帶寬資源比較豐富，從音頻效果上可采用MP3編碼標準；如果帶寬資源比較緊張，從帶寬資源上考慮建議采用G系列編碼標準。</p><p>　　現在的數據帶寬集成了視頻和數據等多項業(yè)務，可根據帶寬實際使用情況，以及不同時候的帶寬占用情況，優(yōu)先采用MP3雙聲

100、道編碼技術，并根據實際情況及效果要求動態(tài)調整。</p><p>　　第二節(jié) 多點控制技術</p><p>　　視頻會議業(yè)務是一種多點之間雙向通信業(yè)務。限于現今通信網的現狀，多點間視頻會議信號的切換，必須由專門用于多點視頻會議切換的設備—多點控制單元（MCU）來完成。MCU和各終端的連接是呈星形狀態(tài)，通常放置在星形網絡的中心處，即參加會議的各個終端都以雙向通信的方式和MCU相連接[18]。

101、由于MCU端口數是有一定限制的，因此，在遇到會議點特別多的情況時，可以將多個MCU級聯(lián)使用，這樣就可大大地增加視頻會議網的節(jié)點容量。MCU是一個數字處理單元，具備對多個視頻會議終端的信號進行切換或混合功能。MCU在數字域中實現音頻、視頻、數據、信令等所有數字信號的切換或混合。由于語音信號可以進行疊加處理，因此對語音信號的處理除了切換以外可采用多路匯接（混合）的方式；而對圖像信號來說，多個圖像的疊加是不允許發(fā)生的，MCU只是將它們在各個會

102、議點之間進行切換，當然圖像允許進行拼接，可利用MCU實現多畫面分割，可在一臺顯示設備上顯示多路圖像。MCU還要具備對視頻會議網進行有效控制的功能，以及對視頻會議系統(tǒng)進行有效管理的功能。使它能模仿我們平時實際開會的方式，如主席發(fā)言、與會者發(fā)言、插話、自由討論等。MCU所承擔的會議控</p><p>　　MCU的設計可參考ITU的H.324系列建議。該建議擬訂了低比特多媒體通信終端的基本框架。</p>

103、<p>　　它包括四個主要部分：G.723.1音頻編碼標準、H.263視頻編碼標準、H.245通信控制協(xié)議和H.223復接分接協(xié)議，該建議同時也描述了一個在PSTN中采用V.34標準的Modem。V.34標準規(guī)定了輸入/輸出Modem的數據格式、比特率等要求。本系統(tǒng)由于MCU連接了多個端口，若各端口Modem的速率不一致，則可能會造成MCU的數據擁塞，故本系統(tǒng)中禁止Modem速率的自動調整。一般在會議開始之前，即按各端口中最低

104、速率建立連接，以保證較小的誤碼率。在MCU中，主要是對H.223幀的幀頭進行處理。H.223幀結構中的幀起始標志為3個連續(xù)的FAS碼，每個FAS碼長為4個字節(jié)，試驗系統(tǒng)中可取為0XEC。該標志也可用于實現對H.223幀的定界。由于幀長度是不定的，因此，幀起始標志的正確傳輸與檢測直接影響到幀定位?？刂菩盘栆舱?個字節(jié)，其中前兩個字節(jié)為BAS碼，主要攜帶會議控制信息。因本會議系統(tǒng)的可能狀態(tài)較少，所用到的控制命令也少，故只用一個字節(jié)傳送命令，

105、另一個字節(jié)作為BAS碼的糾錯字節(jié)，以保證命令的正確傳輸。</p><p>　　在視頻會議系統(tǒng)的命令交互中，MCU及各個與會站點在會議中都要維護一張狀態(tài)設置表，表中記錄了各與會站點所對應的邏輯端口、電話號碼、地理位置、在會議中的身份（主席、發(fā)言方及普通會員）等，此后MCU進一步將邏輯端口映射成相應的物理地址，以便MCU從該地址讀寫信息。狀態(tài)設置表的初始設置是在會前通過勤務電話確定的。預定的開會時間由MCU負責通過M