會議電視又稱視頻會議或視訊會議,實際上是一種多媒體通信系統,是二十一世紀多媒體通信領域中一個非常熱門的話題。會議電視技術是融計算機技術、通信網絡技術、微電子技術等于一體的產物,它要求將各種媒體信息數字化,利用各種網絡進行實時傳輸并能與用戶進行友好的信息交流。在會議電視發展初期,網絡環境相對簡單,基本上是專線2Mb/s速率,各公司單純追求一流的編解碼技術,各自懷揣專利算法(至今,會議電視供給商還是或多或少保留一些自己的專用算法),產品間無法互通,技術壟斷,設備價格昂貴,會議電視市場受到很大限制。隨著各種技術的不斷發展和一系列國際標準的出臺,打破了會議電視技術及其設備由少數大公司一統天下的壟斷局面,逐漸發展成為由國外如VTEL、Picture-Tel、VCON公司和國內中興、華為等大企業共同分享國內會議電視市場的競爭局面。另外,高速ip網絡及Internet的迅猛發展,各種數字數據網、分組交換網、ISDN以及ATM的逐步建設和投入使用,使會議電視的應用與發展進入了一個新的時期,同時,市場對會議電視的接受能力也上升到一個新水平。
1 會議電視系統的要求
會議電視就是利用會議電視系統設備和通信網召開會議的一種信息交流方式。在召開電視會議時,處于兩地或多個不同地點的與會者,既可以聽到對方的聲音,又能看到對方的形象,同時還能看到對方會議室的場景,以及展示的實物、圖片、表格、文件等,就像是在同一處參加會議,與平時開會的“面對面”的情形相似,能使與會的代表具有真實感和親切感。要開好電視會議,要求系統具備:
* 高質量的音頻信息。
* 高質量的實時視頻編解碼圖像。
* 友好的人機交互界面。
* 多種網絡接口(ISDN、DDN、PSTN、Internet、衛星等接口)。
* 明亮、莊重、優雅的會議室布局和設計也是開好電視會議的一個方面。
2 會議電視系統的構成
會議電視系統由終端設備、多點控制器(MCU)和傳輸網絡三部分組成。會議電視的傳輸網絡可利用現有的幾乎所有數字網絡,所占用的信道帶寬視實際應用需求及信道能力而定。因此,作為會議電視系統的特定部件,主要是指會議電視終端和多點控制器這兩類。
多點控制器
MCU是會議電視系統中不可缺少的重要部分。是實現各與會終端之間信息交換和控制的主要設備。MCU的作用是實現多點的呼叫和連接和對輸入的多路會議電視信號的切換。但是由于會議電視信號中包含圖像、語音及數據三類不同的信號,因此,MCU的切換作用又不像電話交換那樣只是簡單地將語音進行連接,而是要對三類信號進行不同的處理。為了適應不同的會議模式,MCU可采用集中式和分布式兩種方案。
在分布式方案中,各個終端均完成一定的控制與交換功能,靈活性強,在組網時可利用現有的通信電路,與會端加入/退出會議功能易于實現,但是通信協議比較復雜,且沒有統一的標準,因而未廣泛應用。在集中式方案中,MCU采用廣播方式向各個會場發送信息。目前實際使用的MCU幾乎都采用集中式,并按照星形方式組網。
會議電視終端
會議電視終端設備實際上也就是多媒體通信終端設備,它將本地會場的視頻圖像、語音和數據信息進行壓縮編碼、處理后發送出來,同時將接收到的各種信息進行解碼,再現圖像、語音和數據信號。會議電視終端根據不同的網絡所采用的標準有所不同,主要表現在“復用控制”及“通信接口”模塊的不同,此外,所使用的視、音頻處理的標準也有所差別,但其實現的功能是相同的。
在會議電視終端實現方案中,雖然用戶的應用需求在很大程度上影響著多媒體通信終端的實現,實際上最終起作用的還是相關技術的發展水平,只有當這些技術發展到一定水平之后,開發商才能提供滿足用戶價格需求、質量需求和使用需求的產品。根據會議電視終端核心芯片所采用的技術不同,會議電視終端通常有以下三種。
1)基于PC機的CPU技術
基于PC機的CPU技術實際上是一種以軟件為主的實現技術。會議電視終端主要是由PC機完成運算量特大的各種視、音頻數據處理以及通信控制等工作。這一方法的主要優點在于充分利用PC的計算能力,降低實現成本。但對于視、音頻信號的采集,各種通信網絡接口的設計與實現,還需要配置一定的輔助硬件設備來完成。如視頻采集卡、聲卡、調制解調器等。較之全部利用硬件實現方法,其花費是很低的。近年來PC的飛速發展,尤其是MMX技術的引入,使CPU對多媒體信息的處理能力有了較大提高,于是基于PC的軟件多媒體通信終端相繼推出并走向市場。如Intel在1997年推出的基于MMX200的符合H.324標準的桌面視頻會議電視系統,就是以較低價格提供中等水平通信質量的系統。同樣VTEL公司推出的WG500就是以奔騰計算機和SmartTV軟件、Modem為基礎,提供128kb/s或384kb/s數據速率,適用于LAN、Internet網的工作組型視頻會議系統。甚至PC機廠商和軟件商為了適應多媒體通信的要求,通過在PC機上附加視頻處理、音頻處理和網絡接口模塊,配置相應的應用軟件,使普通的PC機升級為具有多媒體處理功能的通信終端。如PictureTel的Live50、Live100和Live200以及Microsoft的NetMeeting等。
2)基于媒體處理器技術
基于PC的方式必須要有計算機支持,而且在使用時要占據CPU的絕大部分處理能力。因此,在有些應用中不適合采用這種方式。于是發明了基于媒體處理器技術的獨立機型的會議電視終端。目前在會議電視系統中,常見的媒體處理器主要有:Philip公司的TriMedia系列、美國ESS公司的LVP、Chromatic公司的Mpact、LUCnet公司的AV4400等。此外,還有ADI公司的ADSP2106X器件、TI公司的C6X、C8X多媒體DSP芯片,其高速的運算能力完全可以實現適合不同協議的會議電視通信終端。采用這些芯片可以很方便地實現MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理,還可以實現其它的多媒體應用如DVD、數字機頂盒、數字電視等。
3)基于專用芯片組技術
采用專用的視頻、語音編解碼芯片組也可實現會議電視終端。如采用臺灣Winbond公司的多協議視頻編解碼芯片W9960F、圖像控制器W9971和核心處理器W90210可組成符合H.324標準的可視電話系統,其產品已在市場上推出。采用Harris Semicon公司的視頻處理芯片HMP8112/8156、系統壓縮與解壓縮芯片HMP8364、G.723語音處理器HMP8201可組成符合H.320標準的會議電視系統。
3 會議電視系統的要害技術
會議電視技術實際上不是一個完全嶄新的技術,也不是一個界限十分明確的技術領域,是隨著現有通信技術、計算機技術、芯片技術、信息處理技術的發展而發展起來的。假如沒有這些技術的發展,多媒體通信、會議電視、可視電話等都只能停留在理論研究上。更談不上會議電視實用系統。會議電視系統的要害技術可以概括為以下幾個方面。
1)多媒體信息處理技術
多媒體信息處理技術是會議電視十分要害的技術,主要是針對各種媒體信息進行壓縮和處理。可以這樣說,會議電視的發展過程也反映出信息處理技術非凡是視頻壓縮技術的發展歷程。非凡是早期的會議電視產品,各廠商都以編解碼算法作為競爭的法寶。目前,編解碼算法從早期的、經典的熵編碼、變換編碼、混合編碼等發展到新一代的模型基編碼、分形編碼、神經網絡編碼等。另外,還不斷地將圖形圖像識別、理解技術、計算機視覺等內容引入到壓縮編碼算法中。這些新的理論、算法不斷推進多媒體信息處理技術的發展,進而推動著會議電視技術的發展。非凡是在網絡帶寬不富裕的條件下,多媒體信息壓縮技術已成為會議電視最要害的問題之一。
2)寬帶網絡技術
影響會議電視發展的另外一個非常重要的因素就是網絡帶寬問題。多媒體信息的特點就是數據量大,即使通過上述壓縮技術,要想獲得高質量的視頻圖像,仍然需要較寬的帶寬。如384Kbps的ISDN提供會議中的頭肩圖像是可以接受的,但不足以提供電視質量的視頻。要達到廣播級的視頻傳輸質量,帶寬至少應該在1.5Mb/s以上。作為一種新的通信網絡,B-ISDN網的ATM帶寬非常適合于多媒體數據的傳輸,它可以把不同種類的多種業務集中起來,在同一網絡上既能傳輸VBR數據,又能傳輸CBR視頻。過去,ATM由于成熟度不足且交換設備價格昂貴難以推廣應用。經過這些年的大量工作,ITU-T和ATM論壇已經完善了許多標準,各大通信公司生產、安裝了大量的ATM設備,同時,ATM接入網也逐步擴充,越來越多的應用已經在2Mb/s的速率上運行。
另外,還要解決目前通信中的接入問題,它一直是多媒體信息到用戶端的“瓶頸”。全光網、無源光網絡(PON)、光纖到戶(FTTH)被公認為理想的接入網。但目前就全世界來說,仍還處于一個“過渡”時期,即使在日本,要實現FTTH的目標,也要到2010年之后,因此,目前的xDSL技術、混合光纖同軸(HFC)、交互式數字視頻系統(SDV)仍然是當前高速多媒體接入網絡的發展方向。
正在迅速發展的IP網絡,由于它是面向非連接的網絡,因而對傳輸實時的多媒體信息而言是不適合的,但TCP/IP協議對多媒體數據的傳輸并沒有根本性的限制。目前世界各個主要的標準化組織、產業聯盟、各大公司都在對IP網絡上的傳輸協議進行改進,并已初步取得成效,如RTP/RTCP、RSVP、IPv6等協議,為在IP網上大力發展諸如會議電視之類的多媒體業務打下了良好的基礎。據猜測,在不遠的將來,IP網上的會議電視業務將會大大超過電路交換網上的會議電視業務。
3)分布式處理技術
電視會議不單是點對點通信,更主要的是一點對多點、多點對多點的實時同步通信。會議電視系統要求不同媒體、不同位置的終端的收發同步協調,MCU有效地統一控制,使與會終端數據共享,共享工作對象、工作結果、數據資料,有效協調各種媒體的同步,使系統更具有接近我們人類的信息交流和處理方式。實際上通信、合作、協調正是分布式處理的要求,也是交互式多媒體協同工作系統(CSCW)的基本內涵。在這個意義上說,會議電視系統是CSCW主要的群件系統之一。
4)芯片技術
會議電視系統對終端設備的要求較高。要求接收來自于攝像機的視頻輸入、麥克風的音頻輸入、共享白板的數據輸入,接收來自于網絡的信息流數據,同時進行視頻編解碼、音頻編解碼、數據處理等,并將各種媒體信息復用成信息流之后傳輸到其它終端。在此過程中要求能與用戶進行友好的交流,實行同步控制。目前,會議電視終端有基于PC機的軟件編解碼解決方案、基于媒體處理器的解決方案和基于專用芯片組(ASIC)的解決方案三種。不管采用何種方案,高性能的芯片是實現這些會議電視方案所必須的基礎。
4 國際標準
與會議電視技術有關的標準為會議電視、多媒體通信的實現提供了十分靈活的組網方式,使廠商把發展的重點放在提高產品質量和服務質量上來,規范了多媒體通信產業的發展。
在這些不同類型的會議電視系統中,H.321和H.322實質上是將H.320系統的碼流分別重新組裝為ATM網和LAN可接收的碼流,起著一種網間適配的作用,本質上仍然是H.320系統。因此,在現有的通信網上傳輸多媒體視聽信息的主要有H.320(基于ISDN)、H.324(基于PSTN)、H.310(基于ATM)和H.323(基于LAN)四類系統。
5 IP網上的H.323會議電視
由于現代通信正在由以電路交換為主的方式逐步向以分組交換的IP方式轉變,因此作為IP網上的多媒體通信應用協議H.323對會議電視技術現在和將來的發展有著舉足輕重的作用。H.323標準是ITU-T在1996年制定的,稱為“不保證服務質量的局域網上的多媒體視聽系統”,并在1998年擴展為“基于分組的多媒體通信系統”,即ITU-T H.323 V2,該建議采用實時協議(RTP)來解決發送數據包的時序問題,采用資源預留協議(RSVP)解決多個用戶分享帶寬時超載的問題。ITU-T明確表示在今后若干年內,多媒體通信終端將定位于運行在IP網上的H.323 V2終端。有關H.323建議及其從屬建議的更新版本和新增附加項正在制定當中。如H.323 V3于1999年5月頒布,H.323 V4的草案目前也由ITU-T第16研究組提出。H.323是一個十分繁雜的建議族,這里只能以H.323 V2為例簡要介紹一下它的基本內容。
1)終端的協議結構
H.323 V2標準的分層結構主要包括:H.225.0標準的分組和同步,H.261和H.263標準的視頻編解碼,G.711、G.722、G.728、G.723等標準的音頻編解碼,以及有關通信控制協議H.245等。
H.323 V2規定了基于IP 網絡的視、音頻信息、數據及控制信令的傳輸。其中信令和控制信息通過TCP包進行可靠傳輸;由于視頻、音頻的數據量大,而且還有實時性要求,網絡和終端都不能承受大量的重傳,所以采用UDP傳輸協議。
RTP在UDP的上層,從上層接收多媒體信息碼流(如G.723音頻),組裝成RTP數據包,然后發送給下層UDP,相當于OSI的會話層,提供同步和排序服務。故RTP協議適于傳送連續性強的數據,如視頻、音頻等,并對網絡引起的時延差錯有一定的自適應能力。RTCP為實時控制協議,用于治理傳輸質量和提供QoS信息。其上一層為應用層,主要有音頻(G.7XX)、視頻(H.26X)、數據(T.120)等。
在H.323 V2系統中,RTP協議的主要作用如下:
(1)在多媒體數據的幀頭加上定時標志,對于視聽業務,丟失幾個包,不會使質量下降很多,而時延和抖動卻嚴重影響QoS。盡管數據包有0.25秒的時延,但依靠定時標志可使在接收端的數據包的定時關系得以恢復,從而降低了網絡引起的時延和抖動。
(2)提供包內數據類型的標志,說明媒體信息采用的編碼方式。例如對視頻信息流是采用H.261還是H.263建議。
(3)具有排序服務,包序號可用來在接收端建立正確的包順序。
2)多點控制器
多點控制器為基于IP 的電視會議系統提供多點會議的服務,如多點會議的治理、定義、安排和控制,信道的建立和控制;聲音和圖像的混合、切換和模式選擇等。與基于ISDN的會議系統相比,它顯著地降低了會議系統的成本,另外由于網絡的靈活性,組織會議和參與會議都更加方便。
3)服務質量
IP網絡中引入實時視頻通信后,網絡服務一方面要保證視頻通信質量,另一方面還要保證原有的數據通信不受影響。H.323網關的帶寬控制和治理功能保證了視頻通道只能占用所有網絡帶寬的一個給定部分,因而不會沖擊其它重要數據通信。為了提高網絡的服務質量,必須對帶寬進行有效治理。現在主要有兩種常見的帶寬治理策略:
(1)預留資源治理
RSVP技術對于在Internet有限的帶寬上傳送視頻和音頻以及其它實時多媒體信息非常重要。由于路由器組成的網絡時延和時延抖動很大,使服務質量得不到保證。而RSVP技術,要求通信雙方在建立傳輸信息之前預留足夠的帶寬,服務質量會得到較好的保證。目前RSVP的資源預留功能已在一些廠商的路由器和應用程序中實現。同時,IETF又公布了IPv6,進一步擴展了IP地址空間,具有動態分配網絡地址和支持實時業務功能,增加IP層的安全機制,更加適用于實時會議電視等實時通信業務。然而,在實際應用中,RSVP也還存在一些不足之處:如每一個路由器都需要處理有關的包開銷,這對于持續時間較短的碼流很不實際。每一個路由器都需要保留很多預留的狀態信息,中心路由器要處理的信息很多。路由轉換時,在新的路由建立期間,服務質量不能得到保證等。
(2)業務優先級治理
針對RSVP存在的一些問題,對網絡流量進行分類,根據帶寬資源治理策略進行資源分配,對于要求高的業務分配較高的優先級。
6 會議電視的發展趨勢
會議電視作為交互式多媒體通信的先驅,已經有20多年的歷史,順應三網合一的發展趨勢,勢必要進入一個新的發展階段。主要原因是:第一、交互式多媒體通信所依附的傳輸網絡基礎,由電路交換式的ISDN和專線網絡向分組交換式的IP網絡過渡。第二、其針對的市場目標將由大型公司、政府機構的會議室向小型化的工作組會議室、個人化的桌面延伸,最終發展到家庭。第三、功能已由原先單純的電視會議功能發展成遠程教學系統、遠程監控系統、遠程醫療系統等多方面的綜合業務。盡管在此轉型期間會議電視發展的勢頭強勁,但就目前這一階段而言,會議電視的發展仍不會以一種形式取代另一種形式,而是同時存在著多種解決方案。
1)ISDN會議電視仍然大有作為
ISDN技術已有20多年的發展歷史,但在相當長的時期內,由于缺乏明確的業務需求而發展緩慢。90年代,隨著Internet的興起,使ISDN第一次真正找到了用武之地,并以較快的速度發展著。因此ISDN仍然是目前最基本的可用于公眾會議電視的網絡,只要有PSTN網絡,就可以很簡單地轉化為ISDN網絡,并且可方便地撥號與聯網的任何地區建立確定速率的會議。其它網絡目前還難以做到這一點。對于ISDN會議電視業務來說,前期用戶主要是企業用戶,企業舉行垮地區會議才能充分體現遠程會議電視工作的價值。會議電視業務帶來的辦事和決策效率的提高,為企業用戶所帶來的巨大效益也已被眾多的企業和電信運營部門所熟悉。ISDN會議電視業務的開展可以采用多種方式進行。
初期的會議電視系統,通常是由電信部門提供MCU和終端設備,建立對外營業的會議電視網絡,企業用戶可租用電信部門提供的遠程會議室和MCU,這種模式對企業來說無需購買任何設備,但不足之處也非常明顯,就是企業要到電信局開會。
現在,一些大企業自己購買MCU和終端,建立完全屬于自己的會議電視系統。這種會議的治理由企業自己負責。當然,這種方式投資較大,一般企業難以承受。
由電信部門購買MCU,由企業自己購買終端,類似于ISP運營方式的電視會議,是另一種更輕易得到用戶認可的運營方式。用戶自己通過Web方式預訂會議,自己設置會議密碼和指定與會終端的ISDN號碼,分會場依其用戶權限自己組織會議。隨著商務會議電視的應用,以組建整套會議電視系統經營商務電視會議的中間機構模式也正在形成。
2)ATM會議電視難以發展
從窄帶綜合業務數據網基礎發展起來的B-ISDN網,最主要的目標是適應多媒體傳輸業務。其高達155.2Mb/s的信息傳輸速率為會議電視提供了非常理想的通道。通過B-ISDN,人們可以得到高清楚度的圖像信號、高保真度的數字化立體聲信號、高清楚度電視、VOD等。實際上,ITU-T的H.321標準和H.310標準正是針對ATM網絡結構的會議電視標準和規范。ATM以快速分組交換和統計時分復用的方式進行信息傳輸,具有很多優點,但是由于其技術復雜、設備昂貴,加上ATM的各項標準制定遲緩,未能得到大規模的應用。ATM正在由原來設想的端對端的業務平臺逐漸成為一種支持多種應用的傳送平臺。因此基于ATM的會議電視目前尚難起步,今后也很難得到大力發展。
3)IP會議電視將成為主流
從網絡技術的發展趨勢來看,Internet正在向多媒體網絡發展,在Internet上實現會議電視是目前研究和開發的熱點之一。但是,Internet原來是用于計算機互聯和數據通信的網絡,使用TCP/IP協議,就其目前廣泛使用的IPv4協議路由器來說,存在無法控制帶寬、端對端時延、QoS得不到保證等問題。難以滿足多媒體通信業務的發展。但隨著ATM技術、IP交換技術、千兆以太網技術在網絡層都可以統一到IP上,因此基于IP的會議電視將成為實時多媒體通信最為理想的方向,是會議電視發展的主流。國外公司致力于開發Internet網的實時視頻、音頻會議電視系統,并取得了很好的效果。如PictureTel公司和Concentric網絡公司聯合提供一種基于IP協議的會議電視方案,新加坡Wearnes公司的Media-Phone系統、VCON公司的Media Connect全功能電視會議系統等,可運行于企業網Intranet和Internet上。
可以肯定,隨著IP的日益普及,隨著IP性能的逐步改善,性能良好、使用方便、價格便宜的IP會議電視系統將會得到廣泛應用。
7 會議電視的應用
會議電視的應用已從單純的電視會議向綜合業務發展,從單一的電信領域向其它領域滲透,從機構會議室型向個人桌面型、家庭型發展和延伸。非凡是基于IP的H.323系統的推廣應用,更加劇了會議電視應用領域的轉變和擴張。對于多種多樣的會議電視應用,可歸納為以下幾個主要方面。
1)視頻會議
視頻會議一直是會議電視的主要應用領域。而且由于Internet/Intranet視頻會議系統在系統結構和功能實現上更加方便,傳輸費用大大降低。通過多播技術和實時傳輸協議,可以降低網絡的負擔同時提高服務的質量。因此,低成本、高效率的網絡電視系統的應用前景將是十分可觀的。
2)遠程教育系統
遠程教育系統近幾年在國內的應用發展速度很快。遠程教育系統不受地域、時間的限制,使教育和專業培訓面向個人成為可能。通過遠程教育系統,更多的學生能有更多的機會接受教育。
3)遠程監控系統
現有的大多數監控系統是一種專用系統,只有在監控室才能觀看。假如采用基于ISDN、LAN、IP的視頻監控系統,則不論你在任何地方,只要能上網,通過認證和鑒權都可以查看結果。這樣可以降低雇傭大量的安全人員在不同地點巡視的成本,同時更加高效、安全。
4)遠程醫療系統
遠程醫療系統能答應醫療專家與病人進行遠程咨詢,并能使病人無論身在何處,都能獲得有效的、經濟的醫療服務。同時,處于異地的遠程醫療終端也可共享大醫院的高級醫療設備、共享寶貴的專家資源,為更多的病人提供服務。國內正在興建的“金衛”工程就是包涵了幾百個終端的遠程醫療系統。
5)其他應用
如視頻點播業務、遠程購物、電子商務等都是會議電視技術可以拓寬或延伸的業務,其原理也基本類似,只是它們的交互方式和對上下行的帶寬要求有所不同。可以相信,隨著網絡技術的發展,當IPV6廣泛使用和視頻到桌面、到家庭后,這些應用將會把會議電視的應用推向一個新的廣度和深度。
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