視訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1 視訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識1.1 視訊行業(yè)技術(shù)介紹視訊系統(tǒng)是集視頻通信、音頻通信、數(shù)據(jù)通信于一體的新一代交互式多媒體通信系統(tǒng)，是基于通信網(wǎng)絡(luò)上的一種增值業(yè)務(wù)?？梢詽M足兩個(gè)或多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行多媒體通信的需求。視頻會(huì)議系統(tǒng)原理是：通過壓縮算法對語音和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理后，把這些數(shù)據(jù)按傳輸網(wǎng)絡(luò)相關(guān)協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮盏亍Ｔ谀康牡亟?jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的視頻信號，從而達(dá)到傳送視頻的目的。原理圖如下所示：l 視頻會(huì)議終端原理（結(jié)構(gòu)圖如下）發(fā)送方向：收集本會(huì)場的音視頻信息、數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理（組幀），通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給另一終端或MCU；接收方向：接收MCU或另一終端通過

2、傳輸網(wǎng)絡(luò)送來的信息，經(jīng)過處理（解幀），送到各個(gè)外設(shè)播放出來。l 視頻會(huì)議MCU工作原理：（結(jié)構(gòu)圖如下）p MCU對多個(gè)會(huì)議電視終端的信號進(jìn)行切換或混合功能，根據(jù)一定準(zhǔn)則處理視聽信號，并將它們分配到相應(yīng)的信道。p “混音”處理：在會(huì)議電視系統(tǒng)中為模擬真實(shí)的會(huì)場效果，一般都是將若干路會(huì)場的語音進(jìn)行數(shù)字混合再傳回各個(gè)會(huì)場。p “多畫面”技術(shù)：將若干個(gè)終端的圖像進(jìn)行子畫面處理，形成標(biāo)準(zhǔn)圖像碼流，再進(jìn)行多畫面組合，編碼成會(huì)議電視專用圖像格式，在回傳到各個(gè)終端。p 主要功能大體分為：接入終端、為上層控制提供管理接口、圖像切換、音頻混合、數(shù)據(jù)處理。l 視頻會(huì)議分層結(jié)構(gòu)（圖示如下）華為視頻會(huì)議系統(tǒng)通過分層結(jié)構(gòu)

3、，方便組建大型的視訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多級MCU級聯(lián)，跨省會(huì)議調(diào)度的；同時(shí)該層次劃分便于維護(hù)管理，操作簡單。1.2 視、音頻協(xié)議介紹ITU-T中定義的雙向視頻通信協(xié)議族包括：H.320、H.323，這兩個(gè)協(xié)議族中，包含了很多子協(xié)議，例如音頻編碼協(xié)議、視頻編碼協(xié)議等，其中視頻編碼包括：H.261、H.263、H.264幾種主要協(xié)議，其中H.261、H.264協(xié)議已經(jīng)比較成熟，技術(shù)市場上所有的產(chǎn)品都支持，H.264協(xié)議是2003年發(fā)布的新的編碼協(xié)議，相對于H.263協(xié)議，大幅度提高了在低帶寬和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量比較差的情況圖像的效果，目前已經(jīng)成為視頻編碼協(xié)議的發(fā)展趨勢。除此之外，在中國市場上（僅僅在中國市場上），還

4、存在把基于有線電視單向傳輸?shù)腗PEG2協(xié)議包裝成雙向視頻通信的技術(shù)分支。下面的材料來自于ITUT/ISO JVT主席Thomas Wiegand的演示文稿。從下面的數(shù)據(jù)上， MPEG2是各種壓縮算法中最差的一種，完全靠消耗帶寬來提高圖像的質(zhì)量。比較典型的對比是：3M的MPEG2質(zhì)量相當(dāng)于2.0M的H.263圖像質(zhì)量，相當(dāng)于1.4M的H.264（關(guān)于H.264的描述，下面有相關(guān)的說明）的圖像質(zhì)量。l 視頻協(xié)議的發(fā)展l H.263、H.261協(xié)議H.261協(xié)議是第一個(gè)廣泛使用的視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，主要有如下特點(diǎn)：碼率范圍：PX64 kbit/s，1P30，視頻碼率范圍為：40kbit/s到2Mkbi

5、t/s；基本壓縮算法：采用幀間預(yù)測編碼和變換編碼相結(jié)合的混合編碼方法；采用幀間預(yù)測編碼消除時(shí)間上的冗余信息；采用變換編碼消除空間上的冗余信息；刷新頻率：要求每個(gè)宏塊至少每隔132幀（6秒）刷新一次，以減少誤差積累；靈活性：標(biāo)準(zhǔn)中的很多問題的解決辦法是公開的，沒有作出硬性規(guī)定，而由設(shè)計(jì)者自己設(shè)法解決，如：運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法、DCT快速算法、碼率控制策略、刷新策略等。l H263（相對H261）協(xié)議的改進(jìn)點(diǎn)：支持更小的碼率（最低到64kbps）；采用了半象素運(yùn)動(dòng)估計(jì)，因此運(yùn)動(dòng)估計(jì)更精確，大大減少碼流量，并且提高圖像質(zhì)量。支持非限制的運(yùn)動(dòng)矢量（UMV）模式，允許運(yùn)動(dòng)矢量指向圖像外面；提供了算術(shù)編碼方法，運(yùn)

6、算量增大，但是能大幅降低碼率；提供4MV選項(xiàng)支持，使估計(jì)更準(zhǔn)確。l H.264協(xié)議H264標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T和MPEG兩個(gè)組織共同制定的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。從1998年正式提議，直到2004年5月份定稿，歷時(shí)6年，是目前為止編碼效率最高的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。相對于H.263協(xié)議，H.264在低帶寬下有了長足的進(jìn)步，可以達(dá)到的效果是：256k即可基本商用，1M帶寬即可達(dá)到高端商用客戶需求，2M帶寬可以達(dá)到支持動(dòng)態(tài)4CIF圖像效果，和MPEG2 協(xié)議8M帶寬效果相當(dāng)。l 音頻編碼當(dāng)前視頻會(huì)議主流協(xié)議：G.711、G.722、G.723.1、G.728、G.729、AAC-LD等。G.711定義為8位編碼，速率為

7、64kbps，它提供了出色的長話音質(zhì)窄帶(3kHz音頻帶寬)語音、編解碼延遲(低于1ms)以及非常低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。AAC-LD可以達(dá)到CD級音質(zhì)效果，在處理噪聲，回聲效果更為明顯，目前最為先進(jìn)的音頻處理協(xié)議。1.3 H.320協(xié)議l 基本概念：H.320框架協(xié)議建立了一個(gè)窄帶Audio/Video通訊模型。H.320協(xié)議采用固定帶寬，數(shù)據(jù)傳輸過程中損耗較小，視頻效果不受網(wǎng)影響，視頻會(huì)議中能保持穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。窄帶：64 kbit/s 1920 kbit/s，基本單位為64 kbit/s的B通道。主要應(yīng)用于ISDN網(wǎng)絡(luò)，接口類型有BRI、PRI，也有V35、E1。通訊模型：包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)復(fù)用

8、/解復(fù)用、數(shù)據(jù)的應(yīng)用等各個(gè)模塊的完整通訊模型。H320協(xié)議給出了其中各個(gè)模塊的功能。l H.320框架協(xié)議l 協(xié)議在終端上的應(yīng)用l 協(xié)議在MCU上的應(yīng)用1.4 H.323協(xié)議l 基本概念H.323是由ITU制定的通信控制協(xié)議，用于在分組交換網(wǎng)中提供多媒體業(yè)務(wù)。呼叫控制是其中的重要組成部分，它可用來建立點(diǎn)到點(diǎn)的媒體會(huì)話和多點(diǎn)間媒體會(huì)議。目前最新的H.323版本是V4。H.323定義了介于電路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)之間的H.323網(wǎng)關(guān)（Gateway）、用于地址翻譯和訪問控制的網(wǎng)守（GateKeeper）、提供多點(diǎn)控制的多點(diǎn)會(huì)議控制器（MC）、提供多點(diǎn)會(huì)議媒體流混合的多點(diǎn)處理器（MP），以及多點(diǎn)會(huì)議控

9、制單元（MCU）等實(shí)體。l 關(guān)鍵術(shù)語1、AAA 認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)AAA是Authentication、Authorization and Accounting的縮寫。認(rèn)證即檢驗(yàn)使用者是否具有一定的權(quán)限；授權(quán)是給合法的使用者適當(dāng)?shù)臋?quán)限，允許其對網(wǎng)絡(luò)上的一定資源進(jìn)行訪問；計(jì)費(fèi)是對被授權(quán)者提供服務(wù)時(shí)，記錄一些必要的信息，以供產(chǎn)生帳單之用。2、H.323實(shí)體H.323系統(tǒng)的組成部件稱為H.323實(shí)體（entity），它包括終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、多點(diǎn)控制器（MC）、多點(diǎn)處理器（MP）、多點(diǎn)控制單元MCU（Multipoint Control Unit）。其中，終端、網(wǎng)關(guān)和MCU統(tǒng)稱為端點(diǎn)，端點(diǎn)可以發(fā)起呼叫也

10、可以接受呼叫，媒體信息流就在端點(diǎn)生成或終結(jié)。3、H.323終端H.323終端是在基于分組的網(wǎng)絡(luò)PBN（Packet-Based Network）上遵從H.323建議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的端點(diǎn)設(shè)備，它可以集成在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，也可以是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，如以太網(wǎng)電話機(jī)或可視電話機(jī)、會(huì)議終端。H.323終端主要實(shí)現(xiàn)直接與用戶交互、發(fā)起或接受呼叫、媒體流處理等功能。4、Gatekeeper 網(wǎng)守（GK）網(wǎng)守是網(wǎng)絡(luò)的管理點(diǎn)，一個(gè)網(wǎng)守管理的所有終端、網(wǎng)關(guān)和MCU的集合稱之為一個(gè)管理區(qū)（Zone）。一個(gè)管理區(qū)至少包含一個(gè)終端，可以有也可以沒有MCU或網(wǎng)關(guān)，但必須有且僅有一個(gè)網(wǎng)守。5、Gateway 網(wǎng)關(guān)（GW）網(wǎng)關(guān)

11、是在H.323終端和廣域網(wǎng)上其它ITU終端之間提供實(shí)時(shí)二方通信的端點(diǎn)設(shè)備。從概念上講，網(wǎng)關(guān)的作用是完成兩項(xiàng)轉(zhuǎn)換功能：媒體信息編碼的轉(zhuǎn)換和信令的轉(zhuǎn)換。對于后者來說，如果把網(wǎng)關(guān)視為原來網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)終端，則網(wǎng)關(guān)需完成的是用戶信令至H.323控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換；如果網(wǎng)關(guān)兩側(cè)分別連接不同的網(wǎng)絡(luò)，如PBN和SCN，則需完成其它網(wǎng)絡(luò)信令至H.323協(xié)議的轉(zhuǎn)換。H.323網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)互通、信令消息格式和內(nèi)容轉(zhuǎn)換、通信協(xié)議流程轉(zhuǎn)換和媒體流格式轉(zhuǎn)換等功能。6、多點(diǎn)通信多點(diǎn)通信功能部件包括MC、MP和MCU，用于會(huì)議通信。MC提供多點(diǎn)會(huì)議的控制功能。它和參加會(huì)議的每個(gè)端點(diǎn)執(zhí)行“能力交換”過程，指示信息可發(fā)送的操作

12、模式。當(dāng)有終端加入或離開此會(huì)議時(shí)，MC可能會(huì)調(diào)整向各終端發(fā)送的能力集信息。MP接收來自各參會(huì)端點(diǎn)的音頻、視頻和數(shù)據(jù)信號流，經(jīng)處理后回送各端點(diǎn)。因此，MP應(yīng)能執(zhí)行各種媒體信息的編解碼算法。MC和MP只是功能實(shí)體，并非物理實(shí)體。MCU是會(huì)議通信的重要設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)會(huì)議管理和控制、與會(huì)終端的管理、媒體流控制、混音、多畫面等功能。l H.323協(xié)議棧結(jié)構(gòu)H.323協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下圖所示。其下三層為PBN的底層協(xié)議，如在LAN中，可為物理媒體MAC-IPX；在IP網(wǎng)絡(luò)中，其網(wǎng)絡(luò)層就是IP。傳輸層有兩類協(xié)議：不可靠傳送協(xié)議，如UDP，用于傳送實(shí)時(shí)聲像信號和終端至網(wǎng)守的登記協(xié)議；可靠傳送協(xié)議，如TCP，用

13、于傳送數(shù)據(jù)信號及呼叫信令和媒體控制協(xié)議。l H323的優(yōu)越性：1、 標(biāo)準(zhǔn)化的編碼/解碼：H323建立了音頻、視頻數(shù)據(jù)流的編碼/解碼標(biāo)準(zhǔn)，保證來自不同供應(yīng)商的設(shè)備的共同支持。2、 互操作性：用戶使用視頻會(huì)議時(shí)不必?fù)?dān)心終端設(shè)備的兼容性。3、 網(wǎng)絡(luò)無關(guān)性：H323運(yùn)行于通用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上。4、 平臺和應(yīng)用無關(guān)性：H323沒有和任何硬件及操作系統(tǒng)進(jìn)行捆綁。H323可以用于各種環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)視頻系統(tǒng)、IP電話設(shè)備、CATV機(jī)頂盒等等。5、 多點(diǎn)支持：雖然H323可以在不需要專門的MCU的情況下支持三個(gè)或更多的終端設(shè)備的會(huì)議，但MCU提供性能良好、結(jié)構(gòu)靈活的功能。6、 帶寬管理：音頻視頻流信息對網(wǎng)絡(luò)的帶

14、寬十分敏感，并可能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作。網(wǎng)絡(luò)管理能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況或H323可用帶寬限制并發(fā)連接數(shù)量，通過這種限制可以保證網(wǎng)絡(luò)流量，防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓。7、 多點(diǎn)發(fā)送支持：H323支持在多點(diǎn)會(huì)議中的多點(diǎn)發(fā)送功能。8、靈活性：可以包含各種終端設(shè)備。此外一個(gè)H323多媒體終端能夠和T120數(shù)據(jù)終端共享數(shù)據(jù)，同時(shí)和其他H323終端共享音頻視頻和數(shù)據(jù)。隨著IP網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，H323協(xié)議也成為目前視頻會(huì)議采用的主流協(xié)議，H323協(xié)議在經(jīng)后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，仍然保持先進(jìn)性。華為公司是國內(nèi)唯一擁有H.323協(xié)議棧自主產(chǎn)權(quán)的廠家。1.5 H.235加密技術(shù)l 基本概念H323系統(tǒng)是基于無QOS的分組網(wǎng)絡(luò)PBN(Pack

15、et Based Network)實(shí)現(xiàn)的。由于PBN網(wǎng)絡(luò)本身的技術(shù)原因, PBN基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)不能提供QOS, 也不能提供安全的服務(wù)。為了在這類不安全的網(wǎng)絡(luò)上提供適時(shí)安全的業(yè)務(wù), 通常需要考慮兩個(gè)問題：鑒權(quán)Authentication：消息真的是來自所聲稱的發(fā)送方；完整性(integrity)： 消息自它創(chuàng)建以來沒有被改過 。H.235 主要 H.xxx 體系提供了身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和完整性功能。H.235 能在通用模式下協(xié)商所需的服務(wù)和功能，并選擇加密技術(shù)和其它功能。這種特定的方式與系統(tǒng)能力、應(yīng)用程序需求及特定安全策略限制相關(guān)聯(lián)。H.235 支持各種加密算法，并支持不同的加密選項(xiàng)用于不同的目的，如

16、：密鑰長度。此外特定的加密算法一般用于特定的安全服務(wù)。一些可用的加密算法或加密機(jī)制可能保留給擴(kuò)展或其他國家標(biāo)準(zhǔn)。除了不標(biāo)準(zhǔn)的信令或者私人密碼運(yùn)算法則以外，還支持已知的運(yùn)算法則的信令。ITU-T中沒有對運(yùn)算法則的明確要求，但是強(qiáng)烈建議端點(diǎn)要盡可能的支持可用的運(yùn)算法則，以便協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)互連互通。l 協(xié)議結(jié)構(gòu)H.235 中為 H.323 結(jié)構(gòu)下的信令、控制和媒體通信安全性推薦了很多信息、過程、結(jié)構(gòu)和算法。提供的摘要如下：1）可使用已知的安全端口（H.225.0）上的TLS或者IPSEC保護(hù)呼叫信令信道。2）可能在初始化呼叫連接時(shí)對用戶進(jìn)行認(rèn)證；也可能在保護(hù)H.245信道過程時(shí)認(rèn)證；也可在H.245信道上交換授權(quán)書進(jìn)行認(rèn)證。3）通過擴(kuò)展已有的能力協(xié)商機(jī)制來決定媒體通道的加