視頻會(huì)議系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1、視頻會(huì)議基本概念視頻會(huì)議能使人們更有效的交流，因?yàn)榭梢暬慕涣魇亲钭匀坏慕涣鞣绞健Ｒ虼丝幢日f更能加深人的理解與記憶，特別是當(dāng)話題本身就是一個(gè)很形象的觀點(diǎn)的時(shí)候。有些視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)成允許好幾組不同地方的人參加同一個(gè)會(huì)議，有些則設(shè)計(jì)成只允許幾個(gè)人在他們的桌面上討論項(xiàng)目。無論怎樣，他們能看到全方位的活動(dòng)圖像，清楚地聽到別人所說的話，感覺就像在一起。用這種方式，視頻會(huì)議創(chuàng)造了這樣一個(gè)環(huán)境：更快地下決策，更加強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)工作，想法、知識(shí)、鼓勵(lì)能從一個(gè)同事傳向另外一個(gè)同事。還有一個(gè)更為顯著的優(yōu)點(diǎn)是不用出差。視頻會(huì)議使不同地方的人們相互影響-不管他們之間是10分鐘的步程還是10小時(shí)的飛機(jī)行程。它能夠使人們像

2、在同一房間一樣交流思想、交換信息。這就意味著人們不用在等E-mail、傳真或者快遞中度過工作時(shí)間。簡(jiǎn)短地說，視頻會(huì)議使人們“坐”在了一起。視頻會(huì)議系統(tǒng)傳輸?shù)氖嵌嗝襟w數(shù)據(jù)，聲音和動(dòng)態(tài)圖像的源信號(hào)的數(shù)據(jù)量較大，無法在一般條件的數(shù)字線路上傳輸。同時(shí)，基于對(duì)實(shí)際使用效果的要求，要求傳輸?shù)穆曇?、圖像信號(hào)連續(xù)平滑，其他輔助功能易于使用。因此，對(duì)系統(tǒng)在聲音/圖像壓縮、通訊線路條件、數(shù)據(jù)/應(yīng)用程序共享等方面都有很高的技術(shù)要求。本文將從目前視頻會(huì)議的主要技術(shù)、解決方案及未來技術(shù)趨勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行探討。視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)多媒體信息處理技術(shù)，多媒體信息處理技術(shù)主要是針對(duì)各種媒體信息進(jìn)行壓縮和處理。視頻

3、會(huì)議的發(fā)展過程也反映出信息處理技術(shù)特別是視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展歷程。目前新的理論、算法不斷推進(jìn)多媒體信息處理技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)著視頻會(huì)議技術(shù)的發(fā)展。特別是在網(wǎng)絡(luò)帶寬不富裕的條件下，多媒體信息壓縮技術(shù)已成為視頻會(huì)議最關(guān)鍵的問題之一。基于PC機(jī)的CPU技術(shù)、基于專用芯片組技術(shù)相比較，媒體處理器因?yàn)榫哂刑赜械臄?shù)字視音頻輸入輸出接口、多媒體協(xié)處理器等使應(yīng)用變得更加簡(jiǎn)單，而且設(shè)備廠家可以根據(jù)市場(chǎng)變化隨時(shí)進(jìn)行軟件應(yīng)用的調(diào)整，及時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)需求，而不會(huì)受制于專用芯片組本身的技術(shù)限制。媒體處理器支持的嵌入式操作系統(tǒng)以及軟件優(yōu)化，使視頻會(huì)議系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定、可靠。媒體處理器技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)成為視頻會(huì)議的核心芯片技術(shù)

4、，將來還將服務(wù)于3G可視手機(jī)等終端產(chǎn)品。在視頻會(huì)議系統(tǒng)中，目前的媒體處理器主要有：Philip公司的TriMedia系列及新品PNX1500、美國(guó)ESS公司的LVP、ADI公司的ADSP2106X器件及Blackfin處理器、TI公司的C6X、C8X以及新推出的DM642多媒體DSP芯片，這些媒體處理器高速的運(yùn)算能力可以實(shí)現(xiàn)適合不同協(xié)議的視頻會(huì)議通信終端。采用這些芯片可以很方便地實(shí)現(xiàn)MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理，還可以實(shí)現(xiàn)其它的多媒體應(yīng)用如DVD、數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字電視等。寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在迅速發(fā)展的IP網(wǎng)絡(luò)，由于它是面向非連接的網(wǎng)絡(luò)，因而對(duì)傳輸實(shí)時(shí)的多媒體信息而言是不適合的，但TC

5、P/IP協(xié)議對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的傳輸并沒有根本性的限制。目前世界主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、各大公司都在對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)上的傳輸協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，并已取得初步成效，如RTP/RTCP、RSVP、IPv6等協(xié)議。為在IP網(wǎng)絡(luò)上大力發(fā)展諸如視頻會(huì)議之類的多媒體業(yè)務(wù)打下了良好的基礎(chǔ)。據(jù)預(yù)測(cè)，IP網(wǎng)上的視頻會(huì)議業(yè)務(wù)將會(huì)大大超過電路交換網(wǎng)上的視頻會(huì)議業(yè)務(wù)。Internet的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量迅猛發(fā)展，如何進(jìn)一步擴(kuò)展網(wǎng)上運(yùn)行的業(yè)務(wù)種類并提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量是目前人們最關(guān)心的問題。由于IP協(xié)議是無連接協(xié)議Internet網(wǎng)絡(luò)中沒有服務(wù)質(zhì)量的概念，不能保證有足夠的吞吐量和符合要求的傳送時(shí)延，只是盡最大努力(Best-effor

6、t)來滿足用戶的需要，所以如果不采取新的方法改善目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就無法大規(guī)模發(fā)展新業(yè)務(wù)。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，從支持QoS的角度來看，ATM作為繼IP之后迅速發(fā)展起來的一種快速分組交換技術(shù)具有得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此ATM曾一度被認(rèn)為是一種處處適用的技術(shù)，人們最終將建立通過網(wǎng)絡(luò)核心便可到達(dá)另一個(gè)桌面終端的純ATM網(wǎng)絡(luò)。但是，實(shí)踐證明這種想法是錯(cuò)誤的。首先，純ATM網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，導(dǎo)致應(yīng)用價(jià)格高，難被大眾所接受。其次，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的同時(shí)，相應(yīng)的業(yè)務(wù)開發(fā)沒有跟上,導(dǎo)致目前ATM的發(fā)展舉步維艱。第三，雖然ATM交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛使用，但ATM信元到桌面的業(yè)務(wù)發(fā)展卻十分緩慢。由于IP技

7、術(shù)和ATM技術(shù)在各自的發(fā)展領(lǐng)域中都遇到了實(shí)際困難,彼此都需要借助對(duì)方以求得進(jìn)一步發(fā)展，所以這兩種技術(shù)的結(jié)合存在必然性。多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)技術(shù)就是為了綜合利用網(wǎng)絡(luò)核心的交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)邊緣的IP路由技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的。其特點(diǎn)如下：(1)基于單一的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,可在同一網(wǎng)內(nèi)同時(shí)支持多種業(yè)務(wù)類型的轉(zhuǎn)發(fā)；(2)通過短小固定的標(biāo)簽,采用精確匹配尋徑方式取代傳統(tǒng)路由器的最長(zhǎng)匹配尋徑方式；(3)通過集成鏈路層(ATM、幀中繼)與網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)，解決了Internet擴(kuò)展、保證IPQoS傳輸?shù)膯栴}；(4)利用顯式路由功能同時(shí)通過帶有QoS參數(shù)的信令協(xié)議建立受限標(biāo)簽交換路徑(CR-LSP)，因而能夠有效地

8、實(shí)施面向全國(guó)的流量工程。目前MPLS技術(shù)在QoS標(biāo)簽分配信令、解決VC合并、傳輸分類業(yè)務(wù)等許多方面還存在很多難點(diǎn)，需要進(jìn)一步完善。分布式處理技術(shù)視頻會(huì)議實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)同步交互通信。視頻會(huì)議系統(tǒng)要求不同媒體、不同位置的終端的收發(fā)同步協(xié)調(diào)，多點(diǎn)控制單元(MCU)有效地統(tǒng)一控制，使與會(huì)終端數(shù)據(jù)共享，有效協(xié)調(diào)各種媒體的同步傳輸，使系統(tǒng)更具有人性化的信息交流和處理方式。通信、合作、協(xié)調(diào)正是分布式處理的要求，也是交互式多媒體協(xié)同工作系統(tǒng)(CSCW)的基本內(nèi)涵。因此從這個(gè)意義上說，視頻會(huì)議系統(tǒng)是CSCW主要的群件系統(tǒng)之一。隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用DSP芯片設(shè)計(jì)多媒體設(shè)備，成為人

9、們關(guān)注的方向。但是，對(duì)于可編程的媒體處理器的需求也很高。因?yàn)槎嗝襟w信號(hào)處理技術(shù)處于一個(gè)高速發(fā)展的階段，各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)共存，新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)。例如，僅視頻壓縮編碼，就有多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：H.261、H.263、MPEG1、MPEG2、MPEG4和新的H.264等。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)目赡苁嵌喾N不同標(biāo)準(zhǔn)的碼流，而且對(duì)于一個(gè)設(shè)備而言，也要不斷更新視頻編碼技術(shù)。例如一個(gè)早期的視頻會(huì)議設(shè)備采用H.261編碼視頻，在H.263出現(xiàn)后，最好是改用H.263標(biāo)準(zhǔn)，而且也許很快就會(huì)采用H.264作為視頻會(huì)議的編碼標(biāo)準(zhǔn)。這就存在兩個(gè)要求，一是設(shè)備的更新?lián)Q代，二是多種標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于用固定的專用芯片實(shí)現(xiàn)的設(shè)備，這兩條都難以達(dá)

10、到。但如果采用DSP作為核心處理器，只需更新軟件就可以達(dá)到第一個(gè)要求，增加部分功能軟件，可以適度滿足第二個(gè)要求。正是考慮這種需要，一種新型的DSP芯片-媒體處理器(MediaProcessor)應(yīng)運(yùn)而生，并很快得到業(yè)界的廣泛關(guān)注。飛利浦、ADI、TI等半導(dǎo)體供應(yīng)商都十分看好媒體處理器市場(chǎng)，并推出了具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。高處理能力芯片的出現(xiàn)給視頻會(huì)議帶來更小的延遲和更高的幀頻。例如TI公司的TMS320DM642、飛利浦的Trimedia和Equator的MAPCA，它們集成了豐富的多媒體信號(hào)接口，針對(duì)多媒體信號(hào)的特點(diǎn)優(yōu)化了處理器結(jié)構(gòu)，甚至內(nèi)嵌了特殊協(xié)處理器用于進(jìn)行專門操作，緩解通用處理器的壓力，例

11、如視頻編碼中的變長(zhǎng)編解碼(LC/VLD)。媒體處理器提供了完全可編程的多媒體設(shè)備的實(shí)現(xiàn)工具。媒體處理器繼承了通用DSP芯片的特點(diǎn)，針對(duì)多媒體應(yīng)用擴(kuò)充了各種接口功能，優(yōu)化了中央處理器結(jié)構(gòu)。盡管媒體處理器出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，但已得到廣泛關(guān)注，可以預(yù)見媒體處理器將會(huì)快速應(yīng)用到多媒體設(shè)備制造業(yè)中。中星微電子公司的多媒體芯片SoC平衡了集成度、靈活性、成本和功耗等多方面要求。目前其應(yīng)用于視頻會(huì)議系統(tǒng)中的多媒體芯片產(chǎn)品有VC0301P、VC0302和VC0321。該公司的副總裁俞青介紹說，中星微電子的多媒體芯片可以支持目前主流的各種音頻和視頻算法,并支持從無線多媒體到高端視頻會(huì)議等一系列應(yīng)用。在PC平臺(tái)上，中

12、星微電子與微軟合作，最近推出基于USB2.0的視頻即時(shí)通訊系統(tǒng)，使視頻質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性上了一個(gè)新臺(tái)階。針對(duì)視頻會(huì)議等多媒體應(yīng)用，飛利浦推出數(shù)字媒體處理器PNX1500,這是一款系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)。據(jù)飛利浦半導(dǎo)體公司高級(jí)媒體處理組市場(chǎng)總監(jiān)JanKoene介紹，最新產(chǎn)品NexperiaPNX1500在運(yùn)行控制任務(wù)以及數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)方面具有出色的能力，而這兩方面都是視頻會(huì)議系統(tǒng)所要求的?？梢栽趩纹琍NX1500上運(yùn)行這兩個(gè)任務(wù)，而在效率相同的情況下，這對(duì)競(jìng)爭(zhēng)方案而言是難以實(shí)現(xiàn)的。通過在PNX1500上合并硬件模塊，例如視頻I/O、音頻I/O和通用接口，可以降低BOM成本。因?yàn)樗械囊粢曨l編解碼功

13、能都是用軟件實(shí)現(xiàn)的，所以飛利浦的產(chǎn)品很容易適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)，例如H.264?！盩I的新型數(shù)字媒體處理器TMS320DM642帶有三個(gè)視頻口，均可輸入或輸出，支持BT656、百兆以太網(wǎng)口、多路音頻串口、66MHzPCI等等，可支持四路D1圖像，30幀/秒的MPEG-2的實(shí)時(shí)壓縮。TI的數(shù)字媒體處理器不僅能夠以MicrosoftWMV9格式提供高清晰視頻流，而且還能夠提供MPEG-4、MPEG-2以及MPEG-1。此外，該器件還支持H.264。TI公司半導(dǎo)體事業(yè)部高級(jí)業(yè)務(wù)代表鄭小龍表示，除了提供720MHZDM642的樣片之外，目前TI還為DM640與DM641以及600MHzDM642提供批量生產(chǎn)的

14、器件。這些代碼兼容的數(shù)字媒體處理器可擴(kuò)展各種時(shí)鐘速率及存儲(chǔ)器容量，能夠支持廣泛的應(yīng)用，例如從基于視頻的便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品到視頻基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備等。微軟公司W(wǎng)indowsMedia技術(shù)部副總裁AmirMajidimehr說:對(duì)于WindowsMedia9編碼器與解碼器而言，TI的DM642是第一款成功通過D1清晰度條件下一致性測(cè)試的可編程DSP。TI的新型720MHZDM642有助于將HDWM9集成到各種具有代碼兼容與可編程性能的嵌入式消費(fèi)類應(yīng)用中?！盇DI的Blackfin是一種高性能、雙乘加器(MAC)DSP,具有微處理器性能，諸如監(jiān)督和用戶模式、存儲(chǔ)保護(hù)、8-/16-/32位算術(shù)及多媒體處理

15、擴(kuò)展。Blackfin處理器既能作為主要的音視頻處理器，又能用作圖形用戶界面(GUI)和網(wǎng)絡(luò)處理的主處理器。Blackfin是完全可編程的。因此可以很容易地支持新標(biāo)準(zhǔn)，而無需改變硬件平臺(tái)。例如ADI可視電話平臺(tái)中的Blackfin處理器能夠支持H.264,這是通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)的。據(jù)ADI公司軟件和系統(tǒng)技術(shù)部產(chǎn)品行銷經(jīng)理DanIvanciw介紹，Blackfin處理器架構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，能很好地執(zhí)行控制和數(shù)字算法，可以作為主處理器和音視頻處理器。設(shè)計(jì)人員無須采用多個(gè)不同的處理器、不同的開發(fā)環(huán)境及不同的工具包，無論是正在開發(fā)典型主功能代碼還是高級(jí)音視頻編解碼，采用Blackfin，開發(fā)團(tuán)隊(duì)只需要掌握一

16、種編程方法、指令系統(tǒng)、開發(fā)工具環(huán)境。用戶也會(huì)得到益處縮短產(chǎn)品面市時(shí)間，削減開發(fā)成本，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高IP復(fù)用性?！痹诙嗝襟w信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是在視頻處理方面，通常要求數(shù)字信號(hào)處理器具有針對(duì)多媒體應(yīng)用的、優(yōu)化的內(nèi)核結(jié)構(gòu)和豐富的媒體接口，而通用信號(hào)處理器在這方面性能得不到充分發(fā)揮。鑒于此，美國(guó)Equator公司推出了BSP系列高速寬帶數(shù)字信號(hào)處理器。BSP-15是該系列中的一款，可與MAP-CA反向兼容。BSP-15是專門以視頻應(yīng)用為中心而設(shè)計(jì)的高效DSP，以高度集成的單芯片滿足了寬帶產(chǎn)品的需要。在400MHz的時(shí)鐘頻率下，BSP-15處理能力為40GOPS(每秒400億次整數(shù)運(yùn)算)，處理速度相

17、當(dāng)于奔騰III的8.5倍，是同系列MAP-CA芯片的1.33倍，是其它解決方案的10倍以上。BSP-15的核心功能是采用軟件專為高性能、大視頻流的寬帶應(yīng)用而設(shè)計(jì)，結(jié)合iMMediaTools軟件開發(fā)環(huán)境及其提供的視音頻庫(kù)，BSP-15可以為數(shù)字視頻圖像應(yīng)用提供高效的解決方案。據(jù)某視頻會(huì)議產(chǎn)品研發(fā)工程師介紹，選用BSP-15芯片進(jìn)行視音頻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有3方面優(yōu)勢(shì)其一，BSP-15是專為視頻圖像處理而設(shè)計(jì)的，能夠提供高質(zhì)量的視頻效果；其二，BSP-15具有豐富的片上I/O接口，不必添加過多的外圍設(shè)備，因而可以降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；其三，完全采用C語(yǔ)言編程，沒有匯編語(yǔ)言要求，升級(jí)方便，靈

18、活性高。與同系列的TIDSP及Philip的Trimedia系列DSP相比，BSP-15不足之處是軟件開發(fā)難度較大，穩(wěn)定性也被懷疑。但由于其出色的處理性能，BSP-15處理器在消費(fèi)電子產(chǎn)品、視頻會(huì)議、數(shù)字圖像處理等方面仍將占有較大的市場(chǎng)。以色列VCON通信有限公司去年推出基于新一代EquatorBSP-15多媒體處理器的高性能的視頻會(huì)議編解碼器-HD100視頻會(huì)議引擎。VCON公司首席市場(chǎng)官GordonDaugherty認(rèn)為：視頻會(huì)議的質(zhì)量越來越接近廣播電視的質(zhì)量，視頻會(huì)議市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。VCON集成商可以利用HD100視頻會(huì)議引擎小巧的體積、極高的音頻視頻質(zhì)量，以極具競(jìng)爭(zhēng)力的成本構(gòu)建各種先進(jìn)多媒體會(huì)議應(yīng)用。”隨著時(shí)延問題被IETF技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)(如組播技術(shù)、帶寬預(yù)留協(xié)議和實(shí)時(shí)控制協(xié)議)逐步解決，基于IP的視頻會(huì)議方案把終端互操作性和高傳輸性能結(jié)合了起來。就標(biāo)準(zhǔn)而言，資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)有助于避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證了視頻會(huì)議的傳輸質(zhì)量；實(shí)時(shí)傳送協(xié)議(RTP)雖然不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，但能利用時(shí)間戳方法處理好定時(shí)關(guān)系，