視頻會議系統(tǒng)關鍵技術分析

1、視頻會議基本概念視頻會議能使人們更有效的交流，因為可視化的交流是最自然的交流方式。因此看比說更能加深人的理解與記憶，特別是當話題本身就是一個很形象的觀點的時候。有些視頻會議系統(tǒng)設計成允許好幾組不同地方的人參加同一個會議，有些則設計成只允許幾個人在他們的桌面上討論項目。無論怎樣，他們能看到全方位的活動圖像，清楚地聽到別人所說的話，感覺就像在一起。用這種方式，視頻會議創(chuàng)造了這樣一個環(huán)境：更快地下決策，更加強大的團隊工作，想法、知識、鼓勵能從一個同事傳向另外一個同事。還有一個更為顯著的優(yōu)點是不用出差。視頻會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小時的飛機行程。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間。簡短地說，視頻會議使人們“坐”在了一起。視頻會議系統(tǒng)傳輸?shù)氖嵌嗝襟w數(shù)據(jù)，聲音和動態(tài)圖像的源信號的數(shù)據(jù)量較大，無法在一般條件的數(shù)字線路上傳輸。同時，基于對實際使用效果的要求，要求傳輸?shù)穆曇?、圖像信號連續(xù)平滑，其他輔助功能易于使用。因此，對系統(tǒng)在聲音/圖像壓縮、通訊線路條件、數(shù)據(jù)/應用程序共享等方面都有很高的技術要求。本文將從目前視頻會議的主要技術、解決方案及未來技術趨勢、網(wǎng)絡技術標準等方面進行探討。視頻會議系統(tǒng)的關鍵技術多媒體信息處理技術，多媒體信息處理技術主要是針對各種媒體信息進行壓縮和處理。視頻

3、會議的發(fā)展過程也反映出信息處理技術特別是視頻壓縮技術的發(fā)展歷程。目前新的理論、算法不斷推進多媒體信息處理技術的發(fā)展，進而推動著視頻會議技術的發(fā)展。特別是在網(wǎng)絡帶寬不富裕的條件下，多媒體信息壓縮技術已成為視頻會議最關鍵的問題之一?；赑C機的CPU技術、基于專用芯片組技術相比較，媒體處理器因為具有特有的數(shù)字視音頻輸入輸出接口、多媒體協(xié)處理器等使應用變得更加簡單，而且設備廠家可以根據(jù)市場變化隨時進行軟件應用的調整，及時適應市場需求，而不會受制于專用芯片組本身的技術限制。媒體處理器支持的嵌入式操作系統(tǒng)以及軟件優(yōu)化，使視頻會議系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定、可靠。媒體處理器技術事實上已經(jīng)成為視頻會議的核心芯片技術

4、，將來還將服務于3G可視手機等終端產品。在視頻會議系統(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算能力可以實現(xiàn)適合不同協(xié)議的視頻會議通信終端。采用這些芯片可以很方便地實現(xiàn)MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理，還可以實現(xiàn)其它的多媒體應用如DVD、數(shù)字機頂盒、數(shù)字電視等。寬帶網(wǎng)絡技術正在迅速發(fā)展的IP網(wǎng)絡，由于它是面向非連接的網(wǎng)絡，因而對傳輸實時的多媒體信息而言是不適合的，但TC

5、P/IP協(xié)議對多媒體數(shù)據(jù)的傳輸并沒有根本性的限制。目前世界主要的標準化組織、產業(yè)聯(lián)盟、各大公司都在對IP網(wǎng)絡上的傳輸協(xié)議進行改進，并已取得初步成效，如RTP/RTCP、RSVP、IPv6等協(xié)議。為在IP網(wǎng)絡上大力發(fā)展諸如視頻會議之類的多媒體業(yè)務打下了良好的基礎。據(jù)預測，IP網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務將會大大超過電路交換網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務。Internet的網(wǎng)絡規(guī)模和用戶數(shù)量迅猛發(fā)展，如何進一步擴展網(wǎng)上運行的業(yè)務種類并提高網(wǎng)絡的服務質量是目前人們最關心的問題。由于IP協(xié)議是無連接協(xié)議Internet網(wǎng)絡中沒有服務質量的概念，不能保證有足夠的吞吐量和符合要求的傳送時延，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)絡環(huán)境，就無法大規(guī)模發(fā)展新業(yè)務。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術中，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具有得天獨厚的技術優(yōu)勢。因此ATM曾一度被認為是一種處處適用的技術，人們最終將建立通過網(wǎng)絡核心便可到達另一個桌面終端的純ATM網(wǎng)絡。但是，實踐證明這種想法是錯誤的。首先，純ATM網(wǎng)絡的實現(xiàn)過于復雜，導致應用價格高，難被大眾所接受。其次，在網(wǎng)絡發(fā)展的同時，相應的業(yè)務開發(fā)沒有跟上,導致目前ATM的發(fā)展舉步維艱。第三，雖然ATM交換機作為網(wǎng)絡的骨干節(jié)點已經(jīng)被廣泛使用，但ATM信元到桌面的業(yè)務發(fā)展卻十分緩慢。由于IP技

7、術和ATM技術在各自的發(fā)展領域中都遇到了實際困難,彼此都需要借助對方以求得進一步發(fā)展，所以這兩種技術的結合存在必然性。多協(xié)議標簽交換(MPLS)技術就是為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣的IP路由技術各自的優(yōu)點而產生的。其特點如下：(1)基于單一的轉發(fā)機制,可在同一網(wǎng)內同時支持多種業(yè)務類型的轉發(fā)；(2)通過短小固定的標簽,采用精確匹配尋徑方式取代傳統(tǒng)路由器的最長匹配尋徑方式；(3)通過集成鏈路層(ATM、幀中繼)與網(wǎng)絡層路由技術，解決了Internet擴展、保證IPQoS傳輸?shù)膯栴}；(4)利用顯式路由功能同時通過帶有QoS參數(shù)的信令協(xié)議建立受限標簽交換路徑(CR-LSP)，因而能夠有效地

8、實施面向全國的流量工程。目前MPLS技術在QoS標簽分配信令、解決VC合并、傳輸分類業(yè)務等許多方面還存在很多難點，需要進一步完善。分布式處理技術視頻會議實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點之間的實時同步交互通信。視頻會議系統(tǒng)要求不同媒體、不同位置的終端的收發(fā)同步協(xié)調，多點控制單元(MCU)有效地統(tǒng)一控制，使與會終端數(shù)據(jù)共享，有效協(xié)調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)的基本內涵。因此從這個意義上說，視頻會議系統(tǒng)是CSCW主要的群件系統(tǒng)之一。隨著多媒體技術的廣泛應用，采用DSP芯片設計多媒體設備，成為人

9、們關注的方向。但是，對于可編程的媒體處理器的需求也很高。因為多媒體信號處理技術處于一個高速發(fā)展的階段，各種國際標準共存，新標準不斷涌現(xiàn)。例如，僅視頻壓縮編碼，就有多種國際標準：H.261、H.263、MPEG1、MPEG2、MPEG4和新的H.264等。在一個網(wǎng)絡上傳輸?shù)目赡苁嵌喾N不同標準的碼流，而且對于一個設備而言，也要不斷更新視頻編碼技術。例如一個早期的視頻會議設備采用H.261編碼視頻，在H.263出現(xiàn)后，最好是改用H.263標準，而且也許很快就會采用H.264作為視頻會議的編碼標準。這就存在兩個要求，一是設備的更新?lián)Q代，二是多種標準的轉換。對于用固定的專用芯片實現(xiàn)的設備，這兩條都難以達

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到第一個要求，增加部分功能軟件，可以適度滿足第二個要求。正是考慮這種需要，一種新型的DSP芯片-媒體處理器(MediaProcessor)應運而生，并很快得到業(yè)界的廣泛關注。飛利浦、ADI、TI等半導體供應商都十分看好媒體處理器市場，并推出了具有競爭力的產品。高處理能力芯片的出現(xiàn)給視頻會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接口，針對多媒體信號的特點優(yōu)化了處理器結構，甚至內嵌了特殊協(xié)處理器用于進行專門操作，緩解通用處理器的壓力，例

11、如視頻編碼中的變長編解碼(LC/VLD)。媒體處理器提供了完全可編程的多媒體設備的實現(xiàn)工具。媒體處理器繼承了通用DSP芯片的特點，針對多媒體應用擴充了各種接口功能，優(yōu)化了中央處理器結構。盡管媒體處理器出現(xiàn)的時間不長，但已得到廣泛關注，可以預見媒體處理器將會快速應用到多媒體設備制造業(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。目前其應用于視頻會議系統(tǒng)中的多媒體芯片產品有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議等一系列應用。在PC平臺上，中

12、星微電子與微軟合作，最近推出基于USB2.0的視頻即時通訊系統(tǒng)，使視頻質量和系統(tǒng)穩(wěn)定性上了一個新臺階。針對視頻會議等多媒體應用，飛利浦推出數(shù)字媒體處理器PNX1500,這是一款系統(tǒng)級芯片(SoC)。據(jù)飛利浦半導體公司高級媒體處理組市場總監(jiān)JanKoene介紹，最新產品NexperiaPNX1500在運行控制任務以及數(shù)字信號處理任務方面具有出色的能力，而這兩方面都是視頻會議系統(tǒng)所要求的?？梢栽趩纹琍NX1500上運行這兩個任務，而在效率相同的情況下，這對競爭方案而言是難以實現(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。因為所有的音視頻編解碼功

13、能都是用軟件實現(xiàn)的，所以飛利浦的產品很容易適應新的標準，例如H.264?！盩I的新型數(shù)字媒體處理器TMS320DM642帶有三個視頻口，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的實時壓縮。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公司半導體事業(yè)部高級業(yè)務代表鄭小龍表示，除了提供720MHZDM642的樣片之外，目前TI還為DM640與DM641以及600MHzDM642提供批量生產的

14、器件。這些代碼兼容的數(shù)字媒體處理器可擴展各種時鐘速率及存儲器容量，能夠支持廣泛的應用，例如從基于視頻的便攜式消費類電子產品到視頻基礎設施設備等。微軟公司W(wǎng)indowsMedia技術部副總裁AmirMajidimehr說:對于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類應用中。”ADI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、存儲保護、8-/16-/32位算術及多媒體處理

15、擴展。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準，而無需改變硬件平臺。例如ADI可視電話平臺中的Blackfin處理器能夠支持H.264,這是通過軟件升級來實現(xiàn)的。據(jù)ADI公司軟件和系統(tǒng)技術部產品行銷經(jīng)理DanIvanciw介紹，Blackfin處理器架構經(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。設計人員無須采用多個不同的處理器、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音視頻編解碼，采用Blackfin，開發(fā)團隊只需要掌握一

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

17、當于奔騰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、大視頻流的寬帶應用而設計，結合iMMediaTools軟件開發(fā)環(huán)境及其提供的視音頻庫，BSP-15可以為數(shù)字視頻圖像應用提供高效的解決方案。據(jù)某視頻會議產品研發(fā)工程師介紹，選用BSP-15芯片進行視音頻的系統(tǒng)設計具有3方面優(yōu)勢其一，BSP-15是專為視頻圖像處理而設計的，能夠提供高質量的視頻效果；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備，因而可以降低整個系統(tǒng)的成本和設計的復雜度；其三，完全采用C語言編程，沒有匯編語言要求，升級方便，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處理器在消費電子產品、視頻會議、數(shù)字圖像處理等方面仍將占有較大的市場。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議編解碼器-HD100視頻會議引擎。VCON公司首席市場官GordonDaugherty認為：視頻會議的質量越來越接近廣播電視的質量，視頻會議市場已經(jīng)進入了一個新的階段。VCON集成商可以利用HD100視頻會議引擎小巧的體積、極高的音頻視頻質量，以極具競爭力的成本構建各種先進多媒體會議應用。”隨著時延問題被IETF技術和標準(如組播技術、帶寬預留協(xié)議和實時控制協(xié)議)逐步解決，基于IP的視頻會議方案把終端互操作性和高傳輸性能結合了起來。就標準而言，資源預留協(xié)議(RSVP)有助于避免網(wǎng)絡擁塞，保證了視頻會議的傳輸質量；實時傳送協(xié)議(RTP)雖然不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕芾脮r間戳方法處理好定時關系，