【導(dǎo)讀】集語(yǔ)音、文字和圖像于一體的多媒體通信。多媒體通信是繼電報(bào)，傳真，電話(huà)之后新。視頻會(huì)議系統(tǒng)是一種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻/視頻編解碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬會(huì)。息流進(jìn)行交互式的交流?；贗P交換網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)由于其成本的低廉，交互性強(qiáng)大，⑤闡述了視頻會(huì)議系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

　　

【正文】 技術(shù) 視頻會(huì)議系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體通信、媒體信號(hào)處理等多方面的內(nèi)容，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一種多媒體通信的應(yīng)用。系統(tǒng)采用了包 括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，媒體信號(hào)編碼壓縮解壓技術(shù)， 多點(diǎn)傳輸技術(shù)以及保證系統(tǒng) QOS 的多方面的技術(shù)。其中最為核心的技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 媒 體編解碼技術(shù)和媒體信號(hào)傳輸技術(shù)。視頻會(huì)議系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了由模擬向數(shù)字，由電信網(wǎng)向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)， 由無(wú)標(biāo)準(zhǔn)向有協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的 發(fā)展 . 在 Inter 上實(shí)現(xiàn)視 頻會(huì)議系統(tǒng)，需要解決以下幾個(gè)主要方面的關(guān)鍵技術(shù) ： 一是多媒體信息處理技術(shù) ； 二是網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ； 三是信息安全技術(shù) ； 四是流媒體傳輸技術(shù)。 多媒體信息處理技術(shù) 多媒體壓縮技術(shù) 壓縮編碼技術(shù)是視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，多媒體信息，特別是連續(xù)媒體信息源將產(chǎn)生大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果直接進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)，則會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)空間帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。因此，多媒體數(shù)據(jù)在傳輸前或存儲(chǔ)前必須經(jīng)過(guò)壓縮處理，傳送到目的地后再解壓播放。這樣可以節(jié)省大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 多媒體數(shù)據(jù)壓縮是通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算將原來(lái)較大的文件變?yōu)檩^小文件的數(shù)字處理技術(shù)，數(shù)據(jù)解壓縮是把壓縮數(shù)據(jù)還原成原始數(shù)據(jù)或與原始數(shù)據(jù)相近的數(shù)據(jù)的技術(shù)。數(shù)據(jù)壓縮通常可分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種類(lèi)型。無(wú)損壓縮是指壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重構(gòu)還原后與原始數(shù)據(jù)完全相同，有損壓縮是指壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重構(gòu)還原后與原始數(shù)據(jù)有所不同。 衡量一種壓縮技術(shù)的好壞主要綜合考慮三個(gè)指標(biāo) ： 一是壓縮比要大 ； 二是算法要簡(jiǎn)單，壓縮解壓縮速度要快，能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求 ； 三是壓縮損失要少，即解壓縮的效果要好。 數(shù)據(jù)壓縮的技術(shù)核心是壓縮算法，目前常用的壓縮方法有兩類(lèi) ： 一是無(wú)損壓縮 (又稱(chēng)冗余壓縮法或嫡編碼法 )，主要用于文本和數(shù)據(jù)壓縮， 典型的有 Hamlin 算法、游程編碼； 二是有損壓縮 (嫡壓縮法 )，主要用于圖像和聲音的壓縮，常用的有模型編碼、矢量量化、子帶編碼等。在具體應(yīng)用中，常混合采用多種壓縮算法，如用于靜態(tài)圖像壓縮的 JPEO，以及今年來(lái)發(fā)展起來(lái)的支持靜態(tài)圖像壓縮的 MPEG 等。 音頻編解碼技術(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 數(shù)字音頻編碼有許多成熟的算法和標(biāo)準(zhǔn)，它們大多采用基于差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM， Adaptive Differential pulse Code Modulation)、線(xiàn)形預(yù)測(cè)編碼 (LPC， Linear predictive Coding)、 (CELP， Code Exited Unbar Prediction)等方法，目前應(yīng)用最廣的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是 系列標(biāo)準(zhǔn)，主要包括 G711， G721， G722， G723， G726， G728和 G729，可以分為基于采樣的編碼和基于幀的編碼。 G711 和 G722 屬于基于采樣的編碼，特點(diǎn)是每個(gè)話(huà)音采樣均用固定數(shù)目比特來(lái)表示。 G711 包含 A 律和 U律 PCM 兩種方式，編碼器數(shù)據(jù)率為 64kbps。 G722 全稱(chēng)是數(shù)據(jù)率為 64kbPs 的 7kHz音頻編碼，也是由 ITUT 制定的音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。 G72 G728 和 G729 是基于幀的話(huà)音編碼，本文采用的是 G723 語(yǔ)音編碼， G723是一個(gè)雙速率的語(yǔ)音編碼器， 語(yǔ)音編碼是 協(xié)議首推的語(yǔ)音編碼器，它不僅具有兩種低速率語(yǔ)音編碼輸出，而且具有很好的語(yǔ)音質(zhì)量，因此，目前在 IP 的多媒體通信系統(tǒng)中應(yīng)用特別普遍。它的兩個(gè)編碼速率分別為 。高速率 ()采用多脈沖激勵(lì)最大似然量化算法，低速率 ( 幻采用代數(shù)碼本激勵(lì)線(xiàn)形預(yù)測(cè)伍 CELP)算法。這兩種算法具有相同的理論基礎(chǔ)，都是基于線(xiàn)形預(yù)測(cè)，都采用非周期性分量的激勵(lì)源。不同之處在于對(duì) MPMLQ 采用多脈沖最大似然量化激勵(lì)，而對(duì) ACELP 采用的是代數(shù)碼本激勵(lì)。 視頻編解碼技術(shù) 所謂編解碼方式就是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)，將某個(gè)視頻格式的文件轉(zhuǎn)換 成另一種視頻格式文件的方式。目前視頻編碼技術(shù)主要有兩種標(biāo)準(zhǔn) ： 一是國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化的 ； 二是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 /國(guó)際電工委員會(huì) ISO/IEC)運(yùn)動(dòng)圖象專(zhuān)家組的（ MPEG(Motion Picture Expert Group)系列標(biāo)準(zhǔn)。其中， 系列標(biāo)準(zhǔn)能夠在很低的碼率下保證解碼圖象的質(zhì)量，更加適合 Inter 上的實(shí)時(shí) 視頻業(yè)務(wù)。目前視頻流傳輸中最為流行的編解碼標(biāo)準(zhǔn)有 ITUT 制 定的 ， ， 及由 ITUT視頻編碼專(zhuān)家組 (VCEG)和 MPEG 聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn) 。 （ ITUT Video Coding Experts Group，國(guó)際電信聯(lián)盟視頻編碼專(zhuān)家組）和 ISO/IEC MPEG 共同開(kāi)發(fā)的視頻處理標(biāo)準(zhǔn)， ITUT 作為標(biāo)準(zhǔn)建議， ISO/IEC 作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 1449610（ MPEG4 第 10 部分）高級(jí)視頻 編碼（ AVC）。 不僅比 和 MPEG4 節(jié)約了 50%的碼率，而且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。它引入了面向 IP 包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。 具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的無(wú)線(xiàn)信道中的視頻傳輸。 支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級(jí)編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖像質(zhì)量。 能適應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，網(wǎng)絡(luò)親和性好 。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) RTP/RTCP 協(xié)議 多媒體技術(shù)是把文字、音頻、視頻、圖形等多媒體信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行 數(shù)字化采集、獲取、壓縮 /解壓縮、編輯和存儲(chǔ)等加工處理的技術(shù)。一般說(shuō)來(lái)，文本信息在 網(wǎng)絡(luò)上傳送時(shí)不需要嚴(yán)格的實(shí)時(shí)控制，卻要求可靠的服務(wù)。而聲音、視頻 信息可以允許少量的信息流失，但對(duì)時(shí)間的延遲卻非常敏感，要求網(wǎng)絡(luò)能實(shí)時(shí)傳送。 在 Inter 上傳輸多媒體信息，對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，一般都是采用實(shí)時(shí)傳送協(xié)議RTP(RealTime Transport Protocol)協(xié)議進(jìn)行封裝傳輸。 IP網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議是基于 TCP/IP協(xié)議的，當(dāng)然， IP 協(xié)議和 TCP 協(xié)議是核心協(xié)議。此外，為了保證視頻會(huì)議的音頻和視頻碼流的實(shí)時(shí)傳輸 ，需要使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP。以上幾個(gè)通信協(xié)議是 IP 網(wǎng)的主要通信協(xié)議，是正網(wǎng)的通信基礎(chǔ)， IP 網(wǎng)的所有業(yè)務(wù)將都是在這些通信協(xié)議的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP[11](Realtime Transport Protocol)是針對(duì) Inter 上多媒體 數(shù)據(jù)流的一個(gè)傳輸協(xié)議，有 IETF(Inter 工程任務(wù)組 )作為 RFC1889 發(fā)布。 RTP 被定義為在一對(duì)一或一對(duì)多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步， RTP 的典型應(yīng)用建立在 UDP 上，但也可以在 TCP 或 AT M等其他協(xié)議之上工作。 RTP 本身只保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠 RTCP 提供這些服務(wù)。 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RTCP(RealTime Transport Control Protocol)負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用程序之間交換控制信息。在 RTP 會(huì)話(huà)期間，各參與者周期性地傳送 RTCP包，包中含有己發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類(lèi)型。 RTP 和 RTCP 配合使用，能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷(xiāo)使傳 輸速率最佳化，故特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 利用 RTP 能夠在 一 對(duì) 一 (單播 )或者 一 對(duì)多 (多播 )的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。 RTP 通常使用 UDP 來(lái)進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，但如果需要的話(huà)可以使用TCP 或者 ATM 等其它協(xié)議。 RTP 協(xié)議的設(shè)計(jì)目的是提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中的時(shí)間戮信息以及各數(shù)據(jù)流的同步功能。 RTP 協(xié)議提供序列號(hào)字段使接受方根據(jù)檢測(cè)收到的分組序列號(hào)來(lái)判斷是否有分組丟失，并可重新恢復(fù)發(fā)送時(shí)的分組序列 。提供時(shí)間戳字段用于重新建立原始音頻、視頻的時(shí)序，幫助接受方確定數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間的一致性或變化，提供同步源 標(biāo)識(shí)符 (SSRC)字段，在接收端為包分組從而進(jìn)行回放。 RTP 本身并不能為湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 按序傳輸數(shù)據(jù)包提供可靠的保證，也不提供流量控制和擁塞控制，這些都由實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RTCP 來(lái)負(fù)責(zé)完成，通常 RTCP 會(huì)采用與 RTP 相同的分發(fā)機(jī)制，向會(huì)話(huà)中的所有成員周期性地發(fā)送控制信息，應(yīng)用程序通過(guò)接收這些數(shù)據(jù)，從中獲取相關(guān)資料，從而能夠?qū)Ψ?wù)質(zhì)量進(jìn)行控制或者對(duì)網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行診斷。 當(dāng)應(yīng)用程序開(kāi)始一個(gè) RTP 會(huì)話(huà)時(shí) ，各參與者周期性地傳送 RTCP 包。 RTCP 包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信 息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類(lèi)型。 RTP 和 RTCP 配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷(xiāo)使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 組播技術(shù) 視頻會(huì)議業(yè)務(wù)需要點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。目前視頻會(huì)議系統(tǒng)的通信有單播和組播兩種方式。 單播技術(shù)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，其優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是如果多個(gè)用戶(hù)同時(shí)請(qǐng)求同一份數(shù)據(jù)，服務(wù)器必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給這多個(gè)用戶(hù)依次發(fā)送多份拷貝，在視頻會(huì)議系統(tǒng)中，如果采用單播方式需要占用大量的帶寬資源，限制了視頻會(huì)議的規(guī)模。 組播技術(shù)是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 組播將 IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送到共享相同 IP地址的一個(gè)主機(jī)組中，一個(gè)點(diǎn)發(fā)送，多個(gè)點(diǎn)同時(shí)接收連續(xù)的數(shù)據(jù)流。組播技術(shù)可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)發(fā)送，不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)，非常適合視頻會(huì)議業(yè)務(wù)，是視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 QOS 保障技術(shù) QOS 問(wèn)題即服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題，是針對(duì) IP 網(wǎng)絡(luò)帶寬的管理策略，是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要的問(wèn)題。從我們要實(shí)現(xiàn)的視頻會(huì)議系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)服務(wù)質(zhì)量不能保證的通信網(wǎng)，而會(huì)議系統(tǒng)存在實(shí)時(shí)要求很高的媒體信號(hào)，因而必須在服務(wù)質(zhì)量上采取措施，除了在媒體信號(hào)的編碼中可以采取尺寸可變的編 碼方案，還需要使用 RTCP 實(shí)時(shí)控制協(xié)議測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的 QOS，同時(shí)，采用資源預(yù)留管理。 資源預(yù)約協(xié)議 RSVP 提供一種有效的資源預(yù)留方式，可以有效地描述應(yīng)用程序?qū)Y源的需求。 RSVP 建立在 IP 協(xié)議之上，可以利用 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳輸 RSVP 消息。 RSVP是一個(gè)單工協(xié)議，只在一個(gè)方向上預(yù)訂資源。另外， RSVP 是一個(gè)面向客戶(hù)端協(xié)議，由接收端負(fù)責(zé)資源預(yù)訂，可以滿(mǎn)足點(diǎn)到多點(diǎn)群通信中客戶(hù)端異構(gòu)的需求，每個(gè)客戶(hù)端可以預(yù)訂不同數(shù)量的資源，接收不同的數(shù)據(jù)流。 RSVP 還提供了動(dòng)態(tài)適應(yīng)成員關(guān)系的湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 變化，動(dòng)態(tài)適應(yīng)路由變化的能力。 RSVP 可以滿(mǎn)足大 型點(diǎn)到多點(diǎn)通信群的資源預(yù)訂需求。為了建立并維護(hù)分組數(shù)據(jù)傳輸通道中各個(gè)交換機(jī)的狀態(tài)， RSVP 建立了一個(gè)信宿樹(shù)。信宿樹(shù)以接收端為根結(jié)點(diǎn)，以發(fā)送端為葉結(jié)點(diǎn)，發(fā)送端與接收端之間的通道作為樹(shù)的分支。資源預(yù)訂消息由接收端開(kāi)始，沿信宿樹(shù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)發(fā)送端結(jié)點(diǎn)。在視頻會(huì)議中，可以采用 RSVP 協(xié)議來(lái)確保網(wǎng)絡(luò)中能預(yù)留一定的帶寬。建立一條從發(fā)送端到接收端的路徑，使得 IP 網(wǎng)絡(luò)能提供接近于電路交換質(zhì)量的服務(wù)，即在面向無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)上，增加了面向連接的特性。 信息安全 視頻會(huì)議系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，基本上沒(méi)有考慮安全性的問(wèn)題。解決 信息安全問(wèn)題刻不容緩。目前，用于視頻會(huì)議系統(tǒng)的信息安全技術(shù)主要有兩大類(lèi) : 第一類(lèi)是加解擾技術(shù) :該類(lèi)技術(shù)目的是防止信息被非法盜用，可以用于視音頻數(shù)據(jù)的加密。該技術(shù)己經(jīng)廣泛用于數(shù)字電視的加密頻道中?；驹硎窃诎l(fā)送端對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)加擾，同時(shí)在授權(quán)的接收端 (擁有相應(yīng)的解密密鑰 )對(duì)接收的數(shù)據(jù)解擾。 第二類(lèi)是數(shù)字簽名 ： 該類(lèi)技術(shù)的目的是解決信息的否認(rèn)、偽造、篡改及冒充的 問(wèn)題。數(shù)字簽名的發(fā)送者發(fā)送的報(bào)文簽名， 接收者不能偽造發(fā)送者的報(bào) 簽名， 接收者不能對(duì)發(fā)送者的報(bào)文進(jìn)行部分篡改 ， 網(wǎng)絡(luò)中的某一用戶(hù)不能冒充另一用戶(hù)作為發(fā)送者或接 收者。數(shù)字簽名的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括 :加密信件、商務(wù)信函、定貨購(gòu)買(mǎi)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程金融交易等等。 流媒體傳輸技術(shù) 流媒體的概念 所謂流媒體技術(shù)（或稱(chēng)流式媒體技術(shù)）就是把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過(guò)壓縮處理后存放到視頻傳送服務(wù)器上，由視頻傳送服務(wù)器把節(jié)目傳送到網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)在客戶(hù)端通過(guò) 播放器可實(shí)時(shí)觀(guān)看節(jié)目。在網(wǎng)絡(luò)上傳送的一系列相關(guān)的數(shù)據(jù)稱(chēng)為“流” [12]。 流媒體 (Steaming Media)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)順序地傳輸和播放枷 音頻等多媒體內(nèi)容的連續(xù)時(shí)基數(shù)據(jù)流，流媒體技術(shù)包括流媒體 數(shù)據(jù)采集，枷音頻編解碼，存儲(chǔ)，傳輸， 播放等領(lǐng)域。 一般來(lái)說(shuō)，流包含兩種含義，廣義上的流是使音頻和視頻形成穩(wěn)定和連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、方法和協(xié)議的總稱(chēng)，我們習(xí)慣上稱(chēng)之為流媒體系統(tǒng)；而狹義上的流是相對(duì)于傳統(tǒng)的下載－回放 (Download－ Playback)方式而言的一種媒體格式，它能從 Inter 上獲取音頻和視頻等連續(xù)的多媒體流，客戶(hù)可以邊接收邊播放，使時(shí)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 延大大減少。 流式傳輸時(shí)，聲音、影像或動(dòng)畫(huà)等時(shí)基（基于時(shí)間連續(xù)的）媒體由音視頻服務(wù)器向用戶(hù)計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送，用戶(hù)不必等到整個(gè)文件全部下載完 畢，而只需經(jīng)過(guò)幾秒或十?dāng)?shù)秒的啟動(dòng)延時(shí)緩存即可進(jìn)行觀(guān)看。當(dāng)音頻、視頻的時(shí)基媒體在客戶(hù)機(jī)上播放時(shí)，文件的剩余部分將在后臺(tái)從服務(wù)器內(nèi)繼