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H.323标准下会议系统关键技术分析
发布时间:2014-11-27 浏览次数:

视频会议系统是一种支持人们远距离进行实时信息交流、开展协同工作的应用系统,不仅能实时传输视频与音频信息,使协作成员可以远距离进行直观、真实的视音频交流,还可利用多媒体技术的支持,帮助使用者对工作中各种信息进行处理,如共享数据、共享应用。

会议系统有很多类型,虽然基于H.320技术体系下的IP可视电话在1992年就已经面世,但是,受网络环境特别是带宽影响,这些设备仅仅在商用市场上有了应用。近年来,互联网的飞速发展,许多国外企业重新开始关注家用IP可视电话市场。本文以H.323标准下IP视频会议为研究对象,重点分析组成会议系统的核心设备—多点控制单元(MCU,Multi-Control Unit)实现关键技术。

1 基本会议模型

  H.323建议根据媒体通信的组织方式,定义了四种会议模型:集中式会议模型;分布式会议模型;混合式会议模型,可看作集中式会议模型与分布式会议模型的某种形式的组合;Ad Hoc会议模型,特殊的多点会议,由点到点呼叫通过邀请他人或他人主动加入扩展而成。

这里所说的集中式会议模型和分布式会议模型都是针对单一媒体类型而言的。一个实际的H.323系统可能在音频和数据媒体信息的处理上遵循集中式会议模型,而在视频媒体信息的处理上遵循分布式会议模型,有些资料将这种情形也归入到混合式会议模型一类。从会议控制方式上看,H.323建议定义的各种会议模型都属于紧耦合式会议(集中控制型会议)。此类系统采用以MCU为中心的星型结构,一个会议只允许一个活动MC存在。以上四种会议模型中,集中式会议模型与分布式会议模型是最基本的,下面对这两种会议模型进行讨论。

1.1 集中式会议模型

在集中式会议中,所有与会终端采用点到点的方式与MCU通信,所有的音频、视频、数据和控制流都被送到MCU,由MCU中的MC负责管理整个会议,MP负责处理送来的信息流并送回与会终端,典型处理方式包括音频混合、视频交换或混合和T.120数据分配。MP可以选择转送哪一个终端或那几个终端的信息流,也可以对不同的音频、视频、数据格式和比特率进行转换,使得各与会终端可以使用不同的通信模式。集中式会议模型具有以下优点:(1)充分保证了MCU对各个与会终端上媒体播放的控制。对于远程教育的应用来说,这一点很重要。由于集中式会议在媒体通信上采用星形拓扑,各个与会终端分别与MCU建立媒体传输信道,因此,MCU可以很方便的控制各个与会终端接收与播放的媒体信息。必须指出的是,MCU控制权的增强是以降低各个与会终端的独立性与灵活性为代价的。(2)占用的网络带宽资源小。由于采用了星形拓扑,集中式多点会议中的媒体信道数与终端数目成正比。随着会议规模的扩大,会议占用的带宽资源呈线性增长。对与会终端处理能力的要求低。当与会终端为独立设备,例如以太网电话机或可视电话机时,降低对处理能力的要求意味着可以大大降低产品成本。(3)不需要组播支持。鉴于目前互联网上设置为支持组播模式的路由器还不够多,组播应用主要局限在局域网内,是否需要组播支持在当前的应用中仍然是十分重要的问题。

集中式会议模型的缺点是:MCU结构和功能复杂,开销大;对媒体信息流的处理不够灵活。受MCU的处理能力与网络带宽限制,难以针对各个与会终端的不同能力与不同需要进行个性化媒体信息流处理;会议质量不如分布式会议模型,主要体现为多媒体信息数据的延时和丢包率偏大。

1.2 分布式会议模型

在分布式会议中,与会终端通过组播方式或多重单播方式将音频流和/或视频流发送给其它与会终端,终端必须完成对接收到的音频和视频信号的混合和切换。MC通过与各终端之间的H.245控制信道对会议进行管理。在此类会议中,不需要处理音频和视频信号的MP,原来集中式会议中的MP功能分散到各终端完成。

分布式会议模型的优点是:(1)MCU结构和功能简单,开销小。由于不需要集成MP模块,MCU的结构和功能都大大简化了。在此情形下,可以考虑不设置MCU,而将MC内置于网关、网闸或某个与会终端中。对某些应用来说,这种设置是合意的。(2)对多媒体信息流的处理比较灵活,各个与会终端可根据自己的能力、对收到的多媒体信息流进行个性化处理。(3)会议质量优于集中式会议。

分布式会议模型的缺点是:削弱了MCU对各个与会终端上媒体播放的控制权;对与会终端的处理能力要求高。各个与会终端需自行对接收到的一路或多路音频/视频媒体信息流进行处理,这就要求与会终端具有相当程度的处理能力;要求网络支持组播方式。如果不采用组播方式,以多重单播方式则会议占用的带宽资源将随会议规模的扩大成指数增长趋势,大大加重网络拥塞。

1.3 两种会议模型的比较

从上面的分析可以看出,集中式会议模型与分布式会议模型各有利弊,集中式会议模型的服务质量不如分布式会议模型,也不够灵活,但控制简单,无需组播支持,一般比较适合于各种广域网应用。分布式会议模型目前更适合于各种局域网应用,但随着组播技术与音频/视频分层编码技术的发展与推广,分布式会议模型的优势与潜力将进一步发挥出来。

1.4 两种耦合方式的比较

根据会议的控制方式,将其大致划分为两大类型:紧耦合式与松耦合式。紧耦合式会议又称集中控制型会议、正式会议,实施集中式会议控制策略,要求由中央权威对会议的成员资格、成员接纳等进行控制,它的典型应用为商业会议;松耦合式会议又称分布控制型会议、非正式会议,实施分布式会议控制策略,不对会议的成员资格、成员接纳等进行中央控制,不要求设立会议主席,典型应用为研究小组的讨论会。

H.323建议定义的各种会议模型都是紧耦合式的。紧耦合式会议模型要求MC掌握所有的会议成员,并要求实现关于会议建立、能力沟通、音频/视频/数据流的创建与控制、会议关闭的一整套复杂的信令流程。当会议规模增大时,MC的开销呈非线性增长趋势,这样,紧耦合式会议模型的可扩展性就受到了很大限制。

与紧耦合式会议模型不同,松耦合式会议模型不要求实现严格的会议成员管理功能,不要求参数沟通过程,也不要求设置负责实施会议控制的中央节点,因而具有良好的可扩展性。IETF制定的RTP/RTCP协议提供了一些基本的会议控制功能,用以支持松耦合式会议模型。IETF规定RTCP的一个可选功能为传递最小集合的会话控制信息,例如成员身份标识,该标识可能用于显示在用户界面上。松耦合式会议系统也可以将RTCP作为到达所有与会终端的一个方便的信道。对于某个松耦合式会议系统而言,RTCP不能实现系统所需的全部支持,在此情形下可引入高层的会话控制协议。松耦合式会议模型的缺点在于会议控制过于简单、松散,对于很多应用来说是不可接受的。而且,如果该会议通过RTCP来实现会议主席功能,则实时性不能得到保证。

紧耦合式会议模型与松耦合式会议模型相比,各有侧重。一种自然的想法是构建混合控制型会议模型,综合两种会议模型的优点,取长补短。ITU于1998年提出的H.332建议是一种混合控制型会议模型,下面对此建议进行介绍。

2 H.332标准下会议系统

为了解决H.323会议系统在可扩展性方面的新技术不足,ITU于1998年9月提出了H.332建议,将H.323紧耦合式会议系统扩展为H.332松耦合式会议系统(实质上是混合控制型会议系统)。

图1 H.332松耦合式会议系统的组织结构

  与H.323会议模型相比,H.332会议模型的最主要特点是将与会终端划分为专门小组(panel)与RTP接收终端两个群体,并施以不同的控制策略。专门小组即相当于原来的H.323紧耦合式会议,其成员为功能完全的H.323终端,按照H.323建议定义的方式实现完全交互。RTP接收终端只是被动的以组播方式接收RTP/RTCP音频/视频媒体流,不发送媒体流,也不参加H.323信令流程,从而避免了增加系统MC的开销。只要专门小组的规模保持恒定,当RTP接收终端的数量增加时,系统MCU的开销基本不变。基于这个原理,H.332松耦合式会议系统实现了良好的可扩展性,可以很方便的扩展到数千与会终端的规模。

H.332建议不允许RTP接收终端直接进行交互,但允许RTP接收终端依照某种流程加入(或被邀请加入)专门小组,从而获得进行交互所需的权限。为此目的,H.332建议将专门小组进一步划分为永久成员与临时成员。永久成员在整个会议期间始终保持在专门小组内,例如远程教室中的授课老师、远程报告中的报告人等。临时成员从需要获得交互权限的RTP接收终端中选出,随着各个RTP接收终端加入或退出专门小组,临时成员在整个会议期间可以发生变动。通过这一机制,保持专门小组的规模恒定,系统MC的开销在基本恒定的前提下,H.332会议系统向各个RTP接收终端提供了尽可能多的交互机会。

H.332建议还对原H.323建议中的能力沟通的机理进行了改进,以提高会议系统的可扩展性。H.332建议规定,在预先发布一个会议时,会议布告中应包含有关该会议的充分信息,使得会议布告的接收者能够发现和参与会议,至于具体发布哪些信息则由布告发布者决定。会议布告采用IETF的会话描述协议(SDP)编码,编码信息可通过电子邮件、Web服务或其他任何机制发布。如果会议基于安全、注册或收费等方面的考虑而对与会资格进行限制,则可同时发布私有布告与公共布告,其中私有布告应包含密钥、加密算法等信息,而公共布告应包含如何登记和获取私有布告的信息。

作为能力信息发布机制的补充,H.332建议允许引入某种形式的简单的能力沟通流程,以适应不同用户的网络带宽与端点资源(例如用户主机的CPU处理能力、显示器解析度等),该流程可以在会议开始之前进行。此外,H.332建议还允许采用视频的分层组播技术,以适应不同用户的网络带宽及对图像质量的要求。

3 H.323使用MCU创建会议信令过程

当创建一个会议后,一般要求对其命名,例如Myconference@Conferenceroo ms.com,参与者一开始就知道这是一个会议呼叫。创建会议最简单的方法是呼叫一个MCU,发送一条Setup消息,其中将ConferenceGoal(会议目的)参数设置为“create(创建)”并给一个唯一的全局CID。消息中也可给出会议的别名。该过程与一个普通呼叫没有两样。如果MCU决定接受这个呼叫,它将发送一条Connect应答。终端和MCU将交换它们的TerminalCa-pabilitySet。当主从过程开始后,MCU成为会议的活动MC。MCU向主叫终端发送MCLocationlndi-cation表示它是会议的活动MC。它也可以通过TermtnaINumberAssign消息向终端分配一个8bit数字(终端必须将这个8bit数字拷贝到它所有RTP报文的SSRC域的低8bit中),会议的创建过程如图2所示。

图2 创建一个会议的过程

(1)邀请加入会议:一旦终端处在一个会议中,它可以通过向活动MC发送Setup消息来邀请其他人加入,在Setup消息中应该包含一个新的呼叫参考值CRV和会议的CID;并将ConferenceGoal参数值设为“invite(邀请)”。Setup消息的目的地址和可选的目的呼叫信令地址必须是被邀请加入会议的终端地址,比如终端B。当MCU接收到这条消息,它会向终端B发送一条Setup消息(其中CID=N,而且ConferenceGoal=Invite)到邀请终端。随后,活动的MC将利用Connect消息提供的传输地址与终端B建立一条H.245控制通道,然后交换它们的Ter-minaICapabilitySets。在主从过程中,活动MC可能会需要发送MCLocationIndication消息。当这一切结束后,MC会向邀请和被邀请终端各发送一条MultipointConference(多点会议)消息。如果在呼叫中还有其它终端,MCU将向它们发送Terminal-JoinedConference(终端加入会议)H.245消息使它们意识到新成员的存在。

  因为进入的终端性能可能会与会议现有的媒体通道存在不兼容,所以MCU必须向所有终端发送CommunicationModeCommand(通信模式命令)来指定每种流的新发送模式。所有不符合条件的媒体通道都必须关闭。这时,MC可以开始向终端发送OpenLogicaIChannel消息。已经接收到多点会议消息的终端应该在接收到通信模式命令消息之后才能打开逻辑通道。而且所有终端都必须向MC发送OpenLogicaIChannel消息。MCU也可以发出邀请,例如邀请不是发自一个H.323终端,而是发自MCU的web界面。

(2)主动加入的会议:终端也可以很容易地加入一个已经存在的会议,它只需要向MCU发送Setup消息,其中包含会议的CID,同时设置Conference-Goal=Huang。如果终端只知道会议的别名,那么它必须提供这个别名,同时将CID清0。

(3)浏览会议:MCU可以提供一个存在会议列表,它通过向终端发送ConferenceListChoice H.245消息来实现。例如当Setup消息中使用的别名实际上是会议组的名字时, H323support@conferences.com这个组名可能包括Q931support、H245support和RASsupport@conferences.com。

4 小结

  随着H.323标准的推出,基于该标准在IP环境下的开发的会议系统产品非常之多,应用也特别普遍。本论文通过介绍会议系统的一些关键技术,为大家了解会议系统及视频会议的推广和普及起到抛砖引玉的作用。

参考文献

1 TU-T,Call signalling protocols and media stream packetization forpacket-based multimedia communication systems, ITU-T Recom-mendation H.225.0,1998.2

2 ITU-T,Packet-Based Multimedia Communications Systems,ITU-TRecommendation H.323,1998.2

3 糜正琨.IP网络电话技术.人民邮电出版社,2000.6

4 ITU-T,Control protocol for multimedia communication,ITU-T Rec-ommendation H.245,1998.9

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