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视频会议的几个关键技术

目前国内市场上有很多品牌的视频会议,使用的技术也有很大的不同。但实质上,视频会议的核心技术指标是编码标准、体系结构和流媒体服务。这里是一个简单的介绍。

1.编码标准

与其他数据服务不同,视频是一种具有大量数据的流媒体服务。例如,当前PAL广播和电视信号的分辨率为720 x 576,帧速率为每秒25帧,未压缩比特率为165.888 Mbps。这种比特率的视频不能在网络上传输,很容易吞没网络资源,造成网络拥塞甚至崩溃。因此,视频通信的第一步是视频压缩。目前,H.26X和MPEG在许多视频编码算法中得到了广泛的应用。

H.26X是国际电信联盟制定的标准,主要包括H.261和H.263。H.261也被称为(P*64kbit/s)标准(P=1,2,3…在p<6的情况下,只能传输qcif格式的图像(176*144);在p=6~30的情况下,只能传输cif格式的图像(352*288)。视频效果差,仅适用于较低速率的静止图像传输。1996年,ITU-T在H.261的基础上引入了H.263标准,但仍然不能实现高清晰度的图像传输。它只适用于低带宽应用。

MPEG最初是运动图像专家组,是国际电子委员会ISO和IEC于1988年成立的“运动图像专家组”的简称。它致力于运动图像及其伴音编码的标准化。MPEG制定的主要标准有MPEG-1、MPEG-2和MPE。G-4。

MPEG-1于1992年开发。在1.5 Mbps的情况下,主要处理352*288*25帧/秒的运动图像。其算法框图与H.261基本相同,但在时间域正负方向运动补偿的帧间插值,使其具有以下优点:1)图像压缩率较高;2)对突发背景的适当处理;3)较好的性能。保留边缘轮廓,降低原始图像的噪声。然而,由于其双向帧间预测,图像的显示顺序不同于编码顺序,导致系统延迟较大,压缩比越高,延迟越大。

MPEG-2于1994年制定,主要用于广播电视图像和数字存储媒体(DVD)的传输。与MPEG-1的区别在于,MPEG-2有一个层次结构,分为四个层次:LL(352*288*25帧/秒)、ML(720*576*25帧/秒)、H1440L(1440*1152*25帧/秒)、HL(1920*1152*25帧/秒)。在足够带宽的情况下,MPEG-2可以实现高清晰度的图像传输,甚至可以满足高清电视的要求。但它与MPEG-1有着相同的缺点,即延时大,带宽要求较高。在广播电视系统中,这些缺点并不明显,因为它们不需要交互,并且提供足够的带宽(广播电视系统可以为每个图像信号提供8米的带宽)。但当应用于视频会议系统时,需要3米以上的带宽才能达到ML(720*576*25帧/秒),且延时超过1秒,不能完全满足当前视频会议系统的需要。

为了解决延迟和压缩比问题,ISO于1999年采用了MPEG-4标准。ISO和其他标准最大的区别在于MPEG-4是基于内容的编码。编码对象由原来的矩形图像变为一个单独的对象,即将每个图像分为不同的自然对象分别编码。由于合成对象/自然对象混合编码SNHC可以大大降低帧间图像的信息冗余度,因此MPEG-4编码技术可以使用最少的数据来获得最佳的图像质量。在视频会议系统的实际应用中,高清晰度图像(720*576*25帧/秒)的传输可以在1.5 Mbps的速度下实现,时间延迟可以控制在300 ms以内,此外,MPEG-4还提高了多机的交互性和灵活性。媒体系统作为一个重要的目标,比其他编码方式更适合于交互式视频业务和远程监控。

2.体系结构
视频会议的体系结构有两种:ITU-T H.320和H.323。
H.320是一个传统的电视会议标准,在过去几年被广泛使用在ISDN网络中。它的网络结构主要是H.243标准下的主从星形汇接结构,每个终端必须与它对应的MCU建立电路连接,组网结构非常固定。由于基于电路交换,它能提供确定的带宽保证,充分保证视频会议的质量。
H.323的标准名称是基于包的多媒体通信系统,它凭借TCP/IP这一协议,使网络上的多媒体应用和业务与基础传输网络无关。视频会议也只是这一标准的应用之一,因此可以利用H.323将多种应用和业务(如视频点播、流媒体组播等)叠加到视频会议系统中。也正因为H.323视频会议系统建立在基于分组交换、QoS得不到保证的通信网的基础上,因而会议系统中的码流必须打包成一个一个分组,根据分组标签统计复用。由于不同信息码各有特点,所以对下层网络的承载要求各不相同。例如视音频码流对实时性要求较高,但可以容忍少量的分组丢失,因而它要求下层网络能提供实时性好的传送机制;而对于数据和控制信息,情况完全不同,要求下层提供可靠性传送。
H.323最大的缺点在于它的网络环境是一个QoS得不到严格保证的通信网,因此H.323结构的视频会议系统使用RTCP(实时传输控制协议)来测量网络的QoS,并采用RSVP(资源预留协议)来确保网络中预留一定的带宽,对不同特点的应用提供特定的通道。
H.323作为下一代多媒体通信平台代表着未来多媒体会议的的发展方向和潮流,它的传输网络无关性、灵活性,使它越来越得到普遍地应用,但H.320凭借其在带宽保证方面的优势,仍是很多视频会议用户的最终选择。为了满足不同客户的需要,充分保证用户投资,现阶段的视频会议系统最好能够同时支持H.320和H.323。
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3.流媒体服务
随着视频会议技术的不断发展,流媒体服务概念也被引入到其中。流媒体指的是在网络上使用流式传输技术的连续时基媒体,如视频会议系统中的实时视音频流,流媒体的数据流总是随时传送随时播放的。在视频会议系统中主要使用的流式传输技术是实时流式传输,它保证媒体信号带宽与网络连接的匹配,且总是实时传送特别适合视频会议,同时也支持随机访问。在视频会议系统中主要有以下三种流媒体播放方式得到充分应用:
(1)单播
在终端与MCU之间建立一个单独的数据通道,从一台MCU发送的每个数据流只能传送给一台终端。这种方式对网络带宽要求较高,但非常灵活,适合召开双向交互式视频会议时使用。
(2)组播
IP组播技术通过构建一个具有组播能力的网络,可以让MCU只发送一个数据流给多个终端共享。这种方式非常节约带宽,适合在一些需要单向收看视频会议的场合中应用。
(3)点播
点播是指用户可以通过选择内容项目来初始化终端连接,对数据流可以开始、停止、后退、快进或暂停。它主要应用于会议录像的点播。
编码标准、体系结构、流媒体服务是视频会议众多技术中比较重要的三项指标,各种视频会议系统的区别也主要集中于此。至于视频会议配套的显示系统、扩声系统、控制系统等技术透明度高,应用普遍,各个厂家大同小异。所以在建设视频会议系统时结合自身组网情况,充分考虑编码标准、体系结构、流媒体服务三方面因素来选择最适合的产品是极有必要的。

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