視訊會議基本原理
一、 H.323協議棧
最新的視頻會議,主要基於H.323協議棧,是一個工作在分組交換網絡上的無需QoS的協議棧,內容包括終端,網關,網守,MCU,MC,MP等
1、 終端,負責多媒體或數據信息的接收和發送(當然也包括音視頻的解碼和編碼),常見的是我們的會議終端,比如華爲viewpoint 9036。另外一臺裝有特定軟件的PC機或者IP電話等等也都可以算作終端。
2、 網關,GW,負責與非H.323的終端進行連接,和數據及信令的轉換。
3、 網守,也就是GK(gatekeeper),顧名思義,主要負責終端的註冊、准入及斷開。另外,還具有名稱和地址翻譯的功能(類似DNS),特殊需求中的計費功能(我理解爲類似網吧那種管理軟件)。GK是一個邏輯功能體,並非一個物理體。它可以集成在MCU或終端內部,也可以運行在一臺服務器中,也有專門的GK設備。
4、MCU,多點控制單元。可以看做是視頻會議中的一個核心級高性能交換機,負責大量音視頻信息和數據信息的吞吐。另外,具有對信息交換過程的控制功能。高端MCU的各個功能模塊都有冗餘備份。即使會議當中出現了問題,也會立即切換,而對用戶來說完全透明。
5、MC和MP,同樣是兩個邏輯功能體,並非物理體。可以集成在MCU中,也可以集成在終端中,MC同MP可以在一起也可以分開。MC是多點控制器,負責信息交換過程中的動作控制。MP是多點處理,負責音視頻及數據信息的交換。
6、RM。在PPT中看到過RM, 是resource management,資源管理,可以理解爲進行會議控制的服務器及相關軟件。
以集中式會議爲例,工作模式是這樣。
1、GK掃描全局發現終端和它們的工作狀態。需要參加會議的終端向GK發出連接請求,如果身份合法,GK將通過其驗證請求,並讓終端和MCU進行連接,然後分配一個合理的帶寬。終端和GK之間的控制信令遵循RAS(registration admission status)協議並採用UDP方式傳輸,我想採用UDP的原因和DNS請求採用UDP應該類似。RAS屬於H.225呼叫信令協議。
2、非H.323的與會終端,通過網關,再通過GK的驗證和分配,然後連接到MCU。
3、集中式會議中的MC和MP集成在MCU中。此時,MC開始工作。(插入一點對比,視訊會議中有兩種控制信令,用於呼叫控制的H.225和用於多媒體傳輸控制的H.245。而數通部分的傳輸是基於相對獨立的T.120。很顯然,MC肯定是基於H.245了。爲提高安全性,各種H.323中的信令都可以採用H.235進行加密)。
MC主要工作過程
(1),能力交換。MC會讓發送數據的終端知道接收方終端的性能和處理能力,以便發送合適的數據保證正常會議。否則9039給8033發送1080P就難搞了。
(2),通信信道的建立和關閉,是由MC來管理。這裏的“信道”也是邏輯概念,如果帶寬夠大,一條物理線路上可有多個信道。
(3),假如環境中包含2個以上MC,它們會根據特定規則確定一個MC當老大。這個選舉過程大致爲,先看哪個MC所在設備性能強,誰就當老大。如果大家一樣強,則根據一個隨機狀態號來決定,類似於猜拳。
(4),華爲的IRC智能調速功能,我想應該也屬於MC來實現。
MP主要工作內容
MP作爲多點處理,就是實現大量實時音視頻數據流的交換。順便提一下,因爲會議要求時延非常低,完整性要求並不高(就算最古老的CIF也有10萬像素,稍微丟千把個像素沒啥影響,何況華爲還有SEC技術),所以音視頻數據採用UDP傳輸。而基於T.120的數據傳輸,剛好相反,要求完整性很高,丟一點東西或許整個文件就打不開了,而晚幾秒傳到目的地影響也不大,所以採用TCP方式。同樣的,實時音視頻數據採用RTP封裝(UDP),而控制信令則採用RTCP封裝(TCP)。
一、關於音視頻的編碼
(1)視頻。
從古老到前沿,視頻分辨率經歷了CIF(352x288),4CIF,9CIF和20CIF。而720P(D4)或1080i(D3)爲目前的主流高清標準,1080P(D5)面向專業需求,價格還較高。
關於編碼,主要有兩個技術聯盟在開發。國際電聯(ITU-T,也是H.323的制定組織)的H.26X系列,和ISO的MPEG系列。然而,目前最優秀的H.264,卻是雙方合作產生的一個高清標準。具有視頻效果好,壓縮比高(也就是數據小)的優點,而且是開放的。
採集設備常見的有索尼D70(標清),HD1(1080P),和華爲自家的C500.
(2)音頻。
從古老到前沿,音頻編碼經歷如下幾類標準。
G.711,主要用於PSTN,也就是普通電話的電路交換網絡上,音質較低。
G.722,音質好是好了,但是帶寬要求很高。G.728,延時小,但是編碼卻很複雜,它們註定不夠實用。
AAC-LD:CD級的音質,而且編碼簡單延時低,是華爲設備主要採用的標準。
另外,好的會議系統麥克風應具有全方位雙聲道(採用陣列式實現),ANS(噪聲抑制),AGC(自動增益),AEC(回聲消除)等功能
二、雙流
雙流,基於H.239,就是在一條線路上,雙方可以同時的、雙向的傳遞兩路視頻信號。這樣,就可以一邊看到PPT,一邊看到與會現場。而且可以做到高清(720P)。而華爲相關設備的雙流功能都是最全面的,而且內置。輕鬆實現動態視頻加1280x1024的計算機桌面視頻。
但是,H.239屬於H.323的附加協議,只能運行在H.323系統之上。
關於SIP和H.323的理解
SIP是類似於HTTP,SMTP等面向所有大衆的協議,通過在PC機上運行相關程序,將來每個普通網民都可以簡單的實現視頻通話,而無需專門的投入很多成本。類似現在的QQ視頻聊天。
但是H.323是面向專業級視訊會議,具有更高的質量和可靠性、可管理性。
一般H.323設備,也同時支持SIP協議。