视频会议系统_本科毕业设计论文.docx
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湖南工业大学本科毕业设计（论文）
摘 要
随着网络通信和多媒体技术的发展，人们已不满足简单的语音和文字通信，希望集语音、文字和图像于一体的多媒体通信。
多媒体通信是继电报，传真，电话之后新的通信技术。
视频会议系统是一种应用网络技术和音频/视频编解码技术来实现虚拟会议的多媒体通信系统，能够使地理上分散的用户在网络上通过视频，声音，文本等信息流进行交互式的交流。
由于分组交换的IP网络特别是Internet的飞速发展，与IP有关的技术也取得了巨大的发展。
基于IP交换网络的视频会议系统的实现由于其成本的低廉，交互性强大，多点共同参与的特点和优点取代了传统的电视，电话会议，成为了人们通过远程进行会议交流的理想选择。
本文围绕“基于IP网络的视频会议系统”这一课题展开的。
视频会议系统采用
RTP/RTCP协议作为媒体控制协议，音频采用G723，视频编码采用H.323标准，实现了局域网内点对点的视频会议系统。
本文主要阐述以下几个方面的内容:
①分析了视频会议系统的发展，应用及意义。
②分析并研究了视频会议系统使用的关键技术。
③分析并研究了视频会议系统的实现标准。
④实现了局域网点对点视频会议系统的总体设计。
⑤阐述了视频会议系统的实现。
关键字：
视频会议系统；H.323协议；组播；RTP/RTCP协议
II
ABSTRACT
Withthedevelopmentofthetechnologyofmultimediaandnetworking，textandvoidcommunicationviaInternetcannotmeettherequirementsofthepeople.Peopleneedanewcommunicationthatcantransmittext，voidandvideo.Itdevelopedaftertelephone，telegraphandfax.Nowvideoconference，anapplicationofmultimediacommunication，appliesnetworkingtechnologyandmultimediacodectorealizeavirtualconference.Throughvideoconference，peoplewhoarenotinthesameplacecancommunicatefreelyandeffectivelywitheachother.
AstherapiddevelopmentoftheIPpacketswitchingnetworksespeciallytheInternet，thetechnologyaboutIPhasmadetremendousdevelopment.IP-basedvideoconferencesystemoftheexchangenetworkbecauseofitslowcost，interactivepowerfulandmoreincommonwiththecharacteristicshasreplacedthetraditionaltelevisionandtelephoneconference.Ithasbecomeanidealchoiceexchangethroughthelongmeeting.
Inthispapertalkabout“ResearchofIP-basednetworkvideoconferencesystem”.ThevideoconferencerealizedaPoint-to-PointvideoconferencesystemusingRTP/RTCPasmediacontrolprotocol，G.723standardasaudiocodec，H.323standardasvideocodec.
Thispapermainlydescribesthefollowingaspects:
①Asalysisoftheapplicationandsignificanceofthevideoconferencesystem.
②Asalysisofkeytechnologiesofvideoconferencesystems.
③Asalysisandstudyaboutthestandardofthevideoconferencesystem.
④A LANdesignofapoint-to-pointvideoconferencesystem.
⑤Realizedavideoconferencesystem.
Keywords:
videoconferencesystem;H.323protocol;multicast;RTP/RTCP
目录
IV
第1章 绪论 1
1.1背景 1
1.2视频会议系统的概念 1
1.3视频会议的发展及发展趋势 2
1.4视频会议系统的现状 3
1.5研究视频会议系统的意义 4
1.6本文主要的研究内容 4
第2章 视频会议系统的技术研究 5
2.1视频会议系统的类型和组成 5
2.1.1视频会议系统的类型 5
2.1.2视频会议系统的组成 6
2.2H.323标准分析 6
2.2.1H.323协议的概念 6
2.2.2视频会议系统的基本框架结构 7
2.2.3H.323协议栈详细描述 8
2.2.4H.323组件 9
2.4本章小结 14
第3章 视频会议系统使用的关键技术 15
3.1多媒体信息处理技术 15
3.1.1多媒体压缩技术 15
3.1.2音频编解码技术 15
3.1.3视频编解码技术 16
3.2网络技术 17
3.2.1RTP/RTCP协议 17
3.2.2组播技术 18
3.2.3QOS保障技术 18
3.3信息安全 19
3.4流媒体传输技术 19
3.4.1流媒体的概念 19
3.4.2实时传输协议RTP 20
3.4.3实时传输控制协议RTCP 20
3.5.1NAT技术与NAT穿越 21
3.5.2NAT穿越的主要技术 21
3.6本章小结 22
第4章 视频会议系统的总体设计 23
4.1局域网内的点对点视频会议系统结构 23
4.2视频会议系统软件结构 23
4.3软件体系结构设计 23
4.4系统的模块设计 24
4.5系统的工作流程 24
4.6本章小结 26
第5章 视频会议系统的实现 27
5.1基于DirectShow视音频的采集的实现 27
5.1.1DirectShow技术 27
5.1.2视音频采集模块 28
5.2控制和通信模块的实现 31
5.2.1H.225.0呼叫信道信令的实现 31
5.2.2H.245.0控制信令 32
5.3视音频传输模块的实现 34
5.3.1RTP/RTCP处理模块 34
5.3.2RTP传输视音频信息流的实现 34
5.4本章小结 35
结论 36
参考文献 37
致谢 39
第1章 绪论
1.1背景
随着Internet和视频压缩技术的飞速发展，使得Internet网络成为信息交换和传输的重要手段之一，简单的数据计算、数据存取、数据访问无法满足政府，教育，企
业等的需求，希望实现数据，音频，视频的双向互通，进行实时的多方位的信息沟通，因而，以IP网络为基础的多媒体视频会议已成为主要的发展趋势，受到国内外市场
的普遍关注[1]。
个人计算机的普及、微电子技术和多媒体技术的飞速发展、综合业务数字网的建立及宽带综合业务数字网的研究发展，都有力的推动了视频会议的发展。
现代宽带网络技术的发展迅速，基于IP网络的视频会议系统正成为会议系统发展的主流[2]。
当前的多媒体会议系统大多基于硬件插卡方案，以满足实时应用的要求，但存在很大缺点，它需要额外的资金购买硬件，而且一旦出现新的协议或算法，就必须更换硬件，因此基于IP交换网络的视频会议系统的实现由于其成本的低廉，交互性强大，多点共同参与的特点和优点取代了传统的电视，电话会议，成为了人们通过远程进行会议交流的理想选择。
基于IP协议的交换技术的发展，使传统电信业务和互联网数据业务的整合成为可能。
它能为用户提供直接，全面的沟通交流，并能节约时间、降低成本、提高生产率，在社会性的信息交流中了发挥了巨大的沟通作用。
1994年当时的Intel公司执行总裁AndyGrove曾预言:
“到2000年将令每台PC具有视频会议系统”，虽然现在并没有实现Grove在1994年的超前预言，但现在看来，不容置疑的是:
视频会议是当今火热的宽带网上的最有代表性的应用之一[3]。
1.2视频会议系统的概念
视频会议系统，是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及多媒体设备，将声音、影像及文件资料互传，达到即时互动的沟通，以完成会议目的的系统设备[4]。
视频会议系统旨在为分散于不同地区的多个用户提供一个很好的讨论环境，使人们足不出户就可与远在天涯的朋友展开讨论，举行远程会议。
视频会议系统多媒体信息的强大表现力和计算机的交互、管理能力极大地方便了与会者[5]。
在会议发起时，计算机负责用户间的联络（包括发送邀请、处理回执等）;在会议进行中，可自动处理用户的加入和退出，为用户灵活地参加会议提供了方便。
这种会议系统不仅能实时地传输与会者的声音与影像，产生面对面讨论的感觉，而且可以将会议上讨论的内容与这些信息的传输结合起来，便于计算机完成一些事务性工作，减轻与会者的负
25
担。
在会议进行过程中，用户还可以通过数据库查找会议中要用到的资料，建立会议的目录，记录会议的进展，以便归档保存，供以后查询。
视频会议系统不仅为面对面交谈提供手段，而且有效支持群体协作，主要表现在以下方面：
① 提供共享工作空间:
提供足够的视频音频通信能力，使人们尽量以面对面方式进行交互;在交互过程中，控制和协调相关用户之间以及用户与系统之间的关系。
② 提供共享信息空间：
人与人之间交互式数据交换与操纵;同时支持个人与群体工作，并且可以在两者之间交换信息[6]。
1.3视频会议的发展及发展趋势
视频会议大致经历了以下几个发展阶段[7]。
第一阶段，20世纪60年代至80年代的模拟技术视频会议。
1964年，世界上最早的模拟技术可视电话——PicturePhoneMOD－I诞生于美国贝尔实验室，采用了图像和语音分时传输的方法，传输带宽为300～3400Hz。
进入20世纪70年代，由于数字式传输的出现，传统视频会议系统所用模拟信号的采样和变换方法得到极大改善，数字信号处理技术逐渐成熟。
对数据压缩的研究生成了视频会议产品的核心技术——
CODER（Coder/Decoder）。
第二阶段，20世纪90年代初至1995年基于ISDN的数字视频会议。
这一阶段的前期是基于SDH、DDN网的视频会议，后期主要是基于ISDN网的视频会议。
20世纪90年代初期，第一套国际标准H.320获得通过，不同品牌之间的兼容性问题得到了解决。
第三阶段，1995年以后基于IP网的数字视频会议。
20世纪90年代后期，随着
PC的快速升级，数据存储和处理能力越来越强，信息压缩技术发展快速，进一步推动了视频会议系统的发展。
目前视频会议技术正向Internet网络上的多媒体会议方向发展。
视频会议系统未来的发展趋势有以下几点：
①编解码方式由硬件向软件转化。
由于计算机处理速度和附属板卡的处理速度提高，许多需要专用设备进行的数据处理过程可以交由计算机及其内置的通用板卡来完成，在效果上没有太大的区别
②系统协议类型从H.320向H.323转化。
在初期，由于IP协议不是很普遍，基于ISDN线路，符合H.320协议的产品占主要比例。
随着近几年IP协议的普遍应用和互联网的高速发展，特别是对于宽带网络的普及，符合H.323协议的系统自2000年开始占有的比例急剧上升。
估计在未来几年年，基于H.323协议的系统将会取代
H.320产品。
③流媒体技术越来越多的应用于视频会议系统中。
目前，流媒体技术与IP视频会议一样受到重视，两者之间的相互融合正在开创广阔的应用空间。
④虚拟会议（VirtualSpaceTeleconferencingSystem，VST）将会出现。
虚拟会议是会议系统的高级形式。
它与视频会议系统中采用的独立视频窗口不同，它提供了一种虚拟会议环境，多个与会者的图像统一出现在虚拟会场中，表现形式是运动参数驱动的运动人脸模型。
系统中的重要部件MCU将接收到的音、视频码流进行混合，在编码状态下生成虚拟会议室，并将混合后的业务流传送给每个与会者。
这种系统需要
VR技术支持，涉及到VST显示系统，视频对象提取，三维人体建模，空间交互模型等关键技术，是未来的高级会议形式。
⑤ 组播技术的运用。
随着下一代互联网的研究开发，组播技术将会越来成熟，由此会使得基于组播的视频会议更加的普及，节省大量的带宽。
1.4视频会议系统的现状
国外对视频会议的研究开发远远早于中国，第一代视频会议产品的可视电话是由美国贝尔实验室1964年研制出来，我国第一台拥有自主知识产权的ISDN可视电话
2001年7月才研制成功.随后视频会议提供厂商加大了视频会议终端产品的研发，众多国际品牌脱颖而出，以WEBEX为代表的运营平台提供商也给视频会议市场注入了新的活力。
在美国，视频会议己渗透到政府、商业、金融、交通、服务、教育等各行业，其中远程教育和远程医疗占了相当大的比重。
在这其中，美国政府对信息化建设起到了非常重大的推动作用，在远程教学方面，诸多美国大企业利用视频会议系统为员工提供培训，而MRR和Duke等顶尖大学也都在远程教育方面进行了很大投资.
911事件之后，美国出现了企业集团、个人大规模采购与使用视频会议系统的热潮，据调查显示，有91%的商业企业倾向于采取视频会议的工作方式[8]。
中国的视讯业发展已有10年的历程。
发展之初的视频会议系统只是针对政府、金融、集团公司等高端市场，主要在专网中运行，且造价不菲，预算往往高达百万、千万元。
受2003年SARS的影响，中国视频会议系统市场近两年突破了以往的平缓发展局面，开始步入稳步快速发展阶段。
混网及企业公网市场代替基于专线网络的视
频会议系统占了主流地位。
2004年，基于混网和企业公网的产品占到了68.8%的比例，
2005年，这一比例将高达87.5%，成为市场主流。
赛迪顾问公司去年年底的调查显示，我国在政府、金融、能源、通信、交通、医疗、教育等重点行业机构中视频会议设备的用户比例达到了66.3%，视频会议系统己经成为了我国行业信息交流和传递的重要手段。
计世资讯 （CCWResearch）预测，未来3年内，视频会议系统将以复合年平均
增长率26.1%的速度增长。
1.5研究视频会议系统的意义
基于IP网络的视频会议系统是一种集音频、视频、数据为一体的多媒体网络通信的应用，是人们继单一媒体实现网络上的实时通信后对多媒体实现实时通信提出的要求。
实现IP网络上的视频会议系统有着社会和技术发展两方面的意义。
从它的技术发展意义来讲，研究IP网络上的视频会议系统促进了网络中多媒体信息的编码压缩解压技术，同时还促进了IP网络对媒体的实时传输技术、多点传输技术和业务保障技术的不断发展。
从产生的社会效益来讲，视频会议可以节省大量的会议费用，但实现IP网络上的视频会议系统不仅仅只是提供给人们一个可以进行异地实时会议的工具，还可以在这个基础上增开网络实时通信的增值服务。
除了上述视频会议系统的类型外，还可以在办公自动化、紧急求援、现场指挥调度等许多方面发挥作用，因此有较好的发展前景。
1.6本文主要的研究内容
本文主要阐述以下几个方面的内容:
①分析了视频会议系统的发展、应用及意义。
②分析并研究了视频会议系统类型、组成及相关标准。
③分析并研究了视频会议系统使用的关键技术。
④给出了视频会议系统的总体设计。
⑤分析研究了视频会议系统的实现。
第2章 视频会议系统的技术研究
2.1视频会议系统的类型和组成
2.1.1视频会议系统的类型
根据运行环境和支持标准等视频会议系统可以划分为以下不同的类型[9]。
根据会议节点数目不同，视频会议系统分为点对点视频会议系统和多点视频会议系统。
点对点视频会议系统应用于两个通信节点间。
多点视频会议系统应用于两个以上节点之间的通信。
根据运行的通信网络不同，视频会议系统分为数字数据网（DDN）或其他专用网型、局域网/广域网型（LAN/WAN）和公共交换电话网型（PSTN）3种。
使用
DDN或专用网，在384～2048kbit/s，可提供25～30帧/s的CIF或QCIF图像；在
LAN/WAN环境种，运行在384kbit/s速率下，可提供每秒15～20帧/s图像；而在
PSTN上，运行在28.8kbit/s或33.6kbit/s等速率下，只能达到5～10帧/s。
根据技术支持类型的不同，视频会议系统可分为基于线路的视频会议系统和基于分组的视频会议系统。
基于线路的视频会议系统，也称为常规视频编解码系统，依照专用线路提供一个确定的比特率，诸如租用线路或公用线路交换服务。
基于分组的视频会议系统是从分组视频通话系统演化而来的，其基本原理是相同的，即利用桌面计算机支持视频会议的服务。
根据所选用的终端类型不同，视频会议系统可分为桌面视频会议系统（DesktopVideoConference）、会议室型视频会议系统（Room/Roll-aboutVideoConference）和可视电话系统。
桌面型视频会议系统主要利用计算机软件完成会议功能。
会议室视频会议系统在带有环境控制设备的专用会议房间里装置一个或多个大屏幕，系统由屏幕、摄像机、麦克风和辅助设备等组成。
可视电话系统用于点到点通信，它满足了在电话上进行视频会议传输的要求，系统组成包括一个小屏幕、内部摄像机、视频编解码器、音频系统和键盘。
视频会议系统按照传输网络可以分为以下几类：
[10]
基于PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork，公共交换电话网）的系统一般只提供点到点的通信功能，因受信道速率33.6kbps的约束，难以提供较好的质量和音频，应用范围有限。
基于ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网）的系统是目前使用最多的系统，ISDN线路结合了数字通信的灵活性与电话系统的低价位。
通常
ISDN提供64kbps或128kbps的带宽，足够一般通信会议系统使用，所以对于桌面会议系统比较合适。
基于ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输方式）和B-ISDN（BroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork，宽带综合业务数字网）的系统因ATM和B-ISDN尚未普及，因此这种类型的系统目前很难有较大的发展。
基于LAN（LocalAreaNetwork，局域网）的系统与其他网络相比，LAN具有组网简单、传输速率高等特点，其上运行的视频会议系统也较容易实现好的运行效果。
基于Internet的系统是以上各种类型网络集合而成的错综复杂的环境，在其上运行的视频会议系统相对来说实现难度最高。
但是，随着Internet的商业巨大成功，基于IP网络的具有多媒体通信功能的应用系统成为多媒体应用的主要发展趋势。
2.1.2视频会议系统的组成
典型的多媒体视频会议系统由终端设备，通信链路，多点控制单元
（MCU，Multi-pointControlUnit）及相应的软件部分组成。
终端设备：
终端设备不仅要完成各自的数据处理任务，还要并行完成多媒体通信协议的处理、音视频信号的接收、存储与播放，并记录和检索大量与会议相关的数据与文件。
终端设备的硬件配置包括音、视频信号处理器，压缩与解压缩卡，以及摄像机、话筒、扬声器、电子书写板、图像扫描仪和通信网卡等。
通信链路：
通信链路的选择有很多种，包括PSTN、LAN、WAN、N-
ISDN、FrameRelay或者B-ISDN、ATM等。
多点控制单元MCU：
MCU是视频会议系统的核心设备，它是一个数字处理单元，通常设在网络节点（汇接局）处，用于处理多个地点同时进行通信，其主要功能是将各终端送来的信号进行分离，抽取出音频、视频、数据和信令信号，分别送到相应的处理单元，进行音频混和或切换、数据广播和确定路由选择、定时和处理会议控制等。
软件部分：
软件部分包括协议处理、会议服务、音频与视频信号处理、协同工作管理和图形用户接口等。
国外常见的视频会议软件有CU-SeeMe（由美国Cornell大学开发）、IVS（INRIAVideoconferencingSystem，由法国INRIASophia开发）和ShowMe（由SunMicrosystems公司开发）等。
2.2H.323标准分析
2.2.1H.323协议的概念
1997年3月ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）发布了用于局域网上的视频会议标准协议H.323，为与Internet和Internet相连的视频会议系统提供了互通的标准，各厂商也纷纷推出符合该标准的视频会议系统产品。
H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制订的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。
H.323协议被普遍认为是目前在分组网上支持语音、图像和数据业务最成熟的协议。
采用H.323协议，各个不同厂商的多媒体产品和应用可以进行互相操作，用户不必考虑兼容性问题。
H.323制定了无QOS（服务质量）保证的分组网络PBN（packetBasedNetworks）上的多媒体通信系统标准，这些分组网络主宰了当今的桌面网络系统，包括基于
TCP/IP、IPX分组交换的以太网、快速以太网、令牌网、FDDI技术。
因此，H.323标准为LAN、WAN、Internet上的多媒体通信应用提供了技术基础和保障，成为视频会议系统的主流技术。
H.323是ITU多媒体通信系列标准H.32x的一部分，该系列标准使得在现有通信网络上进行视频会议成为可能，其中，H.320是在N-ISDN
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