IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信技術(shù)

東方通信股份有限公司技術(shù)中心 虞永超

1 前言

在世紀(jì)之交的今天，人類步入了信息和網(wǎng)絡(luò)時代，國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）已成為世界各國信息化的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。LAN、Intranet、Internet得到了超乎尋常的發(fā)展。其中進(jìn)入90年代中期以來，Internet業(yè)務(wù)量以每年300%的速率在增長，據(jù)AT&T預(yù)測，2001年Internet的業(yè)務(wù)量將與電話網(wǎng)持平。

同時，IP網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的需求也在膨脹起來。因此，國際上的標(biāo)準(zhǔn)化組織，如ITU、ETSI、IETF、IMTC等紛紛將多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)的制定重點轉(zhuǎn)移到基于IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。如，ITU-T的H.323標(biāo)準(zhǔn)。

H.323是國際電信聯(lián)盟（ITU）的一個標(biāo)準(zhǔn)建議族，其中H.323

V1已于1996年由ITU的第15研究組通過，目前SG-16剛剛完成了最新版本H.323

V2的制定工作，并獲得通過。H.323制定了無QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證的分組網(wǎng)絡(luò)PBN（Packet

Based Networks）上的多媒體通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。這些分組網(wǎng)絡(luò)主宰了當(dāng)今的桌面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括基于TCP/IP、IPX分組交換的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI技術(shù)。因此，H.323標(biāo)準(zhǔn)為LAN、MAN、Intranet、Internet上的多媒體通信應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)和保障。

H.323是ITU-T多媒體通信系列標(biāo)準(zhǔn)H.32X的一部分，這些系列標(biāo)準(zhǔn)使得在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行視頻會議成為可能。其中H.320是在N-ISDN上進(jìn)行多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)；H.321是在B-ISDN上進(jìn)行多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)；H.322是在有服務(wù)質(zhì)量保證的LAN上進(jìn)行多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)；H.324是在PSTN和無線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)。

2 H.323標(biāo)準(zhǔn)概況

H.323標(biāo)準(zhǔn)包括了在無QoS保證的分組網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多媒體通信所需的技術(shù)要求。這些分組網(wǎng)絡(luò)包括LAN、MAN、Intranet/Internet以及使用PPP等分組協(xié)議通過PSTN或ISDN的撥號連接或點對點連接。

H.323為基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)定義了四個主要的組件（圖1）：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、多點控制單元（MCU）。

1）終端（Terminal）：PBN中能提供實時性、雙向通信的節(jié)點設(shè)備。圖2描述了它的組成。所有的終端都必須支持語音通信，視頻和數(shù)據(jù)通信可選。H.323規(guī)定了不同的音頻、視頻和/或數(shù)據(jù)終端協(xié)同工作所需的操作模式。它將是下一代Internet電話、音頻會議終端和視頻會議技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)。

所有的H.323終端也必須支持H.245，H.245標(biāo)準(zhǔn)用于控制信道使用情況和信道性能。在H.323終端中的可選組件是圖像編解碼器、T.120數(shù)據(jù)會議協(xié)議以及MCU功能。

2）網(wǎng)關(guān)（Gateway）：H.323會議系統(tǒng)的一個可選項。網(wǎng)關(guān)能提供很多服務(wù)，其中包含H.323會議節(jié)點設(shè)備與其他ITU標(biāo)準(zhǔn)相兼容的終端之間的轉(zhuǎn)換功能。這種功能包括傳輸格式（如H.225.0到H.221）和通信規(guī)程的轉(zhuǎn)換（如H.245到H.242）。另外，在PBN端和電路交換網(wǎng)絡(luò)SCN端之間，網(wǎng)關(guān)還執(zhí)行語音和圖像編解碼器的轉(zhuǎn)換，以及呼叫建立和拆除功能。圖3示意了一個H.323/H.320網(wǎng)關(guān)。終端使用H.245和H.225.0協(xié)議與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

采用適當(dāng)?shù)慕獯a器，H.323網(wǎng)關(guān)可支持符合H.310、H.321、H.322以及V.70標(biāo)準(zhǔn)的終端。

3）關(guān)守（Gatekeeper）：執(zhí)行兩個重要的呼叫控制功能。第一是地址翻譯功能，在RAS中有定義。如，將終端和網(wǎng)關(guān)的PBN別名翻譯成IP或IPX地址；第二是帶寬管理功能，在RAS中也有定義。例如，網(wǎng)絡(luò)管理員可定義PBN上同時參加會議用戶數(shù)的門限值，一旦用戶數(shù)達(dá)到此設(shè)定值，關(guān)守就可以拒絕任何超過該門限值的連接請求。這將使整個會議所占有的帶寬限制在網(wǎng)絡(luò)總帶寬的某一可行的范圍內(nèi)，剩余部分則留給E-MAIL、文件傳輸和其他PBN協(xié)議。關(guān)守的其他功能可能包括訪問控制、呼叫驗證、網(wǎng)關(guān)定位等。

由單一關(guān)守管理的所有終端、網(wǎng)關(guān)和多點控制單元的集合，我們稱之為H.323區(qū)（圖4）。

雖然從邏輯上，關(guān)守和H.323節(jié)點設(shè)備是分離的，但是生產(chǎn)商可以將關(guān)守的功能融入H.323終端、網(wǎng)關(guān)和多點控制單元等物理設(shè)備中。

4）多點控制單元（MCU）：MCU支持三個以上節(jié)點設(shè)備的會議。在H.323系統(tǒng)中，一個MCU由一個多點控制器MC（必需）和幾個多點處理器MP組成，但也可以不包含MP。MC處理終端間的H.245控制信息，從而決定它對視頻和音頻的通常處理能力。在必要情況下，MC還可以通過判斷哪些視頻流和音頻流需要多點廣播來控制會議資源。

MC并不直接處理任何媒體信息流，而將它留給MP來處理。MP對音頻、視頻和/或數(shù)據(jù)信息進(jìn)行混合、切換和處理。MC和MP可能存在于一臺專用設(shè)備中或作為別的H.323組件的一部分。

5）多點會議：在H.323標(biāo)準(zhǔn)中，多點會議的實現(xiàn)有各種不同的方法和配置，分為集中式、分布式和混合式會議。

* 集中式多點會議(Centralized)：需要一個MCU來組織一個多點會議。所有終端以點對點的方式向MCU發(fā)送視頻流、音頻流、數(shù)據(jù)流和控制流。

*分布式多點會議(Decentralized)：利用多點廣播(Multicast)技術(shù)。參加會議的H.323終端向別的參加會議的終端多點廣播視頻和音頻信息，而無需向MCU發(fā)送。注意：多點數(shù)據(jù)的控制仍然是由MCU集中進(jìn)行，H.245控制信道信息也仍然以點對點的方式向MC傳送。

* 混合式多點會議(Hybrid)：集中和分布功能的組合。H.245信令和視頻流（或音頻流）以點對點方式傳送給MCU。其余信號（視頻或音頻）以多點廣播方式傳送給參加會議的H.323終端。

* H.323支持混合型多點會議(Mixed)，一些終端參加集中式會議，其他終端參加分布式會議，并用MCU橋接兩種會議。終端無需知道會議的混合屬性，只需了解它發(fā)送和接收信息所在的會議模式。

多點廣播可更有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，但增加了終端的計算負(fù)載。終端需要混合、切換它們收到的視頻流和音頻流。另外，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器必須支持多點廣播。

H.323限于每個多點會議只有一個MC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。雖然，理論上會議參加者的數(shù)量可以很多，但是人們將會發(fā)現(xiàn)：當(dāng)與會者數(shù)量達(dá)到或超過10~20時，效果不令人滿意。

3 H.323通信協(xié)議棧

H.323系統(tǒng)中的通信可以看成是視頻、音頻、控制信息的混合（圖5）。

1）系統(tǒng)控制：系統(tǒng)控制功能是H.323終端的核心，它提供了H.323終端正確操作的信令。這些功能包括呼叫控制（建立與拆除）、能力切換、命令和指示信令以及用于開放和描述邏輯信道內(nèi)容的報文等。整個系統(tǒng)的控制由H.245控制信道、H.225.0呼叫信令信道以及RAS信道提供。

2）分組與同步：H.225.0標(biāo)準(zhǔn)描述了無QoS保證的LAN上媒體流的打包分組與同步傳輸機(jī)制。H.225.0對傳輸?shù)囊曨l、音頻、數(shù)據(jù)與控制流進(jìn)行格式化，以便輸出到網(wǎng)絡(luò)接口，同時從網(wǎng)絡(luò)接口輸入報文中補(bǔ)償接收到的視頻、音頻、數(shù)據(jù)與控制流。另外，它還完成邏輯成幀、順序編號、糾錯與檢錯功能。

3）音頻：音頻信號包含了數(shù)字化和壓縮的語音。H.323支持的壓縮算法都符合ITU標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)行語音壓縮，H.323終端必須支持G.711語音標(biāo)準(zhǔn)。支持其他ITU標(biāo)準(zhǔn)，如G.723.1、G.729.A是可選的。

4）視頻：雖然視頻功能可選，但任何有視頻功能的H.323終端必須支持H.261編解碼器標(biāo)準(zhǔn)；支持H.263標(biāo)準(zhǔn)為可選功能。H.261標(biāo)準(zhǔn)利用P*64Kb/s（P=1,2,…30）信道進(jìn)行通信。用于改善圖像質(zhì)量的移動補(bǔ)償是H.261的一個可選功能。H.263向下兼容H.261標(biāo)準(zhǔn)，由于采用了1/2像素移動估計技術(shù)、預(yù)測幀以及優(yōu)化低速率傳輸?shù)幕舴蚵�（Huffman）編碼表，使H.263圖片質(zhì)量有很大的改善。

5）數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)會議T.120是可選功能。當(dāng)支持?jǐn)?shù)據(jù)會議時，數(shù)據(jù)會議可實現(xiàn)協(xié)同工作，如白板、應(yīng)用共享、文件傳輸、靜態(tài)圖像傳輸、數(shù)據(jù)庫訪問、音頻圖像會議等。

4 IP網(wǎng)絡(luò)中的多媒體通信

在H.323多媒體通信系統(tǒng)中，控制信令和數(shù)據(jù)流的傳送利用了面向連接的傳輸機(jī)制。在IP協(xié)議棧中，IP與TCP協(xié)作，共同完成面向連接的傳輸�？煽康膫鬏敱ＷC了數(shù)據(jù)包傳輸時的流量控制、連續(xù)性以及正確性，但這樣可能會引起傳輸時延以及占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。H.323將可靠的TCP用于H.245控制信道、T.120數(shù)據(jù)信道、呼叫信令信道。

而視頻和音頻信息采用不可靠的、面向非連接的傳輸方式，即利用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP（User

Datagram Protocol）。它無法提供很好的QoS。UDP只提供最少的控制信息，因此，傳輸時延較TCP小。H.323將不可靠的UDP用于視頻、音頻和RAS信道。

在有多個視頻流和音頻流的多媒體通信系統(tǒng)中，基于UDP的不可靠傳輸利用IP多點廣播和由IETF實時傳輸協(xié)議RTP（Real-Time

Protocol）處理視頻和音頻信息。IP多點廣播是一種以UDP方式進(jìn)行不可靠多點廣播傳輸?shù)膮f(xié)議。RTP工作于IP多點廣播的頂層，用于處理IP網(wǎng)上的視頻和音頻流。每個UDP包均加上一個包含時標(biāo)和序號的報頭。若接收端配以適當(dāng)?shù)木彌_，那么它就可以利用時標(biāo)和序號信息“復(fù)原、再生”數(shù)據(jù)包、記錄失序包、同步語音、圖像和數(shù)據(jù)，以及改善連續(xù)重放效果。

實時控制協(xié)議RTCP (Real-Time Control Protocol)用于RTP的控制。RTCP監(jiān)視服務(wù)質(zhì)量以及網(wǎng)上傳送信息，并定期將包含服務(wù)質(zhì)量信息的控制信息包分發(fā)給所有通信節(jié)點。

由于H.323基于RTP/RTCP，因此它可以在互聯(lián)網(wǎng)多點廣播骨干網(wǎng)（IMB-Internet's

Multicast Backbone）、具有多點廣播能力的Internet虛擬網(wǎng)上運行，并支持音頻、視頻和數(shù)據(jù)多媒體通信。

在大型數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)，如Internet、Intranet中，為一個多媒體呼叫保留足夠的帶寬是很重要和困難的。另一個IETF協(xié)議：資源預(yù)留協(xié)議（Resource

Reservation Protocol: RSVP）允許接收端為某一特殊的數(shù)據(jù)流申請一定數(shù)量的帶寬，并得到申請是否被許可的答復(fù)。雖然RSVP不是H.323標(biāo)準(zhǔn)的正式組成部分，但大多數(shù)H.323產(chǎn)品都必須支持它，因為帶寬的預(yù)留對IP網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的成功至關(guān)重要。RSVP需要得到終端、網(wǎng)關(guān)、裝有多點處理器的MCU以及中間路由器或交換機(jī)的支持。

5 結(jié)束語

從世界范圍看信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的趨勢，多媒體通信將是“信息高速公路”的主體通信業(yè)務(wù)，也是未來通信發(fā)展的方向。隨著LAN、Internet、Intranet在全世界的迅猛發(fā)展、壯大，基于IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多媒體通信已是勢在必行，廉價而功能日益強(qiáng)大的計算機(jī)型H.323

V2終端必將淘汰價格昂貴的H.320終端。鑒于這種情況，世界上著名的計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、視頻會議系統(tǒng)生產(chǎn)商紛紛將多媒體通信終端/系統(tǒng)的發(fā)展重點定位于基于IP網(wǎng)絡(luò)的H.323

V2終端/系統(tǒng)。

而目前我國正在大規(guī)模地建設(shè)“169中國公眾多媒體通信網(wǎng)”，它采用的是IP

Over ATM技術(shù)，因此基于分組網(wǎng)絡(luò)的H.323 V2多媒體通信終端/系統(tǒng)在我國將大有前途，并將在我國的“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）中扮演極其重要的角色。也許，我國的通信設(shè)備制造行業(yè)可以“169中國公眾多媒體通信網(wǎng)”建設(shè)為契機(jī)，加緊設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售基于H.323

V2標(biāo)準(zhǔn)的IP多媒體通信終端與系統(tǒng)，從而使我國在正在興起的多媒體通信設(shè)備市場上占有一席之地。

(摘自“通訊世界”）