计算机网络的重要应用—远程视频会议系统

摘　要：本文主要论述了视频会议系统的关键技术和视频会议系统的应用前景。通过对TCP协议和UDP协议的比较，选择不可靠传输协议UDP实现多媒体在网络上实时传输。采用了RTP和RTCP协议提出了“基于UDP协议的RTP实时视、音频传输”的设计思想，通过RTP／RTCP封包／解包的设计实现对网络的流量控制，并同时给出了RTP／RTCP组帧的流程。

关键词：视频会议系统、TCP协议、UDP协议、网络实时传输
　　随着网络技术的发展和多媒体技术的兴起，视频会议系统得到了越来越广泛的应用。它主要通过通信网络把两个及以上地点的多媒体会议终端连接起来，在其间传送各种声音、图像和数据信号，使参加会议者有亲临现场的感觉。它对于立即召开大规模会议，及时作出工作部署，广泛宣传最新政策，有效降低行政成本和显著提高工作效率等有着重要的价值和意义。本文主要介绍视频会议系统的关键技术和视频会议的传输与控制机理，为实现网络传输的实时性和高质量做一些简要分析[1]。
1、视频会议系统的关键技术
　　视频会议系统涉及到以下几种关键技术[2]：
　　(1)信息压缩技术
　　视频会议系统采用数字信号传输。但视频信号和语音数字化后的数据率很高，直接将PCM方式的数字视频和语音用于视频会议是不可取的。因此从费用角度来看，应该在保证一定图像和声音质量的前提下，寻求一种更有效的压缩算法，将图像、声音数据压到最低。实现压缩的可能性就在于图像或语音信源固有的统计特性，以及信号接收者的视觉和听觉的某些特性。
　　(2)多点控制技术
　　视频会议业务是一种多点之间双向通信业务。限于目前通信网的现状，多点间视频会议信号的切换，必须由专门用于多点视频会议切换的设备一多点控制单元来完成。完善的控制手段仍然是视频会议中的一项关键技术。
　　(3)传输和接口技术
　　视频会议要借助通信网络的通信线路进行信息传输，而现实的通信网络多种多样，有公共电话网(PSTN)，综合业务数字网(ISDN)，数字数据网(DDN)，有各种专网，有LAN，还有各种无线通道。因此，视频会议系统必须根据不同信道、网络的传输特性来进行多种媒体数据的传输。
2、视频会议的传输与控制
　　在网络视频会议系统中，网络传输协议的选择非常重要。在很大程度上，在有限的带宽的情况下出现的网络拥塞，数据丢失等等现象都是和网络协议有很大的关系。通过对TCP协议和RTP协议的比较，提出了“基于UDP协议的RTP实时视、音频传输”的设计思想，可以较好地保证网络视频传输的实时性和服务质量。
2.1 网络模型分析和选取
    TCP/IP参考模型可分为四层：应用层、传输层、网际层和网络接口层。因为传输层能提供可靠和不可靠的两种类型的协议，所以利用哪一种协议传输视频、音频数据，特别是实时的数据，就成为首要解决的问题。在网络状况不好的窄带环境下，TCP协议是不适合实时视音频传输。一方面，TCP的拥塞控制机制应该是在探测到有数据包丢失时，它就会减小它的拥塞窗口。而音频、视频在特定的编码方式下，产生的编码数量(即码率)是不可能突然改变的。另一方面，TCP报文头比UDP的报文头大。TCP的报文头为40个字节，而UDP的报文头仅为12个字节。并且，这些可靠的传输层协议不能提供时间戳(Time Stamp)和编解码信息(Encoding Information)，而这些信息恰恰是接收方(即客户端)的应用程序所需要的。因此TCP是不适合视音频信息的实时传输的[3]。
　　因此，在实际应用中，RTP／RTCP／UDP用于音视频媒体，而TCP用于数据和控制信令的传输。
2.2 RTP／RTCP协议
    RTP本身并不提供任何传输可靠性的保证和流量的拥塞控制机制，而是利用RTCP来管理传输质量和提供服务质量信息，主要监视时延和带宽，一旦所传送的多媒信息流的带宽发生变化，则通知发送方，改变符号识别码和编码参数。RTP协议一般由两个部分组成：数据报文部分(RTP报文)和控制报文部分(RTCP)。RTP报文由报文头和数据部分组成。
　　与RTP协议相对应的另一个协议是RTCP协议。RTCP是RTP的控制协议，它用于监视服务质量和正在进行的与会者会活上传递信息，它单独运行在底层协议上。根据协议规定，RTP和RTCP选用不同的网络端口号，RTP选择一个偶数位的端口号，而RTCP则选用下一个奇数位的端口号。RTCP是由接收方向发送的报文，它负责监视网络的服务质量、通信带宽以及网上传送的信息，并将这些信息发送给发送端。RTCP包周期性地向同一个组播网内的所有成员发送，发送方可根据RTCP包中含的已发送数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，动念地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据[4]。
2.3 RTP／RTCP协议的处理流程
　　视频数据一般要拆分成几个RTP包进行发送，而UDP协议提供不可靠服务，不保证每个包都能到达，而且也不保证按序到达，即后发送的RTP包可能先到。所以接收方要根据一定的规则来将RTP包重新组合成一帧。属于同一帧的RTP包具有相同的时间戳，其序号由RTP头的sequence number字段指明，由于视频帧的帧长不是固定的，因此在RTP报文头添加了两个扩展字段，即PackLen(包长)和FrameLen(帧长)，根据这些信息就可以重组一个信息帧了。
　　由于RTP包可能不是按序到达的，采用上面的算法造成较高的丢弃率，从而影响通信的质量，为了补偿这种因延迟而造成的抖动，系统采用了大缓冲区法来解决这个问题，即在RecvRTP层为达到的RTP包开辟了一个比较大的缓冲区。为了便于处理数据，以一个限定了最大长度的链表来表示这个缓冲区(假设一个数据帧被分成N个RTP包，则可以规定这个链表的最大长度不能超过3Xn，设这个值为L)。接收端将接收到的RTP包插入缓冲区中合适的位置。在采用了大缓冲区法后组帧算法仍然如图所示，只是在处理完一帧之后，反馈回一个二元组(T，S)，这个二元组表示RTP包组帧单元期待的下一个包的时间戳为T，包序号为S。
3、视频会议系统的应用前景
　　(1)商务交流
　　在各行各业中，商务活动意味着要交流。无论涉及到的是同事、客户还是供应商，明白无误的交流在我们所参与的商务活动中都是最为重要的。当今商务上的交流通常是指从自己的计算机中取出信息后再将它们转交给别人。这一过程一般包括打印PC机文件、发传真、寄送文档、 打电话、讨论并更正信息，最后完成对原PC机文件的修改。每一步都会花不少时间，还有可能产生误解。视频会议系统改进了这一过程，就是让用户相互之间能够直接用自己的PC机进行交流，免去了中间的一切环节。
　　(2)商业会议
　　视频会议系统最主要的功能是提供视频为远程双方提供面对面的会谈，因此达到会议目的。其最直接的效益是节省了因会议而造成的各种费用及时间支出。企业应用视频会议系统，可提高员工的生产率；对于分支单位较多的大型企业，多点间的会议需求也可以通过安装MCU来达到多点会议的目的。
　　(3)企业客户服务和产品开发
　　公司客户使用视频会议系统不仅可以减少支出，而且可以避免重要职员频繁地出差，增进职工及业务部门问的交流，更好地实施内部管理及员工培训，最终全面提高公司的效率。对于大型企业，其新产品开发组，往往由分散于不同地方的企业或研发单位共同参与，开发组人员经常要赴不同的开发地点举行专题讨论会议，视频会议系统不仅可节省因会议所造成的各种费用和宝贵时间，而且开发组的开发效率也可大大提高，同时各地的开发进度可以有效地加以掌握和控制。
4、结论
　　本文主要论述了视频会议系统的关键技术和视频会议系统的应用前景，通过对RTP协议和RTCP协议的分析，得出网络实时传输协议RTP的特征如下：
　　(1) RTP为音视频流数据提供了端到端的传输服务，但RTP本身并不保证数据能够及时传输，需要来自底层的支持。RTP需要依赖于RSVP的预留资源来保证服务质量的要求。
　　(2) 与通常数据传输不同，RTP不提供任何形式的可靠性保证或者流控制和拥塞控制。它提供时间戳和序列号作为增加可靠性、流控制和拥塞控制的挂钩机制，但是如何实现这些则完全由系统来决定。
　　(3) RTP是一个开放的协议框架，它对于新的负荷类型和新的多媒体软件是开放的。通过增加和扩展新的负荷类型定义，可以使RTP适应新的数据格式和新的应用。
　　(4) RTP和RTCP提供了承载实时数据的功能和控制机制，但是RTP和RTCP本身并不负责高层的任务如复合和同步等。这些工作必须在应用层完成，也就是说，由应用层自己来完成。
　　(5) RTCP的发送者和接收者报告提供了RTP的流控制和拥塞控制信息。　　
参考文献：
[1]王会洪，苏峻．IP网视频会议系统及应用[J]．电力系统通信．2001．(7)：19-23
[2]贺琦，高传善．分布式视频会议系统的关键技术及实现[J]．电信科学．1999．(2)：33-35
[3]刘浩，胡栋．基于RTP／R．TCP协议的口视频系统设计与实现[J]．计算机应用研究．2002
[4]罗明宇，卢锡城等．RTP在网络视频传输中的实现研究[J]．计算机工程．2000(9) 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jsjwl/238593.html