视频会议系统的网络

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简要说明：
　　视频会议作为一种基于通信网的扩展技术，它的功能不得不受到通信网络性能的限制。目前多数通信网络的通信方式是点对点或广播式，而视频会议系统要实现的是多点之间的双向通信，这是视频会议和一般的通信方式最大的不同。因此，视频会议的网络技术的核心是解决如何在通信网络中组建多点视频会议网，如何在不同的网络环境中组建视频会议网以及解决在不同性质网络之间视频会议的互通，上述的问题至今仍然没有完全解决。目前，在ISDN网上的H.320视频会议网技术是最成熟的。
　　文章重点介绍ISDN网上的视频会议的组网原理，对了解其它网络也会有很大的帮助，因为无论在何种通信网上，组建视频会议系统的基本方式和基本构成是大同小异的。
　　视频会议网络
　　传输网络
　　视频会议业务是一种多点之间的双向通信业务，它可以在现有的多种通信网络中展开，或通过现有的各种数字信道建立视频会议终端之间的连接，用于国内、国际不同电视制式间召开的电视会议，传送多个用户的活动或静态图像信号、语音信号、数据信号以及系统控制信号。
　　将若干个视频会议终端通过现有的各种数字信道组成一个多点星形视频会议网。这是国际标准所推荐的一种基本方式。目前，国内大型视频会议系统的传输信道主要采PCM数字线路，终端设备的码流以PCM帧构、2048kbit/s速率与传输信道接续，这样的视频会议网可以是固定连接，也可以在需要时连接，该类型的视频会议系统信道速率较高，所获得的图像和语音的质量较好，网络和终端设备连接方便，易于增加或减少会议点。另一类台式桌面系统，大多采用ISDN网络接口，以2B+D的速率传输。此种网络接口，很容易将视频会议业务引进办公室，甚至家庭。为了获得较高质量的图像，在ISDN传输网中，也可以将多路2B+D复合在一起以充分利用信道带宽。不过在这种情况下用户必须添置一个对多路ISDN基本接口的复接和解复接设备。
　　视频会议信号借助数字信道进入通信网，它的通信方式受到数字网功能的限制，如视频会议信号通过基本接口以2B+D方式进入ISDN网，其通信功能要受到ISDN功能的限制，难以实现真正的多点通信功能。限于目前通信网对多点通信功能的支持有限，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一一多点控制单元(MCU:Multipoint Control Unit)来完成。由于视频会议信号的带宽比一般的语音通信宽，也可将MCU称之为宽带交换设备。

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网络拓扑结构
　　为了实现多个终端之间两两互通，一种最直观的方案是在每两个终端之间都建立一条双向链路，即如图1所示的全连接网络。
　　多点视频会议系统的信号汇接，由于话音信号可以进行迭加处理，因此其处理过程就是对多路语音信号的混合汇接；而对图像信号来说，多个图像的迭加是不允许发生的，也就是说一个传输信道只能传送一个图像源的内容，因此，其处理过程就是对多路图像信号的切换。这样，对于有N个会场的多点视频会议系统，如果要使各会场能相互看到，就必须建立具有N (N-1)／2条通路的全网络型的通信网。这种方式在终端数目增加时，其复杂度将会以终端数目的平方增长，对通信控制产生了一定的难度。再说目前的视频会议网都是依附于现有的通信网络，网络中任意两点不一定具有直接通路。因而是一种难以付诸实现的组网方式、基于这样的考虑，在实际的视频会议网中都需设置一个或多个MCU，负责各个会议点之间的信息交换和汇接。
　　用MCU组成的多点会议系统呈星状网，每个MCU可接若干个视频会议终端（例如8个、16个或　更多个）。由于每个MCU的端口数是有限的，一个MCU无法连接所有终端。为了增加网点的容量，可以通过级连MCU的方式来实现，虽然原则上可以无限扩展，但由于MCU对视频会议信号的处理存在延迟，当级连层数大于3时，对整个会议的召开将产生严重的影响。ITU-T有关多点视频会议的标准只允许采用两层级连的组网模型，以满足对满足传输延时，话音图像同步以及网络控制的要求，图2为一个M级星形视频会议网组成示意图处在最上面一层的MCUI是主MCU，下面一层的MCU2、MCU3和MCU4是和它相连接的为从MCU，它们都受控于MCUI。根据需要，网络内的视频会议终端既可以连接在从MCU上，也可以连接在主MCU上。图中的小圆圈代表视频会议终端，虽然图中的终端是直接连接到MCU上的，但在实际中，它们往往是通过各种通信网络而连接到MCU上的。
　　为了实现对每个终端的控制，必须给终端和MCU进行编号，主MCU号为1，从MCU号由主MCU分配，使用2以后的编号、各个终端的编号由与它直接连接的MCU来分配，号码为从1开始的整数。这样对每一个终端、它的身份由一对号码确定，M为MCU号，T为终端号。

　　
　图2 星型配置的视频会议网

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　　网络性质和网络接口
　　(1)网络性质
　　组建视频会议网有两种方法，一种是建立自己的专用网，另一种是租用目前已有的通信网信道（如数字通信网、DDN等）或拨号联网（如ISDN、PSTN等）。就其本质而言，它们都具有专网的性质，因为后者也没有利用网络的公共交换能力，而且视频会议终端也不能和网络上的其它非
视频会议终端任意互通。
　　(2）网络接口
　　要具体完成视频会议业务功能，除了通信网以外、主要靠视频会议设备，如视频会议终端，多点　控制器等。这些设备都要和通信网络相连，因此要求它具有适合各种通信网络的网络接口。
　　视频会议终端设备和数字通信网络连接处叫做数字接口点，就是通常所称的网络接口。以在数字信道上单向传输的视频会议信号为例，数字接口点所在位置的示意图如图3所示，图中的A、B两点就是网络接口点。其它网络和视频会议设备连接的数字接口点依此类推。
　　其实，从网络的角度来看，视频会议设备只要具有标准的网络接口，就可以连接到该网络上，进行正常通信，与其它通信设备并没有什么不同。因此，有关通信网络接网络性质和网络接口方面的内容也完全适用于视频会议。目前，常用的网络接口有以下几种：接口方面的内容也完全适用于视频会议。目前，常用的网络接口有以下几种：
　　数字通信网、DDN网的Tl／El接口，或ISDN的基群接口，它们支持P*64kbit／s速率，不同的基群速率分别是2048Mbit／s和1544Mbit/s，接口可以按G703标准设置，也可以按V35标准设置。
　　·ISDN的BRI (128kbit/s)、2BRI (256kbit/s)、3BRI (384kbit/s)以及N *64kbit／s等速率的用户网络接口。
　　·ATM网络的用户网络接口(UNI)，TMSI (155、2Mbit/s)速率。
　　·计算机网络接口，如LAN的以太网接口等。

　图3 数字接口点示意图

　
　　时钟同步机制
　　同步机制在任何通信网中都是一项十分关键的技术，毫无例外，时钟同步在视频会议网中也起着举足轻重的作用，是全网能进行正常工作的保证。为了便于理解，我们先介绍一下终端到终端的时钟同步，在此基础上再引入视频会议网的时钟同步概念。
　　1．点对点的视频会议
　　这是视频会议网中最简单的一种情况，它的时钟同步有内时钟、外时钟、从数字信号码流中提取时钟三种工作方式。
　　(1)内时钟同步方式
　　这种同步方式如图4。在A点对B点的通信中，终端A内部有一标准时钟，当它同步于该内部时钟　时，端B终端接收机的时钟应受控于A的发端内时钟，也就是B接收机须从对端送来码流中的“FAS”中提取8比特组的定时信号。在相反的方向上，B内部也有一标准时钟源，B的发端和A的收端都以它为标准时钟。视频会议的数据流信号是由数字传输系统来传送的，因此数字传输系统的时钟也受控于终端发的内时钟。

　图4 内时钟同步方式

　　(2)外时钟同步方式

　　终端A同步于一个外接时钟源，由对端接收机从接收信号中提取时钟，达到端对端的同步。传输系统也受控于该外时钟。如图5，A终端的发送部分受控于外时钟，而B终端的接收部分是从接收到的A终端的信号流中提取时钟；A终端的接收部分是从接收信号（即B终端发送的信号）提取时钟。

　　(3)从信号码流中提取时钟的同步方式

　　在这种同步方式中，A、B两终端都工作在受控时钟方式，主控时钟由数字传输系统给出，控制A、B两个终端，以完成端对端的时钟同步。

　　2．多点视频会议系统多点视频会议网内时钟同步可分为两种情况：

　　(1)利用数字线路组网的时钟同步

　　利用数字通信网组网时，以国家骨干视频会议网为例，主MCU（北京）的时钟被锁定在具有10 -11的长期准确度的时钟上，从MCU受控于主MCU时钟，从MCU相连的终端的时钟是在从MCU送来的数据码流中提取的，主MCU相连的终端的时钟是在主MCU送来的数据流中提取的。

　　(2)利用DDN组网的时钟同步

　　在DDN网上的主MCU被锁定DDN主节点机的时钟上，DDN主节点机是符合我国数网等级主从同步方式的。从MCU和终端的时钟同步方式与前面利用数字线路组网的时钟同步相同。

　　图5 外时钟同步方式

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多点控制单元
　　MCU实质上是一台多媒体信息交换机，可实现多点呼叫和连接、视频广播、视频选择、音频混
合、数据广播等功能，完成各终端信号的汇接与切换、MCU与现行交换机不同之处在于，交换机完成的是信号的点对点连接，而MCU则要完成多点对多点的切换、汇接或广播。
　　MCU的作用
　　MCU的作用是对输入的多路视频会议信号进行切换，但是由于视频会议信号中包含图像、语音及数据三类不同的信号，因此MCU的切换作用又不像电话交换那样只是简单地将话音信号进行转接，它要对三类信号进行不同的处理。MCU对语音信号采取多路混合的方式（当然也可采用切换方式）传送，对视频信号采取直接分配的方式传送，对于数据信号采取广播方式或MLP方式传送。此外，MCU还要完成对通信控制信号、网络接口信号的处理。
　　(1)时钟和通信控制
　　MCU的各个端口上的信息流是同步在同一个时钟上。多点控制器(MCU)首先要将进入MCU所有终端（或MCU）的信号码流，统一在一个的控制时钟上同步，并且对码流中的帧定位信号(FAS)进行校验，输出新的比特率分配信号(BAS)、复帧同步信号，以便对各端口的信息定位。
　　此外，MCU还要支持各端口的信令和互通方式，支持P*64bps（P-l -30）各种通信速率，具备主席控制、语音控制和演讲人控制等会议控制功能。MCU根据通信初始化建立过程中的会议控制指令，将收到的各个码流的能力指示进行比较，选择各个终端都能接受的能力（速率、编解码方法、数据协议等）进行通信。例如网络中有的终端不具备高速传输能力，则MCU就将所有的终端速率统一在速率最低的那个终端的速率上。
　　(2)码流处理
　　MCU要对所有的输入码流进行处理，当然，它并不是进行简单的码流切换。为此，MCU先对视频会议码流（即符合H.221建议的码流）进行解复用处理。对所解出的各路压缩数字视频信号不再解码，而采用直接分配的方式，将数字视频码流送到它该去的地方。对解出
的各路压缩数字音频信号，则先进行解码，得到多路PCM信号，再将这些多路PCM音频信号进行迭加，形成一个现场感很强的混合语音信号。最后再将这一混合音频压缩编码后送到所有的终端。对于数据信号的处理，MCU采用广播方式或MLP方式将源数据送往其它有关的会场。

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　(3）MC U的端口和连接
　　MCU处在星形视频会议网的中心，它必须具备多个和终端相连接的接口，这些接口就是MCU的端口。端口数的多少是衡量MCU的一个重要指标。我们总是希望MCU具有较多的端口数，以便组成较大规模的视频会议网。早先的MCU所连接的端口数只有8个，现在的MCU可多达几十个端口。当然，一个MCU的最大端口数和各个端口所使用的速率有关。一般来说，对同一个MCU，在速率较低时使用，可获得较多的连接端口数。例如一个典型的MCU可支持8个E l(2048Mbit／s）的端口，而在384kbit／s速率下可支持1 6个这样的端口。由于一个MCU同时可接多个端口，所以它还可以同时控制几个独立的分组会议，只要参加会议的总点数不超过这个MCU的最大端口容量。例如一个8端口的MCU同时可支持两个独立的小会议网，其中一个会议由3点组成，另 一个会议由5点组成。
　　由于MCU最大端口数是有一定限制的，因此，在遇到会议点特别多的情况时，可以将多个MCU级连使用，这样就可以增加视频会议系统的场点容量。一般情况下级连1的层数不超过2（如前所述）。8端{口的MCU，2级级连，最多可支持|5 6个点的视频会议网络。最近，有I些新投入市场MCU产品的级连层数已经超过2，可进行3级级连，组成更大规模的视频会议网。
　　在MCU的简单连接方式中，相连接的两台MCU是对等的，仅把对方看成是另一个编解码器，这种方式宜采用导演控制；在具有多台MCU的网络中，MCU之间则必须另按H．24 3定义的主从关系连接，其中一台为主MCU，其余皆为从MCU，此时宜采用主席控制方式或语音控制方式。


　　

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MCU的原理和构成
　　MCU的构成主要由线路单元、音频处理单元、视频处理器单元、控制处理器单元、数据处理单元组成。
　　(1)线路单元
　　每个端口对应一个线路单元，每个线路单元包括网络接口、多路分解、多路复接及呼叫控制四个主要模块。接口模块分输入、输出两部分，可完成输入／输出码流的波形转换，按本系统的时钟定位输入数据流。多路分解模块检验输入数据流中由H.221定义的FAS信号，将输入码流中的视频、音频数据信号分别送到相应的处理单元，且输出由H．221、H.230定义的BAS码。在多路复接模块中复接各处理单元的视频、音频及数据信号，并插入所需的BAS码和相关信令，形成信道帧输出。
　　(2)音频处理单元
　　音频处理器由语音代码转换器(ATC)和语音混合模块组成，用来完成语音处理。ATC从各个端口输入的数据流的帧结构中分离出A律、u律的语音信号，并进行译码，然后送入混合器进行线性迭加，最后送入编码部分，形成合适的编码形式，插入到输出的数据流中。
　　(3)视频处理器单元
　　目前的MCU产品，只对视频信号进行切换选择，插人信道帧后分配到各个会场，无需进行编解码处理。当一个会场需在同一时间能看到多个会场图像（在一个监视器上同时看到其它若干个所有会场的组合图像）时，MCU的视频处理器才对多路视频信号进行解码、组合、再编码处理。
　　(4)控制处理器单元
　　它负责决定正确的路由选择，混合或切换音频、视频、数据信号，并负责会议的控制。在n个2Mbit／s端口（E1端口）的MCU，信道切换可以采用n*n的矩阵来完成。
　　(5)数据处理单元
　　该部分为可选单元，它包括根据H.243建议的数据广播功能，以及按照H.200／A270系列建议的多层协议(MLP)来完成数据信息的处理。
　　总之，MCU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，分别送到相应的处理单元。进行音频混合切换、视频切换、数据广槽、路由选择、会议控制、定时和呼叫处理等，处理后的信号由复用器按H.221格式组帧，然后经网络接口送到相应的端口。