視訊會議系統的主流解決方案與技術介紹【詳解】

　　視訊會議系統的主流解決方案與技術趨勢

　　視訊會議系統的關鍵技術

　　視訊會議系統傳輸的是多媒體資料，聲音和動態影象的源訊號的資料量較大，無法在一般條件的數位線路上傳輸。同時，基於對實際使用效果的要求，要求傳輸的聲音、影象訊號連續平滑，其他輔助功能易於使用。因此，對系統在聲音/影象壓縮、通訊線路條件、資料/應用程式共用等方面都有很高的技術要求。本文將從目前視訊會議的主要技術、解決方案及未來技術趨勢、網路技術標準等方面進行探討，希望為該領域的研發人員提供參考。

　　1)多媒體資訊處理技術

　　多媒體資訊處理技術主要是針對各種媒體資訊進行壓縮和處理。視訊會議的發展過程也反映出資訊處理技術特別是視訊壓縮技術的發展歷程。目前新的理論、演演算法不斷推進多媒體資訊處理技術的發展，進而推動著視訊會議技術的發展。特別是在網路頻寬不富裕的條件下，多媒體資訊壓縮技術已成為視訊會議最關鍵的問題之一。

　　與基於PC機的CPU技術、基於專用晶片組技術相比較，媒體處理器因為具有特有的數位視音訊輸入輸出介面、多媒體協處理器等使應用變得更加簡單，而且裝置廠家可以根據市場變化隨時進行軟體應用的調整，及時適應市場需求，而不會受制於專用晶片組本身的技術限制。媒體處理器支援的嵌入式作業系統以及軟體優化，使 視訊會議系統 更加高效、穩定、可靠。媒體處理器技術事實上已經成為視訊會議的核心晶片技術，將來還將服務於3G可視手機等終端產品。

　　在 視訊會議系統 中，目前的媒體處理器主要有：Philip公司的TriMedia系列及新品PNX1500、美國ESS公司的LVP、 ADI公司的ADSP2106X器件及Blackfin處理器、TI公司的C6X、C8X以及新推出的DM642多媒體DSP晶片，這些媒體處理器高速的運算能力可以實現適合不同協定的視訊會議通訊終端。採用這些晶片可以很方便地實現MPEG視訊和音訊處理、H.263視訊處理，還可以實現其它的多媒體應用如DVD、數位機上盒、數位電視等。

　　2)寬頻網路技術正在迅速發展的IP網路，由於它是面向非連線的網路，因而對傳輸實時的多媒體資訊而言是不適合的，但TCP/IP協定對多媒體資料的傳輸並沒有根本性的限制。目前世界主要的標準化組織、產業聯盟、各大公司都在對IP網路上的傳輸協定進行改進，並已取得初步成效，如 RTP/RTCP、RSVP、IPv6等協定。為在IP網路上大力發展諸如視訊會議之類的多媒體業務打下了良好的基礎。據預測，IP網上的視訊會議業務將會大大超過電路交換網上的視訊會議業務。

　　Internet的網路規模和使用者數量迅猛發展，如何進一步擴充套件網上執行的業務種類並提高網路的服務質量是目前人們最關心的問題。由於 IP協定是無連線協定，Internet網路中沒有服務質量的概念，不能保證有足夠的吞吐量和符合要求的傳送時延，只是盡最大努力(Best- effort)來滿足使用者的需要，所以如果不採取新的方法改善目前的網路環境，就無法大規模發展新業務。

　　在現有的網路技術中，從支援QoS的角度來看，ATM作為繼IP之後迅速發展起來的一種快速分組交換技術具有得天獨厚的技術優勢。因此 ATM曾一度被認為是一種處處適用的技術，人們最終將建立通過網路核心便可到達另一個桌面終端的純ATM網路。但是，實踐證明這種想法是錯誤的。首先，純 ATM網路的實現過於複雜，導致應用價格高，難被大眾所接受。其次，在網路發展的同時，相應的業務開發沒有跟上，導致目前ATM的發展舉步維艱。第三，雖然ATM交換機作為網路的骨幹節點已經被廣泛使用，但ATM信元到桌面的業務發展卻十分緩慢。

　　由於IP技術和ATM技術在各自的發展領域中都遇到了實際困難，彼此都需要藉助對方以求得進一步發展，所以這兩種技術的結合存在必然性。多協定標籤交換(MPLS)技術就是為了綜合利用網路核心的交換技術和網路邊緣的IP路由技術各自的優點而產生的。其特點如下：

　　(1) 基於單一的轉發機制，可在同一網內同時支援多種業務型別的轉發;(2)通過短小固定的標籤，採用精確匹配尋徑方式取代傳統路由器的最長匹配尋徑方式; (3)通過整合鏈路層(ATM、幀中繼)與網路層路由技術，解決了Internet擴充套件、保證IP QoS傳輸的問題;(4)利用顯式路由功能同時通過帶有QoS引數的信令協定建立受限標籤交換路徑(CR-LSP)，因而能夠有效地實施面向全國的流量工程。目前MPLS技術在QoS標籤分配信令、解決VC合併、傳輸分類業務等許多方面還存在很多難點，需要進一步完善。

　　3)分散式處理技術視訊會議實現對等、一點對多點、多點之間的實時同步互動通訊。 視訊會議系統 要求不同媒體、不同位置的終端的收發同步協調，多點控制單元(MCU)有效地統一控制，使與會終端資料共用，有效協調各種媒體的同步傳輸，使系統更具有人性化的資訊交流和處理方式。通訊、合作、協調正是分散式處理的要求，也是互動式多媒體協同工作系統(CSCW)的基本內涵。因此從這個意義上說， 視訊會議系統 是CSCW主要的群件系統之一。

　　主串流媒體處理器解決方案

　　隨著多媒體技術的廣泛應用，採用DSP晶片設計多媒體裝置，成為人們關注的方向。但是，對於可程式化的媒體處理器的需求也很高。因為多媒體訊號處理技術處於一個高速發展的階段，各種國際標準共存，新標準不斷湧現。例如，僅視訊壓縮編碼，就有多種國際標準：H.261、H.263、MPEG1、 MPEG2、MPEG4和新的H.264等。在一個網路上傳輸的可能是多種不同標準的碼流，而且對於一個裝置而言，也要不斷更新視訊編碼技術。

　　例如一個早期的視訊會議裝置採用H.261編碼視訊，在H.263出現後，最好是改用H.263標準，而且也許很快就會採用H.264 作為視訊會議的編碼標準。這就存在兩個要求，一是裝置的更新換代，二是多種標準的轉換。對於用固定的專用晶片實現的裝置，這兩條都難以達到。但如果採用 DSP作為核心處理器，只需更新軟體就可以達到第一個要求，增加部分功能軟體，可以適度滿足第二個要求。

　　正是考慮這種需要，一種新型的DSP晶片-媒體處理器(Media Processor)應運而生，並很快得到業界的廣泛關注。飛利浦、ADI、TI等半導體供應商都十分看好媒體處理器市場，並推出了具有競爭力的產品。高處理能力晶片的出現給視訊會議帶來更小的延遲和更高的幀頻。例如TI公司的TMS320 DM642、飛利浦的Trimedia和Equator的MAPCA，它們整合了豐富的多媒體訊號介面，針對多媒體訊號的特點優化了處理器結構，甚至內嵌了特殊協處理器用於進行專門操作，緩解通用處理器的壓力，例如視訊編碼中的變長編解碼(LC/VLD)。

　　媒體處理器提供了完全可程式化的多媒體裝置的實現工具。媒體處理器繼承了通用DSP晶片的特點，針對多媒體應用擴充了各種介面功能，優化了中央處理器結構。儘管媒體處理器出現的時間不長，但已得到廣泛關注，可以預見媒體處理器將會快速應用到多媒體裝置製造業中。

　　中星微電子公司的多媒體晶片SoC平衡了整合度、靈活性、成本和功耗等多方面要求。目前其應用於 視訊會議系統 中的多媒體晶片產品有 VC0301P、VC0302和VC0321。該公司的副總裁俞青介紹說，中星微電子的多媒體晶片可以支援目前主流的各種音訊和視訊演演算法, 並支援從無線多媒體到高階視訊會議等一系列應用。在PC平臺上，中星微電子與微軟合作，最近推出基於USB2.0的視訊即時通訊系統，使視訊質量和系統穩定性上了一個新臺階。

　　針對視訊會議等多媒體應用，飛利浦推出數位媒體處理器PNX1500，這是一款系統級晶片(SoC)。據飛利浦半導體公司高階媒體處理組市場總監Jan Koene介紹，“最新產品Nexperia PNX1500在執行控制任務以及數位訊號處理任務方面具有出色的能力，而這兩方面都是 視訊會議系統 所要求的。可以在單片PNX1500上執行這兩個任務，而在效率相同的情況下，這對競爭方案而言是難以實現的。通過在PNX1500上合併硬體模組，例如視訊I/O、音訊I/O和通用介面，可以降低BOM 成本。因為所有的音視訊編解碼功能都是用軟體實現的，所以飛利浦的產品很容易適應新的標準，例如H.264。」

　　TI 的新型數位媒體處理器TMS320DM642帶有三個視訊口，均可輸入或輸出，支援BT656、百兆乙太網口、多路音訊串列埠、66MHz PCI等等，可支援四路D1影象，30幀/秒的MPEG-2的實時壓縮。TI 的數位媒體處理器不僅能夠以 Microsoft WMV9 格式提供高清晰視訊流，而且還能夠提供 MPEG-4、MPEG-2 以及 MPEG-1。此外，該器件還支援H.264。

　　TI公司半導體事業部高階業務代表鄭小龍表示，除了提供 720 MHz DM642 的樣片之外，目前 TI 還為 DM640 與 DM641 以及 600 MHz DM642 提供批次生產的器件。這些程式碼相容的數位媒體處理器可延伸各種時鐘速率及記憶體容量，能夠支援廣泛的應用，例如從基於視訊的行動式消費類電子產品到視訊基礎設施裝置等。

　　微軟公司 Windows Media 技術部副總裁 Amir Majidimehr 說：“對於 Windows Media 9 編碼器與解碼器而言，TI 的 DM642 是第一款成功通過 D1 清晰度條件下一致性測試的可程式化 DSP。TI 的新型 720MHz DM642 有助於將 HD WM9 整合到各種具有程式碼相容與可程式化效能的嵌入式消費類應用中。」

　　ADI的Blackfin是一種高效能、雙乘加器(MAC) DSP，具有微處理器效能，諸如監督和使用者模式、儲存保護、8-/16-/32位元算術及多媒體處理擴充套件。Blackfin處理器既能作為主要的音影像處理器，又能用作圖形化使用者介面(GUI)和網路處理的主處理器。Blackfin是完全可程式化的。因此可以很容易地支援新標準，而無需改變硬體平臺。例如 ADI可視電話平臺中的Blackfin處理器能夠支援H.264，這是通過軟體升級來實現的。

　　據ADI公司軟體和系統技術部產品行銷經理Dan Ivanciw介紹，Blackfin處理器架構經過優化，能很好地執行控制和數位演演算法，可以作為主處理器和音影像處理器。“設計人員無須採用多個不同的處理器、不同的開發環境及不同的工具包，無論是正在開發典型主功能程式碼還是高階音視訊編解碼，採用Blackfin，開發團隊只需要掌握一種程式設計方法、指令系統、開發工具環境。使用者也會得到益處：縮短產品面市時間，削減開發成本，降低開發風險，提高IP複用性。」

　　在多媒體訊號處理領域，特別是在視訊處理方面，通常要求數位訊號處理器具有針對多媒體應用的、優化的核心結構和豐富的媒體介面，而通用訊號處理器在這方面效能得不到充分發揮。鑑於此，美國Equator公司推出了BSP系列高速寬頻數位訊號處理器。BSP-15是該系列中的一款，可與 MAP-CA反向相容。

　　BSP-15是專門以視訊應用為中心而設計的高效DSP，以高度整合的單晶片滿足了寬頻產品的需要。在400MHz的時脈頻率下， BSP-15處理能力為40 GOPS(每秒400億次整數運算)，處理速度相當於奔騰III的8.5倍，是同系列MAP-CA晶片的1.33倍，是其它解決方案的10倍以上。BSP -15的核心功能是採用軟體專為高效能、大視訊流的寬頻應用而設計，結合iMMediaTools軟體開發環境及其提供的視音訊庫，BSP-15可以為數位影片影象應用提供高效的解決方案。

　　據某視訊會議產品研發工程師介紹，選用BSP-15晶片進行視音訊的系統設計具有3方面優勢：其一，BSP-15 是專為視訊影象處理而設計的，能夠提供高質量的視訊效果;其二，BSP-15具有豐富的片上I/O介面，不必新增過多的外圍裝置，因而可以降低整個系統的成本和設計的複雜度;其三，完全採用C語言程式設計，沒有組合語言要求，升級方便，靈活性高。與同系列的TI DSP及Philip的Trimedia 系列DSP相比，BSP-15不足之處是軟體開發難度較大，穩定性也被懷疑。但由於其出色的處理效能，BSP-15處理器在消費電子產品、視訊會議、數位影像處理等方面仍將佔有較大的市場。

　　以色列VCON通訊有限公司去年推出基於新一代Equator BSP-15多媒體處理器的高效能的視訊會議編解碼器-HD100視訊會議引擎。VCON公司首席市場官Gordon Daugherty認為：“視訊會議的質量越來越接近廣播電視的質量，視訊會議市場已經進入了一個新的階段。VCON整合商可以利用HD100視訊會議引擎小巧的體積、極高的音訊視訊質量，以極具競爭力的成本構建各種先進多媒體會議應用。」

　　未來視訊會議的技術趨勢

　　隨著時延問題被IETF技術和標準(如組播技術、頻寬預留協定和實時控制協定)逐步解決，基於IP的視訊會議方案把終端互操作性和高傳輸效能結合了起來。就標準而言，資源預留協定(RSVP)有助於避免網路擁塞，保證了視訊會議的傳輸質量;實時傳送協定(RTP)雖然不能保證資料傳輸的完整性，但能利用時間戳方法處理好定時關係，使傳輸過程中的資料順序不被打亂。視訊通訊將會變得更容易，費用會更低，傳統的會議模式已經遠遠不能適應網路時代的需求。而 視訊會議系統 作為支援人們遠距離進行實時資訊交流、開展協同工作的應用系統，使共同作業成員可以遠距離進行直觀、真實的視/音訊交流。

　　ADI公司軟體和系統技術部產品行銷經理Dan Ivanciw認為，視訊會議的技術趨勢之一是需要更高壓縮率的視訊編解碼技術;還有在服務質量和安全方面有所改進的網路;今天功能固定的、不靈活的視訊會議產品需要加以替換，或者採取昂貴的硬體升級去相容，或者在將來利用這些變化和改良。另一趨勢是基於IP的視訊服務與VoIP產品融合。第三種普遍趨勢是：服務供應商給更廣泛的住戶和商業客戶提供IP視訊增值服務。這種情況也存在於大多數產品領域，使用者總是希望增加更多功能，例如三方或多方音視訊會議。附加的功能需要終端裝置具有更強大的處理能力，但是通過把一些效能融進終端裝置中可以減少基礎架構方面的需求。

　　飛利浦半導體公司的Jan Koene也認為，視訊會議的主要趨勢是更先進的編解碼技術，例如符合H.264標準;另一個趨勢是基於POTS(PSTN)的 視訊會議系統 將會轉變到基於IP的系統;第三個趨勢是解析度將從現有的CIF級增加到SD級，甚至HD級。

　　中星微電子的俞青則表示，除了需要適合視訊會議終端的高質量/低位元速率的視訊壓縮技術以外，視訊會議應用層的抗誤碼技術和視訊會議伺服器端的QoS控制技術也是視訊會議重要的技術發展趨勢。

　　中興通訊視訊系統部工程師王亮將視訊會議的發展趨勢總結為“四化」建設：

　　1.系統功能多元化具有圖文同傳功能：除視音訊外，可以方便地傳送和顯示電腦檔案用於培訓、彙報、交流;視訊會議與電話系統渾然一體：可方便接入會議電話系統，通過電話、手機也可加入會議;視訊會議和辦公自動化(OA)系統有機結合，實現以下功能：OA網上進行會議組織、會議郵件通知、會議控制、系統維護和升級;OA網上實現個人可視通話及多方會議;OA網上只用普通PC即可在任何時間學習會議或培訓內容;集中指揮、遠端排程-電視牆顯示統覽全域性，接入電話遠端指揮。

　　2.系統組網多樣化

　　有網路就能開會，通過專線、ISDN、IP(ADSL、LAN接入)、電話等現有網路接入各種多媒體終端。

　　3.影象清晰化

　　視訊會議需要更優異、更清晰、更成熟的影象編解碼技術。

　　4.使用、維護簡捷化

　　易於使用，可自行組織、控制會議;進行遠端管理、遠端維護、升級，降低維護成本;更新設計，大幅提高系統穩定性。

　　華為公司多媒體產品線行銷工程部部長陳崇軍指出，視訊會議未來的發展首先需要更為先進的音視訊編解碼技術和更專業的影象及語音前後端處理技術;其次還要能與下一代網路相融合，例如支援IPv6等;第三需要整合度更高、處理能力更強的終端技術。他進一步說明，視訊編解碼技術會向H.264發展，語音技術向高保真、低頻寬發展;MCU向交換機和路由器融合;隨著網路寬頻化，視訊會議終端也將智慧化，其發展方向是小型化、全資訊化家庭網路中心寬頻智慧終端，將通訊、娛樂、資訊等各種功能融合在一起。

　　網路技術標準推動視訊會議發展

　　網路技術標準的制定為多媒體應用奠定了基礎。H.323協定是IP網路多媒體通訊標準，解決各廠商裝置的互通互控問題。H.264的出臺，使得視訊會議能以更低的成本提供更高質量的視訊效果，以前由於資金和技術問題無法實現的視訊應用也有望成為現實。就像網路紀錄檔(Weblogs)、即時訊息等在過去幾年成為重要的網路應用一樣，H.264技術將有力地推動新的視訊應用不斷誕生。

　　採用H.264技術的MPEG-4在低位元速率視訊傳輸上取得了突破性的進展。據悉，Tandberg和Polycom已經生產出支援H.264的產品，華為將在今年底公佈H.264的產品，鼎視通在遠航系列產品中也宣佈支援該標準。

　　2003年7月，ITU批准了H.239標準，基於此項技術，視訊使用者可以得到雙流視訊服務。據Polycom公司技術總監餘寶生介紹， Polycom的人物+內容(People+Content)雙流技術允許主機在一個視訊會議中同時傳送視訊和內容(PowerPoint、瀏覽器螢幕內容等)。另外，該標準所提供的方案同時適用於基於信令的H.320和H.245系統，可以實現在會議系統中同時傳送和顯示多路視訊資訊。 RADVISION、Sony和VCON等公司也都宣佈支援H.239，並生產相關產品。Tandberg的Duo Video也可以實現該功能。

　　隨著各種技術的不斷髮展和一系列國際標準的出臺，視訊會議技術及其裝置由少數大公司一統天下的局面被打破了，逐漸發展成為由外商(如： Polycom、Tandberg、VTEL、VCON等)和中國本土企業(如：中興、華為、中太、瑞福特等)共同分爭視訊會議市場的格局。高速IP網路及網際網路的迅猛發展，使視訊會議的應用與發展進入了一個新的時期。視訊技術在未來的幾年內將會越來越廣泛地被應用到各個領域，成為資訊社會的主流應用之一。