視頻會議系統(tǒng)的主流解決方案與技術趨勢

　　投影時代視頻會議系統(tǒng)的關鍵技術

　　視頻會議系統(tǒng)傳輸?shù)氖嵌嗝襟w數(shù)據(jù)，聲音和動態(tài)圖像的源信號的數(shù)據(jù)量較大，無法在一般條件的數(shù)字線路上傳輸。同時，基于對實際使用效果的要求，要求傳輸?shù)穆曇?、圖像信號連續(xù)平滑，其他輔助功能易于使用。因此，對系統(tǒng)在聲音/圖像壓縮、通訊線路條件、數(shù)據(jù)/應用程序共享等方面都有很高的技術要求。本文將從目前視頻會議的主要技術、解決方案及未來技術趨勢、網(wǎng)絡技術標準等方面進行探討，希望為該領域的研發(fā)人員提供參考。

　　視頻會議系統(tǒng)的關鍵技術

　　1）多媒體信息處理技術

　　多媒體信息處理技術主要是針對各種媒體信息進行壓縮和處理。視頻會議的發(fā)展過程也反映出信息處理技術特別是視頻壓縮技術的發(fā)展歷程。目前新的理論、算法不斷推進多媒體信息處理技術的發(fā)展，進而推動著視頻會議技術的發(fā)展。特別是在網(wǎng)絡帶寬不富裕的條件下，多媒體信息壓縮技術已成為視頻會議最關鍵的問題之一。

　　與基于PC機的CPU技術、基于專用芯片組技術相比較，媒體處理器因為具有特有的數(shù)字視音頻輸入輸出接口、多媒體協(xié)處理器等使應用變得更加簡單，而且設備廠家可以根據(jù)市場變化隨時進行軟件應用的調(diào)整，及時適應市場需求，而不會受制于專用芯片組本身的技術限制。媒體處理器支持的嵌入式操作系統(tǒng)以及軟件優(yōu)化，使視頻會議系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定、可靠。媒體處理器技術事實上已經(jīng)成為視頻會議的核心芯片技術，將來還將服務于3G可視手機等終端產(chǎn)品。

　　在視頻會議系統(tǒng)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芯片，這些媒體處理器高速的運算能力可以實現(xiàn)適合不同協(xié)議的視頻會議通信終端。采用這些芯片可以很方便地實現(xiàn)MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理，還可以實現(xiàn)其它的多媒體應用如DVD、數(shù)字機頂盒、數(shù)字電視等。

　　2）寬帶網(wǎng)絡技術

　　正在迅速發(fā)展的IP網(wǎng)絡，由于它是面向非連接的網(wǎng)絡，因而對傳輸實時的多媒體信息而言是不適合的，但TCP/IP協(xié)議對多媒體數(shù)據(jù)的傳輸并沒有根本性的限制。目前世界主要的標準化組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、各大公司都在對IP網(wǎng)絡上的傳輸協(xié)議進行改進，并已取得初步成效，如 RTP/RTCP、RSVP、IPv6等協(xié)議。為在IP網(wǎng)絡上大力發(fā)展諸如視頻會議之類的多媒體業(yè)務打下了良好的基礎。據(jù)預測，IP網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務將會大大超過電路交換網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務。

　　Internet的網(wǎng)絡規(guī)模和用戶數(shù)量迅猛發(fā)展，如何進一步擴展網(wǎng)上運行的業(yè)務種類并提高網(wǎng)絡的服務質(zhì)量是目前人們最關心的問題。由于 IP協(xié)議是無連接協(xié)議，Internet網(wǎng)絡中沒有服務質(zhì)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)來滿足用戶的需要，所以如果不采取新的方法改善目前的網(wǎng)絡環(huán)境，就無法大規(guī)模發(fā)展新業(yè)務。

　　在現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術中，從支持QoS的角度來看，ATM作為繼IP之后迅速發(fā)展起來的一種快速分組交換技術具有得天獨厚的技術優(yōu)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(wǎng)絡核心便可到達另一個桌面終端的純ATM網(wǎng)絡。但是，實踐證明這種想法是錯誤的。首先，純 ATM網(wǎng)絡的實現(xiàn)過于復雜，導致應用價格高，難被大眾所接受。其次，在網(wǎng)絡發(fā)展的同時，相應的業(yè)務開發(fā)沒有跟上，導致目前ATM的發(fā)展舉步維艱。第三，雖然ATM交換機作為網(wǎng)絡的骨干節(jié)點已經(jīng)被廣泛使用，但ATM信元到桌面的業(yè)務發(fā)展卻十分緩慢。

　　由于IP技術和ATM技術在各自的發(fā)展領域中都遇到了實際困難，彼此都需要借助對方以求得進一步發(fā)展，所以這兩種技術的結(jié)合存在必然性。多協(xié)議標簽交換(MPLS)技術就是為了綜合利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣的IP路由技術各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的。其特點如下：

　　(1) 基于單一的轉(zhuǎn)發(fā)機制，可在同一網(wǎng)內(nèi)同時支持多種業(yè)務類型的轉(zhuǎn)發(fā)；(2)通過短小固定的標簽，采用精確匹配尋徑方式取代傳統(tǒng)路由器的最長匹配尋徑方式； (3)通過集成鏈路層(ATM、幀中繼)與網(wǎng)絡層路由技術，解決了Internet擴展、保證IP QoS傳輸?shù)膯栴}；(4)利用顯式路由功能同時通過帶有QoS參數(shù)的信令協(xié)議建立受限標簽交換路徑(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標簽分配信令、解決VC合并、傳輸分類業(yè)務等許多方面還存在很多難點，需要進一步完善。

　　3）分布式處理技術

　　視頻會議實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點之間的實時同步交互通信。視頻會議系統(tǒng)要求不同媒體、不同位置的終端的收發(fā)同步協(xié)調(diào)，多點控制單元(MCU)有效地統(tǒng)一控制，使與會終端數(shù)據(jù)共享，有效協(xié)調(diào)各種媒體的同步傳輸，使系統(tǒng)更具有人性化的信息交流和處理方式。通信、合作、協(xié)調(diào)正是分布式處理的要求，也是交互式多媒體協(xié)同工作系統(tǒng)(CSCW)的基本內(nèi)涵。因此從這個意義上說，視頻會議系統(tǒng)是CSCW主要的群件系統(tǒng)之一。

　　主流媒體處理器解決方案

　　隨著多媒體技術的廣泛應用，采用DSP芯片設計多媒體設備，成為人們關注的方向。但是，對于可編程的媒體處理器的需求也很高。因為多媒體信號處理技術處于一個高速發(fā)展的階段，各種國際標準共存，新標準不斷涌現(xiàn)。例如，僅視頻壓縮編碼，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(wǎng)絡上傳輸?shù)目赡苁嵌喾N不同標準的碼流，而且對于一個設備而言，也要不斷更新視頻編碼技術。

　　例如一個早期的視頻會議設備采用H.261編碼視頻，在H.263出現(xiàn)后，最好是改用H.263標準，而且也許很快就會采用H.264 作為視頻會議的編碼標準。這就存在兩個要求，一是設備的更新?lián)Q代，二是多種標準的轉(zhuǎn)換。對于用固定的專用芯片實現(xiàn)的設備，這兩條都難以達到。但如果采用 DSP作為核心處理器，只需更新軟件就可以達到第一個要求，增加部分功能軟件，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芯片-媒體處理器(Media Processor)應運而生，并很快得到業(yè)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，并推出了具有競爭力的產(chǎn)品。高處理能力芯片的出現(xiàn)給視頻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，它們集成了豐富的多媒體信號接口，針對多媒體信號的特點優(yōu)化了處理器結(jié)構(gòu)，甚至內(nèi)嵌了特殊協(xié)處理器用于進行專門操作，緩解通用處理器的壓力，例如視頻編碼中的變長編解碼(LC/VLD)。

　　媒體處理器提供了完全可編程的多媒體設備的實現(xiàn)工具。媒體處理器繼承了通用DSP芯片的特點，針對多媒體應用擴充了各種接口功能，優(yōu)化了中央處理器結(jié)構(gòu)。盡管媒體處理器出現(xiàn)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設備制造業(yè)中。　

　　中星微電子公司的多媒體芯片SoC平衡了集成度、靈活性、成本和功耗等多方面要求。目前其應用于視頻會議系統(tǒng)中的多媒體芯片產(chǎn)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芯片可以支持目前主流的各種音頻和視頻算法, 并支持從無線多媒體到高端視頻會議等一系列應用。在PC平臺上，中星微電子與微軟合作，最近推出基于USB2.0的視頻即時通訊系統(tǒng)，使視頻質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性上了一個新臺階。

　　針對視頻會議等多媒體應用，飛利浦推出數(shù)字媒體處理器PNX1500，這是一款系統(tǒng)級芯片(SoC)。據(jù)飛利浦半導體公司高級媒體處理組市場總監(jiān)Jan Koene介紹，“最新產(chǎn)品Nexperia PNX1500在運行控制任務以及數(shù)字信號處理任務方面具有出色的能力，而這兩方面都是視頻會議系統(tǒng)所要求的。可以在單片PNX1500上運行這兩個任務，而在效率相同的情況下，這對競爭方案而言是難以實現(xiàn)的。通過在PNX1500上合并硬件模塊，例如視頻I/O、音頻I/O和通用接口，可以降低BOM 成本。因為所有的音視頻編解碼功能都是用軟件實現(xiàn)的，所以飛利浦的產(chǎn)品很容易適應新的標準，例如H.264?！?

　　TI 的新型數(shù)字媒體處理器TMS320DM642帶有三個視頻口，均可輸入或輸出，支持BT656、百兆以太網(wǎng)口、多路音頻串口、66MHz PCI等等，可支持四路D1圖像，30幀/秒的MPEG-2的實時壓縮。TI 的數(shù)字媒體處理器不僅能夠以 Microsoft WMV9 格式提供高清晰視頻流，而且還能夠提供 MPEG-4、MPEG-2 以及 MPEG-1。此外，該器件還支持H.264。

　　TI公司半導體事業(yè)部高級業(yè)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 提供批量生產(chǎn)的器件。這些代碼兼容的數(shù)字媒體處理器可擴展各種時鐘速率及存儲器容量，能夠支持廣泛的應用，例如從基于視頻的便攜式消費類電子產(chǎn)品到視頻基礎設施設備等。

　　微軟公司 Windows Media 技術部副總裁 Amir Majidimehr 說：“對于 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編程 DSP。TI 的新型 720MHz DM642 有助于將 HD WM9 集成到各種具有代碼兼容與可編程性能的嵌入式消費類應用中?！?

　　ADI的Blackfin是一種高性能、雙乘加器(MAC) DSP，具有微處理器性能，諸如監(jiān)督和用戶模式、存儲保護、8-/16-/32位算術及多媒體處理擴展。Blackfin處理器既能作為主要的音視頻處理器，又能用作圖形用戶界面(GUI)和網(wǎng)絡處理的主處理器。Blackfin是完全可編程的。因此可以很容易地支持新標準，而無需改變硬件平臺。例如 ADI可視電話平臺中的Blackfin處理器能夠支持H.264，這是通過軟件升級來實現(xiàn)的。

　　據(jù)ADI公司軟件和系統(tǒng)技術部產(chǎn)品行銷經(jīng)理Dan Ivanciw介紹，Blackfin處理器架構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，能很好地執(zhí)行控制和數(shù)字算法，可以作為主處理器和音視頻處理器。“設計人員無須采用多個不同的處理器、不同的開發(fā)環(huán)境及不同的工具包，無論是正在開發(fā)典型主功能代碼還是高級音視頻編解碼，采用Blackfin，開發(fā)團隊只需要掌握一種編程方法、指令系統(tǒng)、開發(fā)工具環(huán)境。用戶也會得到益處：縮短產(chǎn)品面市時間，削減開發(fā)成本，降低開發(fā)風險，提高IP復用性?！?

　　在多媒體信號處理領域，特別是在視頻處理方面，通常要求數(shù)字信號處理器具有針對多媒體應用的、優(yōu)化的內(nèi)核結(jié)構(gòu)和豐富的媒體接口，而通用信號處理器在這方面性能得不到充分發(fā)揮。鑒于此，美國Equator公司推出了BSP系列高速寬帶數(shù)字信號處理器。BSP-15是該系列中的一款，可與 MAP-CA反向兼容。

　　BSP-15是專門以視頻應用為中心而設計的高效DSP，以高度集成的單芯片滿足了寬帶產(chǎn)品的需要。在400MHz的時鐘頻率下， BSP-15處理能力為40 GOPS(每秒400億次整數(shù)運算)，處理速度相當于奔騰III的8.5倍，是同系列MAP-CA芯片的1.33倍，是其它解決方案的10倍以上。BSP -15的核心功能是采用軟件專為高性能、大視頻流的寬帶應用而設計，結(jié)合iMMediaTools軟件開發(fā)環(huán)境及其提供的視音頻庫，BSP-15可以為數(shù)字視頻圖像應用提供高效的解決方案。

　　據(jù)某視頻會議產(chǎn)品研發(fā)工程師介紹，選用BSP-15芯片進行視音頻的系統(tǒng)設計具有3方面優(yōu)勢：其一，BSP-15 是專為視頻圖像處理而設計的，能夠提供高質(zhì)量的視頻效果；其二，BSP-15具有豐富的片上I/O接口，不必添加過多的外圍設備，因而可以降低整個系統(tǒng)的成本和設計的復雜度；其三，完全采用C語言編程，沒有匯編語言要求，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不足之處是軟件開發(fā)難度較大，穩(wěn)定性也被懷疑。但由于其出色的處理性能，BSP-15處理器在消費電子產(chǎn)品、視頻會議、數(shù)字圖像處理等方面仍將占有較大的市場。

　　以色列VCON通信有限公司去年推出基于新一代Equator BSP-15多媒體處理器的高性能的視頻會議編解碼器-HD100視頻會議引擎。VCON公司首席市場官Gordon Daugherty認為：“視頻會議的質(zhì)量越來越接近廣播電視的質(zhì)量，視頻會議市場已經(jīng)進入了一個新的階段。VCON集成商可以利用HD100視頻會議引擎小巧的體積、極高的音頻視頻質(zhì)量，以極具競爭力的成本構(gòu)建各種先進多媒體會議應用?！?

　　未來視頻會議的技術趨勢

　　隨著時延問題被IETF技術和標準(如組播技術、帶寬預留協(xié)議和實時控制協(xié)議)逐步解決，基于IP的視頻會議方案把終端互操作性和高傳輸性能結(jié)合了起來。就標準而言，資源預留協(xié)議(RSVP)有助于避免網(wǎng)絡擁塞，保證了視頻會議的傳輸質(zhì)量；實時傳送協(xié)議(RTP)雖然不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，但能利用時間戳方法處理好定時關系，使傳輸過程中的數(shù)據(jù)順序不被打亂。視頻通信將會變得更容易，費用會更低，傳統(tǒng)的會議模式已經(jīng)遠遠不能適應網(wǎng)絡時代的需求。而視頻會議系統(tǒng)作為支持人們遠距離進行實時信息交流、開展協(xié)同工作的應用系統(tǒng)，使協(xié)作成員可以遠距離進行直觀、真實的視/音頻交流。

　　ADI公司軟件和系統(tǒng)技術部產(chǎn)品行銷經(jīng)理Dan Ivanciw認為，視頻會議的技術趨勢之一是需要更高壓縮率的視頻編解碼技術；還有在服務質(zhì)量和安全方面有所改進的網(wǎng)絡；今天功能固定的、不靈活的視頻會議產(chǎn)品需要加以替換，或者采取昂貴的硬件升級去兼容，或者在將來利用這些變化和改良。另一趨勢是基于IP的視頻服務與VoIP產(chǎn)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(yè)客戶提供IP視頻增值服務。這種情況也存在于大多數(shù)產(chǎn)品領域，用戶總是希望增加更多功能，例如三方或多方音視頻會議。附加的功能需要終端設備具有更強大的處理能力，但是通過把一些性能融進終端設備中可以減少基礎架構(gòu)方面的需求。

　　飛利浦半導體公司的Jan Koene也認為，視頻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；另一個趨勢是基于POTS(PSTN)的視頻會議系統(tǒng)將會轉(zhuǎn)變到基于IP的系統(tǒng)；第三個趨勢是分辨率將從現(xiàn)有的CIF級增加到SD級，甚至HD級。

　　中星微電子的俞青則表示，除了需要適合視頻會議終端的高質(zhì)量/低碼率的視頻壓縮技術以外，視頻會議應用層的抗誤碼技術和視頻會議服務器端的QoS控制技術也是視頻會議重要的技術發(fā)展趨勢。

　　中興通訊視訊系統(tǒng)部工程師王亮將視頻會議的發(fā)展趨勢總結(jié)為“四化”建設：

　　1.系統(tǒng)功能多元化具有圖文同傳功能：除視音頻外，可以方便地傳送和顯示電腦文檔用于培訓、匯報、交流；視頻會議與電話系統(tǒng)渾然一體：可方便接入會議電話系統(tǒng)，通過電話、手機也可加入會議；視頻會議和辦公自動化(OA)系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)以下功能：OA網(wǎng)上進行會議組織、會議郵件通知、會議控制、系統(tǒng)維護和升級；OA網(wǎng)上實現(xiàn)個人可視通話及多方會議；OA網(wǎng)上只用普通PC即可在任何時間學習會議或培訓內(nèi)容；集中指揮、遠程調(diào)度-電視墻顯示統(tǒng)覽全局，接入電話遠程指揮。 2.系統(tǒng)組網(wǎng)多樣化 有網(wǎng)絡就能開會，通過專線、ISDN、IP(ADSL、LAN接入)、電話等現(xiàn)有網(wǎng)絡接入各種多媒體終端。 3.圖像清晰化 視頻會議需要更優(yōu)異、更清晰、更成熟的圖像編解碼技術。 4.使用、維護簡捷化 易于使用，可自行組織、控制會議；進行遠程管理、遠程維護、升級，降低維護成本；更新設計，大幅提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　華為公司多媒體產(chǎn)品線營銷工程部部長陳崇軍指出，視頻會議未來的發(fā)展首先需要更為先進的音視頻編解碼技術和更專業(yè)的圖像及語音前后端處理技術；其次還要能與下一代網(wǎng)絡相融合，例如支持IPv6等；第三需要集成度更高、處理能力更強的終端技術。他進一步說明，視頻編解碼技術會向H.264發(fā)展，語音技術向高保真、低帶寬發(fā)展；MCU向交換機和路由器融合；隨著網(wǎng)絡寬帶化，視頻會議終端也將智能化，其發(fā)展方向是小型化、全信息化家庭網(wǎng)絡中心寬帶智能終端，將通訊、娛樂、信息等各種功能融合在一起。

　　網(wǎng)絡技術標準推動視頻會議發(fā)展

　　網(wǎng)絡技術標準的制定為多媒體應用奠定了基礎。H.323協(xié)議是IP網(wǎng)絡多媒體通信標準，解決各廠商設備的互通互控問題。H.264的出臺，使得視頻會議能以更低的成本提供更高質(zhì)量的視頻效果，以前由于資金和技術問題無法實現(xiàn)的視頻應用也有望成為現(xiàn)實。就像網(wǎng)絡日志(Weblogs)、即時消息等在過去幾年成為重要的網(wǎng)絡應用一樣，H.264技術將有力地推動新的視頻應用不斷誕生。

　　采用H.264技術的MPEG-4在低碼率視頻傳輸上取得了突破性的進展。據(jù)悉，Tandberg和Polycom已經(jīng)生產(chǎn)出支持H.264的產(chǎn)品，華為將在今年底公布H.264的產(chǎn)品，鼎視通在遠航系列產(chǎn)品中也宣布支持該標準。

　　2003年7月，ITU批準了H.239標準，基于此項技術，視頻用戶可以得到雙流視頻服務。據(jù)Polycom公司技術總監(jiān)余寶生介紹， Polycom的人物+內(nèi)容(People+Content)雙流技術允許主機在一個視頻會議中同時發(fā)送視頻和內(nèi)容(PowerPoint、瀏覽器屏幕內(nèi)容等)。另外，該標準所提供的方案同時適用于基于信令的H.320和H.245系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在會議系統(tǒng)中同時傳送和顯示多路視頻信息。 RADVISION、Sony和VCON等公司也都宣布支持H.239，并生產(chǎn)相關產(chǎn)品。Tandberg的Duo Video也可以實現(xiàn)該功能。

　　隨著各種技術的不斷發(fā)展和一系列國際標準的出臺，視頻會議技術及其設備由少數(shù)大公司一統(tǒng)天下的局面被打破了，逐漸發(fā)展成為由外商(如： Polycom、Tandberg、VTEL、VCON等)和中國本土企業(yè)(如：中興、華為、中太、瑞福特等)共同分爭視頻會議市場的格局。高速IP網(wǎng)絡及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，使視頻會議的應用與發(fā)展進入了一個新的時期。視訊技術在未來的幾年內(nèi)將會越來越廣泛地被應用到各個領域，成為信息社會的主流應用之一。