新型家庭可视电话终端可行性方案...

 

IP多媒体可视电话—新型家庭可视电话终端可行性方案

 

 

 

一、背景

自90年代以来，可视电话和视频会议业务在全球得到迅猛的发展，并应用于各行各业。可视通信利用现代通信技术，在通信中提供了包括视频音频在内的多种媒体，具有直观性强、信息量大等优势，为企业提高效率、减少开支，同时也吸引了广大消费者。但是，由于设备费用和使用费用昂贵，就目前来看主要受益者是大公司企业的高层管理者、政府机关等。同时，普通消费者对于低价位的实时双向多媒体通信业务的需求也不断增长。

在网络上，随着IP技术的日趋完善和多媒体应用技术的迅猛发展，基于IP网络的视频会议系统作为IP技术和多媒体技术的完美结合，因其先进性、实时性和实用性而成为人们沟通的有效途径。各种IP业务不断出现，包括电子邮件、IP电话等。网络建设也不断向宽带化发展，为提供各类宽带业务提供了一定的平台。各地宽带网也大力推广，促进了宽带业务的发展。

对于上海本地ATM宽带网网络，1997年,SPT启动了上海本地ATM宽带网的建设。该ATM宽带网是上海地区开展宽带ATM业务、帧中继业务的高速网络平台,是目前世界上规模最大的ATM城市网络之一。该网络分为骨干层和边缘层，骨干层包括八个节点。骨干节点的ATM交换机采用622Mbps STM-4全网状互联。同时网络边缘层的约40个节点采用155Mbps STM-1和网络骨干层连接。同时该网络也与全国帧中继骨干网、全国宽带多媒体试验网和上海ATM试验网以155Mbps速率连接。上海ATM本地宽带网的系统规模为:

每台骨干交换机:

____·交换容量:10Gbps～40Gbps;

____·连接速率:622Mbps与其他骨干交换机连接。

每台边缘交换机:

____·交换容量:目前5Gbps;

____·连接速率:155Mbps双路由与骨干交换机连接。

____用户端口容量:

____·ATM端口:约90多个155Mbps STM-1端口;

____·帧中继(FR):约20个2MbpsE1-c端口,可提供约6000多个64Kbps的FR连接。

上海本地ATM宽带网络提供的业务

业务提供是网络建设的最终目标。一般的网络，如PSTN,DDN,FR网等网络，有其自身的固有业务，如POTS业务、DDN专线业务、FR专线业务、Internet类业务。对于公众宽带ATM网络，由于ATM直接到桌面发展尚未成熟，因此ATM网络本身尚不能提供用户终端业务，只能提供承载业务。目前，上海宽带ATM网上提供的承载业务主要是：

(1) 承载业务

____上海本地ATM宽带网承载业务包括帧中继业务和ATM业务。ATM业务又包括了永久虚电路(ATM PVC)以及ATM交换虚电路(ATM SVC)。对于中低速用户信息,ATM宽带网主要提供帧中继业务。

____(2) 增值业务

____在基本业务的基础之上,ATM宽带网还提供高层信息服务。ATM宽带网上的宽带多媒体信息服务平台将向用户提供高速Internet接入、视音频化的在线式远程教育/远程医疗、虚拟博物馆/图书馆、影视/卡拉OK点播、社区服务、家庭购物等多样化的信息服务。ATM宽带网上的宽带会议电视业务平台将能提供全双工式的远程教育、远程医疗、异地会议、协同办公等服务。

但随着Internet业务的普及,Internet技术(如TCP/IP、Web技术等)为人们广泛接受,IP业务已逐渐成为公众宽带ATM网络的主要业务来源，IP路由器也将会是事实上最大量的公众宽带ATM网络的用户端设备，因此，公众宽带ATM网络对IP的支持是至关重要的。公众宽带ATM网络对IP业务的支持可分为两个层面。一是传送层面，即采用什么方式在其上有效的传送IP，也就是说，在普遍看好的MPLS标准尚未确定的情况下，在PVC(RF14383)、LANE、CIPOA、MPOA及其它专用技术（如CSI、IP Navigator等）中如何选择；二是业务开展模式，即IP业务切入的切入点。这两个层面是互相影响的，不同的业务开展模式定位对IP+ATM技术选择的侧重也会不同。

而于1999年9月底建成的上海公众远程教育网SDLNet,其初期建设规模为1+11+35，即1个网管控制中心，11个主教室，35个分教室。

     11个主教室，包括上海交通大学，复旦大学，同济大学，华东师范大学，上海大学，上海师范大学，上海医科大学，上海外国语学院，所属教委的电视大学直属班及所属上海邮电的上海电信职工大学等上海各大高校。后期中，还准备与全国各大名牌高校联网，时机成熟，还将国外的教育资源放于网上，为上海人才高地的进一步发展，提供一流的教育资源。

然而，如何让这些资源充分利用起来呢？

正是在上述前提下，基于IP的可视电话业务成为可以让上海公众宽带网上的资源到用户家庭的一种实用性很强的可选的多媒体业务。

当前，上海本地网的迅速发展，电话普及率的提高和ISDN业务的进一步推广，家庭电脑普及率提高，IP可视电话作为一个新兴业务，最适合成为家庭和个人用户的新的通信手段。另外，作为本地宽带接入网的主要手段，ADSL正处在一个起步阶段，目前，全市共有18个分局具备了ADSL的开通能力，但实际的业务开展还不尽如人意，如能结合“多媒体IP可视电话”的业务进行，应该得以充分的利用，并能获得较好的效果。同时，作为上海公众远程教育网的补充手段，多媒体IP可视电话是远程教学延伸到家庭的主要可行方式，与交互式、广播式教学系统互为补充。

二、定义与特性

 

1.定义

传统意义上的可视电话，指在模拟网和数字网上传输语音和简单动态或准动态图像的设备。

而本文所提出的基于IP的多媒体可视电话，指利用数字摄像头进行视频采集，麦克风进行音频采集，借助PC的处理能力对视频、音频进行压缩，基于IP协议，通过各种Internet的接入手段，进行点对点与点对多点式的可视通话。

2.特性

较之与传统可视电话，本文提出的IP多媒体可视电话具有以下几个特性：

1.       经济性

作为家庭和个人用户，对于可视电话所能承受的价格大约为2000-3000RMB，因此本文提出的IP可视电话指的是在普通PC机上添加USB数字摄像头采集视频，利用Windows自带的Microsoft NetMeeting作为IP可视电话的通信平台,通过modem，ISDN，LAN及ADSL接入，在一定的带宽上能进行可视通信。对比桌面型会议电视（8000-10000RMB左右），IP可视电话具有价格低廉，安装方便等优点，画面质量虽相比之下略有逊色，但已能满足普通家庭用户的需求，性价比较高。

2.       互通性

IP可视电话作为远程教育网的一种补充手段，必须同远程教育网的会议电视互通互连。同时还要借助PC机完成IP视频点播和广播学习。因此，必须基于IP平台上，可利用远程教育网这个综合视频服务平台，采用Cisco IP-TV来进行视频广播浏览，采用RealPlay来完成视频点播。而IP可视电话的通信平台同样也可利用远程教育网平台，建议采用Windows自带的Microsoft NetMeeting作为IP通信平台。对比话机型可视电话，同样是采用ISDN和PSTN接入，但话机型可视电话缺少数据功能，只能简单地进行可视通信，而基于IP平台的IP可视电话借助NetMeeting能实现文件传输，电子白板，应用程序共享等数据功能，符合远程教育网和个人会议通信的要求。

3.       兼容性

IP可视电话作为可视通信的一种实现方式，必须满足同其他可视设备的兼容互连。例如：同桌面型会议电视互连互通。针对目前流行的视频通信协议，建议采用H.323协议。H.323是IP上的视频连接通信协议，具有良好的扩展性和通用性。采用统一的协议，有助于设备的互连和利用，有助于IP可视电话借助现有的H.323MCU召开多点会议电视。因此，主要在数字摄像头选择方面要注重其采用的视频压缩格式。

4.       可用性

IP可视电话作为进入家庭，面对个人用户的产品，必须具有良好的操作性，可接受的画质、音质。Microsoft NetMeeting提供VDK供用户进行二次开发，可采用Microsoft NetMeeting的VDK开发用户友好的界面。选择合适的数字摄像头，保证一定的图象采集帧数。采用ISDN或PSTN拨号接入，采用目录服务器的接入方式，保证用户连接通信。

三、应用前景

人们总是追求用包含更多内容的方式进行交流,既闻其声又见其人,通过影像丰富语言内容,尤其对于无法依靠电话交流的聋哑人而言,可视电话更如久旱逢雨。对于众多的机关、企业以及电信局的营业厅、火车站、宾馆等均可应用可视电话进行活动图像与语音的信息交流。

多媒体可视电话另一类应用主要体现在通过机顶盒(外接显示器及摄像机)来进行远程监视及监控。尤其在地理环境恶劣的情况下,诸如高山丛林中,光缆铺设很困难,造价昂贵,通信运营费用很高,此时若采用电话线通信,则显示出其得天独厚的优势。在通过电话线的远程监视监控中,如果被监视对方或场面的活动量并不大,多媒体可视电话将是最为理想的设备。例如,森林防火、防盗、防乱伐;防洪及汛期水位的变化;边防山区周围环境的监视;公安部门缉拿逃犯;银行安全报警、监控、现场监视;通信电源机房的监视及监控 (电源倒换);油田、油库环境远程监控及监视;高山上微波站监视,等等。

当然随着IP技术和多媒体技术日益完美的结合，网络安全技术的日趋完善，电子商务的日益普及H323v2建议的出台，PC型多媒体可视电话通过Internet网来进行图文并茂地交流更有着其广泛的是应用前景。如，居家购物、邮购，远程教学，远程医疗咨询，跨地区公司的远距离商务会议，异地产品展示，异地影视点播、视像录制等，真正实现足不出户便知天下事。

四、会议电视系统国际标准和建议

多媒体IP可视电话系统，虽然有别于传统的可视电话，但其核心技术还是离不开会议电视。为了能把多媒体IP可视电话系统阐述的更为具体，下面，我们先对当前会议电视系统的国际标准和建议作一下介绍。

总部位于瑞士日内瓦的国际电信联盟(ITU)主要协调全球电信网及其业务,其活动包括电信的协调、开发、规范和标准化,以及地区和世界电信事件的组织工作。国际电信联盟电信标准分部ITU-T(原来的CCITT)是ITU的一个固定组织,致力于制定国际电信标准。

l          系统和终端

1.     H320

 

H.320是较早提出的一种关于会议系统及其终端的建议,用于窄带ISDN及相似特性的非拨号(专用)网。它的视频编解码使用H.261,视频压缩后的数据率为P×64Kbps,即使用64Kbps整数倍速率的信道,最高达1920Kbps。为了使NTSC和PAL制式之间兼容,它定义了公共中间格式CIF。

音频编解码使用G.711、G.722或G.728。其中G.711(PCM编码,64Kbps)和G.728(码激励线性预测CELP,16Kbps)规定了3.4KHz电话质量的语音压缩标准;G.722是7KHz调频广播质量的语音编码,速率在64Kbps以内。

H.320会议的信道使用H.221帧格式,呼叫控制在H.242和H.243中规定。系统控制单元通过端到网络信令进行网络存取,通过端到端信令进行端到端的控制,H.230建议定义了系统中使用的控制和指示C&I信号。

多点会议控制设备在H.231中描述,以组成多点会议。H.224为那些需要实时控制的业务提供开销低、执行时间和延迟短的简单可行的协议,它不需要可靠的流控制连接。H.281是建立在H.224之上的实现点到点、点到多点的单向远端摄像机控制。另外, H.233为会议系统提供了信息加密的方法,H.234确定了在不同点之间传送密钥以及其它与管理有关的事项。 

2.     H323

 

H.323制定的标准是针对服务质量无保障的局域网络会议系统,涉及到这种类型的局域网包括以太网 (IEEE 802.3)、快速以太网(IEEE 802.10)、FDDI (无保障的服务质量模式)、令牌环形网(IEEE 802.5)等。会议终端和设备可以承载实时语音、数据和视频, 或者是它们的任意组合。局域网可以是单段或单环的,或是复杂拓扑的多段结构,但是在多段局域网上的会议终端的操作性能可能不够好。

视频编解码器是可选的,所有提供视频通信的会议终端应该提供按照H.261 QCIF编解码的能力。终端也可以有选择地采用按H.261 CIF或H.263 SQCIF、 QCIF、CIF、4CIF、16CIF编解码的能力。表1所示为常用的CIF格式。

             

表1会议系统中视频终端的图像格式

图像格式	SQCIF	QCIF	CIF	4CIF	16CIF
色素（亮度）	128*96	176*144	352*288	704*576	1408*1152
色素（色差）	64*48	88*72	176*144	352*288	704*576
H.261		支持	支持
H.263	支持	支持	支持	支持	支持

所有标准的局域网会议终端应该有音频编解码器,并具有按照建议G.711进行编解码语音的能力和具有发送和接收A律和μ-律的音频能力。使用G.722、G.728、G.729、MPE G1音频和G.723的能力是可选的,编解码器使用的音频算法应在能力协商过程中确定。另外, 会议终端可以具有非对称操作能力,例如它能够发送G.711音频,而接收的是G.728音频 。会议终端可以有选择地同时发送和接收多个音频通道,例如在一个会议中,允许传送两种语言的音频信号。在这种情况下,终端也许需要执行音频混合功能,以向用户提交复合的音频信号。

在H.323中,用H.225代替H.221成帧功能,而通信呼叫、能力交换、命令和指示信令、逻辑通道控制等由H.245定义。

相应地,H.322建议描述服务质量有保障的LAN会议系统,服务质量有保障的LAN的一个例子是综合业务局域网(IEEE 802.9A),它采用载波监听多路存取/冲突检测(CSMA/CD)的介质访问控制(MAC),提供等时传送服务。

3. H324

H.324是电话网上的会议系统标准。普通交换电话网(GSTN)上的低比特率多媒体通信终端可用调制解调器上网,用于H.324的调制解调器应在全双工、同步模式下操作,并遵循ITU-T V.34和V.8(用于启动GSTN上的数据传输会话的规程)。终端可以承载实时语音、 数据和视频,或者是它们的任意组合。电话网上的终端可以集成在个人计算机上,以PC扩展板的形式插在计算机内,或以独立的设备(如视频电话)来实现。通过多点控制单元MCU ,电话网上的会议系统也可以进行多点配置。

H.324的视频编码支持H.263和H.261,可以使用5种标准的图像格式,即16CIF、4CIF、CIF、QCIF和SQCIF(其中CIF和QCIF定义在H.261,SQCIF、4CIF和16CIF定义在H.263), 但是编解码主要满足QCIF和SQCIF格式。音频标准用支持双速率的G.723.1.1。多路复用/分接协议H.223把音频、视频和数据集中于一个流中,按逻辑通道传输,多路复用的输出直接加到V.34的同步数据端,而逻辑通道用H.245协议控制。表二为目前典型的三种会议系统使用的标准依赖关系。