会议电视系统在ATM网络中的应用

zjol

2004-04-13 《电力系统通信》

刘晨　华东电力设计院



　　摘 要：详细论述了会议电视系统在实际应用中所能采用的几种协议，以及通道组织方案。通过对开通电力系统会议电视业务的分析，对设备配置及相关事项提出具体建议。

　　关键词：会议电视；多点控制设备（MCU）；终端设备；协议；数字压缩

　　1 会议电视系统的构成

　　一个完整的会议电视系统应由多点控制设备（MCU）和编解码器、摄像机、话筒、编辑导演设备、调音台、显示设备和会场扩声等用户终端设备以及图文摄像机、录象机和扫描仪等辅助设备构成。 　

　1.1 多点控制设备（MCU）

　　多点控制设备（MCU）用于多个用户终端举行会议时的连接，同时进行视频信号的切换、语音信号的混合及数据信号的传输，并将切换的视频、混合的音频以及数据信号进行组装，再发送给所有的用户终端。

　　多点控制设备的标准工作方式有主席控制（Chaircontrol）、语音激励（Automatic Voice Activated Switching）广播请求（Broadcast Request）3种。

　　1.2 用户终端设备

　　用户终端设备作为会议电视系统与用户之间的界面，其主要功能是通过对语音、图像进行编码压缩和解码释放以及对各种传输接口进行处理来完成语音、图像及数据的输入和输出。

　　用户终端设备的基本组成包括编解码器、摄像机、话筒、显示器、扬声器和控制器等，其中编解码器用于对语音、图像和数据进行编码和解码释放，是会议电视系统的核心设备之一。

　　1.3 辅助设备

　　会议电视系统的辅助设备主要有图文摄像机、录像机、DVD和扫描仪等，用于外部资料的输入和会议电视的输出存档。

　　2 协议的选择

　　2.1 会议电视系统采用的协议

　　目前会议电视系统采用的协议主要有以下几种：

　　（1）H.320协议。通过专线方式（如直接在传输网上组织的专线、DDN网、ATM网电路仿真等）或NISDN网络进行组网，可以有效地保证会议电视的业务质量，故大型的会议电视系统往往采用该协议。

　　（2）H.323协议。这是近年来新兴在TCP/IP网上进行话音和图像传输的通信协议，对于会议电视系统而言，由于TCP/IP协议并不支撑不同业务之间的业务质量等级，其所能占用的网络带宽目前还无法得到有效保障，但随着IP网上多媒体通信业务需求的日前增加，以及各种新技术的不断出现，会议电视业务所需要的实时性和充足的传输带宽的要求将在日益完善的IP包交换网络环境下逐步得满足。同时，它的传输网络无关性、IP协议的普遍性、灵活性、低成本、易管理以及对用户投资的保护，使它得到越来越普遍地应用。特别是对于本身无传输通道的单位，如金融系统、大型企业，包交换网的高性能价格比越来越肥到青睐。

　　（3）H.321标准。这是H.320协议的会议电视终端应用于ATM网络的转换标准，H.321的图像质量与H.320标准相同，也需要多点控制器。

　　（4）H.310标准。它是“纯”ATM的会议电视标准，传输速率为3-15Mbit/s，图像质量高。目前的H.310的视频会议实际上是一种基于ATM网络的视频广播，不是真正意义上的多点交互的视频会议（允许的点数有限）。此外，没有MCU产品的支撑，必须通过网络产品的网管系统实现视频的切换，而且会议的切换不可能在会议终端上实现。如果同一个ATM广域网内存在着不同厂家的ATM交换设备，则视频的切换需要在不同厂家的网管上完成。

　　（5）H.324标准。它也是国际电联ITU-T制订的会议电视框架性协议，主要用于公共交换电话网（PSTN）。

　　2.2 会议电视产品的技术体制和构成

　　会议电视产品从其实现的规模上，可以分为会议室系统和桌面系统两大类；从其支撑的标准上，可以分为H.320、H.323、H.321、H.324、H.310等几种类型：

　　（1）窄带可视电话系统和终端设备--H.320标准；

　　（2）基于LAN的可视电话系统和终端商务--H.323标准；

　　（3）PSTN网的可视电话系统和终端设备--H.324标准；

　　（4）宽带视频通信系统和终端--H.310标准。

　　3 会议电视系统的组网方式

　　会议电视传输通道的组网方式包括专线式组网和交换式组网两类。专线式组网包括直连方式和DDN方式；交换式组网包括3种可能的交换网络环境，即电路交换网、包交换网（IP网）和ATM信元交换网。

　　3.1 通过直连专线组网

　　会议电视系统通信传输网进行直连专线组网时，需占用传输网上的固定时隙，即会议电视系统的多点控制器与远方会议终端与传输设备上的N×64kbit/s或2Mbit/s接口相连接。这一方案的主要优点是可靠性高，缺点是对传输带宽的使用不够灵活，当会议电视不召开时，其所占用的带宽亦无法让出。

　　3.2 通过ATM网组网

　　会议电视系统通过ATM交换网组网时，由于ATM网具有丰富的业务质量等级，可以确保话音和图像等实时性要求极高的业务享有最高优先权，即当这类用户申请传输带宽时，网络将予以优先考虑，并保证为其分配所需要的带宽。因此，ATM网将会议电视系统中继通道设定为具有最高业务质量等级的恒定比特率业务，实现各会议电视终端与多点控制单元的连接。由于ATM网络采用信元交换技术进行数据传输，具有动态带宽分配和自动路由等功能，故采用此方案进行组网时，可以降低会议电视系统的运营成本并提高业务质量。

　　目前，通过ATM网组网采用较多的有以下两种方式：

　　（1）采用H.321协议

　　H.321协议是一种新的视频会议标准，是H.320标准的会议电视终端应用于ATM网络的转换标准。事实上，H.321终端是由H.320终端与宽带适配器（STA）（在ATM网络中25Mbit/s ATM UNI接口就是一种宽带适配器）组成，因此，H.321标准完全可与H.320标准的视频会议兼容。

　　（2）采用H.320协议

　　采用H.320协议的ATM交换网方式是指利用ATM交换机上的E1仿真接口（CES）来提供直连专线进行组网。

　　3.3 通过包交换网（IP）组网

　　基于包交换网络的会议电视系统（H.323系统），其协议的实质内容是将话音和图像等实时数据打成IP包，并在TCP/IP网络上利用TCP协议的传输控制功能和IP协议的网络选路功能进行传输。虽然在技术细节上还有不少问题需要解决，但随着Internet/Intranet技术的发展，作为下一代多媒体通信网平台的H.323技术因期优秀灵活的生命力逐步得到广泛的关注。

　　随着IP网上多媒体通信业务需求的日益增加，采用特殊的业务质量等级或是实时服务，并对数据包发送的优先级进行控制、资源预留协议及实时传输控制协议等新技术，使会议电视业务所需要的实时性和充足的传输带宽的要求将在日益完善的IP包交换网络环境下逐步得以满足。

　　4 会议电视业务在ATM网络中传输

　　4.1 传输电路的选择

　　某地区目前已建成了以SDH及ATM为主干的传输电路，且均覆盖需开通会议电视系统的站点，因而，会议电视业务的传输电路就有两种方案可供选择。

　　一是以SDH作为传输电路，利用SDH光传输设备支路侧的E1口提供直连通道，并选择H.320协议的会议电视系统进行组网。H.320协议技术上比较成熟，由于速率可高达2Mbit/s，图像质量相当好，是目前使用最广泛的会议电视系统之一。采用这种方式的优点是能充分满足电力系统对通道安全可靠的要求，缺点是网络的利用率较低，通道代价较大，但是通道带宽资源可以保证的情况下，可靠性极高。

　　另一种方式是以ATM作为传输电路，在这种方式下，可以利用ATM交换设备的E1仿真接口（CES）提供直连专线通道，组成一个纯H.320的会议电视系统网络；可以利用ATM交换设备提供的25Mbit/s　ATM　uni接口，组成一个纯H.321的会议电视系统网络；也可以利用ATM交换设备提供的以太网口，组成一个纯H.323的会议电视系统网络；还可以利用以上两种或三种接口，选择H.320、H.321、H.323协议的会议电视系统进行混合组网，灵活性增强，并为将来的系统扩容提供了便利。但是，若考虑采用H.321协议，则需在ATM交换机侧增配25Mbit/s　ATM UNI卡板，由于该接口板在实际电路中应用较少，因而除非传输平台已有该接口板，否则采用此协议进行会议电视组网代价太大，所以一般不推荐采用H.321协议。

　　ATM设备作为一种多业务交换平台，有着多种类型的接口，有组成H.320的会议电视系统网络的E1仿真接口（CES），又有组成H.323会议电视系统网络的以太网口，这样，就可以根据电力系统的实际应用和已有的传输网络来选择协议。因此采用ATM作为传输电路能在充分考虑本期的会议电视系统的网络建设的同时，还为将来扩容时对站点、协议和终端设备的选择提供较大的灵活性和可选性。

　　据此，根据该地区现有的传输电路，以及对会议电视系统质量的要求，决定采用以ATM数字交换网络为基础传输电路的H.320、H.323协议混合组网的方式。

　　4.2 设备配置

　　对通信质量要求较高的站点的会议室里配置了大型会议室终端系统，采用H.320协议，通过提供直连专线来保证其对通道的要求。在一些特殊的办公场所，如局长办公室、总工办公室等，配置了桌面终端设备，采用H.323协议，通过办公室内的局域网口汇入多点控制单元。

　　由于H.323协议是基于包交换网络（IP）组网的，而IP广播本身在协议上就是可以方便有效地在网上建立一个广播频道，从而对频道的享用者（用户）数目没有限制，又不增加广域网上的带宽负担，而H.323正是利用了这一IP协议的优点，可以有效地在企业多媒体信息网上实现大用户量、大范围的多点广播型业务，而无须增加成本，并在网络结构上具备很强的健壮性，不会因为某个端点的临时突发故障而影响整个网络会议。因此采用H.323协议的桌面系统具有小型、灵活方便、即插即用、成本较低的特点，特别适用于领导之间的交流或现场办公。

　　采用H.320、H.323协议混合组网的方式，对多点控制设备亦提出了较高的要求，因为采用不同的协议、或采用相同协议的不同类型的终端设备所需的通道带宽亦不相同，因此，在选择MCU产品时，需考虑能否满足或通过外加硬件设备来满足混协议、混速率的组网要求。

　　4.3 网络的拓扑连接（略）。

　　4.4 同步方式

　　由于会议电视的图像、话音、控制和指示等信号都是通过压缩编码后相互传送的，因此，同步时钟信号源精度的高低将会直接影响到传送信号的准确性，必须采取必要的措施实现会议电视网络的网同步。

　　多点会议电视的同步有准同步、主从同步和互同步3种方式。

　　准同步方式需要每个会议电视终端有一高精度的时钟，它的优点是网络无需传送同步时钟，网络同步的可靠性高，缺陷是高精度时钟投资太高，存在固有周期性滑动，而一般会议电视系统站点较多，时钟占工程投资的比例相当大，故一般不采用准同步方式。

　　互同步工作时网络中无基准时钟，每个终端的时钟是它收到的其他终端的时钟相互同步而产生的时钟，这种方式无需高精度时钟，且受传输网的影响小，但由于它的同步容易受到扰动而引起同步不稳定，通信网中基本不采用互同步方式。 　　主从同步方式，在会议电视系统中规定一个终端的时钟作为基准时钟，其他终端的定时时钟都通过本地振荡器的锁相环锁定到接收到的基准时钟，其优点是避免了准同步时的固有周期性滑动，锁相环压控振荡器要求较低的频率精度，费用降低，控制简单，特别适用于星形网和树形网。

　　为获得较高的图像质量，该地区会议电视网络的时钟同步采用如下方式：

　　（1）定时钟采用外接高等级时钟源设备作为会议电视网络的一级时钟（主时钟）接入MCU。

　　（2）从传输信道提取时钟：可从MCU连接于传输设备的一个E1线路的数据码流中提取时钟，作为会议电视网络的二级备用时钟（从时钟）。

　　（3）内时钟：把MCU的内时钟作为三级备用时钟。

　　（4）各会场的会议电视终端时钟从其相连的MCU送出的数据码流中提取。

　　MCU设备内部的PLD电路检测外部时钟电路的稳定性，确定一级时钟是否满足时钟的要求，如果不满足，那么使用二级时钟。如果二级时钟也不满足要求，那么系统将自动使用内时钟。

　　5 结束语

　　自20世纪80年代初期，电力系统通信进入数字通信时代，为会议电视系统的顺利开通提供了有利的条件。利用电力行业本身已具有的丰富的传输通道，采用H.320协议的会议电视系统无疑是最为安全可靠的一种方式。同时，鉴于H.323系统的高灵活性、高扩展性、高性价比，在具备TCP/IP网络资源的地区，采用H.323协议的会议电视系统也是一种比较理想的方案。