視頻電話技術及在寬帶IP網絡上的應用
山東通信公司泰安分公司 泰安271000 張亮
2003/05/12
摘 要 介紹視頻電話系統(tǒng)的基本工作原理，以及所常用的協(xié)議族H.323標準，并結合寬帶網絡現狀，有針對性地探討寬帶視頻電話系統(tǒng)的具體解決方案。
1 引言
目前，以IP為核心的分組化已成為電信網絡演進的主流方向。采用分組交換技術替代傳統(tǒng)電路交換技術傳送話音業(yè)務的IP電話（Voice over IP）也不斷發(fā)展。早在1995年Internet在中國起步之時，各家運營商、廠商就涉足探討IP電話各種技術，并嘗試推廣，但都因為當時窄帶網絡環(huán)境限制而停滯。今天，全國IP寬帶網絡已形成一定規(guī)模，寬帶用戶大量發(fā)展，IP視頻電話技術的標準逐漸成熟。由于視頻設備的價格低位化以及IP視頻電話的各種潛在應用優(yōu)勢，使得許多國內外企業(yè)重新又開始關注IP可視電話市場。IP視頻電話走向家用化已成為IP網絡行業(yè)新的市場發(fā)展亮點。本文探討了視頻電話系統(tǒng)的原理、應用協(xié)議及其在IP網絡上的應用。
2 VoIP（Voice over IP）的工作原理
在狹義上，IP電話是指在IP網上承載語音業(yè)務，而在廣義上則是指在各種數據網絡上承載數據、語音、傳真和視頻等多媒體業(yè)務。其基本工作原理是：通過語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數據按IP等相關協(xié)議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。IP電話系統(tǒng)把普通電話的模擬信號轉換成計算機可聯(lián)入因特網傳送的IP數據包，同時也將收到的IP數據包轉換成聲音的模擬電信號。
3 H.323協(xié)議介紹
視訊技術隨著視訊協(xié)議、芯片器件、視訊傳輸網絡的發(fā)展而不斷發(fā)展。目前國內外主流的視訊設備都采用基于H系列協(xié)議的國際標準。H.323協(xié)議視訊技術基于TCP/IP技術，它涵蓋了包交換網絡上的音頻、視頻、數據通信，解決了點對點以及多點視頻會議中諸如呼叫與會話控制、多媒體與帶寬控制等問題。H.323具有以下主要優(yōu)點：（1）H.323協(xié)議被設計成運行在通用的網絡體系結構之上，具有網絡獨立性。（2）其協(xié)議提供了網絡帶寬管理功能，能夠對網絡中并發(fā)的H.323連接數和H.323應用可獲得的帶寬總量進行限制。（3）提供了連接基于電路交換或ISDN的視頻會議的手段。并且支持多點會議和多播（multicast）功能。（4）H.323實現了不同廠商的多媒體產品和應用的互操作等。
典型的H.323協(xié)議體系涉及到終端設備、視頻、音頻和數據傳輸、通信控制、網絡接口方面的內容，還包括了組成多點會議的多點控制單元（MCU）、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）、網關（GW）以及關守（GK）等設備。
（1）H.323視頻終端包括：可軟件升級的 H.323編解碼板、攝像機、話筒、MeetingPoint軟件等等。
（2）網關的主要功能是信令處理、 H.323協(xié)議功能、 語音編碼和解碼以及路由協(xié)議處理等功能。對外分別提供與PSTN連接的中繼接口以及和IP網絡連接的接口。
（3）網守的主要功能是用戶認證，地址解析，帶寬管理，路由管理，安全管理和區(qū)域管理。
（4）多點控制單元（MCU）用于支持三個以上端點設備的會議。在H.323系統(tǒng)中，一個多點控制單元由一個多點控制器（MC）和幾個多點處理器（MP）組成，但也可以不包含MP。
在H.323協(xié)議棧結構中，下三層是分組網的底層協(xié)議，其中的網絡層在IP網絡中就是IP。
4 視頻業(yè)務應用實例
IP電話主要有四種形式：PC-to-PC、PC-to- Phone、Phone-to-PC和Phone-to-Phone via Internet。其中PC-to-PC是最早發(fā)展起來的。我們以PC-to- PC方式作介紹。
1. PC桌面視頻電話系統(tǒng)
在視頻業(yè)務應用中，最簡單的應用就是在多媒體計算機上安裝USB接口的攝像頭，運行Windows自帶的符合H.323標準的客戶終端Netmeeting作為應用軟件（也可以是硬件如專用的Internet Phone,它提供了實時的雙向傳輸，用以傳送聲音），然后使用網上設置的目錄服務器，或者直接呼叫對方固定的IP地址，即可與在線網友進行可視通話，還可以召開多點參加的視頻會議。這種應用簡單易行，投資很少，當然在效果上不能和專業(yè)設備媲美，適用于非關鍵業(yè)務和娛樂，比如家庭用戶等。
2. 商用寬帶視頻會議系統(tǒng)
如果需要在寬帶IP上建設商業(yè)運行的視頻會議系統(tǒng)，目前已經有十分成熟的解決方案。
假設公司在城區(qū)范圍內有10個業(yè)務部門，均通過寬帶IP網絡進行了連接，在公司總部安裝Videocon MCS-1000設備作為MCU，在每個會議點的在線多媒體計算機上安裝VideoCon D150視頻會議終端，即可進行高質量的視頻會議。VideoCon D150配合VideoCon 多點會議控制器可以召開多點視訊會議，控制方式可以是主席控制、指定發(fā)言或語音激活。提供完善的會議功能：主席發(fā)言時廣播至各遠端分會場，主席選看任意分會場，也可配置為同時選看多個分會場；分會場發(fā)言時畫面廣播至其他會場。支持四分屏。這種解決方案選用專業(yè)設備，穩(wěn)定可靠，初期設備投資在20萬元以內，適用于中等規(guī)模的公司業(yè)務需求。
5 IP寬帶城域網實現視頻電話系統(tǒng)的局限性及相應的解決辦法
1. 不同視頻會議設備存在不兼容性。
從視頻會議設備產品現狀來看，各廠商都能完成H.323協(xié)議規(guī)定的主要功能。但由于對協(xié)議的理解不一致，或協(xié)議本身規(guī)定性不強，各廠商在協(xié)議實現中有很多獨特的思路和實現方式。一方面使 H.323視頻會議系統(tǒng)豐富多樣，各有所長；另一方面也使各廠商的產品互連互通能力不強。這就只能限制了在IP寬帶網絡上可實現客戶視頻會議系統(tǒng)專網，而對于構建世界范圍的H.323視頻會議系統(tǒng)網絡會造成不便。針對此問題，可行的解決方案是在電信業(yè)務體系基礎上，建立一個電信級的綜合視頻會議業(yè)務平臺。在這一平臺上可以進行集中的視頻會議業(yè)務管理、用戶管理、計費管理、賬務管理等一系列運營服務。這樣，不僅用戶可擁有電信級的高穩(wěn)定性和可靠性、全開放性與高擴展性的綜合視頻會議業(yè)務平臺，而且通信公司運營商通過這種商務運作模式可獲得有效盈利。
2. 隨著網上多媒體通信，如網絡會議、網絡電話等應用的迅速普及，一些現存網絡的沖突也突顯了出來。比如當前一些網絡實體限制端到端的分組（包）通過，這些實體指的就是網絡地址轉換器和防火墻。
（1）網絡地址轉換器對視頻電話業(yè)務的阻礙
隨著Internet的快速膨脹，IPv4地址空間將處于嚴重耗盡的境況。為解決這個問題，人們設計出了網址轉換器（NAT）。NAT是置于兩網間的邊界，其功能是將外網可見的IP地址與內網所用的地址相映射，這樣，每一受保護的內網可重用特定范圍的IP地址（例如192.168.x.x），而這些地址是不用于公網的。從外網來的含公網地址信息的數據包先到達NAT，NAT使用預設好的規(guī)則（其組元包含源地址、源端口、目的地址、目的端口、協(xié)議）來修改數據包，然后再轉發(fā)給內網接受點。對于流出內網的數據包也須經過這樣的轉換處理。從安全性上來看，NAT提供了對外隱藏內網拓撲的一個手段，但也給VoIP應用帶來巨大的麻煩。H.323等語音視頻協(xié)議消息包一般是在特定區(qū)段中內嵌IP地址和端口號，而不是放置在IP包頭，這樣如果僅僅使用NAT，協(xié)議里的IP和端口號不能指向正確的地方。雖然可以利用應用層網關（ALG）等類似的技術尋求解決方案，但是針對H.323這種采用的是ASN.1 PER編碼格式的協(xié)議來說，需要支付非常高昂的代價。目前Internet上的主流語音通信軟件，Netmeeting、Net2Phone都不支持穿越防火墻和NAT。
目前由于山東省內網絡路由架構中采用了策略路由，IP地址尋訪不通過NAT轉換設備，因此省內寬帶用戶可無屏障地進行視頻電話通信。而對于采用私網地址的寬帶用戶在與省外用戶進行通信中，必然經過NAT地址轉換設備，因此目前還無法享受視頻電話業(yè)務。針對此種問題，省通信公司已申請了足夠的公網IP地址，屆時所有的IP寬帶用戶私網地址全部改成公網地址，視頻電話互通將不成問題。
（2）防火墻對視頻電話業(yè)務發(fā)展的阻礙
通常，企業(yè)為使內部的計算機不受外部網絡的攻擊影響，都部署了防火墻，其主要目的是通過防火墻可以限定進入網內的數據包類型和流量（這種限定可以基于源IP地址、目的IP地址或端口號等簡單的規(guī)則）。更復雜些的規(guī)則（如FTP、HTTP）的限定則需要在防火墻上分析OSI的高層協(xié)議，因此付出性能上的代價。在防火墻上如果要設定信令流通過，是非常簡單的， 例如要保證SIP的信令通過，只需在防火墻上開放5060端口即可；對于H.323協(xié)議，需要開放的端口為1718或1719（發(fā)向網守的RAS消息所用端口）、1720（呼叫信令消息所用端口）。但是這樣的設定并不能完整地解決VoIP應用穿越防火墻的問題，主要原因是語音的媒體流需要通過RTP來傳輸，而傳輸所需要的源端口和目的端口是動態(tài)確定的。因此通過防火墻上的簡單設定是無法完成的。為解決其內部局域網終端與外界實現視頻電話業(yè)務，目前有不少廠家提供了相應的軟硬件產品，企業(yè)可通過簡單的網絡升級改造即可。
6 視頻業(yè)務前景展望
基于城域寬帶網絡的視頻業(yè)務突破了以往固有的限制，有十分廣闊的應用前景，視頻交互可以在遠程教育、遠程醫(yī)療、可視會議方面大大縮短空間距離帶來的限制。而遠程視頻監(jiān)控在安全防盜、防火、交通監(jiān)管、環(huán)保檢測、銀行監(jiān)控、設備監(jiān)控、員工考勤等方面大幅度地節(jié)省人力，提高效率。視頻應用在寬帶網絡普及后，必將成為最熱門的應用。可以說，現在缺乏的不是帶寬，而是缺乏在具體實踐中使用帶寬的想象力，視頻應用就是充分發(fā)揮想象力的領域之一。
中國通信網(www.c114.net)—中國數據通信
相關鏈接:
谢通门县|
星子县|
印江|
文登市|
黔西县|
怀远县|
中山市|
布尔津县|
门源|
大连市|
遂宁市|
桐柏县|
芒康县|
碌曲县|
揭西县|
翁牛特旗|
瓦房店市|
丰台区|
乐至县|
鸡西市|
汉源县|
天台县|
策勒县|
闻喜县|
陈巴尔虎旗|
长治县|
祁东县|
英德市|
新安县|
芒康县|
巫山县|
大洼县|
承德县|
常熟市|
固始县|
高密市|
晋中市|
石景山区|
潞城市|
安阳县|
肇源县|