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IP网络多媒体通信技术及应用 教学课件 ppt 作者 朱志祥 5-9 第8章.ppt.ppt

IP网络多媒体通信技术及应用 教学课件 ppt 作者 朱志祥 …

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第章 视频会议通信控制技术第章 视频会议通信控制技术 会议终端通信协议及过程 视频数据实时传输控制技术 网守控制的会议终端通信过程 网守的设计与实现第章 视频会议通信控制技术 会议终端通信协议及过程 终端间通信原理  两个H会议终端间一次完整的通信过程包括个阶段:呼叫建立过程、能力交换和主从确定过程、媒体信道建立过程、媒体流传输过程和呼叫中止过程。  呼叫建立过程可以不经过网守,直接在两个终端间进行。在多点视频会议中,由于会议终端数量较多且能力不同,因而会议终端管理及呼叫建立过程一般通过网守进行。呼叫建立过程使用H呼叫信令协议。第章 视频会议通信控制技术  能力交换和主从确定过程使用H协议。能力交换过程用来保证传输的媒体信号是能够被接收端接收的。这要求每一个终端的接收和解码能力必须被对方终端知道。终端不需具备所有的能力,对于不能处理的要求可以不予理睬。终端通过发送它的能力集合使对方知道自己的接收和解码能力,接收方可以从中选择某种方式。主从确定过程通过主从终端判断来保证当一个呼叫中出现两个终端同时初始化一个相同事件时不会产生冲突。终端的状态一旦确定,在整个呼叫过程期间都不会改变。第章 视频会议通信控制技术  在能力交换过程完成后,主叫和被叫之间就可以根据对方的接收能力发起媒体信道建立过程,包括单向信道打开过程和双向信道打开过程。媒体信道建立过程主要涉及RTPRTCP协议。  媒体流传输过程主要是指在媒体信道上传输媒体信息流(包括音频、视频和数据流)。媒体流是直接在终端与终端之间或终端与MCU之间传输的,不涉及网守,但在H系统跨越代理通信时需要重定向媒体流。在通信过程中,网守可以利用IRQ消息查询终端的状态,也可以在RCF消息或ACF消息中要求终端定期发送IRR消息以便网守查询终端状态。在通信过程中还可以利用H控制消息实现改变信道结构、能力、接收模式等功能。例如,可以通过BRQ消息改变逻辑信道的带宽。第章 视频会议通信控制技术 H呼叫信令协议及呼叫建立过程  H呼叫信令协议  H呼叫信令协议是以ISDN的QQ为基础制订的,其中尤以Q最为重要。Q是ISDN用户网络接口(UNI)的第三层信令协议,用于基本呼叫控制。它和网络节点接口(NNI)的号信令ISDN用户部分(ISUP)配合,完成从主叫用户到被叫用户的端到端连接的建立、维护和释放。对于补充业务,ISDNUNI制订了通用功能协议Q,规定了各种补充业务的一般控制机制及相应的消息和信息单元。与之对应,H系统也采用同样的体系来处理补充业务。第章 视频会议通信控制技术  呼叫信令由多个信令消息组成,而消息中又包含了多个不同的信息单元。H呼叫信令消息和信息单元取自于Q和Q消息和信息单元。H与它们的主要差别是H对各个消息中用户-用户信息单元的内容根据H系统作了新的增补定义,另外对某些信息单元的个别字段的编码和含义作了一些扩充和界定。  由于H呼叫不承担连接控制的任务,许多Q和Q中的消息在H中已经失去意义,因此H消息是对Q和Q消息的一种精简。H呼叫信令消息如表-所示。第章 视频会议通信控制技术表- H呼叫信令消息消息类别消息名消息性质呼叫建立消息Setup(建立)Alerting(提醒)Connect(连接)SetupAcknowledge(建立确认)CallProceeding(呼叫进行中)Progress(进展)MMMOOO呼叫清除消息ReleaseComplete(释放完毕)M其它消息Status(状态)StatusEnquiry(状态询问)Information(信息)Notify(通知)MOOOQ消息Facility(性能)UserInformation(用户信息)MO第章 视频会议通信控制技术  H消息可以分为四大类:呼叫建立消息、呼叫清除消息、其他消息和Q消息。其中前三大类消息继承于Q消息。对于每个消息的含义和用途可参阅相关资料。H呼叫信令消息的一般结构如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- H呼叫信令消息的一般结构第章 视频会议通信控制技术  公共的消息头部由三个部分组成:协议标志符、呼叫引用值(CallReferenceValue,CRV)和消息类型。其中协议标志符固定为H,一个字节长度,表示是Q协议。CRV长度为个字节,其值由主叫方产生并且保证惟一性,用于标识呼叫,仅在呼叫段上局部有效。例如,呼叫信令采用网守选路方式传送,则主叫终端网守和网守被叫终端这两个信令段的CRV值一般是不同的。若采用直接呼叫方式,则主叫终端和被叫终端的CRV值相同。为了予以区分增设一个CRV标志位F规定主叫侧发出的信令消息恒置F=被叫侧发出的信令消息恒置F=。消息类型由Q统一编码,在H中也规定了一些扩展值。第章 视频会议通信控制技术  除了上述固定的消息头部外,每一个消息中包含了若干个信息单元(InformationElement,IE),其中某些是必备的,某些是任选的。H的信息单元共有个,其中从Q继承了个,从Q继承了个。各信息单元名称与相应的功能如表-所示。第章 视频会议通信控制技术表- H信息单元及其功能信息单元名功能信息单元名功能主叫号码给出主叫用户号码呼叫状态指示当前的呼叫状态主叫子地址给出主叫用户子地址键盘性能用户向网络发送ASCII字符串供处理被叫号码给出被叫用户号码显示网络向用户发送ASCII字符串供显示被叫子地址给出被叫用户子地址信号指示激励型终端生成音信号发送完全指示被叫号码已经发送完通知指示指示呼叫相关信息承载能力指示要求网络提供的承载特征日期时间网络向用户指示消息产生的时间原因提供诊断性能指示补充业务的操作调用和结果进展指示给出呼叫过程进展的情况用户用户主叫用户间传递的信息第章 视频会议通信控制技术  呼叫建立过程  呼叫建立过程包括呼叫控制和连接控制两部分。  ()呼叫控制:执行呼叫信令协议(属于H),控制信道为呼叫信令信道(可靠信道)。呼叫建立成功后,在终端之间建立起H控制信道。  ()连接控制:执行H控制协议,控制信道为媒体控制信道,简称控制信道(可靠信道)。在终端之间建立起具有一定带宽的一个或多个逻辑信道,如音频逻辑信道、视频逻辑信道。实时通信的逻辑信道均为不可靠信道,采用UDP连接。第章 视频会议通信控制技术图- 直接传递信令消息的呼叫建立过程第章 视频会议通信控制技术  两个会议终端直接传递信令消息的呼叫建立过程如图-所示。  终端(主叫终端)首先根据终端的IP地址和呼叫信令信道公认的TCP端口(终端默认为)向终端发起呼叫,建立其至终端的TCP连接,即建立起可靠的呼叫信令信道。  终端在此呼叫信令信道上发送Setup消息。  终端回送CallProceeding消息,指示呼叫已经抵达,正在处理之中。  终端向终端回送Alerting消息,等待用户应答。第章 视频会议通信控制技术  用户应答后,终端向终端发送Connect消息,消息中带有终端的H控制信道TCP端口号。至此,呼叫建立完成。  之后,终端会根据终端发送的H控制信道TCP端口号,与终端建立H通道。至此,呼叫信令信道建立完毕。第章 视频会议通信控制技术 H媒体控制协议及过程  H媒体控制协议  H是通用的多媒体通信控制协议,主要针对会议通信设计。H系统采用H协议作为媒体控制协议,用于控制通信信道的建立、维护和释放。在H中定义了两类信道:控制信道和通信信道。其中,控制信道也称为H信道,位于H实体上的两个H对等信令实体通过该信道传送H消息,以控制媒体信道的建立和释放。通信信道也称为逻辑信道,在其上传送用户通信信息。一般来说,两个实体间可有多条逻辑信道,可分别传送音频、视频、数据。第章 视频会议通信控制技术  在呼叫建立过程中,被叫终端向主叫终端回送Connect消息,传递被叫终端H控制信道TCP端口号。主叫终端通过该端口与被叫终端建立H控制信道,每个呼叫有且只有一个H控制信道,它伴随着呼叫信令信道的存在而存在,直到通信结束后才释放。在控制信道中,终端通过互相发送消息进行能力协商(CapabilityExchange),确定双方的接收能力和发送能力,即交换双方所能支持的编解码器类型信息,然后根据协商的结果,分别打开相应的逻辑信道,在逻辑信道上传送相应的音视频流。结束通信时,由发送方关闭逻辑信道,双方关闭H控制信道和呼叫信令信道。第章 视频会议通信控制技术  H消息可以分为种类型:请求、响应、命令和指示。请求和响应消息由协议实体使用,构成协议过程。请求消息要求接收方执行所要求的动作,并立即返回响应。响应消息是对请求消息的回复,可以是证实、拒绝和返回请求的结果。命令消息也要求接收方执行指定的动作,但不要求其回送响应。指示消息通常是终端的状态信息,它只传送信息,不要求接收方执行动作,也不要求其回复响应。第章 视频会议通信控制技术  H几个主要协议过程中使用的H消息如表-所示。其中每个过程都有相应的请求消息。例如,能力集协商过程中,终端能力集请求消息,对应的有终端能力集证实(Acknowledge)和拒绝(Reject)两种响应消息,而Release消息是发出请求后超时未收到任何响应时,请求方发出的撤除该请求的指示消息。打开逻辑信道确认消息用于双向信道建立,因为这是一个三次握手过程。维护环路命令关闭消息是通知对方环路测试结束的命令消息。第章 视频会议通信控制技术表- H协议过程中所用的消息协议过程消息中文名称消息英文名称消息类型能力集协商终端能力集TerminalCapabilitySet请求终端能力集证实TerminalCapabilitySetAcknowledge响应终端能力集拒绝TerminalCapabilitySetReject响应终端能力集释放TerminalCapabilitySetRelease指示逻辑信道信令过程打开逻辑信道OpenLogicalChannel请求打开逻辑信道证实OpenLogicalChannelAcknowledge响应打开逻辑信道拒绝OpenLogicalChannelReject响应打开逻辑信道确认OpenLogicalChannelConfirm指示关闭逻辑信道CloseLogicalChannel请求关闭逻辑信道证实CloseLogicalChannelAcknowledge响应接收方关闭逻辑信道请求请求信道关闭RequestChannelClose请求请求信道关闭证实RequestChannelCloseAcknowledge响应请求信道关闭拒绝RequestChannelCloseReject响应请求信道关闭释放RequestChannelCloseRelease指示主从确定过程主从确定MasterSlaveDetermination请求主从确定证实MasterSlaveDeterminationAcknowledge响应主从确定拒绝MasterSlaveDeterminationReject响应主从确定释放MasterSlaveDeterminationRelease指示往返时延确定往返时延请求RoundTripDelayRequest请求往返时延响应RoundTripDelayResponse响应时延维护维护环路请求MaintenanceLoopRequest请求维护环路证实MaintenanceLoopAcknowledge响应维护环路拒绝MaintenanceLoopReject响应维护环路命令关闭MaintenanceLoopCommandOff命令第章 视频会议通信控制技术  H基本命令消息见表-。其中流量控制消息的功能是限制一个逻辑信道的比特率或者所有逻辑信道总的比特率。发送终端能力集命令的作用是在发生中断或其他不确定问题的情况下,请求远端终端发送能力集消息告知其发送和接收能力。加密命令用来交换加密能力,命令远端在信道上发送初始矢量。结束会话命令表示结束,终止H消息传输,通常是呼叫控制过程中的最后一个消息。第章 视频会议通信控制技术表- H基本命令消息中文消息名称英文消息名称流量控制FlowControl发送终端能力集SendTerminalCapabilitySet加密Encryption结束会话EndSession(其它命令)(Miscellaneous)第章 视频会议通信控制技术表- H基本指示消息中文消息名称英文消息名称功能无法理解FunctionNotUnderstand抖动指示JitterIndicationH最大斜偏指示HMaximumSkewIndication用户输入UserInput(其它指示)(MiscellaneousIndication)第章 视频会议通信控制技术  H主要协议过程  H控制信道建立以后,需要进行能力协商以确定应该打开哪些类型的逻辑信道,根据情况的不同,需要采用不同的协议过程。以下主要介绍H的几个最重要的协议过程:能力协商(交换)过程、主从确定过程和逻辑信道信令过程。第章 视频会议通信控制技术  )能力协商过程  能力协商过程是H控制信道建立后首先要执行的一个过程,它使通信双方了解对方接收和发送信号的能力。接收能力限定了对端发送信号的模式,发送能力给定了对端请求信号希望模式的协商范围。描述终端接收和发送能力的终端能力集消息不但给出终端可支持的各种媒体信号的操作模式,而且还给出了终端同时处理多种媒体信号的可能的组合操作模式。第章 视频会议通信控制技术  图-给出了终端能力集消息的数据结构。其中,序号由证实消息返回,发送终端据此可以确定与该证实消息匹配的终端能力集消息。协议标识指明H版本号。复用能力主要指示该终端的多点通信能力,用于会议通信。能力表(CapabilityTable)列出了终端所允许的操作模式,如G音频、G音频、HCIF视频等,每种模式对应能力表中的一个表项,赋予相应的序号,称之为能力序号。第章 视频会议通信控制技术图- 终端能力集消息的数据结构第章 视频会议通信控制技术  一个能力描述语集(CapabilityDescriptorSet)由若干个能力描述语(CapabilityDescriptor)组成,每个能力描述语由一个能力描述语序号(CapabilityDescriptorNumber)和一个同时能力(SimultaneousCapabilities)组成。同时能力由若干个可选能力集(AlternativeCapabilitySet)组成,可选能力集由若干个能力序号(CapabilityNumber)组成。第章 视频会议通信控制技术  对于可选能力集,终端可以按照其中的任何一种方式工作,如可选能力集{G,G,G}表示终端可以采用其中任何一种音频编码方式,但不同时使用多种工作模式。而对于同时能力,终端可以同时使用一组能力进行工作。例如,同时能力由可选能力集{H,H}和{G,G,G}组成,则表示终端可同时工作于一个视频信道和一个音频信道,视频信道有H和H两种可选模式,音频信道有G、G和G三种可选操作模式。若干个同时能力构成了能力描述语集,使得终端可能选用多种组合方式工作。在不同的组合方式下,各个信道允许的操作模式可能不一样,以满足不同的需求。例如,终端的能力描述语集中,一个同时能力为上述的{{H,H},{G,G,G}},另一个同时能力为{{H},{G}},它表示该终端的视频信道也可以采用H编解码,但此时音频只能采用G。第章 视频会议通信控制技术  )主从确定过程  主从确定过程确定哪个终端是主终端,哪个是从终端,避免信令过程中的冲突现象。其主要应用是会议通信中的MC仲裁。一个会议呼叫中只能有一个MC,如果两个参会的H实体都含有MC,则必须通过一定的规则确定其中一个是主MC。该协议过程也适用于双向信道建立时的主从终端确定。主从状态确定后,在整个呼叫中将保持不变。  在执行主从确定过程时,每个终端需生成一个随机数,称为状态确定号(StatusDeterminationNumber),其取值范围为~-。为了确定主从关系,任一终端可向对方发送一个主从确定消息,该消息中包含两个参数:状态确定号和终端类型。终端类型亦为一个整型数,其值按表-的规定确定。第章 视频会议通信控制技术表- 用于主从确定过程的H终端类型取值实体功能H实体终端网关网守MCU实体不含MC功能实体含MC但不含MP功能实体含MC和数据MP功能实体含MC和数据、音频MP功能实体含MC和数据、音频、视频MP功能第章 视频会议通信控制技术  对方收到主从确定消息后,执行主从确定计算。确定主从终端的规则是:首先比较两个终端的终端类型值,大者为主如果终端类型值相同,再比较两个终端的状态确定号,大者为主如果仍然相同,则判定为不可确定。一般主从终端是可以确定的,此时对方回送确定消息,告知判定结果如果不可确定,则回送确定拒绝消息,告知理由为数字相同,此时,本地终端重新生成一个状态确定号,再次启动主从确定过程。第章 视频会议通信控制技术  )逻辑信道信令过程  能力协商完成后,终端就可根据对方的接收能力发起逻辑信道建立过程。以单向信道为例,其建立过程如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- 单向逻辑信道建立过程第章 视频会议通信控制技术  信道打开由发送方启动,它向接收方发送打开逻辑信道消息,消息中包含前向逻辑信道号和信道参数。其中,信道号必须由发送方赋值,证实消息返回此值,以和请求消息匹配。信道参数包括数据类型、媒体信息是否需要确保传送、是否执行静音抑制、目的地终端标记等。  对方接收到打开逻辑信道消息并确认后,回送打开逻辑信道证实消息,消息中包含前向逻辑信道号和前向复用证实参数。至此,两终端间建立起了前向逻辑信道,开始传送信号。这里,ldquo前向rdquo指的是打开逻辑信道消息发送方至接收方的方向。第章 视频会议通信控制技术  双向信道信令过程和单向信道基本相同,其主要差别在于消息中还包含反向信道参数。因此,一次消息交换同时建立两个方向的信道。此外,请求方收到对端的证实消息后,还需回发一个确认消息,表示反向信道建立成功,可以开始传送信号。  通信的双方都可以发起呼叫释放,但关闭逻辑信道只能由发送方完成。接收方如果遇到无法解码等特殊情况,可以向发送方发送关闭逻辑信道请求。第章 视频会议通信控制技术 视频数据实时传输控制技术 RTPRTCP协议结构  两个终端间呼叫信令信道建立之后,H控制信道建立起来,然后通过能力协商,打开相应的H逻辑信道,其中传输视频数据的视频信道就是一种H逻辑信道。在视频会议系统中,如何提高音视频数据传输的实时性和通信的QoS,这是一个技术重点也是一个难点。在H视频会议系统中,采用了IETF提出的RTP(Real-timeTransportProtocol,实时传输协议)来保证QoS。第章 视频会议通信控制技术  RTP为具有实时特性的音频视频通信提供了传输服务。它实际上包含两个协议:RTP本身和RTCP。RTP用以传送实时数据,提供净荷类型指示、数据分组序号、数据发送时间戳和数据源标识等。RTCP用于传送实时信号传递的质量参数,提供QoS监测机制,同时还可以传送会议通信中的参会者信息,为会议通信提供控制机制。本节将分别介绍RTP、RTCP及其头部结构。第章 视频会议通信控制技术  RTP  RTP通常运行在UDP之上,二者共同完成传输层的功能。UDP提供复用及校验和服务,也就是通过分配不同的端口来传送多个RTP流。协议规定,RTP流应使用偶数(n)端口号,相应的RTCP应使用相邻的奇数(n)端口号。  RTP分组头部固定结构如图-所示。其各个字段的含义简单介绍如下,有关具体解释和说明可参阅协议规范文献。第章 视频会议通信控制技术图- RTP分组头部结构第章 视频会议通信控制技术  V:版本号,比特,用于标识RTP的版本号,其值一般为。  P:填充指示位,比特。如果P位置ldquordquo,表示分组结尾含有个或多个填充字节。两种情况下需要填充,一种是某些加密算法要求数据块大小固定二是在一个低层协议数据包中载有多个RTP分组。  X:扩展指示位,比特。如果X位置ldquordquo,则固定头部后还有一个扩展头部。扩展头部提供各种应用,传送和净荷格式无关的附加的公共信息,建议不要使用。  CC:CSRC计数,比特,指示固定头部后部的CSRC标识的个数。第章 视频会议通信控制技术  M:标志位(Marker),比特。标志位的含义一般由应用文档解释。例如,其在H视频流的应用中,一般作为帧边界标志。  PT:净荷类型(PayloadType),比特。该字段标识RTP的净荷类型,值为标识传输Gu数据值为标识传输GA数据值为标识传输G数据值为标识传输G数据值为标识传输H数据。其值也可以由具体应用定义。一般在会话过程中,RTP源可以改变净荷类型。第章 视频会议通信控制技术  序号(SequenceNumber):比特。每发送一个RTP分组,序号加。序号可供接收方检测分组丢失和恢复分组顺序。序号的初值应为随机数,使得数据加密后不易受到攻击。  时间戳(Timestamp):比特。时间戳指示的是RTP数据分组第一个字节的取样时刻。如同序号一样,时间戳的初始值也是随机数。如果几个相邻的RTP分组是同时产生的,则它们的时间戳值应相同,例如属于同一帧的数据时间戳相同。第章 视频会议通信控制技术  SSRC(SynchronousSource):同步源标识,比特。SSRC用于标识信号的同步源,其值随机产生,但要保证同一个RTP会话中任意两个同步源的SSRC标识都不相同。  CSRC(ContributingSource):分信源标识,比特。CSRC标识由混合器插入,其值就是组成复合信号的每个分信号的SSRC标识,用于标识各个组成分信号的信源。CSRC的个数由CC字段指定,最多包含个。第章 视频会议通信控制技术  采用RTP协议传送视频时,用UDP分组传送,每个数据包并不一定按照先后顺序到达,甚至会出现数据包丢失的现象。此时,可以利用序号字段来判断是否有数据丢失,如有丢失,则需要进行相应的处理。另外,利用序号字段也可以对数据包进行重新排序。根据M标志位字段,可以快速判断视频数据包是否到了帧的结尾。根据时间戳字段,可以统计出每帧数据采样的时间差,从而计算出发送端视频数据的采样速率。因此,采用RTP协议能快速得到一些统计信息,以便接收端采取相应的措施,保证数据传输的实时性和正确性。第章 视频会议通信控制技术  RTCP  RTCP的基本思想是采用和数据分组同样的配送机制向RTP会话中的所有与会者周期性地传送控制分组,从而提供数据传送QoS的监测手段,并获知与会者的身份信息。RTCP主要有大功能:提供数据传送质量的反馈信息,这是RTCP最主要和最基本的功能传送RTP源传输层永久标识,此标识称为规范名(CanonicalName,CNAME),接收方可根据CNAME跟踪每个与会者确定RTCP分组发送速率,一方面保证能及时提供监测信息,另一方面使RTCP分组不会多到影响音视频信号的传送传送少量会话控制信息,如与会者标识等。第章 视频会议通信控制技术  RTCP中定义了如下几个分组类型:发送者报告(SenderReport,SR)、接收者报告(ReceiverReport,RR)、源描述项(SourceDescription,SDES)、BYE(退出会话)和APP(应用特定功能)。每个RTCP分组由固定头部和若干个可变长度的数据单元组成。分组长度必定是比特字的整数倍,且头部有长度字段,因此多个RTCP分组可以组装成一个复合RTCP分组,各分组间无需分界指示。  SR是由数据发送者发出的发送和接收统计数据,RR是由非数据发送者发出的接收统计数据。对于复合RTCP分组,第一个RTCP分组必须是SR或RR。即使尚未发送和接收任何数据,也必须发送一个空的RR。第章 视频会议通信控制技术  ()头部:长度为个字节。头部包含以下字段:  middot版本号V,比特。这个字段标识RTP的版本号,其值一般为。  middot填充指示P,比特,含义同RTP分组头。  middot接收报告计数RC,比特,指示分组中包含的接收报告块个数,可以为。  middot净荷类型PT,比特。SR的净荷类型值为,RR的净荷类型值为。  middot长度,比特,其值加表示RTCP分组的长度。长度单位为比特字,包括头部和填充字节。  middot发送方SSRC,比特,为发送该SR分组站点的同步源标识。第章 视频会议通信控制技术  ()发送方信息:长度为字节,是SR分组的必备部分。发送方信息包含以下字段:  middotNTP(NetworkTimeProtocol)时间戳,比特,指出该SR分组发出的绝对时间,它表示相对于零点的时间差值,单位为秒。前比特高位字为整数部分,后比特低位字为小数部分。根据此值和由其他接收端回送的NTP时间戳,就能测出至这些接收端的往返传播时延。  middotRTP时间戳,比特,它所指示的时间与NTP时间戳指示的时间相同,但时间单位和初始值与数据分组中的RTP时间戳相同。此值可用于NTP同步的不同信源之间的同步。第章 视频会议通信控制技术  middot发送方RTP分组计数值,比特。其值为发送者自开始发送以来直至本SR分组生成为止发送的RTP数据分组总数。  middot发送方RTP字节计数值,比特。其值为发送者自开始发送以来直至本SR分组生成时为止发送的RTP数据分组的净荷字节数(不含头部和填充字节),该值可用来估算平均净荷数据速率。第章 视频会议通信控制技术  ()接收报告块:每个报告块提供来自指定同步源的接收数据的统计信息。接收报告块包含以下字段:  middotSSRC-n,比特,本报告块信息所属信源的SSRC标识。  middot丢失率,比特,自上次SR发送以来,由SSRC-n发来的RTP数据分组的丢失比率。  middot累计丢失分组数,比特,指示从开始接收以来丢失的来自SSRC-n的RTP数据分组总数。  middot扩展的已接收最高序号,比特,该值减去收到的初始序号就是期望收到的分组数。第章 视频会议通信控制技术  middot到达时延抖动,比特,是一对分组接收端接收间隔和发送端发送间隔之差值的平均偏差。  middot最末SR时间戳,比特,为最近收到的来自SSRC-n的SR分组中NTP时间戳的中间比特。  middot最末SR后的时延,比特,为收到最近一个来自SSRC-n的SR分组至发送本接收报告块的时延,单位为秒。第章 视频会议通信控制技术  )QoS性能监测  SR和RR中有许多有用的信息可供信号发送者、接收者和第三方监测QoS性能和诊断网络问题,并及时调整发送模式。这些信息可分为三类:累计信息、即时信息和时间信息。通过计算两个接收报告累计信息之差可以监测长期性能指标由即时信息可以测量短期性能时间信息可以用来计算比特率指标。第章 视频会议通信控制技术  例如,两个接收报告的累计丢失分组数之差给出了在这段时间中的丢失分组数扩展最高序号之差为这段时间内的期望接收分组数二者之比为这段时间内的分组丢失率。丢失分组数除以两个报告的NTP时间戳之差为每秒分组丢失率。期望接收分组数减去丢失分组数即为这段时间内收到的分组数。由期望接收分组数还可以判断丢失统计指标的可信度。由于上述测量都是基于两个接收报告之差的,因此即使曾发生报告丢失也不会影响测量结果。第章 视频会议通信控制技术  第三方即使没有接收实际音视频数据,通过收到的发送者信息也可计算出这段时间内的平均净荷数据率和平均分组发送率,两者之比即给出平均净荷大小。假定分组丢失率和分组大小无关,则由某个接收站接收分组数乘以平均净荷大小就得出该接收站的吞吐量。  H系统利用RTCP的SR和RR监测QoS。SR主要用于多RTP流,如音频和视频流的同步。与流同步的相关字段是RTP时间戳和NTP时间戳。RR用于监测QoS指标,包括长时间指标和短时间指标。如果分组丢失率高于设定值,就应降低媒体速率。如果接收报告间隔超过设定值,则根据RR分组中的丢失率判断是否网络拥塞。若是,应降低媒体速率或者进行其他相关的处理,如降低图像帧速率、关闭不重要的媒体等。第章 视频会议通信控制技术  需要注意的是,RTP和RTCP为音频、视频等实时数据提供端到端的传递服务,可以向接收终端传送实时信号必需的定时和顺序信息,并向收发双方和网络运营者提供QoS监测手段。但是,RTP本身并不提供任何保证QoS的机制,要确保通信的实时性还需要IP网络本身具有这方面的增强能力。第章 视频会议通信控制技术 H视频数据的RTP封装  RTP封装原理  针对具体的音视频标准的RTP封装,IETF制订了相应的净荷格式规范。现以H视频格式为例,分析如何对视频进行RTP封装。经过RTP封装后的H数据分组是一个如图-所示的三层结构。第章 视频会议通信控制技术图- RTP数据分组第章 视频会议通信控制技术图- H头部结构第章 视频会议通信控制技术  H头部结构如图-所示,长度为个字节,位。每个字段含义如下:  middotSBIT(StartbitPosition,开始位位置),比特,H数据中第一个字节需要被忽略的位数,从第一位开始计算。  middotEBIT(EndbitPosition,结束位位置),比特,H数据中最后一个字节需要被忽略的位数,从最后一位开始计算。  middotI为帧内编码标志,比特。若数据流仅仅只有帧内编码块数据,则置ldquordquo,否则置ldquordquo。第章 视频会议通信控制技术  middotV为运动矢量标志,比特。如果数据流使用了运动矢量,则置ldquordquo,否则置ldquordquo。  middotGOBN为块组号,比特,分组中开始数据所在的块组号。若分组以块组头开始,则置ldquordquo。  middotMBAP为宏块地址预测,比特。  middotQUANT为量化因子,比特。若分组数据以块组头开始,最后个字段值均置。  middotHMVD为水平运动矢量,比特。若分组数据以块组头开始,最后个字段值均置。  middotVMVD为垂直运动矢量,比特。若分组数据以块组头开始,最后个字段值均置。第章 视频会议通信控制技术  如果每帧H数据都可以封装在一个RTP分组中进行传输,则RTP封装问题将会很简单,可以将一帧数据封装在一个RTP分组中。然而,由于一个RTP分组最大为字节,而通常一帧数据甚至是一个块组的数据都可能大到无法封装在一个RTP分组中进行传输。因此,需要将一帧数据分割成多个较小的数据包,再封装在RTP分组中进行传输。在国际标准中规定将宏块作为RTP分组封装不可分割的最小单位,多个宏块可以封装在同一个RTP分组中,并且只要分组大小允许,多个块组甚至多个帧都可以封装在一个RTP分组中。因为当数据量很小时,这样做可以减少数据包发送的频率。第章 视频会议通信控制技术  需要注意的是,不可将帧头和该帧中第一个块组分开封装在不同的RTP分组中,也不可将块组头和该块组中第一个宏块分开封装在不同的RTP分组中。另外,有时宏块并不是以整字节开始和结束的,而RTP封装是以宏块为最小分割单位的,所以在每个分组的H头中包含了两个比特的整数SBIT和EBIT,分别标识封装后的H数据的第一个字节和最后一个字节中未被使用的比特位的个数。这些未被使用的位是用于补充成整字节的填充位。第章 视频会议通信控制技术  RTP封装具体实现算法  在一般的H视频数据RTP封装中,均以宏块为最小分割单位。但是,在低带宽情况下,可以以块组为最小分割单位进行RTP分组,这种方法与以宏块为最小分割单位的方法原理相同,但是执行效率较高。  对H数据流进行RTP封装可以分为以下三步进行,其算法流程描述如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- H视频数据RTP封装的算法流程第章 视频会议通信控制技术  ()找帧头和块组头,并进行分组。当编码器产生H数据流后,将该数据流保存到源缓冲区msrcBuffer中,并将连计数器mzeroCounter置,目标缓冲区mdstBuffer赋全。根据H帧结构可知,帧起始码为,共位,块组起始码和块组号连接在一起为xxxx,也是位(其中xxxx的值为块组号,从变化到)。变量mzeroCounter标识连的个数,当出现个以上连(H编码时保证了纯数据不会出现个以上连)且最后出现时,则认为是找到了帧头或块组头,而后面的比特位(将其值保存到变量mgobNum中)决定了是帧头还是块组头。当mgobNum等于时,则为帧头若mgobNum大于且小于等于时,则为块组头,且mgobNum的值即为块组号若mgobNum值大于,则认为是出错。第章 视频会议通信控制技术  在找帧头和块组头的同时,编码器不断从msrcBuffer中读出下一比特位的值,赋给临时变量mtmpBitValue,经过判断后将mtmpBitValue写入到mdstBuffer(目标缓冲区)对应的字节中对应的比特位,以完成从源缓冲区到目标缓冲区的数据拷贝。最终,mdstBuffer中保存的值就是进行找帧头和块组头后的分组数据。第章 视频会议通信控制技术  ()分组后的H数据加入H头。此时需要在mdstBuffer的分组数据前加入个字节的H头,H头各个字段值由具体的数据内容所决定。由于mdstBuffer是从第个字节的第位开始拷贝的,所以将字段SBIT的值置为而字段EBIT的值则由mdstBuffer的最后一个字节有几个无效位(填充位)决定,其值在~之间变化。由于一般都采用帧内和帧间编码相结合的方式,所以字段I的值置H编码中一般采用运动检测,字段M置。采用块组作为最小分割单位时,GOBN、MBAP、QUANT、HMVD、VMVD几个字段均置全。第章 视频会议通信控制技术  ()在加入H头的基础上加入RTP头。H分组数据加上H头后,需要再添加RTP头。当找到帧头时,可以认为是上一帧数据的结束,则将mmarkFlag(帧结束标志)置为(修改RTP头的Mark标志位的值为),再将加入H头的mdstBuffer加入相应的RTP头。当找到块组时,由于不能将帧头和块组分开,所以在此处不作处理,继续找块组的起始码。当找到块组到时,将mmarkFlag(帧结束标识)置为(修改RTP头的Mark标志位的值为),再将加入H头的mdstBuffer加入相应的RTP头。第章 视频会议通信控制技术  最后将加上H头和RTP头的H分组数据从视频逻辑信道中发送出去,在接收端按照与上述相反的过程去掉RTP头和H头即可得到视频数据。至此,完成视频会议系统中视频数据的实时传输。  在低带宽情况下,以块组为最小分割单位时能极大提高程序运行的效率当带宽较大时,需要以宏块为最小分割单位,以此来保证传输的图像质量。当将块组作为最小分割单位时,若视频编码率小于kbs,则图像较为理想,基本不出现马赛克现象。当视频编解码速率大于kbs时,图像会出现比较严重的马赛克现象(因为处理时将大于字节的块组丢弃)。当视频编码率速率较高时,每个块组数据量很大,会超过字节,此时不能将一个块组数据封装在一个RTP包中,需要对块组进行拆分,将其分成多个宏块进行RTP封装。第章 视频会议通信控制技术 网守控制的会议终端通信过程  由网守控制的H终端之间建立通信一般要经过以下三个控制过程。  ()呼叫接纳控制:执行RAS协议(属于H),控制信道为RAS信道(不可靠信道)。网守同意接纳后在终端和网守之间建立起呼叫信令信道,进入呼叫建立。  ()呼叫控制:执行呼叫信令协议(属于H),控制信道为呼叫信令信道(可靠信道)。呼叫建立成功后,在终端之间建立起H控制信道。第章 视频会议通信控制技术  ()连接控制:执行H控制协议,控制信道为媒体控制信道,简称控制信道(可靠信道)。在终端之间建立起具有一定带宽的一个或多个逻辑信道,如音频逻辑信道、视频逻辑信道。实时通信的逻辑信道均为不可靠信道,采用UDP连接。第章 视频会议通信控制技术 网守的功能  在H标准中,网守(GateKeeper,有时又称网闸)提供对端点和呼叫的管理功能,它是一个任选部件,但是对于公用网上实际运行的视频会议系统来说,网守是一个不可缺少的重要组件。在逻辑上,网守是一个独立于端点的功能单元,然而在物理实现时,它可以装备在终端、MCU或网关中。网守相当于H网络中的虚拟交换中心,其功能是向H节点提供呼叫控制服务。当系统中存在网守时,它必须提供以下基本功能:第章 视频会议通信控制技术  ()地址翻译。根据端点在网守注册时建立的翻译数据库表,将被叫终端或网关的别名地址翻译为传输层地址。网守运行期间,翻译数据库表不断地根据注册信息更新。别名可以是一些便于记忆的名字,比如昵称或电子邮件地址等,但更常用的别名是E地址(电话号码)。  ()呼叫接入控制。当端点发起呼叫时,首先给网守发送接入请求消息(ARQ)。网守根据用户的权限和此时的可用网络带宽等条件判定是否允许该次呼叫请求,相应地回送接入证实(ACF)或接入拒绝(ARJ)消息。第章 视频会议通信控制技术  ()带宽管理。网守支持BRQBRJBCF消息,网守根据终端类型和网络带宽利用率对域中带宽的使用情况进行控制,并且可以根据端点的请求情况和网络实际运行情况动态地重新分配带宽。  ()区域管理。域中所有的设备都要在网守上注册,网守提供对整个域(包括终端、网关、MCU、MC以及非H设备)的管理功能。第章 视频会议通信控制技术  ()呼叫控制。H协议规定终端至终端的呼叫信令有两种传送方式:一是经由网守转接的网守转发呼叫信令方式,双方不知道对端的地址,有利于保护用户的隐私权,网守介入呼叫信令过程另一种是端到端的直接路由呼叫信令,网守只在初始的RAS过程中提供被叫的呼叫信令信道传输层地址,其后不再介入呼叫信令过程。第章 视频会议通信控制技术  ()呼叫管理。例如,网守可以保存一份正在进行的H呼叫清单,据此来判定被叫终端是否忙,并向带宽管理模块提供带宽使用信息。  ()网络管理。网守可以向计费中心提供计费基础数据,向管理中心提供话务统计基础数据。  ()其他功能,如终端带宽预留、目录服务、信息库管理等。第章 视频会议通信控制技术 网守的层次结构  公用视频会议系统采用两级体系结构,即顶级网守和一级网守。在业务量大的地区可根据需要增加二级网守,形成三级体系结构。公用视频会议系统网守的体系结构如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- 公用视频会议系统网守体系结构第章 视频会议通信控制技术  顶级网守云可以包含多个顶级网守,顶级网守之间的连接、一级网守与顶级网守之间的连接以及不同运营者之间的连接由各运营者根据各自的情况自行确定其方式。当运营者网络规模不是很大时,顶级网守的功能可由其中一个一级网守完成。  ()顶级网守。顶级网守负责管理属于该运营者的一级网守,主要负责一级网守之间的地址解析、不同运营者视频会议网之间的互通和地址交换也负责国际业务的管理,即国际呼叫的建立和拆除。  ()一级网守。一级网守主要负责该一级网守所管辖的全部二级网守以及IP电话终端代理间的地址解析工作。在两级网的情况下,二级网守的功能全部归入一级网守。第章 视频会议通信控制技术  ()二级网守。二级网守主要负责所属区域内用户的地址解析和认证,防止非法用户的接入和非法网关的登记负责向所属网关提供路由信息,包括被叫网关的端口信息等。  ()网守之间的互通。网守之间的通信完成不同区域之间的呼叫建立。顶级网守与一级网守之间,或一级网守与二级网守之间的互通采用RAS协议,主要传送用户地址解析信息。  ()网守与网关之间的互通。网守与网关之间使用RAS协议进行通信,RAS信令采用H消息在网守与端点之间完成注册、接入控制、带宽转换、状态信息传送和切断等操作。RAS信令信道与呼叫信令信道和H呼叫控制信道无关。RAS信令信道为非可靠信道,使用UDP方式传送信令。第章 视频会议通信控制技术 网守的RAS协议及过程  RAS协议  RAS协议是H协议的一部分,故又称HRAS协议。RAS协议为网守专用,故又称网守RAS协议。  RAS协议用于端点和网守或网守与网守之间,主要实现呼叫的设备管理、地址解析、计费和认证信息的传递。具体的RAS消息如表-所示。第章 视频会议通信控制技术表- RAS消息过程名消息消息名设备管理网守搜寻GRQ网守搜寻请求GCF网守搜寻证实GRJ网守搜寻拒绝端点登记RRQ登记请求RCF登记证实RRJ登记拒绝URQ去除登记请求UCF去除登记证实URJ去除登记拒绝端点定位LRQ端点定位请求LCF端点定位证实LRJ端点定位拒绝第章 视频会议通信控制技术表- RAS消息呼叫管理呼叫接纳ARQ呼叫接纳请求ACF呼叫接纳证实ARJ呼叫接纳拒绝呼叫退出DRQ呼叫退出请求DCF呼叫退出证实CRJ呼叫退出拒绝资源管理带宽管理BRQ带宽请求BCF带宽证实BRJ带宽拒绝信息查询IRQ信息请求IRR信息响应资源指示RAI网关资源可用性指示RAC网关资源可用性证实第章 视频会议通信控制技术  RAS协议的管理功能主要包括设备的管理、呼叫管理和资源管理三部分。  设备管理分为搜索、登录和注销三个流程。搜索有动态搜索和静态配置两种,静态配置无需进行设备发现申请,直接通过设备间事先的手工配置进行。动态搜索则需要设备进行动态的发现流程,即请求上级设备提供可接入的设备的IP地址,同时交换双方的安全信息,协商加密算法,协商共享密码。第章 视频会议通信控制技术  呼叫管理包括接入控制序列、拆线序列和地址解析序列,主要用在网关和网守之间。接入控制序列由网守检查网关接入呼叫的信息,分为带卡流程和不带卡流程两种拆线序列实现呼叫的释放、计费信息的提取和保护地址解析序列根据被叫信息解析被叫对端网关的地址。  资源管理包括带宽管理、信息查询、资源可用性汇报序列。第章 视频会议通信控制技术  RAS协议过程  RAS信道是不可靠传输信道(在IP网络上使用UDP),用于承载注册、认证、状态等RAS消息。RAS信道使用周知端口UDP。  )网守查找  H提供一种自动查找网守的方法。终端广播一条网守请求消息GRQ,接收到GRQ消息的网守向该终端发出网守确认消息GCF当网守不希望终端向其注册时就发出网守拒绝消息GRJ,如图-所示。如果一个终端收到多个GCF消息,它可以选择其中一个网守注册。第章 视频会议通信控制技术图- 网守查找第章 视频会议通信控制技术  )终端注册  注册是一个终端加入一个域并告知网守其传输层地址和别名地址的过程。终端发起呼叫之前必须先向网守注册。终端向网守发送登记请求消息RRQ,网守返回注册确认消息RCF或注册拒绝消息RRJ,如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- 终端注册第章 视频会议通信控制技术  终端可以向网守发送注销注册消息URQ以注销其注册。网守以注销注册确认消息UCF响应。当终端并未在该网守注册时,网守返回注销注册拒绝消息URJ。注销注册使终端可以改变其别名地址和传输层地址的关联。网守也可以通过发送URQ消息来注销终端的注册,这时终端必须返回UCF消息。此后终端应重新注册。终端重新注册时可以向另外一个网守注册。注销注册过程如图-所示。第章 视频会议通信控制技术图- 注销注册过程第章 视频会议通信控制技术  )终端定位  当一个终端或网守

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