多媒体会议系统

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多媒体会议系统

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作者：投影机网文章来源：投影机网点击数：更新时间：2008-4-23

一、会议系统的概念
为了理解多媒体会议系统的概念,我们首先要了解计算机支持的协同工作CSCW和群件
的背景。长期以来,虽然计算机已经成为人们熟悉的信息处理工具,但无论是单机还是网
络系统,对多个用户合作工作的支持程度仍然很低。人们不仅希望计算机能作为求解问题
的工具,而且还要求能够支持人们协同工作。因此,CSCW、群件和会议系统应运而生。
80年代初期提出来的CSCW(Computer Supported Cooperative Work)是利用计算机的
方法支持人们共同工作的一个新的多学科领域,其目的在于从理论和具体应用的角度出发
,解释和研究人们的协作与交流行为,以及使用了计算机后这种协作与交流将受到哪些影
响。CSCW可以被定义为:在基于计算机支持的共享环境中,一个群体协同工作完成某一项
共同的任务。为了实现CSCW的目标,研究和设计人员努力创建一种环境和工具,这就产生
了一类新的系统形式,它相对于支撑硬件和软件,被称为群件(GroupWare)。需要注意的是
,CSCW是一门学科,包含许多领域,而群件是具体的技术实现。"共同任务"和计算机支持的
"共享环境"是CSCW或群件概念中最为关键的内容。
共同任务合作者共同要完成的任务。在传统的分时系统中,多用户并发执行相对分
离、独立的任务,而不是针对共同任务进行工作。而像共同编辑(编著)系统等则是让一组
编辑人员共同对某个数据实体进行编辑,系统负责协助工作人员集中于同一任务,并通过
密切合作和交流来完成任务。
共享环境合作者所处的某个可共享的环境。该环境将现场各种信息传送给所有(或
一组)参加者,使他们能及时了解环境中的各种情况,以便于协同操作。电子邮件系统对环
境信息要求低,消息交流是异步的,而实时会议系统同步地提供会议环境和与会人员的声
音及图像,以及显示讨论的主题,为与会者提供视频、音频和数据共享环境。
共享环境和共同任务都靠计算机支持,这一点有别于传统的依靠模拟信号的传送而形
成的电话会议和电视会议。在CSCW中,"计算机支持"意味着它是基于计算机的,计算机在
其中充当了处理中心、协调者、存储器、通信控制等多重角色。而多媒体化的信息支持
环境为协同工作提供了更接近于真实工作的环境。
CSCW的实现体现在其应用上。一种对CSCW应用进行分类的方式是按照时间和空间特
性来分类。从交互方式(时间)上考虑,协同工作既可以是同步的,也可以是异步的。同步
方式的协同操作表示合作者之间是紧耦合关系,即某个合作者的操作立即可以被群组中其
他成员感知。而异步方式表示合作者之间是松耦合关系,合作者的操作结果不是立即送给
其他成员,而是在一段时间后才被其它成员知道。从位置(空间)上考虑,协同工作可以面
对面集中在同一个地方,也可以分散在不同的地点。图1表示出按这种方式划分的4个象限
,我们可以根据落入象限的不同来定义相应的CSCW应用。其中典型的应用有:
消息系统合作成员之间利用各自的电子邮件来交换结构化的信息对象。即利用这种
系统,一组分散在异地的人员可以通过交换邮件来协同工作。其特点是对系统要求不高,
用户可随处获得这种服务,也不要求合作方同时在场。这种协同方式是异步的。
本地会议室提供一套专用设备,如大屏幕显示(投影)器、计算机、电视机、若干单
独的输入/表决设备和控制终端等。其同步的含义表示在会议室中群体成员面对面在一起
开会、表决和决策。
协同编著系统这里是作为一种异步交互方式分类的,即各协同作者在共享文档中的
不同部分工作和标注,其它作者暂时不能看到某个协同作者的工作,而当该作者完成了一
段内容后,才允许其它人看。
会议系统是以会议形式来协同工作的系统。根据交互方式的不同,会议系统分为异
步会议和同步会议。在实际中,可能很少有纯粹的异步会议,而可能有的是同步会议中包
含部分异步交互方式。例如,对会议中央数据库的存取以及会议中的电子邮件系统等。多
媒体会议和实时会议属于同步会议。实时会议是针对异步会议的概念,即协作双方之间的
信息交流(会话)是实时的,具有很短的延迟限制。
@@0536700.JPG;图1 CSCW应用的分类@@
从上面引出的概念可知,会议系统实际上属于CSCW的一种应用形式。多媒体会议系统
是一种实时的会议系统,它不仅利用实时音频和视频这种现场感媒体,而且还充分利用其
它多媒体信息,如图形标注、静态图像、文本等计算机数据信息进行交流。
二、会议系统的分类
会议系统的发展虽然有20多年的历史,但直到90年代,随着多媒体技术、计算机技术
和网络技术的结合及其在这些领域中取得的一系列成果,才使会议系统成为可用的协作和
通信工具,并得以快速发展。在这种情况下,各种类型的会议系统相继出现,种类繁多。常
见的会议系统可以按以下几种类型进行划分。
1. 按会议设备配置划分
(1) 会议室会议系统
会议地点安排在某个固定的专用会议室中,由于配置的设备质量高,因此,视频效果好
,但设备价格昂贵。在会议室中配置了专用的硬件和软件、大屏幕显示器以及音响系统。
通常使用专用的宽带通信信道,能为与会者提供接近广播级的视频通信质量。这种系统主
要用于有固定地点和时间的大型会议。
(2) 桌面会议系统
PC是常用的桌面事务处理工具。把会议系统的硬件,主要是视音频编解码器和通信接
口集成到PC中就可以构造成桌面会议系统。桌面会议系统利用公共通信网络来通信。因
为终端就在桌面上,所以可以随时与他人讨论问题,或在家里就可以参加一个远程会议。
桌面会议设备的价格相对较便宜,根据所使用的通信网络带宽的不同,视频质量一般在专
业级以下水平,能满足人们的基本要求。
2. 按照计算机设备的使用划分
(1) 电视会议
又称会议电视,可以看成是一种用于会议用途的电视系统,传送的主要是视音频信号
,也可以用传真机和资料摄像机等辅助设备传送会议文件。会议电视的终端一般也安装在
专用会议室内,用于大型会议。注意,那些采用传统电视形式双向传送的会议系统不属于
此类。
(2) 计算机会议
这是一种基于计算机的会议。会议中实时音频和视频可有可无,计算机作为会议的终
端。由于会议中采用了计算机,就可以利用它进行会议控制和管理,与会者的交互能力很
强。可以实现应用程序共享和工作空间(数据)共享。对于计算机会议,按照交互方式划分
,可以分为异步计算机会议和同步计算机会议。异步会议指所有会议用户不必同时处于激
活的状态,例如在没有提供音频和视频的计算机会议中,通过布告板、电子邮件方式召开
通信会议。而在同步会议中,所有用户同时处于激活状态,他们利用实时的视频、音频或
数据消息进行交流。
3. 按照使用的信息流类型划分
(1) 音频图形会议
在音频图形会议中,主要利用语音进行多方交流,并辅以传真机等通信设备传送图形
文件。这是一种早期的会议系统形式。
(2) 视频会议
数字视频压缩技术的进展促使人们把视频信息流加入到会议中,被称为视频(Video)
会议或视听(Audiovisual)会议。在会议中,与会者不仅可以听到对方的说话声,而且可以
看到对方的手势和面部表情。
(3) 数据会议
数据会议实际上是利用计算机,在相当窄的通信带宽网络上进行的一种交换数据形式
信息的会议。会议可以采用同步或异步形式。在会议终端上运行的是用户数据应用程序
。
(4) 多媒体会议
多媒体会议是利用全面的信息流来交换与会者的思想。这些信息流为实时音频和视
频、同步或异步的多媒体数据。在多媒体会议系统中,不仅可以在与会者之间传递多媒体
数据(如图形、静止图像等),而且作为协同工作的支撑工具,会议系统支持用户应用程序
共享,以及提供描绘讨论的电子白板和文字交谈程序。会议中的多媒体概念不仅仅表现在
信息流的多媒体形式上,而且体现在多媒体集成化的共享空间、很强的多用户交互性以
及对多媒体交流信息的一致性控制(而不是单独针对某种媒体,不是零散的而是集成一体
的通信和会议控制)。
(5) 虚拟会议
虚拟会议是会议系统的高级形式。它与常规的会议系统中所采用的独立的视频窗口
形式不同,在虚拟会议环境中,多个与会者的图像统一出现在一种虚拟会场中,表现形式可
以是使用系统提取的运动参数驱动的活动人脸模型。多点控制设备(MCU)混合接收到的音
频和视频码流,在编码状态下生成虚拟会议室,并把混合后的会议流传送给每个与会者,各
用户自己的视频流是在其相应终端处由视频和(或)音频数据经计算产生的。
4. 按照网络环境划分
(1) ISDN会议
利用公共网络作为传输服务的远程会议是ISDN会议。目前该会议是在窄带ISDN上使
用,因为ISDN网可以为会议终端提供有带宽保障的通道,有利于视音频媒体的通信。窄带
ISDN的基本速率带宽为128Kbps,虽然不足以提供电视质量的视频,但是对于会议中的头肩
图像,这种带宽是可以接受的。窄带ISDN的基群速率可达E1(欧洲的2.048Mbps)或T1(北美
的1.5Mbps),即使对于运动图像流,这种带宽也是足够的。
B-ISDN采用ATM交换技术,带宽足以满足广播级视频传输的要求。作为一种新的通信
网络技术,ATM适合多媒体数据的传输,因此,在B-ISDN(ATM网)上的会议将作为高质量远程
会议广泛使用。
(2) 局域网会议
目前,许多企业和单位都建立了局域网(LAN),现有已安装的LAN的带宽足以支持桌面
会议连接。因为LAN的可用带宽明显大于N-ISDN基本速率模式下的带宽,所以视频质量可
以提高。如果在广域连接上可以获得相应的带宽,那么,LAN上的会议就可以在全世界的L
AN/WAN环境上运行。然而,LAN当初是为传送常规数据而设计的,其资源争夺和缺乏等时性
是个重要问题。在LAN环境中,每个呼叫者共享传输介质,当增加更多的会议会话时,需要
新的带宽管理机制。虽然通信基础结构的发展,如100Mbps快速以太网的推出,有助于带宽
问题的缓解,但还需要开发和使用适合于会议中音视频传送的实时传送协议和资源预留协
议。
(3) 电话网上会议
标准的模拟电话系统是目前最广泛的、可获取的传送媒介。在传统电话系统POTS上
,使用V.34调制解调器,用户可以获得28.8Kbps的数据传送。以目前的CPU性能和数据压缩
技术,这个带宽可以支持音频、视频和数据的会议通信。近来POTS上数据传送性能改进了
许多,超过28.8Kbps的调制解调产品和标准相继推出,但对于商业会议应用来说还不够。
POTS会议的能力相似于N-ISDN。目前许多研究机构正在研究低比特率和超低比特率的视
频压缩技术,针对会议中运动不大的头肩图像进行压缩,可以获得很高的压缩比,从而可以
应用于低带宽信道。
(4) Internet网上会议
近几年来,Internet发展迅猛,世界各地的用户数激增,用户可以很容易得到Interne
t网上服务。起初,人们在Internet网上发电子邮件,用浏览器查看各种超文本信息。后来
,随着多媒体技术的应用,发展到可以在Internet网上发送多媒体电子邮件和用浏览器查
看包含多媒体数据的信息,继而可以在Internet网上打长途电话,实现了在Internet网上
的实时语音通信。由于TCP/IP协议对多媒体数据的传输没有根本性的限制,通过协议的增
强,Internet网适合作为广泛的远程多媒体通信介质。人们的进一步需求是在Internet网
上召开会议。目前已有一些Internet网上会议系统推出,如多播骨干网MBone和CU-SeeMe
。由于目前Internet网的速率在各地域不平衡,会议中的视频质量还不高,但音频效果可
以被接受。如果在内部网Intranet上运行会议系统,效果则会好得多。
三、多媒体会议的一般结构
传统的电话业务是点到点的,它只支持两个分离的用户方进行通信。为了支持物理上
分离的多点会议,需要把多于两个的地点组合起来。多点会议基于多点通信环境,通常需
要一个特殊的网络部件,即多点控制设备(MCU),或者简单地使用一个网桥来提供这个功能
。
@@0536701.JPG;图2 多点会议系统的拓扑结构@@
图2为会议系统的一般拓扑结构。在只有两个终端的会议中,终端间是直接连接的,点
到点连接是多点连接的特例。图中连接MCU和会议终端的通信线路可以是ISDN、PSTN、L
AN、ATM和中继等信道。
MCU是不支持终端功能的节点。它们作为桥接节点,桥接连接中的数据和其它媒体流
。一个多点会议中可以有多个MCU设备。由于会议信息流涉及视频和音频等实时性要求高
的大数据量媒体流,一个MCU连接会议终端的数目有限,所以,当会议终端的数目较多时,则
需要多个MCU设备。对于一般的会议环境来说,会议系统的用户使用不同能力的终端,通过
不同的网络,跨越行政区域来参与远程会议。MCU是会议系统中的一个节点,是多点会议的
汇接中心,通过MCU来实现音频和视频的混合与切换以及会议共享数据的交换。
在一个会议中,MCU完成的基本功能是:
·使输入比特流与导频时钟同步;
·从帧头抽取帧定位信号,以便使不同的码流与帧时钟同步,并抽取奇偶校验信号、
子复帧定位信号和复帧定位信号,以便对信令通道进行存取;
·对信令通道进行处理;
·在不加密的系统中,对声音通道或图像通道进行处理,以形成一个混合的声音或图
像比特流;
·根据"MCU图像切换和选择准则"的规定,进行视频图像的交换和发送;
·预先向编解码器通报决定使用的交换和切换方式,以避免交换期间和交换以后出现
质量损伤;
·将选出的或混合的视频通道和声音通道以及数据通道复接起来;
·将重建的比特流分配到相应的端口。
在某种程度上,MCU的图像切换、选择准则取决于具体的应用要求,目前常用的选择准
则有以下两种:
自动方式又称最少工作方式或声音激活切换方式,是MCU工作的自动模式。MCU将输
入的声音通道互相比较(在加密情况下利用帧中的声音功率比特),选出最响亮的发言人,
该发言人称为新发言人(New Speaker,NS)。MCU把前一个发言人(Previous Speaker,PS)
的视频通道送给NS,并将NS视频图像送给其他与会者。
手动超越控制方式又称请求方式。会议系统仍然是自动的,但其中有一个地点是会
议主持人会场(会议主席)。与会者可以向会议主席申请发言权,会议主席认可后,发言申
请者则被自动选为NS,同时他们的图像被传送到其它会场。
另外,还可以采用视频合成和音频合成的交换方式,以支持虚拟会议系统环境。
四、会议系统的发展
早在1964年,AT&T就在世界上首次推出了可视电话(称为Picture Phone),并宣称它将
改变远程通信的面貌。可视电话,又称Visual Phone或Video Phone,其外形像一台普通的
电话机,只是多了一个图像显示屏,与传统的电话一样,它最适合于个人与个人的会话,而
不是为群体会议设计的。然而,当时由于技术、价格和市场的限制,这种产品没有发展起
来。现在,随着支持可视电话的视频标准的推广应用和价格的下降,可视电话对于有支付
能力的单位和个人消费者来说,是一种有吸引力的设备,因为它不像专用的视频会议系统
,它通过公共电话网就可以建立任何两个用户终端之间的可视连接。
到了70年代,世界上出现了第一套会议系统,据说想法来源于未来世界研究中的一种
设想:不管人们走到哪里,都可以利用图像和声音互相交流。80年代后,各种各样的会议系
统相继产生,这些系统大多使用专用的设备和线路,编解码器非常昂贵,视频质量一般(通
常有运动效应和音频延迟),它们装配在特别设计的会议室中,缺乏典型的电话呼叫方式的
非正式性和易获取性。由于涉及专用设备,这些系统不能与其它信息系统连接,而成为"信
息孤岛"。
但是,它促进了以后的会议系统在人的因素方面的改进,系统设计者试图获得更接近
于面对面会谈的体验。这些改进包括:利用摄像机定位技术获得良好的视觉效果;在显示
器上投射真人大小的图像;使用话音控制交换;辅以文档摄像机和电子白板等。
进入90年代后,随着计算机技术、通信网络技术和多媒体技术的发展,视频通信重新
引起人们的兴趣。会议系统引入标准的数据压缩技术对视频信号进行高倍率压缩,遵循国
际标准的会议系统终端可以借助公共网络进行工作,系统的可用性得到加强。由于网络带
宽及费用的限制,一般在公共网络上只传送一对(正反向)视音频信号,而不是多路信号。
随着低价格的视频编辑解码器CODEC的推出,以及工作站之间共享应用软件技术的发
展,使基于计算机的会议系统应运而生。它允许两个或多个用户在计算机上协同编辑、设
计、修改和观看材料。在这种会议中,计算机不仅用于会议控制和管理,还可以利用计算
机来做会议记录、白板讨论、提交会议材料等各种形式的群体工作。目前,许多会议系统
都开始利用计算机技术来扩展其协作功能,支持基于计算机的协同工作。
90年代初期会议系统的发展得益于ISDN网络的利用和国际标准的制定,但是前景更为
广阔的会议系统市场是桌面会议系统。1997年桌面会议方案设备的价格大约为每套1000
～2000美元,而会议室会议系统的价格是桌面系统的10倍。PictureTel、VTEL、Intel、
Corel等公司推出了相应的桌面产品,Connectix、Intel、Kodak等公司也推出了不需要硬
件插卡的通用串行总线(USB)数字摄像机。目前,桌面系统一般采用Microsoft的NetMeet
ing会议系统软件作为白板共享和数据应用的基础。当然,NetMeeting也可以通过TCP/IP
处理音视频。
会议系统采用的信道取决于用户所在地网络设施的可获取性。在ISDN接入和普及便
利的地方,如法国、德国和日本,会议系统将会继续利用ISDN网络获得所需的带宽和服务
质量保障,也可以利用帧中继信道,如PictureTel的Concorde4500会议终端通过RS-449接
口接入帧中继,速率从128Kbps到768Kbps不等。
需要注意的是,随着Internet的发展,基于IP协议的会议系统将会兴起,如CU-SeeMe系
统和Mbone多播骨干网,尽管目前还存在带宽和时延等方面的限制。1997年10月,ITU-T完
成了新版H.323的修订,H.323采用实时协议RTP来解决发送数据包的时序问题,而用资源预
留协议RSVP解决多个用户分享带宽时超载的问题。
如果认为ISDN和IP的传输速率不够,那么,高端的会议系统可以利用ATM网络。在会议
系统中,视频质量好坏的关键是通信连接的类型。ATM、LAN或384Kbps(6条B通道)ISDN线
路支持全屏幕、全动态(30帧/秒)的视频和广播质量的音频。128Kbps基本速率的ISDN可
以支持1/4屏幕CIF(356×288)、12～16帧/秒的视频和AM质量的声音,如果经过MMX处理器
和软件的优化,视频帧速率可以达到22～30帧/秒(但仍然有一些不平稳的抖动)。在电话
线上,一般可达到6～12帧/秒的Quarter CIF(176×144)或更低质量的视频图像。
数据压缩方法的标准化工作,例如H.263视频标准、G系列音频标准、基于内容的新一
代编码技术MPEG-4和MPEG-7等,以及通信协议标准、Internet网络技术、计算机处理能力
在未来几年里将影响会议系统的发展。今后,会议系统将与Internet访问、多媒体邮件、
多媒体协同编著、异地协同设计、远程医疗等系统有机地融合为一体,构成一个集成的信
息环境。

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