IP網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議H.323

李雷

摘要：視頻會(huì)議系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體及通訊技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，它通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)地點(diǎn)的多媒體會(huì)議終端連接起來(lái)，在期間傳送各種圖像、聲音和數(shù)據(jù)信號(hào)，使出席會(huì)議者有親臨現(xiàn)場(chǎng)的感覺(jué)。H.323標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，使得未來(lái)的視頻會(huì)議業(yè)務(wù)有更廣闊的前景。H.323的特點(diǎn)是以MCU為中心建立集中式管理，支持多點(diǎn)會(huì)議的召開(kāi)，用戶只需要關(guān)心多媒體壓縮編解碼，系統(tǒng)維護(hù)更為集中簡(jiǎn)潔。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）專門從事定義音頻和視頻通信以及電話會(huì)議的標(biāo)準(zhǔn)。H.323則是ITU指定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議簇，H.323協(xié)議，提供了基于IP網(wǎng)絡(luò)的音視頻、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)。由于H.323是行業(yè)的基本標(biāo)準(zhǔn)，所以所有廠商都遵守H.323協(xié)議進(jìn)行開(kāi)發(fā)，此標(biāo)準(zhǔn)也同樣是不同廠商系統(tǒng)互聯(lián)的基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)上大多的視頻會(huì)議MCU和終端都是遵循H.323協(xié)議研制開(kāi)發(fā)的。H.323協(xié)議可以與各個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)、終端進(jìn)行互通。通過(guò)網(wǎng)關(guān)，它可以與ISDN上的H.310、H.321、H.320、H.324終端進(jìn)行相互通訊。

H.323的優(yōu)點(diǎn)有很多，主要表現(xiàn)在

1. 網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。H.323是基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行設(shè)計(jì)的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及帶寬、傳輸速率管理技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于H.323設(shè)計(jì)的解決方案能夠伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而帶來(lái)更多的好處。

2. 帶寬管理。視頻和音頻在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，對(duì)帶寬要求很高，如果不實(shí)時(shí)地監(jiān)控就會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成阻塞。H.323可以通過(guò)帶寬管理來(lái)解決這一問(wèn)題。它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中并發(fā)的H.323連接數(shù)和H.323應(yīng)用可獲得的帶寬總數(shù)進(jìn)行限制。這樣它不但可以保證關(guān)鍵的應(yīng)用不被終斷，還可以很好地為其他應(yīng)用保留出足夠的資源。它能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的延遲、抖動(dòng)、丟包等狀況提示或者降低視頻傳輸速率。

3. 平臺(tái)及應(yīng)用的獨(dú)立性。H.323不會(huì)依賴于任何特定的硬件和操作系統(tǒng)，它兼容的平臺(tái)有很多種規(guī)格和類型。

4. 支持多點(diǎn)連接和多點(diǎn)廣播。H.323能支持3點(diǎn)或者更多點(diǎn)的視頻會(huì)議。可以通過(guò)組播將單一信息包發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)目標(biāo)，而無(wú)需重發(fā)。這能夠更有效地利用帶寬。

5. 編解碼標(biāo)準(zhǔn)。H.323為音視頻數(shù)據(jù)流的壓縮和解壓建立了標(biāo)準(zhǔn)，保證來(lái)自于不同廠家的產(chǎn)品有共同支持的領(lǐng)域，它也為基于廠家特殊的軟硬件的特性提供了很大的靈活性。

H.323系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)在邏輯上包括以下3個(gè)實(shí)體

1. 終端。H.323終端是提供實(shí)時(shí)性、雙向通信的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。所有的終端都支持語(yǔ)音通信、視頻音頻通信和數(shù)據(jù)通信。語(yǔ)音通信是必須要支持的。H.323規(guī)定了不同的音視頻和數(shù)據(jù)終端協(xié)同工作所需的操作。如下圖所示：

視頻編解碼采用了H.261、H.263、H.264以及H.264hp等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采集到的視頻進(jìn)行壓縮編碼和對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的視頻進(jìn)行解碼。

音頻編碼采用了G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)音頻進(jìn)行編解碼處理。

用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用使用T.120規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)應(yīng)用，還可以和H.245協(xié)議協(xié)同使用。

系統(tǒng)控制用戶接口采用H.245、H.225協(xié)議實(shí)現(xiàn)終端的通信建立和控制。

2. 網(wǎng)守（Gatekeeper）。網(wǎng)守是一個(gè)可選設(shè)置。它執(zhí)行兩個(gè)重要的控制功能。第一是地址翻譯功能，將終端的別名翻譯為IP地址。第二是帶寬管理功能，它可以定義同時(shí)參加會(huì)議用戶數(shù)的限制，一旦用戶數(shù)到達(dá)此值，網(wǎng)守就可以拒絕任何超過(guò)該門限值的連接請(qǐng)求。它可以將整個(gè)會(huì)議占用的帶寬限制在整個(gè)帶寬的某一個(gè)可行范圍內(nèi)，剩余的帶寬可以保證用戶其他應(yīng)用的使用。網(wǎng)守還可以包含訪問(wèn)控制、呼叫驗(yàn)證等功能。

3. 多點(diǎn)控制單元（MCU）。多點(diǎn)控制單元用于支持三個(gè)以上視頻終端設(shè)備的會(huì)議。它處理終端間的H.245控制信息，從而決定它對(duì)視頻和音頻通常的處理能力。在必要的情況下，MCU還可以判斷哪些音視頻流需要多播處理，以控制會(huì)議系統(tǒng)使用的資源。

多點(diǎn)控制單元由一個(gè)多點(diǎn)控制器和幾個(gè)多點(diǎn)處理器組成。

多點(diǎn)控制器不直接處理任何媒體流，它與所有終端協(xié)商性能。完成多點(diǎn)傳送的資源控制。在多點(diǎn)會(huì)議中，它將進(jìn)行每一個(gè)終端間的能力交換，從而確定會(huì)議中的公共能力。它還為會(huì)議選定通信模式，保證參會(huì)的所有節(jié)點(diǎn)都工作在共同的通信模式中。

多點(diǎn)處理器進(jìn)行媒體流的處理，對(duì)音視頻或者數(shù)據(jù)信息進(jìn)行混合、切換以及其他處理。媒體流在經(jīng)過(guò)多點(diǎn)處理器的處理后再送回到終端去。

H.323標(biāo)準(zhǔn)下的通訊

H.323標(biāo)準(zhǔn)下的通訊可以看成是音視頻、數(shù)據(jù)和控制包的混合體。音頻功能、Q.931呼叫的建立、RAS控制以及H.245信令是必須的。其他的視頻和數(shù)據(jù)會(huì)議都是可選的。當(dāng)編碼器支持多種編碼算法時(shí)，編碼器使用的算法由解碼器根據(jù)H.245協(xié)議傳輸過(guò)來(lái)的信息決定。H.323終端也能不對(duì)稱地工作，也就是說(shuō)支持不同的編碼和解碼算法。并能夠發(fā)送和接受多個(gè)視頻和音頻通道。

H.323控制。呼叫控制是H.323終端的核心。整個(gè)系統(tǒng)控制由三個(gè)不同規(guī)定信道提供。H.245控制信道、Q.931呼叫信道和RAS信道，控制功能包括呼叫加密信號(hào)、性能協(xié)商、命令和指示信號(hào)以及開(kāi)通并描述邏輯信道內(nèi)容的信息。所有的音視頻和控制信息經(jīng)過(guò)控制層處理，輸出到網(wǎng)絡(luò)接口，對(duì)于輸入信息流，過(guò)程正好相反。H.245控制信道是傳送控制信息的可靠信道，這些控制信息支配H.323的工作，包括性能協(xié)商、開(kāi)通和關(guān)閉邏輯通道、有限選擇請(qǐng)求、流控制信息以及其他命令。H.245將發(fā)送和接受能力分隔開(kāi)來(lái)以及提供向別的H.323終端描述這些能力的方法。在任何兩個(gè)終端之前只有一個(gè)H.245控制信道。呼叫信道視同Q.931在兩個(gè)終端之間建立連接。RAS信令功能在終端與網(wǎng)守之間執(zhí)行注冊(cè)、許可、改變帶寬、狀態(tài)及脫離程序。沒(méi)有網(wǎng)守的情況下，RAS不需要使用。

H.323音頻。H.323支持的壓縮算法都是ITU的標(biāo)準(zhǔn)。H.323終端必須支持G.711聲音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)其他的ITU的音頻標(biāo)準(zhǔn)可選。不同的音頻數(shù)字化和壓縮標(biāo)準(zhǔn)反映了聲音的質(zhì)量和比特率以及信號(hào)延遲。G.711通常以56Kbit/s或者64Kbit/s的速率傳輸聲音。此外H.323還支持G.723、G.728、G.722等音頻編解碼算法。

H.323視頻。H.323必須支持H.261編碼算法。其余編碼算法可選。視頻信息以不超過(guò)性能協(xié)商時(shí)所選定的速率進(jìn)行傳輸。H.261提供了許多不同的ITU標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容性尺度。除此之外它還支持H.263、H.264、H.264hp等效率更高的協(xié)議。這些協(xié)議可以在保證視頻分辨率的前提下節(jié)省帶寬開(kāi)銷?；谟布木幋a器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠支持大圖像的高比特和幀速率，例如cif、4cif、720p、1080p等。

H.323通信原理

H.323終端之間的呼叫、斷開(kāi)過(guò)程如下圖所示。兩臺(tái)基于H.323協(xié)議的終端進(jìn)行呼叫的過(guò)程首先使用H.225的Q.931呼叫建立協(xié)議。終端1使用TCP1720端口發(fā)送一個(gè)SETUP請(qǐng)求給終端2，終端2回復(fù)CALL PROCEEDING信息。然后再發(fā)送ALERTING信息后，聽(tīng)到鈴聲，終端1知道電話正在連接，最后CONNECT消息建立連接。當(dāng)連接結(jié)束時(shí)，端點(diǎn)1發(fā)送一個(gè)DISCONNECT消息到終端2。終端2發(fā)送一個(gè)RELEASE讓終端1知道通道關(guān)閉， 終端1發(fā)送一個(gè)RELEASE COMPLETE完成通話。

若存在網(wǎng)守時(shí)，終端與網(wǎng)守之間的通信過(guò)程如下：

此時(shí)會(huì)使用到H.225的RAS協(xié)議。RAS消息通常發(fā)送使用TCP端口1719。首先終端發(fā)送一個(gè)RRQ注冊(cè)信息給網(wǎng)守詢問(wèn)是否可以注冊(cè)。網(wǎng)守將發(fā)送回一個(gè)RCF注冊(cè)確認(rèn)，或RRJ注冊(cè)拒絕。當(dāng)你使用注冊(cè)到網(wǎng)守上的終端進(jìn)行呼叫，終端將發(fā)送一個(gè)ARQ接入允許請(qǐng)求，這是詢問(wèn)網(wǎng)守是否可以建立呼叫。它會(huì)努力找到終端撥號(hào)，回復(fù)ACF允許接入或者ARJ拒絕接入。當(dāng)掛斷電話，終端發(fā)送DRQ脫離請(qǐng)求。網(wǎng)守會(huì)回復(fù)一個(gè)DCF斷開(kāi)確認(rèn)或DRJ拒絕斷開(kāi)確認(rèn)。如果網(wǎng)守發(fā)送DRQ斷開(kāi)請(qǐng)求，那么所有的端點(diǎn)必須返回一個(gè)DCF允許結(jié)束通話。

H.323能力級(jí)交換

當(dāng)呼叫建立后，H.245接管和處理我們的能力級(jí)交換。要么打開(kāi)通信端口，要么呼叫中斷。H.245會(huì)協(xié)商兩個(gè)終端設(shè)備所能接受的呼叫帶寬、音視頻協(xié)議、主從關(guān)系等各自的能力，然后根據(jù)大家的能力進(jìn)行合理的連接。一旦呼叫建立，H.245仍然需要繼續(xù)工作，它處理我們的控制和顯示功能。例如，一個(gè)終端請(qǐng)求圖片刷新，在那里整幅圖片就會(huì)被重發(fā)，在多點(diǎn)叫H.245還用于請(qǐng)求主席權(quán)利。

基于IP的H.323標(biāo)準(zhǔn)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，使用戶從根本上擺脫開(kāi)會(huì)必須去固定會(huì)議室的限制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的視頻通信，并且互聯(lián)互通性好，支持所有廠家設(shè)備均能互聯(lián)互通，是目前主流的視頻會(huì)議協(xié)議，也是視頻會(huì)議的靈魂所在。