视频电话技术及在宽带IP网络上的应用

2019-11-03 10:36:23

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

张亮
（山东通信公司泰安分公司泰安271000）

　　摘要介绍视频电话系统的基本工作原理，以及所常用的协议族H.323标准，并结合宽带网络现状，有针对性地探讨宽带视频电话系统的具体解决方案。

　　关键词 H.323协议网关网守

1 引言

　　目前，以ip为核心的分组化已成为电信网络演进的主流方向。采用分组交换技术替代传统电路交换技术传送话音业务的IP电话（Voice over IP）也不断发展。早在1995年Internet在中国起步之时，各家运营商、厂商就涉足探讨IP电话各种技术，并尝试推广，但都因为当时窄带网络环境限制而停滞。今天，全国IP宽带网络已形成一定规模，宽带用户大量发展，IP视频电话技术的标准逐渐成熟。由于视频设备的价格低位化以及IP视频电话的各种潜在应用优势，使得许多国内外企业重新又开始关注IP可视电话市场。IP视频电话走向家用化已成为IP网络行业新的市场发展亮点。本文探讨了视频电话系统的原理、应用协议及其在IP网络上的应用。

2 VoIP（Voice over IP）的工作原理

　　在狭义上，IP电话是指在IP网上承载语音业务，而在广义上则是指在各种数据网络上承载数据、语音、传真和视频等多媒体业务。其基本工作原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包，同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。

3 H.323协议介绍

　　视讯技术随着视讯协议、芯片器件、视讯传输网络的发展而不断发展。目前国内外主流的视讯设备都采用基于H系列协议的国际标准。H.323协议视讯技术基于TCP/IP技术，它涵盖了包交换网络上的音频、视频、数据通信，解决了点对点以及多点视频会议中诸如呼叫与会话控制、多媒体与带宽控制等问题。H.323具有以下主要优点：（1）H.323协议被设计成运行在通用的网络体系结构之上，具有网络独立性。（2）其协议提供了网络带宽管理功能，能够对网络中并发的H.323连接数和H.323应用可获得的带宽总量进行限制。（3）提供了连接基于电路交换或ISDN的视频会议的手段。并且支持多点会议和多播（multicast）功能。（4）H.323实现了不同厂商的多媒体产品和应用的互操作等。

　　典型的H.323协议体系涉及到终端设备、视频、音频和数据传输、通信控制、网络接口方面的内容，还包括了组成多点会议的多点控制单元（MCU）、多点控制器（MC）、多点处理器（MP）、网关（GW）以及关守（GK）等设备。

　　（1）H.323视频终端包括：可软件升级的 H.323编解码板、摄像机、话筒、MeetingPoint软件等等。

　　（2）网关的主要功能是信令处理、 H.323协议功能、语音编码和解码以及路由协议处理等功能。对外分别提供与PSTN连接的中继接口以及和IP网络连接的接口。

　　（3）网守的主要功能是用户认证，地址解析，带宽管理，路由管理，安全管理和区域管理。

　　（4）多点控制单元（MCU）用于支持三个以上端点设备的会议。在H.323系统中，一个多点控制单元由一个多点控制器（MC）和几个多点处理器（MP）组成，但也可以不包含MP。

　　在H.323协议栈结构中，下三层是分组网的底层协议，其中的网络层在IP网络中就是IP。

4 视频业务应用实例

　　IP电话主要有四种形式：PC-to-PC、PC-to-Phone、Phone-to-PC和Phone-to-Phone via Internet。其中PC-to-PC是最早发展起来的。我们以PC-to-PC方式作介绍。

　　1. PC桌面视频电话系统

　　在视频业务应用中，最简单的应用就是在多媒体计算机上安装USB接口的摄像头，运行Windows自带的符合H.323标准的客户终端Netmeeting作为应用软件（也可以是硬件如专用的Internet Phone,它提供了实时的双向传输，用以传送声音），然后使用网上设置的目录服务器，或者直接呼叫对方固定的IP地址，即可与在线网友进行可视通话，还可以召开多点参加的视频会议。这种应用简单易行，投资很少，当然在效果上不能和专业设备媲美，适用于非关键业务和娱乐，比如家庭用户等。

　　2. 商用宽带视频会议系统

　　如果需要在宽带IP上建设商业运行的视频会议系统，目前已经有十分成熟的解决方案。

　　假设公司在城区范围内有10个业务部门，均通过宽带IP网络进行了连接，在公司总部安装Videocon MCS-1000设备作为MCU，在每个会议点的在线多媒体计算机上安装VideoCon D150视频会议终端，即可进行高质量的视频会议。VideoCon D150配合VideoCon 多点会议控制器可以召开多点视讯会议，控制方式可以是主席控制、指定发言或语音激活。提供完善的会议功能：主席发言时广播至各远端分会场，主席选看任意分会场，也可配置为同时选看多个分会场；分会场发言时画面广播至其他会场。支持四分屏。这种解决方案选用专业设备，稳定可靠，初期设备投资在20万元以内，适用于中等规模的公司业务需求。

5 IP宽带城域网实现视频电话系统的局限性及相应的解决办法

　　1. 不同视频会议设备存在不兼容性。

　　从视频会议设备产品现状来看，各厂商都能完成H.323协议规定的主要功能。但由于对协议的理解不一致，或协议本身规定性不强，各厂商在协议实现中有很多独特的思路和实现方式。一方面使 H.323视频会议系统丰富多样，各有所长；另一方面也使各厂商的产品互连互通能力不强。这就只能限制了在IP宽带网络上可实现客户视频会议系统专网，而对于构建世界范围的H.323视频会议系统网络会造成不便。针对此问题，可行的解决方案是在电信业务体系基础上，建立一个电信级的综合视频会议业务平台。在这一平台上可以进行集中的视频会议业务管理、用户管理、计费管理、账务管理等一系列运营服务。这样，不仅用户可拥有电信级的高稳定性和可靠性、全开放性与高扩展性的综合视频会议业务平台，而且通信公司运营商通过这种商务运作模式可获得有效盈利。

　　2. 随着网上多媒体通信，如网络会议、网络电话等应用的迅速普及，一些现存网络的冲突也突显了出来。比如当前一些网络实体限制端到端的分组（包）通过，这些实体指的就是网络地址转换器和防火墙。

　　（1）网络地址转换器对视频电话业务的阻碍

　　随着Internet的快速膨胀，IPv4地址空间将处于严重耗尽的境况。为解决这个问题，人们设计出了网址转换器（NAT）。NAT是置于两网间的边界，其功能是将外网可见的IP地址与内网所用的地址相映射，这样，每一受保护的内网可重用特定范围的IP地址（例如192.168.x.x），而这些地址是不用于公网的。从外网来的含公网地址信息的数据包先到达NAT，NAT使用预设好的规则（其组元包含源地址、源端口、目的地址、目的端口、协议）来修改数据包，然后再转发给内网接受点。对于流出内网的数据包也须经过这样的转换处理。从安全性上来看，NAT提供了对外隐藏内网拓扑的一个手段，但也给VoIP应用带来巨大的麻烦。H.323等语音视频协议消息包一般是在特定区段中内嵌IP地址和端口号，而不是放置在IP包头，这样如果仅仅使用NAT，协议里的IP和端口号不能指向正确的地方。虽然可以利用应用层网关（ALG）等类似的技术寻求解决方案，但是针对H.323这种采用的是ASN.1 PER编码格式的协议来说，需要支付非常高昂的代价。目前Internet上的主流语音通信软件，Netmeeting、Net2Phone都不支持穿越防火墙和NAT。

　　目前由于山东省内网络路由架构中采用了策略路由，IP地址寻访不通过NAT转换设备，因此省内宽带用户可无屏障地进行视频电话通信。而对于采用私网地址的宽带用户在与省外用户进行通信中，必然经过NAT地址转换设备，因此目前还无法享受视频电话业务。针对此种问题，省通信公司已申请了足够的公网IP地址，届时所有的IP宽带用户私网地址全部改成公网地址，视频电话互通将不成问题。

　　（2）防火墙对视频电话业务发展的阻碍

　　通常，企业为使内部的计算机不受外部网络的攻击影响，都部署了防火墙，其主要目的是通过防火墙可以限定进入网内的数据包类型和流量（这种限定可以基于源IP地址、目的IP地址或端口号等简单的规则）。更复杂些的规则（如FTP、HTTP）的限定则需要在防火墙上分析OSI的高层协议，因此付出性能上的代价。在防火墙上如果要设定信令流通过，是非常简单的，例如要保证SIP的信令通过，只需在防火墙上开放5060端口即可；对于H.323协议，需要开放的端口为1718或1719（发向网守的RAS消息所用端口）、1720（呼叫信令消息所用端口）。但是这样的设定并不能完整地解决VoIP应用穿越防火墙的问题，主要原因是语音的媒体流需要通过RTP来传输，而传输所需要的源端口和目的端口是动态确定的。因此通过防火墙上的简单设定是无法完成的。为解决其内部局域网终端与外界实现视频电话业务，目前有不少厂家提供了相应的软硬件产品，企业可通过简单的网络升级改造即可。

6 视频业务前景展望

　　基于城域宽带网络的视频业务突破了以往固有的限制，有十分广阔的应用前景，视频交互可以在远程教育、远程医疗、可视会议方面大大缩短空间距离带来的限制。而远程视频监控在安全防盗、防火、交通监管、环保检测、银行监控、设备监控、员工考勤等方面大幅度地节省人力，提高效率。视频应用在宽带网络普及后，必将成为最热门的应用。可以说，现在缺乏的不是带宽，而是缺乏在具体实践中使用带宽的想象力，视频应用就是充分发挥想象力的领域之一。

摘自《中国数据通信》