网络视频技术与应用实践
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2.6 标准比较

1.H.320与H.323

1)网络结构

H.320系统网络结构主要是在H.243标准下的二级主从星形汇接结构,每个终端必须和它相应的二级从MCU建立连接,每个从MCU只能与一个主MCU建立连接。因此,从H.320全网结构来看,它是一个典型的单汇接星形结构,整个系统缺乏健壮性。

H.323系统网络结构属于总线型,每个H.323终端、MCU等设备均通过网卡挂接在网络上。H.323系统MCU(或称视频服务器)为网络提供公共视频服务,MCU可以在网络中分布式部署,避免单台MCU引起视频流量集中问题,有效控制和调节网络视频流量,起到分流作用,同时增强系统的稳定性和可靠性。

2)音频与视频编解码技术

H.320系统的图像编解码技术采用H.261或H.263标准,语音编解码技术采用G.711或G.722、G.728标准。

H.323系统的图像编解码技术采用H.261或H.263、H.264标准,语音编解码技术采用G.711或G.722、G.728、G.723.1、G.729a标准。

从编码技术看,H.320和H.323系统是同一种音频与视频编码技术,因此图像和声音表现质量和呈现基本相同,编码压缩比增大,降低传输带宽。

3)数据功能

H.320系统利用T.120标准实现数据会议功能,在数据应用中,数据通道和音频、视频一起复用在H.221信道。在使用数据通道时,需要占用音频、视频信道带宽,会导致视频图像质量下降;T.120数据视频会议的信道带宽理论最大值为384Kbps,实际应用中数据信道带宽只有64Kbps。

H.323系统沿用T.120标准实现数据应用功能,在数据应用中,直接通过UDP建立单独的T.120数据信道,根据数据应用内容,其信道带宽在数Kbps到数十Mbps之间可调,不占用视频信道。当共享或传输高质量图文信息时,表现出极大的优越性和灵活性。

4)组播功能

H.320系统本身不具备组播功能,且没有下层协议支持组播功能,借助MCU实现多点会议广播功能,而不是组播功能。

H.323系统运行在TCP/IP协议上,利用IP协议簇本身所具备的组播功能,有效实现多用户、大范围视频业务,减轻大业务量对网络带宽的压力。

5)会议调度功能

H.320系统需要在每次召开会议前,与会者和会管人员需提前沟通、人工调度会议,不便于召开即时性会议。

H.323系统具备灵活、简便的会议调度和管理功能。合法用户可以通过会管人员在MCU上安排调度会议,也可以直接登录MCU自主安排会议,在用户终端即可迅即发起会议,实现有效、快捷地召开会议。

6)网络管理功能

H.320系统没有真正意义的网络管理功能,只有专用的会议管理功能。

H.323系统运行在TCP/IP网络环境,可提供丰富的SNMP网络管理功能。通过网守GK对网络H.323终端进行配置、控制和管理,利用标准MIB管理器实现对H.323各类终端管理。

7)综合应用

H.320系统是基于窄带电路交换传输平台开展的视频会议应用,不能扩展为多媒体应用平台,当网络环境(接口类型、支持协议)进行调整、升级和改造时,H.320系统单元也需随之更换和升级。H.320系统受技术体制限制,应用比较单一,扩展性和灵活性受到很大局限性。

H.323系统支持的多媒体应用与底层网络传输无关,可以在同一个传输平台开展多种基于H.323和IP的多媒体业务,无需额外添加辅助设备,具有很强的扩展性和灵活性。

2.H.323与SIP

目前,H.323和SIP作为视频会议系统的主流技术标准,前者由ITU-TSG16定义,包括H.225呼叫控制信令和RAS信令、H.245媒体控制信令等规范;后者由IETF MMUSIC工作组定义,包括SDP媒体描述等规范。

由于SIP协议与H.323协议都基于分组交换网络,先期视频通信系统主要基于H.323协议簇,而SIP协议正在成为统一通信、下一代网络媒体通信的应用协议。虽然SIP协议和H.323协议簇并不是谁替代谁的竞争关系,但是通过比较得到的优势和不足,可以帮助我们构件系统应用时做出更恰当的选择。

1)协议功能模块

(1)系统模块功能。SIP协议功能模块中用户代理UA等价于一个H.323的终端(或者分组交换网络侧的网关),实现呼叫的发起和接收,并完成所传输媒体的编解码功能;SIP各类服务器则等价于H.323的网守,实现终端的注册、呼叫地址的解析及路由。

(2)系统协议实现。SIP协议呼叫流程类似于H.323中的RAS和Q.931协议,而SIP协议所采用SDP协议则相当于H.323中的呼叫控制协议H.245。SIP和H.323协议的媒体流都承载在RTP协议上,两者主要区别在于呼叫信令和控制的实现有所不同。

2)体系结构

在H.323系统中,终端主要为媒体通信提供数据,功能相对比较简单,而对呼叫控制、媒体传输控制等功能的实现则主要由网守来完成。H.323系统体现的是一种集中式、层次化的控制模式,计费管理、带宽管理、呼叫管理等功能在集中控制下实现,比较方便,且便于管理,但易造成系统瓶颈。

SIP采用Client/Server(客户/服务器)结构,终端比较智能化,它不仅提供数据,还提供呼叫控制信息,其他各种服务器则用来进行定位、转发或接收消息,从而使SIP系统将网络设备的复杂性推向了网络终端设备,使得用户终端非常智能化。SIP系统体现的是一种分布式的控制模式,这种模式不易造成系统瓶颈,但各项管理功能实现起来相对比较复杂。

3)视音编码格式

目前存在的编码格式有数百种之多,SIP支持任何类型编码格式,不同应用实现可根据字符串名字识别编码格式。

H.323支持的编码格式都必须是ITU-T标准化的,这成为推广应用的一个障碍。

4)复杂性

(1)消息组成。H.323定义了上百个基本元素;SIP只有37个头部(基本规定32个,另外5个用于呼叫控制的扩展),每个头部含有少量的值和参数,但包含的信息更多。

(2)消息表示。H.323采用基于ASN.1和PER的二进制方法表示其消息;SIP以文本方式表示消息,只需要相对简单的生成器和词法语法分析器,采用具有强大的文本处理功能的语言。

(3)协议栈结构。H.323的复杂性来源于它使用多个子协议,且它们之间没有清晰的界限;有些业务需要在多个协议之间交互,且协议之间的功能重复。

SIP由于只使用一个含有所有必要信息的消息,防火墙或代理不必为每个呼叫保持状态,而只为各个请求保持状态。这样防火墙或代理的实现和实际应用时,用户维护相对比较简单。

5)可靠性

H.323定义了很多功能来处理中间网络设备故障问题,确保系统运行稳定可靠。当设备失效时,协议切换使用备用设备。

SIP则不具备处理中间实体故障的能力,无论SIP用户代理或服务器发生故障,系统将无法检测和掌握其故障的发生。

6)网络管理

H.323网守提供一组丰富的控制和管理功能,包括地址翻译、接纳控制、带宽控制和地域管理;网守中还提供呼叫控制信令、呼叫签权、带宽管理和呼叫管理等选择功能。

SIP自身不支持管理和控制功能,而是依赖于其他协议实现。

7)协议扩展性

H.323提供了扩展机制,但没有提供应用交换所需协议特性信息的机制,且开发商使用非标准参数字段,限制了H.323扩展和应用的互操作性。

SIP协议定义了一系列兼顾扩展性与兼容性的方法,允许不同应用实现对协议的扩展,并提供应用系统间版本的协调。另外,为了加强可扩充性,SIP采用了层次式的数字差错代码,对每一个响应类型和错误加以描述,提高了协议的兼容性。

8)网络规模扩展性

(1)环路检测。H.323最初的设计目的是应用于局域网上的多媒体通信,并没有考虑到诸如广域网上的寻址和用户定位等问题。为防止环路,H.323定义PathValue域来指出信令信息在丢弃前允许达到的最大数目。因此PathValue域值定义很关键,且随网络变化进行调整,限制了网络规模扩展的灵活性。

SIP采用via头字段实现环路检测,出现在via列表中的设备即表示有环路现象出现,有效地发现请求前传中的可能回路,无需中间服务器保留信息和状态。

(2)服务器处理量。骨干网用户数量巨大,无论对H.323系统的网关和网守,还是SIP系统的服务器,所要处理的用户呼叫量都很大。

H.323要求网守在整个呼叫期间都要保存呼叫状态,而且其连接所需的H.225.0呼叫控制信令和H.245控制信令都由TCP传递。另外,H.323信息要比SIP信息复杂,处理工作量大,但所能处理的呼叫数比SIP小,限制了H.323的可扩展性。

SIP包含足够的状态信息,允许中间服务器在无状态模式下工作,收到呼叫请求,执行相应操作后将请求前传,并不保留呼叫状态,且可以确保响应信息的正确回传;同时,SIP消息允许在面向无连接的UDP上传送,这意味着SIP服务器可以采用基于UDP的无状态工作模式,极大地降低了所用存储器容量和计算量,提高了可扩展性。

9)支持业务比较

(1)对呼叫转接支持。H.323对于用户移动性的支持较为有限。信令信息也可以被重定向到其他IP地址上,但由于H.323开始设计时对广域网考虑不足,它的信令不包含主叫对被叫的参数选择,尽管它也支持信令在多个服务器之间的前传,但不提供环路检测。而且H.323网守也不允许将代理请求发给多个服务器。

SIP对个人移动业务提供了很好的支持。对主叫发出的请求,被叫可以重定向到多个点位,这些点位可以是任意一个URL,并且终端类型(移动、固定)、应用类型和被叫优先级列表等附加信息将被传回主叫方,这使得主叫方可以灵活地选择与哪一个点位通话。对于非交互式的终端,初始的呼叫建立信令可携带主叫所希望建立连接的终端参数,这样中间代理服务器就可以基于这些参数前传信令,提高效率。SIP同时支持多跳搜索用户。当被叫IP地址与本地服务器不在一个网段时,服务器作为代理将呼叫请求发给别的服务器,同样地,这些服务器将逐级代理这个请求,直至最终找到目的服务器。一个服务器可以同时将代理请求发给多个服务器,加快了定位被叫方的速度。

(2)第三方呼叫控制机制。H.323提供一些简单的第三方控制机制,例如,Facility信息允许被叫将来话无条件地转移到第三方(即遇忙转移),但受应用类型和范围限制;H.245的通信模式命令允许多点控制器(MC)为不同与会者改变媒体编码格式,但只能由MC来执行,不能提供构建复杂业务所需的第三方控制机制。

SIP允许通过第三方呼叫控制机制定义新的业务。这些机制允许一个实体在第三方实体的命令下创建或拆除到其他实体的呼叫。当被控实体执行这些命令时,控制实体可以获得当前状态信息。这样,控制方就很容易地控制本地的会话执行。这类似于传统电话中智能网的控制机制。当前定义的电话业务已有上百种,不可能为每一种业务都建立规划书,因此SIP采用简单、标准化的机制来配置业务,并能够以此促成一些新的业务。目前PINT(PSTN and Internetworking)工作组正在定义一种叫click-to-call的SIP扩充业务。用户在网页上单击某个按钮呼叫某个号码,PSTN的用户端设备将会自动建立这个连接,通过SIP协议实现Web服务器和PSTN之间的控制机制。

总之,H.323沿用传统的电话信令模式,其最大优势在于符合通信领域传统的设计思想,进行集中、层次式控制,便于计费和与传统的电话网相连。SIP协议借鉴了互联网标准和协议的设计思想,遵循简练、开放、兼容和可扩展的原则,结构比较简单,在大型组网和计费方面还不很成熟。H.323和SIP各有利弊,如表2-6所示。目前,在视频通信领域中采用H.323协议已被广泛接受,但是也应该看到,SIP的简单、灵活等特点正吸引着越来越多的设备厂商的关注和支持,并逐渐成为未来发展的方向。

表2-6 SIP和H.323的比较

3.H.324M与3G-324M

1)H.324M

H.324M是一个“工具箱标准”,它支持实时视频、音频、数据及它们的任意组合,允许实现者在给定的应用中选择所需要的部分。系统的主要组成是V.34调制解调器(用于PSTN)、H.233复用协议及H.245控制协议。视频、音频和数据流都是可选的,可以同时使用这几种类型。H.324支持许多类型终端设备的互操作,包括基于PC的多媒体视频会议系统,便宜的语音、数据调制解调器、加密电话、支持视频现场直播的WWW浏览器、远程安全摄像机和电视电话等。

2)3G-324M

支持移动视频手机和应用系统通信的事实标准和行业标准被统称为3G-324M 泛标准(Umbrella Standards)。3G-324M标准由3GPP组织制定,它包含一些子标准,为应用创建、互操作性和互联提供了基础。

采用3G-324M作为其移动视频传送标准的原因是,它提供了用户期望的接收质量。

3G-324M标准在技术上与H.324M非常相似,但是它指定H.263作为强制基本标准,而把MPEG-4作为视频编码推荐标准。AMR指定为音频编码强制标准。

总结:3G-324M实际上是H.324M的升级。

4.硬终端与软终端

视频终端的硬件主要包括处理器、存储器、网络控制与接口、视频I/O设备或接口、音频I/O设备或接口、用户业务操作键盘,部分终端还包括音频、视频编解码专用芯片等部件;软件主要包括硬件驱动程序、操作系统、业务控制协议栈、RTP/RTCP实时多媒体协议栈、音频与视频编解码软件、用户业务接口及其他应用软件。

1)硬终端

硬终端又称为专用终端,它采用专用硬件设备实现视频业务的功能,如桌面型个人视频终端、会议室型视频终端等。

桌面型个人视频终端是一体化的硬件终端,即音频、视频的输入/输出与业务操控于一体。它主要适用于单人使用,显示屏采用QCIF规格,音频输出使用小功率扬声器或耳机;提供音频、视频业务,同时也提供如IE浏览、电子邮件等网络应用,逐渐趋于个性化服务,提供电话本、时钟等辅助功能。

会议室型视频终端主要提供会议、培训等多人参与的业务应用。它将本端的图像、语音及其他相关信号进行采集,然后将图像、声音信号压缩编码后发送到传输通道输出,同时将收到的音频、视频压缩数据解码后还原成图像、声音信号,并支持在PAL-D/NTSC复合视频及在S-Video等视频制式的显示等设备上输出。视频采集可配备动态摄像机,根据需要动态采集视频信号。

2)软终端

软终端通过在计算机系统(如台式PC、便携式PC)内安装视频业务相关的一些应用软件,在计算机上实现视频通信的功能。在计算机上需要配备音频与视频输出设备,包括计算机摄像头、声卡、麦克风、耳机(扬声器)等。

软终端可以实现点对点视频通信、也可用于视频会议。软终端的形式灵活多样,没有特定框架限制,具有IP网络多媒体业务的多样性。从不同的业务应用需求看,可分为两种类型:一是系统公用软终端;二是单人用软终端。

系统公用软终端不仅提供点对点视频服务和视频会议系统,同时提供公用业务,如会议通知、文件共享等。为了实现系统特殊需求,私有协议应用也比较普遍。

单人用软终端主要以点对点视频业务为主,随着个人电脑和宽带的普及,以及即时通信等业务的发展,个人视频终端的应用也日益普及。