IP網絡視頻會議標準協議H.323

李雷

摘要：視頻會議系統是計算機網絡、數據庫、多媒體及通訊技術不斷發展的產物，它通過通信網絡把多個地點的多媒體會議終端連接起來，在期間傳送各種圖像、聲音和數據信號，使出席會議者有親臨現場的感覺。H.323標準的出臺，使得未來的視頻會議業務有更廣闊的前景。H.323的特點是以MCU為中心建立集中式管理，支持多點會議的召開，用戶只需要關心多媒體壓縮編解碼，系統維護更為集中簡潔。

國際電信聯盟（ITU）專門從事定義音頻和視頻通信以及電話會議的標準。H.323則是ITU指定的一個標準協議簇，H.323協議，提供了基于IP網絡的音視頻、數據傳輸技術的基礎。由于H.323是行業的基本標準，所以所有廠商都遵守H.323協議進行開發，此標準也同樣是不同廠商系統互聯的基礎。目前市場上大多的視頻會議MCU和終端都是遵循H.323協議研制開發的。H.323協議可以與各個不同的網絡、終端進行互通。通過網關，它可以與ISDN上的H.310、H.321、H.320、H.324終端進行相互通訊。

H.323的優點有很多，主要表現在

1. 網絡的獨立性。H.323是基于網絡運行設計的。隨著網絡技術的不斷發展以及帶寬、傳輸速率管理技術的不斷進步，基于H.323設計的解決方案能夠伴隨著網絡技術的發展而帶來更多的好處。

2. 帶寬管理。視頻和音頻在網絡上傳輸時，對帶寬要求很高，如果不實時地監控就會對網絡造成阻塞。H.323可以通過帶寬管理來解決這一問題。它能夠對網絡中并發的H.323連接數和H.323應用可獲得的帶寬總數進行限制。這樣它不但可以保證關鍵的應用不被終斷，還可以很好地為其他應用保留出足夠的資源。它能夠根據網絡的延遲、抖動、丟包等狀況提示或者降低視頻傳輸速率。

3. 平臺及應用的獨立性。H.323不會依賴于任何特定的硬件和操作系統，它兼容的平臺有很多種規格和類型。

4. 支持多點連接和多點廣播。H.323能支持3點或者更多點的視頻會議。可以通過組播將單一信息包發送至網絡上的多個目標，而無需重發。這能夠更有效地利用帶寬。

5. 編解碼標準。H.323為音視頻數據流的壓縮和解壓建立了標準，保證來自于不同廠家的產品有共同支持的領域，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系統的基本體系結構在邏輯上包括以下3個實體

1. 終端。H.323終端是提供實時性、雙向通信的節點設備。所有的終端都支持語音通信、視頻音頻通信和數據通信。語音通信是必須要支持的。H.323規定了不同的音視頻和數據終端協同工作所需的操作。如下圖所示：

視頻編解碼采用了H.261、H.263、H.264以及H.264hp等標準，對采集到的視頻進行壓縮編碼和對遠端發送來的視頻進行解碼。

音頻編碼采用了G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等標準對音頻進行編解碼處理。

用戶數據應用使用T.120規定標準化的數據應用，還可以和H.245協議協同使用。

系統控制用戶接口采用H.245、H.225協議實現終端的通信建立和控制。

2. 網守（Gatekeeper）。網守是一個可選設置。它執行兩個重要的控制功能。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，它可以定義同時參加會議用戶數的限制，一旦用戶數到達此值，網守就可以拒絕任何超過該門限值的連接請求。它可以將整個會議占用的帶寬限制在整個帶寬的某一個可行范圍內，剩余的帶寬可以保證用戶其他應用的使用。網守還可以包含訪問控制、呼叫驗證等功能。

3. 多點控制單元（MCU）。多點控制單元用于支持三個以上視頻終端設備的會議。它處理終端間的H.245控制信息，從而決定它對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，以控制會議系統使用的資源。

多點控制單元由一個多點控制器和幾個多點處理器組成。

多點控制器不直接處理任何媒體流，它與所有終端協商性能。完成多點傳送的資源控制。在多點會議中，它將進行每一個終端間的能力交換，從而確定會議中的公共能力。它還為會議選定通信模式，保證參會的所有節點都工作在共同的通信模式中。

多點處理器進行媒體流的處理，對音視頻或者數據信息進行混合、切換以及其他處理。媒體流在經過多點處理器的處理后再送回到終端去。

H.323標準下的通訊

H.323標準下的通訊可以看成是音視頻、數據和控制包的混合體。音頻功能、Q.931呼叫的建立、RAS控制以及H.245信令是必須的。其他的視頻和數據會議都是可選的。當編碼器支持多種編碼算法時，編碼器使用的算法由解碼器根據H.245協議傳輸過來的信息決定。H.323終端也能不對稱地工作，也就是說支持不同的編碼和解碼算法。并能夠發送和接受多個視頻和音頻通道。

H.323控制。呼叫控制是H.323終端的核心。整個系統控制由三個不同規定信道提供。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、性能協商、命令和指示信號以及開通并描述邏輯信道內容的信息。所有的音視頻和控制信息經過控制層處理，輸出到網絡接口，對于輸入信息流，過程正好相反。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，包括性能協商、開通和關閉邏輯通道、有限選擇請求、流控制信息以及其他命令。H.245將發送和接受能力分隔開來以及提供向別的H.323終端描述這些能力的方法。在任何兩個終端之前只有一個H.245控制信道。呼叫信道視同Q.931在兩個終端之間建立連接。RAS信令功能在終端與網守之間執行注冊、許可、改變帶寬、狀態及脫離程序。沒有網守的情況下，RAS不需要使用。

H.323音頻。H.323支持的壓縮算法都是ITU的標準。H.323終端必須支持G.711聲音壓縮標準。對其他的ITU的音頻標準可選。不同的音頻數字化和壓縮標準反映了聲音的質量和比特率以及信號延遲。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。視頻信息以不超過性能協商時所選定的速率進行傳輸。H.261提供了許多不同的ITU標準之間的兼容性尺度。除此之外它還支持H.263、H.264、H.264hp等效率更高的協議。這些協議可以在保證視頻分辨率的前提下節省帶寬開銷。基于硬件的編碼器的優點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、斷開過程如下圖所示。兩臺基于H.323協議的終端進行呼叫的過程首先使用H.225的Q.931呼叫建立協議。終端1使用TCP1720端口發送一個SETUP請求給終端2，終端2回復CALL PROCEEDING信息。然后再發送ALERTING信息后，聽到鈴聲，終端1知道電話正在連接，最后CONNECT消息建立連接。當連接結束時，端點1發送一個DISCONNECT消息到終端2。終端2發送一個RELEASE讓終端1知道通道關閉， 終端1發送一個RELEASE COMPLETE完成通話。

若存在網守時，終端與網守之間的通信過程如下：

此時會使用到H.225的RAS協議。RAS消息通常發送使用TCP端口1719。首先終端發送一個RRQ注冊信息給網守詢問是否可以注冊。網守將發送回一個RCF注冊確認，或RRJ注冊拒絕。當你使用注冊到網守上的終端進行呼叫，終端將發送一個ARQ接入允許請求，這是詢問網守是否可以建立呼叫。它會努力找到終端撥號，回復ACF允許接入或者ARJ拒絕接入。當掛斷電話，終端發送DRQ脫離請求。網守會回復一個DCF斷開確認或DRJ拒絕斷開確認。如果網守發送DRQ斷開請求，那么所有的端點必須返回一個DCF允許結束通話。

H.323能力級交換

當呼叫建立后，H.245接管和處理我們的能力級交換。要么打開通信端口，要么呼叫中斷。H.245會協商兩個終端設備所能接受的呼叫帶寬、音視頻協議、主從關系等各自的能力，然后根據大家的能力進行合理的連接。一旦呼叫建立，H.245仍然需要繼續工作，它處理我們的控制和顯示功能。例如，一個終端請求圖片刷新，在那里整幅圖片就會被重發，在多點叫H.245還用于請求主席權利。

基于IP的H.323標準可以充分利用網絡資源，使用戶從根本上擺脫開會必須去固定會議室的限制，實現真正意義上的視頻通信，并且互聯互通性好，支持所有廠家設備均能互聯互通，是目前主流的視頻會議協議，也是視頻會議的靈魂所在。