基于SIP的高清晰视频会议系统设计以及实现

摘要

利用视频会议进行远程教育目前已经十分普遍，然而基于硬件的视频会议虽然可提供高质量的服务，但价格昂贵无法大规模部署；而传统的桌面级视频会议系统往往很难提供高质量的视音频服务、而且不能支持千人以上的大规模交互式会议，更不支持在基于IPv6的中国下一代互联网(CNGI) CERNET2上运行，无法利用CNGI高带宽低时延的特点。本文提出了面向CNGI、支持1080i(1920*1080 隔行扫描)的高清晰视频会议系统，能将全场景教室画面传输到远程学生端。 高清晰视频对系统的编解码、传输、以及高效显示都提出了很高的要求，尤其是目前互联网带宽不够稳定的情况下，传输问题更是制约了高清晰视频会议系统的部署。因此，目前市场上主流的硬件视频会议最高仅可支持720*576的标清视频，并没有真正的高清晰视频会议系统。为解决实时高清晰视频在IP网上的可靠传输，本文提出了一种针对实时多媒体数据传输解决方案——可靠混合组播协议(RCMP)，该协议结合了应用层组播和IP组播的优点，改进了应用层组播时延较大，管理不可控等缺点；相比传统的C/S结构模型，在同等规模的客户端数量下，需部署的服务器数量降低了50％以上，不仅提高了视音频的传输质量也降低了系统的部署成本。 针对网络状况不稳定带来的视音频丢包问题，一方面，在应用层采用冗余编码技术提高丢包的容错能力，另一方面，针对实时数据，本文提出了有限重传技术，两种技术的结合使系统在丢包率较高的网络中仍能保持较好的视音频效果。此外系统基于RCMP之上应用了RTP/RTCP协议，可以根据网络状况自动调节视音频质量参数。为解决反馈消息过多而导致服务器负载过重的问题，本系统采用了分布式反馈代理，通过将负载均分给若干个代理服务器，从而有效避免了反馈爆炸问题。以上技术的结合大大提高了视音频在网络状况较差时的传输质量。 在会议控制方面，本系统采用了业界主流的会话初始协议(Session Inititation Protocol, SIP)作为会议控制协议，在点对点功能SIPX协议栈基础上实现了基于SIP标准会议控制协议，从而使本系统具备了和其他基于SIP的系统互联互通的能力。 在网络结构方面，本系统采用了高度可扩展的分布式体系结构，并同时支持IPv6/IPv4，支持NAT/防火墙的穿透，在可扩展性方面较之传统的视频会议有了较大提高。因此本系统可以通过目前IPv4网络即可实现和基于IPv6的CNGI CERNET2上的客户端互联互通。 本论文工作得到了国家发展改革委员会重大项目“2005年中国下一代互联网示范工程——CNGI远程教学公用通信平台系统”（项目编号CNGI-04-15-3A）的支持。