多点视频组播视频会议的研究与实现

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3.0 李琳琳 2024-10-14 35 4 1.61MB 47 页 15积分

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对点视频组播视频会议的研究与实现

摘要

目前，视频会议系统正进入一个欣欣向荣的快速发展阶段，新兴的视频会议系统设备制

造商源源不断地进入需求日益膨胀的市场。可以说，远程视讯终端设备和网络视讯通信设备

在未来几年有很大的市场潜力，将得到大面积的普及。但是传统的视频会议的点到点的单播

通信方式由于其严重的带宽浪费和效率低下己经不能适应这些要求了。于是人们提出了组播

的概念。本文设计实现了一个基于应用层组播的视频会议系统，能够为大规模用户提供实时

多媒体数据传输服务。本文的主要研究内容有如下几个方面：

（1）突破了传统视频会议系统的专线组网方式，提出在 Internet 网络上构建视频会

议系统的设计方案。

（2）在局域网环境下，以组播理论为基础，设计出 C/S 结构的多点视频系统，提出了

整个系统的组成结构并对模块结构进行详细深入的分析。

（3）研究了组播协议，对其创建组播组、加入组播组、退出组播组进行深入分析。

（4）以 JMF 为开发工具，按照软件的模块分为：图形用户界面，组播管理和数据传输

三个主要部分，并编码实现了各个子模块实现的功能。

关键字：视频会议；组播；JMF

对点视频组播视频会议的研究与实现

第一章绪论

1.1 课题研究背景

视频会议就是通过终端与网络，使身处异地的与会者可以就同一议题参与讨论，相互之

间不仅可以听到发言者声音而且还可以看到发言者的图像及背景，同时还可以交流有关该议

题的数据、文字、图表等信息，因而与会者可获得比电话会议丰富得多的各种信息，随着超

大规模集成电路和计算机技术的发展，集计算机的交互性、网络的分布性和多媒体信息的同

步性为一体的多媒体会议电视系统突破了计算机、通信、电视等传统的界限，为人们提供了

全新的交互服务。

目前，视频会议系统正进入一个欣欣向荣的快速发展阶段，新兴的视频会议系统设备制

造商源源不断地进入需求日益膨胀的市场。可以说，远程视讯终端设备和网络视讯通信设备

在未来几年有很大的市场潜力，将得到大面积的普及。

在美国，视频会议已渗透到政府、商业、金融、交通、服务、教育等各行业，但在中国，视

频会议还处在临爆点上。金融行业、企业集团、跨国公司、各级政府等对视频会议的需求日益

高涨，网络通信技术的发展和电信基础运营成本的降低使得在宽带网络上提供低成本、高质

量、专业级别的视频会议成为可能。据计世资讯（CCW Research）预测：未来 3 年内，视频

会议系统将以复合年平均增长率 26.1%的速度增长。2005 年，视频会议系统市场规模将达到

23.1亿元，相对于 2004 年 18.7 亿元的市场规模，增长幅度为 23.0％。图 1-1 是 2002-2008

年中国视频会议系统市场规模分析。

图 1-1中国视频会议系统市场规模分析

大多数跨国集团和分支机构较多的企业在使用视频会议系统时，除了会议功能外，使用

最为频繁的将是虚拟合作，如远程的项目管理、客户服务、技术培训等等，这种应用在知识

型企业尤为明显。

但是传统的视频会议的点到点的单播通信方式由于其严重的带宽浪费和效率低下己经不

能适应这些要求了。于是人们提出了组播的概念。网络层组播由路由器来构造组播转发树，

对点视频组播视频会议的研究与实现

当数据包从树的根节点即数据源发出后，数据包沿着转发树在不同的结点路由器上进行分发，

最后到达每个接收终端。由于能有效地减少数据包的复制，网络层组播一直以来被认为是最

有效的一种用来实现数据分发的方法，虽然对网络层组播的研究一直都在进行，但是由于其

本身所带来的缺点，使得网络层组播至今并没有能够得到广泛的应用。网络层组播的主要问

题有：网络层组播体系结构缺乏可扩展性。路由器需要为每个活动的组维护路由状态信息、，

而且这些组播地址不能聚合，网络中大量的活动组将需要路由器巨大的存储和处理开销。此

外，组播组成员的动态使网络必须动态维护路由状态，更增加了组播路由器的处理开销。开

放的网络层组播模型在开放的因特网环境中难以支持有效的管理和控制机制。标准的网络层

组播业务模型是一种开放模型，任何节点都可以创建组，可以向组发送数据，节点可以加入

任何感兴趣的组接收数据，发送节点不知道具体的单个接收节点，接收节点也不需要知道发

送数据的节点。在这种模型下，接入控制、组管理、组地址的协调机制一直没有有效的解决方

案.网络层组播还没有清晰的商业费用模型，网络运营商之间有不同的利益取向。目前骨干网

运营商以带宽使用获得收益，对承载的是 IP单播业务还是 IP组播业务没有必要区分，也就

没有动力在路由器中增加对网络层组播的支持。

当前，应用层组播的研究还处于起步阶段。目前的各种应用层组播体系结构是某种应用

的解决方案，这些体系结构支持的应用不同，组网协议的性能侧重点也有所不同。所以本文

对应用层组播进行深入研究，并结合本人的实际情况利用应用层组播技术实现多点视频会议

系统有着重要的理论意义和使用价值。

1.2 国内外研究现状

应用层组播的研究现在已经是下一代互连网络研究中的热点话题之一，许多研究机构都

提出了自己的应用层组播协议。

2000 年，Y.Chu 等人提出基于 Narada 协议的 ESM(End System Multicast)。Jannotti提

出Overcast，它通过尽量将新加入的成员放到远离根的位置上，最大化发送者到接收者之

间链路的带宽，提供了一种可靠的，可扩展的组播系统，适合于对带宽要求较高的应用。

Yatin Dilip Chawathe 在他的博士论文中提出 Scattercast 系统，提出了基于服务器和客户

端两层结构的应用层组播系统。

2002 年，由 Dimitrios 等人提出一种集中式应用层组播架构ALMI(Application Level

Multicast Infrastructure)，它适用于较小规模的组播组，建立共享组播树，新成员的加

入只获得部分组成员的信息。HBM由Roca 等人于同年提出，这也是一种集中控制的协议，但

是加入者必须知道全部组成员的信息。S.Q.Zhang发表基于 Peer-to-Peer 网络的应用层组播

系统 Bayeux，它给每个P2P 节点分配一个唯一的节点号，从节点号的最后一位向前，按顺序

一位一位的匹配来进行报文路由。L.Mathy 提出 TBCP，加入者计算与每个可能父母节点之间

的配置方案，取最优的方案加入，同时考虑到尽量减少汇聚时间。S.Ratnasamy 提出了基于

P2P的应用层组播系统 CAN。它使用哈希函数，将组播组 G的地址映射到笛卡儿坐标空间，使

每个组播组都对应一个小的 CAN 网络，在小CAN 网络上通过泛洪实现组播转发。

对点视频组播视频会议的研究与实现

2003 年，HMTP 被提出。Suman Banerjee 发表了基于 Nice 的应用层组播的论文。M.Castro

发表了 Scribe，它是建立在P2P网络 Pastry之上的一个应用层组播系统，它通过从第一位

往后对节点号和组号按位匹配来确定组播树的路径，具有较好的可扩展性；另外，它借助底

层P2P网络 Pastry可以进行动态的自组织来适应网络条件的变化。

2004 年，M.Hefeeda 提出了 Promise，这也是建立在Pastry网络之上的应用层组播系统，

它的实现思想是：一个接收者可以从多个发送着处得到需要的数据，它不需要构建组播树，

当节点需要数据时，由底层P2P系统查找到一系列满足要求的发送者，接收者再从中挑选一

些较好的发送者，他们并行的向接收者发送组播数据。D.Tran 提出了基于 P2P的层次型的应

用层组播系统 ZIGZAG。

在 2005 中，Ahmed Sobeih 提出一种基于环而非组播树的应用层协议 Vring，与 Nice 相

比，它减少了环的控制代价，与 HMTP 相比，它能更好的探测出节点的失效，并能更有效的

进行修复，具有更强的鲁棒性。Roie Melamed 也提出了适应于动态环境下的应用层组播系统

Araneola。

东南大学在 2004 年提出了一个基于覆盖网(Overlay Network)技术的应用层组播系统，

利用转发树的根节点进行集中式控制和管理组播组的创建，组成员的加入、离开、组播和失

效等行为。东北大学提出了一种 IpV6上的组播 QOS控制机制，提出多层组播传输控制协议以

提供 QOS控制，为某些用户预留带宽，使网络资源与用户设施配置之间达到最优。 2006 年

清华大学的土亚磊等根据组播网络拓扑特点提出了基于图论的网络可达性故障定位问题的数

学模型，在此基础上，提出基于经验的路径加权法和基于图论的连通图算法的两种故障定位

算法

以上只是理论方面的研究工作，组播技术有很广阔的应用前景。目前大多数的视频会议

系统都是基于 H.323 协议的集中式、紧偶合会议系统，因此开发一个基于组播技术的视频会

议系统具有很重要的现实意义。

对点视频组播视频会议的研究与实现

第二章视频会议系统的关键技术研究

2.1 DirectShow 技术研究

DirectShow 开发包的主要设计目的是用来简化 Windows 平台下多媒体程序的开发，避免

了数据传输、硬件差别和同步播放过于复杂的缺点。

2.1.1 DirectShow 系统结构

DirectShow 是微软公司提供的一套在Windows 平台上进行媒体流处理的开发包，与

DirectX一起发布。DirectShow 是基于组件技术的多媒体开发体系结构，利用它可以方便地

实现视频采集、媒体格式转换以及视频播放等功能。运用DirectShow 技术，我们可以很方便

地从支持 WDM驱动模型的采集片上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中。

另外，DirectShow 还集成了 DirectX其它部分(比如 DirectDraw, DirectSound)的技术，直

接支持 DVD的播放，视频的非线性编辑，以及与数字摄像机的数据交换。它通过 DirectDraw

对显片进行控制以显示视频，通过 DirectSound对声片进行控制以播放声音。

更值得一提的是，DirectShow 是基于 COM 组件对象模型的系统，由许多模块化的软件组

件组成，它提供的是一种开放式的开发环境，我们可以根据自己的需要定制自己的组件。

DirectShow 使应用程序可以播放来自不同媒介的文件和数据流，包括本地文件、本地 CD

和DVD驱动器、网络上的远程文件和 Windows 传统视频捕捉片。DirectShow 自带一些文件格

式的压缩器和解压缩器，而且很多第三方的硬件和软件解码器也会和 DirectShow 兼容。另外

DirectShow 支持基于视频压缩管理器接口的传统 VFW多媒体数字信号解码器。

为了更好、更直观地描述 DirectShow 系统，用图 2-1 来表述一个程序中的DirectShow

组件以及一些 DirectShow 支持的硬件和软件组件之间的关系。

图 2-1 DirectShow 系统

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摘要：

对点视频组播视频会议的研究与实现对点视频组播视频会议的研究与实现摘要目前，视频会议系统正进入一个欣欣向荣的快速发展阶段，新兴的视频会议系统设备制造商源源不断地进入需求日益膨胀的市场。可以说，远程视讯终端设备和网络视讯通信设备在未来几年有很大的市场潜力，将得到大面积的普及。但是传统的视频会议的点到点的单播通信方式由于其严重的带宽浪费和效率低下己经不能适应这些要求了。于是人们提出了组播的概念。本文设计实现了一个基于应用层组播的视频会议系统，能够为大规模用户提供实时多媒体数据传输服务。本文的主要研究内容有如下几个方面：（1）突破了传统视频会议系统的专线组网方式，提出在Internet网络上构建视频会...

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