組播視頻工具VIC研究 (陳旸,清華大學(xué))

1、1組播視頻工具VIC研究清華大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)工程研究中心陳旸 張軒 李崇榮2004-12-262目錄lVIC的歷史lVIC的體系結(jié)構(gòu)lVIC的適用性研究lVIC的擴(kuò)展性研究l應(yīng)用及前景3VIC的歷史VIC的體系結(jié)構(gòu)VIC的適用性研究VIC的擴(kuò)展性研究應(yīng)用及前景4VIC簡(jiǎn)介lVIC (Videoconferencing Tool)是一個(gè)組播視頻工具，主要用于組播視頻會(huì)議系統(tǒng)。lVIC的主要特點(diǎn)： 支持組播（multicast） 支持多種標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼方式 支持多種平臺(tái) 支持多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 提供視頻流加密和用戶身份認(rèn)證 有良好的交互界面 提供會(huì)議同步協(xié)調(diào)總線機(jī)制 可以和音頻軟件同步5VIC的歷史l作者 U

2、CB-LBNL，Lawrence Berkeley National Laboratory at University of California, Berkeley UCL，University College Londonl組織 AG，AccessGrid OpenMashl版本 Berkeley Version UCL Version OpenMash Version6發(fā)展里程碑l1992Multicast Backbone (MBone)l1993,1994MBone ToolsXerox PARC Network Video tool, nv INRIA Video-conferen

3、cing System, ivs. l1995UCB/LBNL, UCLVic,vat,wbSdrl1997UCLVic,ratGCCP清華大學(xué)與UCB實(shí)現(xiàn)基于MBone的視頻會(huì)議l2001 清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)和華南理工大學(xué)實(shí)現(xiàn)基于VIC的多點(diǎn)實(shí)時(shí)授課系統(tǒng)l2003 CERNET建成中國(guó)第一個(gè)大規(guī)?；诰W(wǎng)絡(luò)的視頻組播技術(shù)服務(wù)系統(tǒng) 7VIC的歷史VIC的體系結(jié)構(gòu)VIC的適用性研究VIC的擴(kuò)展性研究應(yīng)用及前景8VIC系統(tǒng)組成框圖 編碼/加密視頻采集RTP打包網(wǎng)絡(luò)傳輸其他用戶信息渲染解碼本用戶解包Session會(huì)話外部協(xié)同進(jìn)程視頻顯示Mbus/Confbus(消息總線)9設(shè)計(jì)思想l輕量會(huì)話

4、模型 (Lightweight Session Model) 體系結(jié)構(gòu)原理l應(yīng)用層分幀原則 (Application Level Framing ALF) 工程實(shí)現(xiàn)原理l綜合層處理原則 (Integrated Layer Processing ILP) 會(huì)話 (Session):lMulticast address + port10l提出LSM的考慮： 兼顧分層原則與效率 關(guān)鍵點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理沒有任何的延遲lLSM具體實(shí)現(xiàn)： RTP packet成為操作的單元結(jié)構(gòu) 減小延時(shí)，減小數(shù)據(jù)的重復(fù)拷貝 管道線處理11VIC的歷史VIC的體系結(jié)構(gòu)VIC的適用性研究VIC的擴(kuò)展性研究應(yīng)用及前景12平臺(tái)適用性l

5、VIC采用了平臺(tái)無關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法 Windows Linux Solaris HP-UX MAClTcl/Tk與C混合編程 C+實(shí)現(xiàn)類定義和實(shí)現(xiàn) Tcl/Tk控制程序流程 VIC采用Tcl/Tk腳本編寫界面，通過C+ 程序調(diào)用Tcl/Tk的解釋器來運(yùn)行Tcl/Tk腳本，從會(huì)話Session對(duì)象中獲得相應(yīng)的資源列表，調(diào)用系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn) 13網(wǎng)絡(luò)傳輸適用性lALF實(shí)現(xiàn)高速海量連續(xù)數(shù)據(jù)流的傳輸，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸所經(jīng)過的應(yīng)用組件和網(wǎng)絡(luò) l在ALF的設(shè)計(jì)思想基礎(chǔ)上形成了RTP協(xié)議lRTP協(xié)議采用了ALF模型，完全獨(dú)立于下層的網(wǎng)絡(luò)，適用于異質(zhì)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l采用宏塊（Macro Block）級(jí)別發(fā)送 壓縮編碼到宏

6、塊后，用RTP打包發(fā)送，而不是一般方法采用的將一幀數(shù)據(jù)都?jí)嚎s好以后發(fā)送 14網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適用性l對(duì)現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)有很好的適用性l可以用于IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)，采用了協(xié)議棧無關(guān)性的實(shí)現(xiàn)方法，有很好的靈活性l初步實(shí)驗(yàn)證明可以適用于下一代互聯(lián)網(wǎng)15編解碼適用性l多種編解碼方式 現(xiàn)有H.261，H.263，H.263+，JPEG，nv，phv，MPEG1，MPEG2等l編解碼部分完全模塊化 可實(shí)現(xiàn)：lMPEG4 適用于低帶寬的情況 正在研究中：l加入DV格式，用于高質(zhì)量視頻l加入H.264標(biāo)準(zhǔn)l高壓縮率，大碼流的的MPEG216VIC的歷史VIC的體系結(jié)構(gòu)VIC的適用性研究VIC的擴(kuò)展性研究應(yīng)

7、用及前景17可擴(kuò)展性需求l下一代互聯(lián)網(wǎng)的高帶寬、高性能決定了視頻會(huì)議具有大規(guī)模、強(qiáng)交互的特點(diǎn)lVIC是否能夠成為大規(guī)模、強(qiáng)交互組播視頻會(huì)議的核心工具，是一個(gè)值得研究的問題18可擴(kuò)展性分析lVIC的總線設(shè)計(jì)具有內(nèi)部總線和會(huì)議總線，支持內(nèi)部組件之間的協(xié)同，也支持進(jìn)程之間的協(xié)同通信，并且提供了外部的接口，可以實(shí)現(xiàn)會(huì)議的管理lMbus（Local Message Bus）為VIC內(nèi)部組件通信總線，也是整體的會(huì)議通信總線 ，Confbus為不同本地進(jìn)程間通信總線19Mbusl消息總線（Local Message Bus），簡(jiǎn)稱Mbus，是一種面向消息的構(gòu)件，用于組通信中的通信對(duì)等實(shí)體之間協(xié)調(diào)和相互定位l

8、Mbus主要是構(gòu)建在UDP之上的，主要有三種傳送方式：?jiǎn)尾ィM播和廣播lMbus的消息格式+| mbus version | message sequence number | timestamp | reliable | source addr | destination addr |Ack List+| Mbus Command |+| command args |+20Mbus的通信lMbus采用了實(shí)體間通曉的機(jī)制 在一定間隔時(shí)間內(nèi)，實(shí)體之間用單播形式發(fā)送消息，以表示實(shí)體的存在 當(dāng)收到別的實(shí)體發(fā)送的確認(rèn)消息Mbus.hello時(shí)，對(duì)照已有的實(shí)體列表進(jìn)行增減，然后發(fā)送回應(yīng)消息。這個(gè)機(jī)制一直

9、持續(xù)到整個(gè)Mbus通信結(jié)束 實(shí)體間還可以發(fā)送要求確認(rèn)信息，收到此信息就會(huì)被動(dòng)發(fā)送Mbus.hello消息，并且不要求回應(yīng)。當(dāng)收不到某個(gè)實(shí)體的回應(yīng)消息時(shí)，如果時(shí)間超過5個(gè)時(shí)間間隔，就可以認(rèn)定這個(gè)實(shí)體已經(jīng)離開Mbus，在列表中去除這一實(shí)體 如果實(shí)體主動(dòng)退出Mbus，則發(fā)送Mbus.bye表示退出l實(shí)體間通信和協(xié)同的地址由各自的主機(jī)地址和id號(hào)組成。最初獲得Mbus成員列表是在建立Session的過程中，由各節(jié)點(diǎn)從信息包中得到 21ConfbuslConfbus主要由Tcl編程實(shí)現(xiàn)，采用IPC（Interprocess Communication）的方式來提供一種外部進(jìn)程接口，可以實(shí)現(xiàn)外部進(jìn)程和VI

10、C的通信和協(xié)同，例如實(shí)現(xiàn)音視頻同步。相對(duì)于Mbus來說，Confbus實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單 22Confbus和Mbus的區(qū)別Confbus Mbus功能 本地不同進(jìn)程間通信總線 內(nèi)部通信總線和會(huì)議全局的通信總線 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) UDP UDP/TCP 傳遞方式 組播 單播，組播，廣播 地址結(jié)構(gòu) 組播地址（本地回送） 主機(jī)地址+id號(hào) 安全機(jī)制 無安全機(jī)制 認(rèn)證和加密 23lVIC支持內(nèi)部組件之間的協(xié)同，也支持進(jìn)程之間的協(xié)同通信，并且提供了外部的接口，可以實(shí)現(xiàn)會(huì)議的管理，從而可以有效地支持大規(guī)模的視頻會(huì)議模式，具有下一代互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模強(qiáng)交互的視頻會(huì)議特點(diǎn) 24VIC的歷史VIC的體系結(jié)構(gòu)VIC的適用性研究VIC的擴(kuò)展性研究應(yīng)用及前景25現(xiàn)狀lAG的視頻會(huì)議系統(tǒng)采用了VIC，目前在全球大范圍內(nèi)推行l(wèi)在國(guó)外有基于VIC的商業(yè)化產(chǎn)品推出lVIC可以和H.323系統(tǒng)互聯(lián)互通并已實(shí)驗(yàn)成功lCERNET組播視頻會(huì)議系統(tǒng)視頻部分是在VIC的基礎(chǔ)上開發(fā)完成的2627CERNET組播視頻會(huì)議28AG關(guān)于VIC的目標(biāo)lAG的終極目標(biāo)就是建立一個(gè)體系使使用者之間完全無隔閡和距離感的交流，一種完全的溝通。