NBEN寬頻網路視訊會議及影音系統整合應用

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

NBEN 寬頻網路視訊會議及影音系統整合應用

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2219-E-110-007- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 12 月 31 日 執行單位： 國立中山大學資訊管理學系(所) 計畫主持人： 陳年興 共同主持人： 劉承宗，賴飛羆，李鳳霖，陳耀宗，賴溪松 計畫參與人員： 陳年興、李鳳霖、賴飛羆、陳耀宗、賴溪松、官大智、陳明君、 陳舜耕 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 93 年 3 月 26 日

NBEN 寬 頻 網 路 視 訊 會 議

及 影 音 系 統 整 合 計 畫 期 末 報 告

主持人： 中山大學資訊管理學系 陳年興 教授 共同主持人： 國家高速電腦中心 李鳳霖 組長 台灣大學 賴飛羆 教授 交通大學 陳耀宗 教授 成功大學 賴溪松 教授 中山大學 官大智 教授 參與單位： 國家高速電腦中心、台灣大學、交通大學、 成功大學、中山大學 Email: 聯絡電話: [email protected] (07)525-2510 聯絡人： 中山大學資管系 研究助理　陳明君先生 Email： [email protected] 連絡電話： (07)525-2510

目 錄 大 綱

壹、前言 ...3

貳、計畫目標 ...5

一、寬頻網路多人視訊技術研究及建置(Video Conferencing System)...5

二、多點視訊即時群播系統建置(Broadcast Streaming System)...5

三、建置影音多媒體管理系統平台(VOD Streaming System) ...5

參、計畫成果（一）：Video Conference System...6

一、研究與建置成果 ...6 （一）IP-Based視訊會議系統相關技術研究及比較...6 （二）Access Grid VC系統建置及與H.323 VC系統整合 ...10 （三）Software MCU系統建置及與網路教學平台整合...12 二、系統服務及支援工作 ...13 （一）NBEN相關單位視訊會議系統服務 ...13 （二）NBEN相關單位視訊會議技術支援 ...15 （三）網路教學課程影音互動服務 ...18 三、活動參與 ...21 （一）參與第四屆Mega Conference 年度大會 ...21 （二）台灣與薩爾瓦多視訊會議校際交流活動 ...21

肆、計畫成果（二）Broadcast Streaming System ...23

一、研究與建置 ...23 （一）群播伺服主機節點建置 ...23 （二）即時轉播節目登錄系統開發 ...24 二、服務及支援 ...26 （一）大型研討會活動網路即時轉播 ...26 （二）東森新聞台網路新聞轉播 ...27 （三）網路教學平台多點聯播教學 ...28

伍、計畫成果（三）VOD Streaming System ...29

一、研究與建置 ...29

（一）影音入口網站規劃及建置 ...30

（二）VOD內容管理系統開發...31

二、服務與支援 ...33

（一）提供NBEN相關研究單位VOD內容管理...33

壹、前言

我國為因應時代潮流及加速提昇國內網路技術研究，於八十八年六月

十五日完成了國家寬頻實驗網路（National Broadband Experimental

Network，簡稱NBEN）的建置，做為各種多媒體寬頻應用及各種先 進通訊協定之測試平台，以掌握未來網際網路的關鍵技術及發展，孕 育高頻寬、高品質的網路環境，並支援既有及新的應用，以滿足多樣 化之服務品質需求及實現寬頻多媒體應用的理想。 於八十九年度的研究計劃中，我們相繼將 H.323MCU 多點視訊 會議控制器設置於台灣大學、交通大學、成功大學、中山大學等四個 GigaPOP 節點上，並解決許多視訊會議上之網路架構與連線設定問 題，其計劃中所得到許多的研究經驗和成果，也均能順利應用在轉播 國內、國外的研討會與遠距視訊會議上。 但由於 H.323MCU 在串聯使用上有許多複雜的設定，致使每次 要使用該設備時就需委託各 GigaPOP 節點手動調整其網路設定與視 訊會議環境，會議完成後亦需要再將設定與環境復原，且每一台 H.323MCU 在 384Kbps 的頻寬下只能提供 9 個最大的連線資源。複雜 的操作與稀少的連線資源所形成的障礙，往往扼殺視訊會議技術的應 用普及以及浪費許多變動成本的支出。因此，為讓視訊會議的建立能

更方便、連線資源能彼此共享且減少變動成本之支出，我們運用了前

一計劃所得到的研究經驗與成果來建立一套新的管理機制，以方便管

理四個 GigaPOP H.323MCU 節點之連線資源，與協助每一個 GigaPOP

能更方便的建立視訊會議連線。 在深入瞭解 H.323 MCU 的硬體功能及架構後，發現其硬體功能 設計限制的緣故，所以本計畫目標希望持續尋求軟體 MCU 的解決方 案，以達到方便部署及使用的目的，並進一步可以將視訊會議與即時 多點群播進行結合，並完成影音入口管理平台的開發工作，提供各單 位進行影音檔案管理。

貳、計畫目標

一、寬頻網路多人視訊技術研究及建置(Video Conferencing System)

針對目前商用及 Open Sources 的 Video Conferencing System 進行

研究比較，並針對系統功能及特色測試，以便提供 GigaPOP 節點單位

使用，以藉此瞭解各項視訊技術的優缺點，提供後續發展寬頻網路視

訊會議系統之參考。

二、多點視訊即時群播系統建置(Broadcast Streaming System)

由於現階段受限於即時影音伺服器的效能，無法同時服務更多的

使用者觀看及時視訊會議的轉播，所以本計畫將建立一控制機制，並

於 GigaPOP 節點建置群播主機，以便有效提高即時視訊會議轉播連

線數量。

三、建置影音多媒體管理系統平台(VOD Streaming System)

目前各校所進行的視訊會議，大多會進行錄影，本計畫即根據各

校影音內容管理需求功能進行規劃，完成影音內容管理功能，以便進

參、計畫成果（一）：Video Conference System

一、研究與建置成果 （一）IP-Based 視訊會議系統相關技術研究及比較 過去 GigaPOP 節點上所建置的 H.323 MCU，雖然有提供多點視 訊連結的能力，並具備 MCU 串連機制，可以讓整體大會議是達到最 高 30 個 384Kbps 頻寬的多點連線，但在整體會議行程的規劃上仍不 是那麼具備彈性。例如多元化網路頻寬環境下的多頻寬自動調整、網 路電話結合及串流群播的整合，都是目前的硬體 MCU 架構無法提供 的，所以本計畫目標之一是研究目前市場上主流的視訊產品，進行功 能比較分析，並實際運作，以瞭解其在視訊會議應用上的差異性，並 提供各項技術的優缺點分析。 （１）影音壓縮品質及規格

在動態影像方面 H.323 及 Access Grid 都是採用 ITU 的標準，不過

一般 H.323 都是硬體式的架構，目前多只有支援到 H.261,H.263,而

Access Grid 因為是採用 Open Source 的方式，所以目前已經有人整合

過其壓縮率很高且品質在一般的低頻寬用戶（ADSL or 56K Modem）， 都可以有很不錯的表現。 （２）MCU 架構及使用頻寬 H.323 目前是透過 Gatekeeper 與 MCU 來進行多點視訊會議的組 合，目前全世界最大的架構就是由 Mega Conference 的成員所組合的， 此組織每年都會進行一次的網路大聚會，藉此進行視訊活動，並兼具 測試大型架構的工作。此計畫部分工作即是參與該組織的年度盛會， 以瞭解目前全球的最新進展。

而 Access Grid 的架構，則是採用 Venus 的 Client/Server 分散式架

構，網路傳輸以 Multicast 為主，並可建置 Bridge Server 以提供 Unicast

的轉換閘道。所以在 Multicast 環境下，可以有效節省區域性的頻寬需

求，但頻寬使用量仍與連線數多寡有關，所以針對目前的技術架構來

說，並不適合在家庭網路上使用，不過在學術網路上則是一個不錯的

運用環境。

不管是 H.323 或者 Access Grid，都面臨防火牆及虛擬網路的問

題，所以目前的商用軟體（JoinNet, Flash Communcation），皆針對家

庭使用者的網路條件需求，改進 NAT 及防火牆的問題，並且其傳輸

頻寬在 24Kbps 以內即可達到不錯的語音通訊效果及基本的視訊畫

而 MCU 的架構也可以進行串連機制，以便各端點可以連至頻寬最佳的

MCU。此架構的好處是可以有效節省國際間的頻寬，並且讓各端點的

連線皆達到最近連線狀況。

（３）影音串流整合

目前 H.323 及 Access Grid 都沒有完善的影音串流整合方案，必

須借助其他技術及產品進行整合，例如微軟的 Media Service 或 Real

Network 的 RealOne 產品。

本計畫的其中一個目標即是將 H.323、Access Grid 或者 JoinNet 進

行的視訊會議以 Media Service 的串流技術進行網路群播，此部分在稍 後會詳細說明設計架構。 至於 JoinNet 及 Flash 的影音視訊會議，已經自動結合軟體錄影機 制，所以進行中的會議會主動開啟錄影功能，並且錄影檔皆可進行串 流播放，可是說充分利用軟體 MCU 的便利，輕易的將錄影功能及串 流功能整合。這在未來設計功能齊全的網路視訊平台上是值得參考的 概念。 （４）互動性功能 在輔助性的互動功能設計上，H.323 及 Access Grid 都仍需額外搭 配其他工作，例如 VNC 或 Netmeeting 桌面分享功能，在使用上不是 那麼的單一且方便。也可以說 H.323 及 Access Grid 的高品質視訊是

較適合在高互動的面對面溝通運用上，例如面試或者主管例行會議 等。而 JoinNet 的輔助互動功能，例如共同瀏覽網頁、文字及圖形討 論版、桌面分享功能都提供了非常理想的網路互動功能，極適合行動 工作者隨時進行技術工作或者創意性主題的討論。 （５）應用環境性 在應用環境比較上，H.323 目前皆是設計成硬體產品，所以適用 的環境極為有效，大部分應用於中、大型會議室間的視訊會議上。而 Access Grid 的架構可以說是最具有彈性的，可以由大型研討會、會 議室到個人電腦及 PDA 的環境皆可。而 JoinNet 及 Flash 則是較適合

運用在行動工作環境，例如 PC 或 NoteBook 上。且頻寬需求不大的

情況下，更適合運用在家庭網路上。

下表則是各項功能及特性的比較總表，提供相關單位評估需求及

區別 特性

H.323 Access Grid HomeMeeting JoinNet Macromedia Flash

Video Codec H.261,H.263 H.261,H.263 MPEG4

JoinNet Standard Flash Standard H.261 Audio Codec G.711,G.723 G.729 G.711, G.723 G.729

JoinNet Standard Flash Standard

MCU H.323 MCU

Gatekeeper

Venues AG Server

Software MCU Software MCU

Recording Third Party (MS Media)

Third party (MS Media)

Support Partial Support

Bandwidth 384K~768Kbps Multi-users 6Mbps 10 sites 48K~300K/Multi-users 24K~256K/Multi-users Sharing Browser Third Party (VNC) Third Party (VNC) Support Support Sharing Desktop Third Party (VNC) Third Party (VNC) Support N/A Suitable Environment Room Base No flexible Room Base High flexible Desktop Base High Interactive Desktop Base Medium Interactive

VOIP ISDN Gateway VRVS

Integration

SIP Integration N/A

表 1：各項視訊技術功能及特性比較表 （二）Access Grid VC 系統建置及與 H.323 VC 系統整合 過去各校的遠距教學課程，皆是採用 H.320/H.323 視訊設備進行 連線，不僅設備成本昂貴，且 ISDN 連線仍須額外的線路使用費。所 以本計畫嘗試利用 H.323 進行 Access Grid 與 H.323 的節點整合，提 供僅有 H.323 設備者，可以參與 Access Grid 會議。連線架構圖，請

參考圖一架構圖。

（三）Software MCU 系統建置及與網路教學平台整合

鑑於 JoinNet Software MCU 的視訊平台，所提供的整合性介面極

佳，所以藉由此 API，可以很容易的將視訊功能整合進 LMS 平台內， 直接利用 LMS 平台內的帳號進行權限控管及其他功能提供。 圖二：JoinNet 與 LMS 平台整合示意圖 目前此整合平台正運用在多台系統平台上，計有 NBEN 計畫網 站、K12 數位學校及中山網路大學等平台，都是共用同一 Software MCU。 整合原理是透過一個中介程式提供 MCU 會議 Session 的登入憑 證，而此憑證內容，是再登入各網站後，透過使用者資料庫抓出起始

取得登入會議的權限。 二、系統服務及支援工作 （一）NBEN 相關單位視訊會議系統服務 以網路辦公室的概念，建置網頁式視訊管理功能，可以讓使用者 藉由網頁操作介面即可輕鬆進行個人會議行程管理。由於所需頻寬不 大，對於行動工作者來說，在任何地方都可以透過行動電腦進行會 議，此系統很方便的提供 NBEN 上的各維運單位間彼此的溝通及協 調，僅僅透過一般個人電腦使用的網路攝影機及耳機麥克風即可隨時 在網路上開會，基本上不需要昂貴的視訊設備，也不用到特定具有視 訊會議設備地點開會，可以說充分發揮行動辦公室的優點。 本計畫建置成果網站 MO.NBEN.NET.TW 提供 NBEN 上各維運

單位隨時可以使用此 Software MCU 資源，例如 NBEN Security 計畫

成員，即經常透過此系統進行計畫的溝通及協調，充分掌握視訊會議

（二）NBEN 相關單位視訊會議技術支援

由於過去幾年在 NBEN 網路上部署了四部硬體 H.323 MCU 及數

台視訊 End Point，而計畫期間正逢 SARS 流行，所以此期間正好發

揮該套視訊會議的功能及優點，例如教育部與全國醫學院校長會議：

討論 SARS 期間醫學院實習生因應措施。

另外 NBEN 上的網路安全建置與實驗計畫也經常運用此系統進行

議程討論，參與學校計有成大、中正、中山、台大、東華、交大、中

央、清大等 GigaPOP 單位。

除了 H.323 的連線支援及 Software MCU 服務外，本計畫也透過

與國網的專案合作進行 Access Grid 先期計畫，建置中山大學 Access

Grid 視訊節點，並藉此技術進行大型研討會活動，例如網路安全研討 會，即透過 Access Grid 技術，讓各校可以透過遠距參與研討會。

（三）網路教學課程影音互動服務

透過系統整合，讓進入網路大學使用者，可以輕易進入互動討論

室內進行語音雙向互動，整合架構，請參考圖二。操作介面說明如下：

教師端：進行影音互動設定

（1）按下影音互動設定

（2）選擇 teacher & student two way video

（3）按下確定後，教師即啟動 JoinNet 會議室

學生端：加入網路互動討論教室

（1）進入課程互動

（2）按下線上討論

透過 JoinNet 互動程式，同一門課可以高達 100 多人同時進行互

動式教學，且可進行電子白版及即時發問等模式。

三、活動參與 視訊技術除了平常支援國內 NBEN 相關單位外，也特別規劃參 與每年一度的 Mega Conference 大會，以瞭解每年視訊技術的發展現 況。另外與薩爾瓦多間的校際活動，也是透過網路教學視訊平台來進 行。 （一）參與第四屆 Mega Conference 年度大會 圖十：Mega Conference 活動紀錄 （二）台灣與薩爾瓦多視訊會議校際交流活動

肆、計畫成果（二）Broadcast Streaming System

一、研究與建置

（一）群播伺服主機節點建置

透過 NBEN 骨幹上 Stream Relay 伺服器的部署，可以有效提高影

音連線使用數量，本計畫藉由 Media Service 技術，在 GigaPOP 節點，

共建置 5 個群播節點，並透過群播系統登錄系統，提供視訊會議進行

時，可以進行更大量的視訊群播轉播活動。

（二）即時轉播節目登錄系統開發 即時轉播系統架構如下圖所示。視訊節點，透過編碼壓縮軟體， 進行數位化，並將其傳至網路上，透過串流主機進行接收後，即可提 供給其他客戶端程式使用。而串流主機間，透過控管機制具可有轉送 的功能，可以將一份來源，複製到 NBEN 骨幹上的各個轉播節點。 圖十三：視訊串流轉播架構示意圖 AV Encoder http://host:8080 mms://streaming-server1 mms://streaming-server2

各個節目登錄機制，可透過系統所開發的節目內容管理介面，即

可輕易的將串流來源分散轉播至各串流主機，使用者在活動開始時，

即可登入活動網頁，來瀏覽線上轉播。

二、服務及支援 透過多點串流轉播主機，可以有效提高效能及服務量，此機制也 提供了不少服務及支援，例如 ICPP 2003 大型研討會及網路即時新聞 等。 （一）大型研討會活動網路即時轉播 圖十五：ICPP 2003 研討會即時轉播

（二）東森新聞台網路新聞轉播

（三）網路教學平台多點聯播教學

伍、計畫成果（三）VOD Streaming System

一、研究與建置

VOD Streaming System 功能設計如下：

（一）提供會員管理機制，及多重管理身份架構

（二）提供全國學術單位 VOD 入口網站（可提供全國最近研

討會活動及 VOD 查詢）

（三）各校大型活動及演講研討會資源瀏覽

（四）提供大型活動 Live 群播機制

（五）運用 VOD Relay Server 以節省骨幹頻寬

（六）各單位可進行 VOD Content 管理申請及登錄管理

（一）影音入口網站規劃及建置

（二）VOD 內容管理系統開發 VOD 系統功能共分成系統管理介面、內容管理介面及使用者介 面，自動依據使用者登入權限進行功能開放。 系統管理功能計有： （1）帳號管理功能 （2）群組管理功能 （3）頻道分類及管理功能 （4）消息管理功能 （5）討論區管理功能 內容管理功能計有： （1）群組管理 （2）VOD 內容管理 （3）即時群播內容管理 （4）上傳內容功能 使用者功能計有： （1）會員註冊功能 （2）申請群組功能 （3）瀏覽 VOD 功能

二、服務與支援

（一）提供 NBEN 相關研究單位 VOD 內容管理

（二）Access Grid VC 相關活動 VOD 內容管理