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多点会议终端视频会议多点控制单元的MCU设计与实现

0 引言

视频会议的多点控制单元(MCU)是视频会议系统的核心设备。所有参与会议的终端可与MCU建立一对一的连接,终端负责采集本会场的声音和图像,然后经编码后传输到MCU,由MCU根据当前视频会议的模式确定对音视频信号的处理方式和转发逻辑,最后将处理后的音视频数据再发送到每一个与会者。

1 多点视频会议的分类

  基于H.324标准,多点会议实现有各种不同的方法和配置,主要可以为集中式多点会议和分散式多点会议两种模式。

  集中式多点会议是由一个多点控制单元来组织,所有终端以点对点方式向多点控制单元发送视频流、音频流和控制流。其结构如图1所示。图1中的多点控制器使用H.245控制功能来对会议进行集中式管理。H.245也可用来指定各终端的通信能力。多点处理器可进行混音、数据分配以及视频信号的混合和切换,并将处理结果送回参加会议的终端。一个支持集中式多点会议的典型多点控制单元通常由一个多点处理器和多点控制器组成。


  分散式多点会议是传统的会议系统(如H.320)所没有的。在这种管理方式的系统中没有MCU,也没有集中控制和集中管理的设备,MCU的功能是以MC和MP功能模块的方式分别存在于系统的其他设备中。分布式多点控制和管理之所以能在基于分组的通信网中实现,其主要原因是网络中的通信是在逻辑信道中进行的,而不是以物理信道为单位进行的。分布式多点会议利用多点播送技术来组织,参加会议的终端向别的与会者终端以多点播送方式传送视频和音频信息,而无须在多点处理器集中进行。H.245控制信息仍然以点对点的方式传送给主多点控制器,图2所示是分散式MCU的组网结构。


  集中式多点视频会议中的MCU集多点视频会议控制器(MC)和多点视频会议处理器(MP)于一身,它既有组织和管理会议的功能,同时负责所有与会者的声音和图像的处理和切换。

2 MCU的系统设计

  2.1 集中式多点视频会议的网络结构

  星型组网方案是集中式多点会议的首选方案。星型组网方案是将所有终端通过集线器或交换机连接到MCU,每个终端都只与MCU建立一个基于H.324标准的连接,图3所示是其星型组网方案。每个终端负责对本会场的声音、图像进行采集后,再经过相应的编码算法进行编码,然后将编码得到的音视频流通过交换机发送到MCU,由MCU根据当前的会议模式对音频和视频分别进行处理。音视频的处理主要包括对与会者声音的混合和多画面合成,最后将处理后的音视频数据由MCU根据会议模式转发给每个参会者的终端。


  视频会议模式的设置和参与会议的成员管理可由MCU控制台来完成。实际应用中,一般会为每个会议配备一个会议管理者,又称会议管理员。会议管理员可通过MCU控制台对多点控制单元进行远程控制,包括设置会议开始和结束的时间、会议采用的音视频标准、会议模式的设置、与会者列表的管理以及会议模板的装载和保存等。在会议进行中,会议管理员还可通过MCU控制台对会议进行调度,包括指定新的主席、指定新的发言听众、取消发言等。

  在分布式会议方案中,各个终端均完成一定的控制与交换功能,因而灵活性强,与会端加入/退出会议功能易于实现,但其通信协议比较复杂。控制信息以广播方式发送,因而通信效率比较低,所以通常采用集中式实现方案。有时候,主席端也可与MCU合并形成一个超级服务端。这种方式可以演化为人们所熟悉的客户/服务器体系。在主席端的机动性要求不高时,这种方式具有非常突出的优点,如易于实现,控制简便等。图4所示是客户/服务器方式MCU的方案结构。为了保证通用性和机动性,本设计采用集中式MCU方案。


  2.2 MCU的通信接口设计

  通信接口的主要功能是数据串/并变换与缓存,其作用类似于较大输入输出缓冲区的串口扩展。从调制解调器(Modem)输入的串行数据格式为2-8-1-N,即2 bit起始位,8 bit数据,1bit停止位,无奇偶校验。接口卡分离出8 bit数据位并对之进行串/并变换后存入输入缓冲区,缓冲区是8 kbit的FIFO(先入先出)堆栈,接口卡提供指定的地址以便微机从中读取数据。微机输出的数据可写入接口卡的输出缓冲区。它也是8 kbit的FIFO堆栈,然后接口卡执行相反的操作并将之输出到Modem[17]。接口卡的原理如图5所示。


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