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基于软交换的高性能视频会议多点控制单元 摘要：针对企业级高性能多点控制单元（MCU）的要求，提出了一个基于软交换模式的MCU设计，该设计对传统的集中式MCU架构的MC与MP部分进行修改，并通过帧缓冲映射技术，实现了MCU系统的高效性。 在过去的2011年，随着宽带网络(Internet)的逐步普及，推动了视频会议在政府和企业、远程医疗、视频点播等领域的应用，视频会议市场获得了持续的发展，国内视频会议总额达到了30亿元，年增长率50%以上。我们可以预见：随着网络环境、视频设备的采购成本、视频软件的质量与互通等方面问题的解决和视频通讯技术的进一步完善，视频通讯必然会成为办公和生活必不可少的一部分。处于视频会议系统核心地位的多点会议控制单元(Multipoint Control Unit –MCU)受到人们更多的关注。 MCU概述 从构建的形式来分，MCU可以分为硬件MCU与软件MCU，硬件MCU的音、视频编码都基于硬件的芯片，因此效率高、容量大、价格也相对较高。软件MCU通过软件运算，实现硬件编码，因此除了价格较低外，效率与容量都逊色于硬件MCU，但随着CPU主频的不断提升，基于软件的音、视频编码效率也越来越高，因此考虑到成本与各方面的因素，软件MCU必然成为以后的主流方向。但大多的软件MCU现今的效率不高，最多能处理4路终端，不能适应现今市场的发展的需要，因此重新构建MCU的架构，成为研发软件MCU的关键。 MCU的主要目的是在同一个会议中，连接三个或者三个以上的终端。终端首先与MCU进行H225呼叫信令的传输，然后MCU通过与终端之间的能力协商，决定之间的音、视频编码，从而通过H245控制信令，控制与处理经过编码的RTP音、视频流，从而实现音、视频的传输。根据ITU H323 标准，MCU包括一个MC（多点控制器）与零个或更多的MP（多点处理器）。MCU通过MC与MP来处理终端的RTP音、视频流。MCU的组成结构如图一。 MC（多点控制器） MC通过与终端建立一个H225呼叫信道，并通过H225进行呼叫管理，当成功建立连接后，建立另一个H245控制信道，在这个H245控制信道上与终端进行能力协商与主从决定，从而决定两者共同的编码能力集与主从关系，最后在H245信道上建立编码的逻辑通道，在这个逻辑通道里面可以传输实时传输协议的数据包（RTP），从而为以后的音、视频流传输做好准备。通过在RTP包上的控制帧，可以对终端进行流量限制、帧率控制。 MP（多点处理器） ITU标准把MP作为MCU可选的部件，一个MCU可以存在若 干个MP。MP接收到终端的音、视频流后，通过解码器进行解码，然后在把原始的音、视频流进行处理，最后再对音、视频流进行编码，传回终端，其中的处理部分通常对音频进行PCM信号的叠加，达到声音混合的效果，其典型应用是多个终端能同时听到其他终端的声音；视频主要采用图像合成技术，通过图像象素的重新整合，达到多幅图像合成为一幅图像的效果。其典型应用是将4幅图像合成为2*2的多画面图像。 二 、 传统的软MCU架构局限性 传统的软件MCU的架构是从硬件MCU继承过来的，MCU包括MC和MP部分，MC部分对终端进行连接控制以及逻辑通道的管理，MP部分对音频进行混合，视频进行合成。传统MCU的设计如图二，这种架构对硬件MCU不成问题，因为硬件的MCU的编解码都是用硬件实现，但对软件实现的MCU并不太适合，用软件实现的MCU编解码都是通过CPU来运算，这样必然给CPU带来非常大的负担，特别对于传输视频流，花费的CPU就更多了，举个例子：编码一路30 帧/秒的CIF(352*288)图像，大概编码后的字节数为：30 * 352*288*2=6MB，如此编码的程序必然花费巨大的CPU资源。经测试：P4 2.6 G CPU在这种架构下，最多支持5路终端，如超过5路，CPU资源基本占有完，图像合成的效果严重下降。之所以出现种情况，原因是传统的软MCU的MP的部分对音、视频进行了解码与编码，花费了较多的CPU资源。因此我们要设计高性能的MCU，必须把MCU的音、视频编码等消耗CPU部分转移到终端上，通过这种转移，能大大减少了MCU的负担，提高了整体的效率。 三 、软交换模式的MCU的设计 针对传统模式的MCU，我们采用了基于软交换模式的MCU的设计，MCU也包括有MC与MP，但MC与MP都与传统的软MCU有所不同。所谓的软交换模式就是仿照交换机的模式，不对音、视频进行编解码的处理，只对它进行转发与控制。 MP部分 传统的软MCU的MP对音、视频先进行解码，然后处理后再编码，耗费较多的CPU资源。基于软交换的MP，不对音、视频进行解码与编码，通过帧缓冲映射算法，查找终端对应的缓冲区，然后到把接收到的音、视频流放到该缓