视频会议多点控制单元的MCU设计与实现

视频会议多点控制单元的MCU设计与实现

2.3  视频会议系统协议的简化模型

　　MCU的设计可参考ITU的H.324系列建议。该建议拟订了低比特多媒体通信终端的基本框架。它包括四个主要部分：G.723.1音频编码标准、H.263视频编码标准、H.245通信控制协议和H.223复接分接协议，该建议同时也描述了一个在PSTN中采用V.34标准的Modem。V.34标准规定了输入／输出Modem的数据格式、比特率等要求。本系统由于MCU连接了多个端口，若各端口Modem的速率不一致，则可能会造成MCU的数据拥塞，故本系统中禁止Modem速率的自动调整。一般在会议开始之前，即按各端口中最低速率建立连接，以保证较小的误码率。在MCU中，主要是对H.223帧的帧头进行处理。H.223帧结构中的帧起始标志为3个连续的FAS码，每个FAS码长为4个字节，试验系统中可取为0XEC。该标志也可用于实现对H.223帧的定界。由于帧长度是不定的，因此，帧起始标志的正确传输与检测直接影响到帧定位。控制信号也占4个字节，其中前两个字节为BAS码，主要携带会议控制信息。因本会议系统的可能状态较少，所用到的控制命令也少，故只用一个字节传送命令，另一个字节作为BAS码的纠错字节，以保证命令的正确传输。

　　在视频会议系统的命令交互中，MCU及各个与会站点在会议中都要维护一张状态设置表，表中记录了各与会站点所对应的逻辑端口、电话号码、地理位置、在会议中的身份(主席、发言方及普通会员)等，此后MCU进一步将逻辑端口映射成相应的物理地址，以便MCU从该地址读写信息。状态设置表的初始设置是在会前通过勤务电话确定的。预定的开会时间由MCU负责通过Modem呼通各与会站点，以建立起数据链路。当某个站点呼通后，该站点即在其H.223帧中插入终端就绪命令，而MCU则将该帧环回，并将BAS码替换为就绪确认命令。当所有站点均就绪后，MCU即向各站点发会议就绪命令。同时将主席端的数据切换到各个站点，此时主席便可以发言，也可以命令其它会员发言。如果主席没有发命令给MCU，则向MCU发会议进行中状态指示，MCU则维持当前状态；若主席命令A站点发言，则其在H.223帧中插入令A发言的命令。MCU接到命令后，即将A站点的数据切换到除A外的所有其它站点，同时将主席的数据发往A站点。当主席命令会议结束时，MCU即向各站点发送会议结束确认命令，并停止工作，由各站点自行挂断Modem。图6为上述过程的命令交互示意图。

　　在会议中，MCU接主席命令后，应根据该命令所产生的状态转移来修改状态设置表。通过低速MCU伺服软件可使MCU同时控制8个与会站点的数据读入写出操作，同时进行命令解释执行工作。由于帧交换又要占用大量的内存资源，同时还要保证系统的实时性，因此，MCU伺服软件的设计不仅要求执行效率高，还要求程序本身要占用较少的系统资源。

3 MCU的软件设计

　　该软件的设计可采用快速原型方法来完成。首先可建立简化的快速原型，然后在此基础上逐步完善以达到设计要求。快速原型同样可采用模块化的方法将整个MCU软件划分为若干松耦合的功能模块，并对各模块分别进行设计与测试，在保证各模块正确后，再对整个软件进行综合调试，以发现各模块间接口设计可能存在的失误，再反过来通过修正各模块程序来完成整个软件的设计。具体开发流程如图7所示。现将各步的工作描述如下：

　　(1)利用电话线在两台计算机间通过Modem进行数据通信时，可将其作为功能最简单的快速原型。该步的主要工作是建立DOS平台上Modem的控制功能。其关键是对键入的命令进行解释后传送给Modem，同时接收Modem的反馈信号，以确定Modem的状态，并以此进行进一步的控制；

　　(2)建立远地自环模型，以测试快速原型的正确性，同时测试接口卡的工作特性；

　　(3)编写帧读入模块和帧写出模块程序，以连续测试帧环回及单一测试帧。验证传送来的测试帧读摸块以及帧写出模块的正确性；

　　(4)编写命令提取与解释模块和状态修改模块程序，通过改变测试帧的BAS码并读取状态修改结果来验证上述模块的正确性；

　　(5)编写帧切换／BAS码替换模块程序，构造三台计算机间的测试平台，并使其一充当MCU，然后通过另两端的测试帧切换来验证上述模块的正确性；

　　(6)根据实际条件建立多台计算机间的测试平台，并适当改变测试帧的长度(128～512 byte)，进行连续的测试并计时，以检验各模块的工作时延。然后按照系统的实时性要求对产生时延较大的模块进行改进。

4  结束语

　　由于MCU对运动程度不同的视频图像的处理能力有所不同，所以，传送运动程度不同的视频图像时，在终端B接收到的视频质量良好的情况下，MCU的最大接入终端数(MCU的容量)是不同的。测试发现，本文设计的MCU在运动量比较大(n=16的时候)时，音视频图像良好；n=20的时候，音视频效果基本可以接收，但是偶尔图像有失真；而在n=32时，图像色彩严重失真，声音断断续续。同时再考虑图像时延和延迟抖动(话音和图像的同步)等视频会议的规定值(点对点的图像时延不超过150 ms，延迟抖动约为400ms)。可以得出：在图像质量良好，图像时延和延迟抖动均能达到规定要求的情况下，本MCU的单台容量应为16。