張 弛，熊 炎，傅海濱

（中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051）

多層級視頻會議系統(tǒng)MCU容量擴充方法研究

張 弛，熊 炎，傅海濱

（中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051）

基于多點多層級的大型視頻會議系統(tǒng)，結(jié)合目前視頻會議領(lǐng)域的主流技術(shù)，在綜合考慮會議效果及系統(tǒng)擴展方向的基礎(chǔ)上，對相關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用需求以及MCU的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，提出了兩種能有效擴充MCU容量的方法，并對其功能性和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)進行了對比，兩種方法均具有良好的穩(wěn)定性和可操作性，在實際應(yīng)用中均取得了理想的效果。

視頻會議系統(tǒng)；MCU；會議分發(fā)

隨著社會的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的通信方式已經(jīng)不能滿足人們的實際需要，視頻會議系統(tǒng)作為更高效的通信方式已逐漸被現(xiàn)代信息社會使用[1]，與傳統(tǒng)會議方式不同，視頻會議由于其基于網(wǎng)絡(luò)的特性，具有會議成本低、信息傳播速度快、覆蓋面廣等諸多優(yōu)勢。

目前，視頻會議系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，視頻會議已經(jīng)由最初的點對點的模式，演變?yōu)槎鄬蛹墶⒍喙?jié)點的會議模式。在多層級的視頻會議系統(tǒng)中，會議節(jié)點數(shù)量大，結(jié)構(gòu)復雜等一直是系統(tǒng)部署中的顯著特征，MCU（Multi Control Unit）的作用相當于整個系統(tǒng)的心臟[2]，負責多節(jié)點間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及設(shè)備管理，其處理能力關(guān)系到整個會議的參會者數(shù)量與會議質(zhì)量，當整個系統(tǒng)為多層級視頻會議系統(tǒng)時[3]，會議節(jié)點數(shù)量可能大大超出MCU的承載能力，因此必須對MCU容量進行擴充，保證數(shù)據(jù)的正常分發(fā)。

本文所涉及的視頻會議系統(tǒng)架構(gòu)適用于主流視頻會議設(shè)備品牌，為方便描述，本文采用的實驗環(huán)境均以POLYCOM設(shè)備為例。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

視頻會議系統(tǒng)的功能決定了其系統(tǒng)架構(gòu)須在邏輯層面與企業(yè)架構(gòu)保持一致[4]。如圖1所示，本文所涉及的視頻會議系統(tǒng)為樹狀結(jié)構(gòu)，架構(gòu)為3層。每層中均包含一定數(shù)量的視頻終端，一級節(jié)點與二級節(jié)點中部署有MCU，MCU在位置上分布于各二級節(jié)點所在地點，這種部署方式不僅是容量擴充的需要，也可以有效支持二級節(jié)點與三級節(jié)點召開會議、二級節(jié)點與本級其他節(jié)點召開會議等多種會議模式，提高了系統(tǒng)的靈活性，當其中1臺出現(xiàn)問題時，可利用其他MCU進行補充，保證了整個系統(tǒng)有較高的可用性。

一級節(jié)點：該層為整個系統(tǒng)根節(jié)點，并且是大型會議主要召開方，主會場部署的會議終端，在廣播會議中擔任演講者角色。一級節(jié)點向下縱深較大且覆蓋節(jié)點較多，因此在本層中部署的一級MCU容量最大。

圖1 視頻會議系統(tǒng)架構(gòu)圖

二級節(jié)點：在系統(tǒng)中為聯(lián)系上下2層的核心，一級節(jié)點發(fā)起的會議，三級節(jié)點如需要參會，需通過相應(yīng)的二級節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)。各二級節(jié)點之間彼此獨立，一方面可參加一級節(jié)點召開的視頻會議，另一方面可對其管轄內(nèi)的三級節(jié)點召開視頻會議。部分二級節(jié)點沒有下聯(lián)三級節(jié)點會場，此類會場與三級節(jié)點會場類似，無需配置相應(yīng)MCU。

三級節(jié)點：功能相對簡單不配置MCU，只具備發(fā)起點對點會議和參加有上層節(jié)點召開的會議的能力。

2 MCU容量擴充

假設(shè)二級節(jié)點數(shù)量為n，每個二級節(jié)點下聯(lián)三級節(jié)點數(shù)量記為ai，i∈(1，n)，召開會議時下聯(lián)點位數(shù)量總和為m，存在以下關(guān)系

假設(shè)一級MCU容量記為k，由于MCU在連接會議時，主會場終端需占用一個容量，實際的MCU容量為k-1。因此在召開會議時存在2種情況：

1）當m＜k-1時，MCU點位數(shù)量可以滿足所用參會者的需求，所有單位都可以通過單臺MCU接入會議，這種情況下所有參會點在物理層面無隸屬關(guān)系，均為平級參加會議。

2）當m＞k-1時，MCU點位數(shù)量無法滿足所有參會者的需求，這種情況下需在二級節(jié)點引入新的MCU，對點位進行擴充。有2種方式可以采用，分別為MCU級聯(lián)方式和“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)方式。

2.1 MCU級聯(lián)

MCU級聯(lián)方法是通過MCU自身的協(xié)商功能，在MCU之間建立一個連接，這個連接傳輸包括音頻信號、視頻信號、控制信號在內(nèi)的一系列信號，在邏輯上多個MCU協(xié)同工作構(gòu)成一個大容量的MCU。在會議召開過程中，二級MCU將作為一級MCU的一個參會點進行連接，每個MCU對應(yīng)一個邏輯上的子會議從而擴充一級MCU點位[5]。

一級MCU與下聯(lián)點位之間呈星型連接，如圖2所示，一級MCU為中心節(jié)點，分別連接參會的二級節(jié)點與二級MCU，而二級MCU只負責將會議轉(zhuǎn)發(fā)至三級節(jié)點。這樣的模式有利于將二級會場與三級會場進行隔離，由于級聯(lián)過程中，二級MCU的配置將直接影響其下聯(lián)點，若一個二級MCU出現(xiàn)問題，其下聯(lián)各點的會議質(zhì)量均會受到影響。采用這種方式級聯(lián)之后，二級會場直接受一級MCU控制，當二級MCU出現(xiàn)故障時，其相應(yīng)的終端仍然可以正常連接會議，這樣能有效保障二級會場的參會效果。

圖2 MCU級聯(lián)模式結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 級聯(lián)點配置

采用MCU級聯(lián)的方式，需要對參與級聯(lián)的MCU進行配置，以POLYCOM RMX1000為例，假設(shè)有2臺RMX1000設(shè)備，A為主MCU，其IP地址為：192.168.1.1，級聯(lián)會議ID為1111；B為從MCU，其IP地址為：192.168.1.2，級聯(lián)會議ID為2222。

A設(shè)備上對級聯(lián)點配置如下：

IP地址：192.168.1.2

級聯(lián)：主

呼叫方向：呼出

擴展名：2222

B設(shè)備上對級聯(lián)點配置如下：

IP地址：192.168.1.1

級聯(lián)：從

呼叫方向：呼入

2.1.2 H.239雙流

H.239是ITU在2003年批準的標準，該標準支持在一次呼叫建立媒體連接后，在2個H.239終端之間傳送2路媒體流，這2條媒體流共享呼叫帶寬[6]。以POLYCOM為例，MCU級聯(lián)之后仍然可以實現(xiàn)基于H.239的雙流會議，2路信號可分別由終端的2路輸出進行傳遞，在級聯(lián)完成后，雙流會議信號可以覆蓋全網(wǎng)所有節(jié)點。

2.2 “背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)

“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式是除MCU級聯(lián)模式之外的較為可靠的MCU容量擴充方式，通過對2臺視頻會議終端進行信號轉(zhuǎn)接，在物理層面實現(xiàn)音視頻信號跨越MCU的直接傳遞，2臺終端分別對應(yīng)2臺MCU，從而組成一個更大規(guī)模的視頻會議系統(tǒng)。

圖3是2臺“背靠背”終端的邏輯連接示意圖，圖中將音頻、視頻合并為1路信號，意在方便描述。具體設(shè)備接線過程中音頻、視頻為2路信號，須分別連接輸入輸出。如圖所示，有A、B兩臺相同終端，每臺終端都各有2路輸入輸出，A終端為二級會場主終端，其第一路輸入輸出分別連接會場設(shè)備，以保證會議正常?！氨晨勘场鞭D(zhuǎn)發(fā)的連接方式為：將A終端的視頻、音頻輸出連接B終端的輸入，而B終端的視頻、音頻輸出連接A終端的輸入。由于終端不會對輸入信號進行識別，終端的輸出信號可以視作B終端的攝像頭采集信號，B終端可作為獨立的主會場設(shè)備進行視頻會議。

圖3 “背靠背”終端的邏輯連接圖

在MCU組會過程中，如圖4所示，一級MCU呼入A終端及所有二級會場終端，由于只負責二級會場的連接，無級聯(lián)其他MCU操作，一級MCU的運行壓力大大降低，最大限度地減少了MCU故障的幾率，而簡單的邏輯架構(gòu)也使可能的故障點數(shù)目減少，方便排查問題。A終端接收到的信號通過連接線纜直接傳遞給B終端，二級MCU呼入B終端及所有三級會場終端，形成一個以B終端為主會場，各三級會場為分會場的轉(zhuǎn)發(fā)會議。各個二級節(jié)點均可采用這種方式進行會議轉(zhuǎn)發(fā)，在“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式中，所有二級MCU均為獨立個體，發(fā)生故障時影響范圍集中在自己下聯(lián)的三級節(jié)點，而一級MCU與二級MCU之間也形成了有效的隔離。

2.2.1 線纜轉(zhuǎn)接

由于終端的輸入信號接口為HDCI，輸出信號接口為DVI，因此A、B連臺終端之間的連接需進行轉(zhuǎn)接，本文中采取的方法是，將DVI輸出轉(zhuǎn)為色差分量信號（Y，Pb，Pr），再利用設(shè)備原廠提供的HDCI轉(zhuǎn)5BNC/COM接頭將色差分量轉(zhuǎn)為HDCI接入終端。

圖4 “背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 會場切換

采用“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式召開的視頻會議，三級會場終端所采集的會場圖像，邏輯上可以看作是二級會場轉(zhuǎn)發(fā)終端的另一路視頻輸入信號，當三級會場需要與一級會場交互時，需在二級會場終端上進行設(shè)置，將A終端攝像頭信號切換至第二路，同時在一級和二級MCU上對演講者進行設(shè)置，若在2級MCU上均采用輪詢模式，由于輪詢時間無法配合，三級會場的上傳圖像為隨機會場。因此，采用背靠背轉(zhuǎn)發(fā)方式會增加會場切換操作的難度，推薦在廣播型會議中采用此方式。

2.2.3 雙流轉(zhuǎn)發(fā)

由于二級節(jié)點的會場直接由一級MCU呼入，因此可以接收完整的雙流信號，而二級MCU下聯(lián)的三級節(jié)點不同于MCU級聯(lián)方式，采用的是線纜轉(zhuǎn)接的方式，因此無法實現(xiàn)雙流信號的完全轉(zhuǎn)發(fā)。在主會場召開雙流會議時，三級會場終端接收的圖像僅為主會場MCU下發(fā)的第一路視頻流，一般情況下為保證會議效果，采用本模式進行的會議，主視頻流須設(shè)置為數(shù)據(jù)信號。

2.3 模式對比

本文所采用的2種模式均能有效擴充MCU容量，達到擴大會議規(guī)模、增加參會者數(shù)量的目的，2種模式比較如表1所示。在會議質(zhì)量、會議速率、支持協(xié)議等方面，2種模式基本一致，均能保證較好的會議效果且均支持與三級會場的交互。在MCU控制方面，級聯(lián)模式由于其2級MCU關(guān)聯(lián)較大，且彼此之間會存在控制信號的傳遞，因此建議統(tǒng)一管理，而“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式則可以由多位管理員分別控制。其他方面，“背靠背”轉(zhuǎn)發(fā)模式能有效將二級MCU信號隔離，保證一級MCU及主會場會議的穩(wěn)定性，降低其故障率，MCU級聯(lián)模式在召開雙流會議及會議管理方面具有優(yōu)勢。綜上所述，不同的會議需求對應(yīng)不同的擴容方法，而在召開大于3層架構(gòu)的視頻會議時，可根據(jù)需求將兩種模式相互結(jié)合，使系統(tǒng)滿足會議需求，一方面能保證會議系統(tǒng)的穩(wěn)定，另一方面能提供較高的會議質(zhì)量。

表1 擴容方法對比

3 小結(jié)

目前，視頻會議的使用日益廣泛，系統(tǒng)在會議穩(wěn)定性及會議規(guī)模等方面均呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，有效的MCU容量擴充方法為大型視頻會議系統(tǒng)的搭建創(chuàng)造了條件。在實際的應(yīng)用過程中，本文中的2種MCU容量擴充方法經(jīng)過測試，均能提供穩(wěn)定高效擴容服務(wù)，能有效保障大規(guī)模視頻會議的召開。

[1] 張玲.軟件視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2011.

[2]顏金輝，徐捷.基于H.323的MCU的分析及設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程，2008（12）：173-176.

[3]張常亮，馬渝勇，劉一謙，等.MCU級聯(lián)的省一市一縣三級高清視頻會議系統(tǒng)設(shè)計[J]．電視技術(shù)，2012，36（9）：138-141.

[4] LE T A，NGUYEN H.Centralized and distributed architectures of scalable video conferencing services[C]//Proc.the Second Interna?tional Conference on Ubiquitous and Future Networks（ICUFN）.[S.l.]：IEEE Press，2010：394-399.

[5] 龍艷.視頻會議透明級聯(lián)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，2007.

[6] 高亮.計算機圖文在高清視頻會議系統(tǒng)中的傳送方式研究[J].電力系統(tǒng)通信，2012（9）：26-29.

張 弛（1984—），碩士，工程師，主研視頻會議技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全等；

熊 炎（1977—），女，本科，工程師，主研通信與信息系統(tǒng)、視頻會議技術(shù)等；

傅海濱（1972—），本科，工程師，主研通信與信息系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡(luò)等。

責任編輯：閆雯雯

MCU Capacity Expansion Method Research for Multi-level Video Conferencing System

ZHANG Chi,XIONG Yan,FU Haibin
（Southwest Oil and Gas Field Company,Petrochina Chengdu 610051,China）

Based on the multi-point multi-level large video conference system,combining with the current mainstream technology in the field of video conference,based on the comprehensive consideration on meeting effect and the direction of system development,a deep research on system architecture,application requirements and the key technology of MCU is given.Two kinds of method are put forward which can expand the capacity of MCU,and the comparative study about their functionality and relevant system parameters is done.It proved that two methods both have good stability and operability,and act effectively in practical application.

video conferencing system;MCU;meeting distribute

TN914

A

10.16280/j.videoe.2015.04.008

2014-07-04

【本文獻信息】張弛，熊炎，傅海濱.多層級視頻會議系統(tǒng)MCU容量擴充方法研究[J].電視技術(shù)，2015，39（4）.