基于H．323高性能MCU的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)基于H．323協(xié)議的Openh323開(kāi)源視頻會(huì)議系統(tǒng)中源MCU容納終端有限，圖像質(zhì)量差等缺陷，在VC++6．0開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用基于幀緩沖映射軟交換技術(shù)改進(jìn)源碼中的MCU，提高其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的能力，從而增加參與視頻會(huì)議的終端；在占用較少CPU資源的同時(shí)，有效提高其傳輸速率，并縮短了傳輸時(shí)延，取得了良好的測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：H．323；OpenH323；MCU；幀緩沖映射；軟交換

0 引言
隨著計(jì)算機(jī)的硬件，特別是CPU主頻的不斷提升，基于軟件的音、視頻編碼效率也越來(lái)越高，因此考慮到成本與各方面的因素，軟件MCU必然成為以后的主流方向。但現(xiàn)今大多的MCU都是軟硬件相結(jié)合，純軟件的MCU很少且效率不高。
當(dāng)前H．323視頻會(huì)議系統(tǒng)大都是以O(shè)penh323協(xié)議庫(kù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的視頻和語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)軟件。Openh323是由澳大利亞Equivalence Pty Ltd．公司組織開(kāi)發(fā)的，能實(shí)現(xiàn)基本的H．323協(xié)議框架，在Openh323 V4中，基于視頻緩存池的MCU最多只能處理合成4路終端，不能適應(yīng)現(xiàn)今市場(chǎng)發(fā)展的需要，因此重新設(shè)計(jì)MCU的架構(gòu)，便成為研發(fā)軟件MCU的關(guān)鍵。

l 源MCU的缺陷和不足
(1)OpenH323中源MCU只能形成不超過(guò)4個(gè)終端畫(huà)面的圖像。其中，4×1為CIF格式(352×288)；l×1為QCIF格式(176×144)，因此視頻混合存在兩種不同方式，包括QCIF格式源圖像混合成CIF格式圖像以及CIF格式源圖像混合成CIF格式圖像，如圖1所示。

當(dāng)源圖像為QCIF格式時(shí)，源圖像大小正好是混合后圖像大小的1／4，這時(shí)可以將源圖像整幅地拷貝到混合圖像的相應(yīng)位置；當(dāng)源圖像為CIF格式時(shí)，源圖像與混合后圖像的大小一樣，因此源圖像3／4的像素必須被丟掉，采用的方法是：對(duì)源圖像在水平方向進(jìn)行隔點(diǎn)采樣，在垂直方向進(jìn)行隔行采樣。這樣處理之后，源圖像大小也正好是混合后圖像大小的1／4，雖然圖像的分辨率已經(jīng)下降，但是保持了源圖像畫(huà)面的完整性；如果將MCU變成可容納16個(gè)終端的顯示畫(huà)面，在將QCIF源圖像轉(zhuǎn)換為CIF的合成圖像過(guò)程中，只能將源圖像的采樣點(diǎn)按倍數(shù)減少。也就是將CIF格式等分為16份，相當(dāng)于用88×72的像素點(diǎn)去存儲(chǔ)176×144 QCIF圖像，合成圖像顯示的像素點(diǎn)只有源圖像的1／4；如果將MCU可容納的終端數(shù)目擴(kuò)大為32，甚至更多時(shí)，圖像的清晰度將大打折扣。
(2)傳統(tǒng)軟件MCU的架構(gòu)是從硬件MCU繼承過(guò)來(lái)的，MCU包括MC和MP部分。MC部分對(duì)終端進(jìn)行連接控制以及邏輯通道的管理；MP部分對(duì)音頻進(jìn)行混合，視頻進(jìn)行合成。傳統(tǒng)MCU的設(shè)計(jì)如圖2所示，這種架構(gòu)適用于硬件MCU；但對(duì)用軟件實(shí)現(xiàn)的MCU并不太適合。用軟件實(shí)現(xiàn)的MCU的編解碼都是通過(guò)CPU來(lái)運(yùn)算的，這樣必然增加CPU的運(yùn)算負(fù)荷。例如：要編碼一路30 f／s的CIF(352×288)圖像，大概編碼后的字節(jié)數(shù)為30×352×288×2=6 MB，CPU要處理如此大的視頻數(shù)據(jù)量，經(jīng)測(cè)試，P4-2．6 G的CPU在這種架構(gòu)下，最多支持5路終端，如超過(guò)5路，CPU運(yùn)算負(fù)荷過(guò)大，其資源基本耗盡，圖像合成的效果嚴(yán)重下降。

因此，要實(shí)現(xiàn)高性能的MCU，必須把MCU對(duì)多路音、視頻編碼的大數(shù)據(jù)量處理的工作環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到各個(gè)終端上，讓終端對(duì)相應(yīng)的音、視頻編碼進(jìn)行處理，而MCU只對(duì)各路的音視頻流進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣才能減輕MCU的負(fù)荷，從而提高系統(tǒng)的整體效率。