0 引言
        隨著計算機的硬件，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視頻會議系統(tǒng)大都是以O(shè)penh323協(xié)議庫為基礎(chǔ)開發(fā)的視頻和語音傳輸系統(tǒng)軟件,。Openh323是由澳大利亞Equivalence Pty Ltd．公司組織開發(fā)的,，能實現(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)今市場發(fā)展的需要，因此重新設(shè)計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4個終端畫面的圖像。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,，源圖像大小正好是混合后圖像大小的1／4,，這時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,，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：對源圖像在水平方向進行隔點采樣,，在垂直方向進行隔行采樣,。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面的完整性；如果將MCU變成可容納16個終端的顯示畫面,，在將QCIF源圖像轉(zhuǎn)換為CIF的合成圖像過程中,，只能將源圖像的采樣點按倍數(shù)減少。也就是將CIF格式等分為16份,，相當(dāng)于用88×72的像素點去存儲176×144 QCIF圖像,，合成圖像顯示的像素點只有源圖像的1／4；如果將MCU可容納的終端數(shù)目擴大為32,，甚至更多時,，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繼承過來的,，MCU包括MC和MP部分,。MC部分對終端進行連接控制以及邏輯通道的管理；MP部分對音頻進行混合，視頻進行合成,。傳統(tǒng)MCU的設(shè)計如圖2所示,，這種架構(gòu)適用于硬件MCU；但對用軟件實現(xiàn)的MCU并不太適合,。用軟件實現(xiàn)的MCU的編解碼都是通過CPU來運算的,，這樣必然增加CPU的運算負荷。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5路,，CPU運算負荷過大,，其資源基本耗盡,，圖像合成的效果嚴(yán)重下降,。

        因此，要實現(xiàn)高性能的MCU,，必須把MCU對多路音,、視頻編碼的大數(shù)據(jù)量處理的工作環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到各個終端上，讓終端對相應(yīng)的音,、視頻編碼進行處理,，而MCU只對各路的音視頻流進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，這樣才能減輕MCU的負荷,，從而提高系統(tǒng)的整體效率,。
2 幀緩沖映射的軟交換模式的MCU的設(shè)計
        綜上所述，在此提出采用基于幀緩沖映射軟交換的MCU系統(tǒng)設(shè)計模式,，所謂的軟交換模式就是仿照交換機的模式,，不對音、視頻流進行編解碼的處理,，只對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)與控制,。
        該MCU也包括MC與MP?；谲浗粨Q的MP,，通過幀緩沖映射算法，查找終端對應(yīng)的緩沖區(qū),，然后到把接收到的音,、視頻流存放到該緩沖區(qū)里面，通過MC控制,，把音,、視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到終端,。
2．1 MC部分總體設(shè)計思想
        MC部分的設(shè)計主要包括會議組管理、會議RTP流轉(zhuǎn)發(fā)管理,。
        (1)會議管理,。該系統(tǒng)只默認一組會議，且默認的會議房間為“rooml01”,。對一組會議來說,，主要管理會議的成員信息，處理與會者的加入與退出等,。為了實現(xiàn)這些功能,，建立一個會議組類、成員信息類,、成員狀態(tài)類,、成員身份類和成員視頻緩沖類。會議組類主要記錄終端所選的會議ID,；成員信息類主要記錄終端的Token,，IP地址等信息；成員類狀態(tài)主要記錄成員是否在線,；成員身份類可以確定是主席,，還是聽眾；成員視頻緩沖類主要是存放在線各個終端的RTP包,，一個緩沖類里面可以存在多個緩沖區(qū),。MC首先通過設(shè)定TCP特定的端口，并在端口上建立一個TCP監(jiān)聽線程,，終端通過這個端口與MCU進行TCP連接,，并由MC建立一個H．225呼叫線程，用于監(jiān)聽H．225呼叫信令,，通過這個H．225通道,，終端把自己的會議組ID，IP,，Token等身份認證注冊到MC,。
        圖3為MC的會議管理系統(tǒng)框圖。

        (2)會議RTP流轉(zhuǎn)發(fā)管理,。MCU對登陸終端進行注冊后,，MC建立一個H．245控制信令線程，并與該終端進行連接控制,，通過H．245控制信令與Mc進行呼叫,、信令處理與能力協(xié)商、主從決定；然后建立音,、視頻的接收邏輯通道,，通過RTP接收類開始接收終端發(fā)送的RTP幀。把RTP幀保存到分配給該終端緩存區(qū)里,。MC為已經(jīng)進行了呼叫連接的終端分配了一一對應(yīng)的視頻緩沖接收區(qū)．該緩沖區(qū)是一個分配在堆里面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，例如：在終端A的在線人員列表上，可以看到登陸注冊到MCU的人員名單,；通過對終端的人員名單的選擇,，例如選擇B，那么終端A可以要求MC轉(zhuǎn)發(fā)終端B的音,、視頻,，當(dāng)MC收到終端A提交的要求轉(zhuǎn)發(fā)終端B的信息后，在MC的A終端緩沖池里面,，為終端B新建一個緩沖區(qū),，通過MP對終端B的Token的幀緩沖映射查找到終端B的音視頻緩沖池，并在終端A與終端B之間建立一條邏輯通道,，用于向終端A傳輸終端B的RTP包,，當(dāng)MC的終端A緩沖類接收到終端B的RTP包后，把RTP包拷貝到原來的接收緩沖區(qū)里,；然后同樣把終端B的惟一Token通過哈希函數(shù)映射到這個緩沖區(qū)上,。
         圖4為MC的RTP管理系統(tǒng)框圖,。MC的軟交換模式如圖5所示,。

2．2 MP部分總體設(shè)計思想
        基于軟交換的MP，通過幀緩沖映射算法查找終端對應(yīng)的緩沖區(qū),，然后把接收到的音,、視頻流存放到該緩沖區(qū)里面，通過MC的控制,，把音,、視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到終端。由于MCU需要處理大量的實時RTP包,，效率成為了最主要的問題,。因此如何從緩沖區(qū)里面快速搜索相應(yīng)的數(shù)據(jù)包是MP能否快速處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵?？紤]到MP要處理不同的終端,，不同的終端對應(yīng)不同的緩沖區(qū)，所以采用哈希函數(shù)映射法,，它將任意長度的二進制值映射為固定長度的較小二進制值,，并把這個哈希表存放到相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)，以便多次的查找，這樣通過這個較小的二進制值就可以以非?？斓乃俣日业奖容^大的數(shù)值,。因此把視頻緩沖區(qū)的首地址存放到一個哈希表里面，并通過這個哈希表把終端的Token映射于這個緩沖區(qū),，這樣通過終端的惟一TOken便可以迅速找到其對應(yīng)的緩沖區(qū),。
         實現(xiàn)MP部分幀緩沖映射算法的具體設(shè)計步驟是：首先MCU把登陸的在線終端Token(終端的惟一標(biāo)識)與會議ID默認為roomlol，通過哈希函數(shù),，映射到一個緩沖區(qū),，通過終端的Token和會議ID，就可以直接找到本終端的緩沖區(qū),，當(dāng)MP收到終端的RTP包后,，通過RTP包的邊界分析，把多個RTP合成一個數(shù)據(jù)幀,，然后把數(shù)據(jù)幀放到相應(yīng)的終端緩沖區(qū)里面,。幀緩沖映射的查找如圖6所示。假設(shè)當(dāng)終端A要求轉(zhuǎn)發(fā)終端B的音,、視頻數(shù)據(jù)流時,，MP通過哈希函數(shù)找到相應(yīng)終端B的緩沖區(qū)域，然后把該緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)幀里面,，最后通過RTP包進行發(fā)送到終端A,，而終端A在接收到MCU發(fā)送的終端B的音視頻數(shù)據(jù)壓縮包后，再對其進行音視頻進行解碼,。

2．3 MCU系統(tǒng)實現(xiàn)

 根據(jù)以上的設(shè)計思想,，得出如圖7所示的MCU系統(tǒng)流程圖。

2．4 測試結(jié)果與結(jié)論
         通過重新設(shè)計MCU的MC和MP后,，MCU的性能有了較大的提高,。從性能方面進行測試，由于傳統(tǒng)的MCU在MC上進行編解碼,，只能容納4路音,、視頻終端，而通過修改的MCU,，MC沒有進行編解碼,，只對音、視頻進行存儲轉(zhuǎn)發(fā),，因此在9路音,、視頻的情況下，系統(tǒng)的CPU只占有5％,。從效率,、質(zhì)量方面進行比較,，由于傳統(tǒng)的MCU進行了4路編解碼，返回到終端的數(shù)據(jù)包延遲比較大,，而修改過的MCU沒有進行到編解碼,，因此數(shù)據(jù)包的延時很小。傳統(tǒng)的MCU在MC里面進行圖像的混合,，圖像的分辨率變?yōu)樵瓉淼?／4,，因此圖像質(zhì)量有較大的下降，而基于軟交換的MCU保持了原來圖像的分辨率,，因此圖像質(zhì)量較好,。從視頻的幀數(shù)來比較，傳統(tǒng)的MCU架構(gòu)不能達到15 f／s,，而基于軟交換的MCU能達到30 f／s,。由于基于軟交換的MCU的視頻傳輸?shù)氖窃瓉韴D像的分辨率，因此傳輸率比傳統(tǒng)的MCU要高,，但可以通過在終端采用傳輸率較低的編碼器來降低傳輸率,。表1為MCU改進前與改進后的對比。

        終端的6分界面如圖8所示,。

3 結(jié)語
        從以上的測試證明,，基于軟交換的MCU架構(gòu)，使MCU的性能有了很大的提高,。本文同時也說明了只要系統(tǒng)程序設(shè)計合理,，基于軟件的MCU是切實可行的。隨著硬件水平的不斷提高,，純軟件的MCU將以其低成本,、簡易操作而普及到低端用戶。