多層級視頻會議系統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）

多層級視頻會議系統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，結合目前視頻會議領域的主流技術，在綜合考慮會議效果及系統擴展方向的基礎上，對相關系統架構、應用需求以及MCU的關鍵技術進行了深入研究，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系統參數進行了對比，兩種方法均具有良好的穩定性和可操作性，在實際應用中均取得了理想的效果。

視頻會議系統；MCU；會議分發

隨著社會的高速發展，傳統的通信方式已經不能滿足人們的實際需要，視頻會議系統作為更高效的通信方式已逐漸被現代信息社會使用[1]，與傳統會議方式不同，視頻會議由于其基于網絡的特性，具有會議成本低、信息傳播速度快、覆蓋面廣等諸多優勢。

目前，視頻會議系統的規模不斷變大，視頻會議已經由最初的點對點的模式，演變為多層級、多節點的會議模式。在多層級的視頻會議系統中，會議節點數量大，結構復雜等一直是系統部署中的顯著特征，MCU（Multi Control Unit）的作用相當于整個系統的心臟[2]，負責多節點間的數據轉發及設備管理，其處理能力關系到整個會議的參會者數量與會議質量，當整個系統為多層級視頻會議系統時[3]，會議節點數量可能大大超出MCU的承載能力，因此必須對MCU容量進行擴充，保證數據的正常分發。

本文所涉及的視頻會議系統架構適用于主流視頻會議設備品牌，為方便描述，本文采用的實驗環境均以POLYCOM設備為例。

1 系統架構

視頻會議系統的功能決定了其系統架構須在邏輯層面與企業架構保持一致[4]。如圖1所示，本文所涉及的視頻會議系統為樹狀結構，架構為3層。每層中均包含一定數量的視頻終端，一級節點與二級節點中部署有MCU，MCU在位置上分布于各二級節點所在地點，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點與三級節點召開會議、二級節點與本級其他節點召開會議等多種會議模式，提高了系統的靈活性，當其中1臺出現問題時，可利用其他MCU進行補充，保證了整個系統有較高的可用性。

一級節點：該層為整個系統根節點，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。一級節點向下縱深較大且覆蓋節點較多，因此在本層中部署的一級MCU容量最大。

圖1 視頻會議系統架構圖

二級節點：在系統中為聯系上下2層的核心，一級節點發起的會議，三級節點如需要參會，需通過相應的二級節點進行轉發。各二級節點之間彼此獨立，一方面可參加一級節點召開的視頻會議，另一方面可對其管轄內的三級節點召開視頻會議。部分二級節點沒有下聯三級節點會場，此類會場與三級節點會場類似，無需配置相應MCU。

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

2 MCU容量擴充

假設二級節點數量為n，每個二級節點下聯三級節點數量記為ai，i∈(1，n)，召開會議時下聯點位數量總和為m，存在以下關系

假設一級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系，均為平級參加會議。

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

2.1 MCU級聯

MCU級聯方法是通過MCU自身的協商功能，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、控制信號在內的一系列信號，在邏輯上多個MCU協同工作構成一個大容量的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與下聯點位之間呈星型連接，如圖2所示，一級MCU為中心節點，分別連接參會的二級節點與二級MCU，而二級MCU只負責將會議轉發至三級節點。這樣的模式有利于將二級會場與三級會場進行隔離，由于級聯過程中，二級MCU的配置將直接影響其下聯點，若一個二級MCU出現問題，其下聯各點的會議質量均會受到影響。采用這種方式級聯之后，二級會場直接受一級MCU控制，當二級MCU出現故障時，其相應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級聯模式結構圖

2.1.1 級聯點配置

采用MCU級聯的方式，需要對參與級聯的MCU進行配置，以POLYCOM RMX1000為例，假設有2臺RMX1000設備，A為主MCU，其IP地址為：192.168.1.1，級聯會議ID為1111；B為從MCU，其IP地址為：192.168.1.2，級聯會議ID為2222。

A設備上對級聯點配置如下：

IP地址：192.168.1.2

級聯：主

呼叫方向：呼出

擴展名：2222

B設備上對級聯點配置如下：

IP地址：192.168.1.1

級聯：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級聯之后仍然可以實現基于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，在級聯完成后，雙流會議信號可以覆蓋全網所有節點。

2.2 “背靠背”轉發

“背靠背”轉發模式是除MCU級聯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接，在物理層面實現音視頻信號跨越MCU的直接傳遞，2臺終端分別對應2臺MCU，從而組成一個更大規模的視頻會議系統。

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備，以保證會議正常。“背靠背”轉發的連接方式為：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，而簡單的邏輯架構也使可能的故障點數目減少，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發會議。各個二級節點均可采用這種方式進行會議轉發，在“背靠背”轉發模式中，所有二級MCU均為獨立個體，發生故障時影響范圍集中在自己下聯的三級節點，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接，本文中采取的方法是，將DVI輸出轉為色差分量信號（Y，Pb，Pr），再利用設備原廠提供的HDCI轉5BNC/COM接頭將色差分量轉為HDCI接入終端。

圖4 “背靠背”轉發模式結構圖

2.2.2 會場切換

采用“背靠背”轉發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發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，采用背靠背轉發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 雙流轉發

由于二級節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下聯的三級節點不同于MCU級聯方式，采用的是線纜轉接的方式，因此無法實現雙流信號的完全轉發。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，主視頻流須設置為數據信號。

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，達到擴大會議規模、增加參會者數量的目的，2種模式比較如表1所示。在會議質量、會議速率、支持協議等方面，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，級聯模式由于其2級MCU關聯較大，且彼此之間會存在控制信號的傳遞，因此建議統一管理，而“背靠背”轉發模式則可以由多位管理員分別控制。其他方面，“背靠背”轉發模式能有效將二級MCU信號隔離，保證一級MCU及主會場會議的穩定性，降低其故障率，MCU級聯模式在召開雙流會議及會議管理方面具有優勢。綜上所述，不同的會議需求對應不同的擴容方法，而在召開大于3層架構的視頻會議時，可根據需求將兩種模式相互結合，使系統滿足會議需求，一方面能保證會議系統的穩定，另一方面能提供較高的會議質量。

表1 擴容方法對比

3 小結

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

[1] 張玲.軟件視頻會議系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2011.

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

[3]張常亮，馬渝勇，劉一謙，等.MCU級聯的省一市一縣三級高清視頻會議系統設計[J]．電視技術，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.視頻會議透明級聯的設計與實現[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中的傳送方式研究[J].電力系統通信，2012（9）：26-29.

張 弛（1984—），碩士，工程師，主研視頻會議技術、網絡安全等；

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

傅海濱（1972—），本科，工程師，主研通信與信息系統，計算機網絡等。

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MCU容量擴充方法研究[J].電視技術，2015，39（4）.