CN203206388U - 一种用于视频会议的多点控制单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于视频会议的多点控制单元，包括：ATCA接口单元和至少一个DSP单元，ATCA接口单元与至少一个DSP单元中每个DSP单元连接以进行相互通信。该多点控制单元可实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理，从而能够提高视频会议系统的相应指标。

Description

一种用于视频会议的多点控制单元

技术领域

本实用新型涉及一种控制单元，尤其涉及一种用于视频会议的多点控制单元。 

背景技术

近年来，随着网络带宽的不断提升以及多年的信息化建设，以视频会议为代表的多媒体通信行业发展迅速，其产品功能日臻完善，应用领域也日益广泛。经过多年的发展、延伸，视频会议已经由政府、大型企事业单位的专属通信产品逐步演化为大众型的通信产品，越来越多的中小企业陆续成为视频会议的忠实用户。在节约成本、提高办事效率等方面，视频会议的价值已经获得广大用户的普遍认可。 

通常，视频会议系统由多点控制单元（Multi Control Unit，MCU）、会议终端、终端外设等组成：多点控制单元负责整个会议的管理控制、声音合成、画面合成、媒体分发等工作，是整个视频会议系统的核心组件；会议终端与多点控制单元进行控制流和媒体流的交互，并接受多点控制单元的调度；终端外设包括麦克风、音箱、摄像机、显示器、遥控器等设备，一些高级的视频会议系统还包括回声抑制器、调音台、摄像机云台等附加外设。 

由上述可知，整个视频会议系统涉及到的相关技术非常多，但一般来说，其核心技术包括媒体编解码技术、媒体合成技术、网络传输技术等。其中音、视频的网络传输一般采用实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）。 

视频会议中的音频、视频编码格式采用ITU（国际电信联盟）发布的国际标准格式，每一种编码格式都有各自的最佳适用场景，也都有各自的运算复杂度以及需要的网络带宽。会议中，各个参会方的网络状况是有差别的，各个会议终端的运算能力也不尽相同，因此，参会方与多点控制单元之间的媒体流可能会采用不同的编码格式，以达到最佳的会议效果。多点控制单元必须能够识别和支持这些不同的编码格式，并在必要的时候进行不同格式之间的转换以及不同网络带宽之间的码流适配。 

声音合成、画面合成、多码流适配，这三种功能构成了一个多点控制单元的最核心的媒体处理功能，其能力的高低也直接决定了整个视频会议系统的服务能力和质量。这里的声音合成、画面合成功能，其实包含了解码、混音或混屏、再编码等一系列过程。为了节约运算资源，早期的多点控制单元并不支持媒体合成功能，而只是对收到的媒体流进行必要的转发，合成的任务则是交给了各个会议终端。但这样做的弊端也很明显，比如，当给某个参会者转发多路视频内容的时候，需要占用多倍的网络带宽，这可能会导致整个系统的网络带宽不足，从而影响到整体的通信质量，尤其是可能会导致音频数据的丢包率上升，音质明显下降。相反，如果多点控制单元将多路视频内容进行多画面合成后再转发，则只需转发合成后的一路视频即可，这就大大降低了网络带宽的实际占用。 

当前，多点控制单元的媒体处理功能多采用通用的多核CPU运算实现。但是，这种基于CPU运算的处理模式往往会受到系统稳定性、内部总线带宽、功耗、总体价格等诸多因素的影响，其长期运行的可靠性和性价比并不理想。尤其对于视频编解码这种运算密集型的工作，通用CPU的单位处理效率并不高，这种不足在处理大尺寸的视频数据时表现得更加明显。另外，由于主机边界存在运算资源、I/O资源等方面的限制，也使得这种体系的多点控制单元难于支撑诸如任意画面合成、大尺寸画面合成等高端业务需求。 

数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）拥有强大的数据处理能力，其正好可以用在视频会议的媒体处理领域。基于一块多处理器的DSP开发板，通过编程开发，可以实现一种多DSP的多点控制单元，该多点控制单元可以完成其所需要的媒体处理功能。与通用CPU实现的媒体处理模块相比，该多点控制单元具有更强的处理能力、更高的集成度、更低的功耗，同时由于集成度和功耗的改善，系统的可靠性也得到大幅提升。然而，需要仔细考虑的一个问题是多点控制单元的硬件架构设计，即多点控制单元应该以什么样的方式对外提供服务，或者说部署在什么样的硬件载体上。如果采用通常的主机体系进行部署，那么该多点控制单元将作为主机的一个内嵌插件存在，这样的话，其多卡扩展性还是难于平滑实现。 

现在的视频会议用户，对视频会议系统的可靠性、画面合成能力、性价比等方面的指标提出了更高的要求，而现有的视频会议系统在上述方面的表现还不是很理想。上述指标的改善，很大程度上取决于媒体处理技术的突破。所以， 迫切需要研发一种新型多点控制单元，以改善现有视频会议系统的上述指标。 

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于视频会议的多点控制单元，该多点控制单元基于ATCA接口构建，可实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理，从而能够提高视频会议系统的相应指标。 

本实用新型提供了一种用于视频会议的多点控制单元，所述多点控制单元包括：ATCA接口单元和至少一个DSP单元，其中，所述ATCA接口单元与所述至少一个DSP单元中每个DSP单元连接以进行相互通信。 

所述至少一个DSP单元中每个DSP单元还可以包括媒体处理单元，用于执行媒体处理操作。 

所述媒体处理单元还可以包括：多个音频解码器、多个混音器、多个音频编码器，其中，所述多个音频解码器中每个音频解码器与所述多个混音器中一个或多个混音器相连接以传输音频数据流，所述多个混音器中每个混音器与所述多个音频编码器中一个或多个音频编码器相连接以传输音频数据流。 

所述媒体处理单元还可以包括：多个视频解码器、多个混屏器、多个视频编码器，其中，所述多个视频解码器中每个视频解码器与所述多个混屏器中一个或多个混屏器相连接以传输视频数据流，所述多个混屏器中每个混屏器与所述多个视频编码器中一个或多个视频编码器相连接以传输视频数据流。 

所述多个音频解码器通过RTP协议从外界接收所述音频数据流和所述多个音频编码器通过RTP协议将所述音频数据流传输到外界，以及所述多个视频解码器通过RTP协议从外界接收所述视频数据流和所述多个视频编码器通过RTP协议将所述视频数据流传输到外界。 

所述音频解码器通过所述DSP单元内的高速通道将所述音频数据流传输到所述混音器，所述混音器通过所述DSP单元内的高速通道将所述音频数据流传输到所述音频编码器。 

所述视频解码器通过所述DSP单元内的高速通道将所述视频数据流传输到所述混屏器，所述混屏器通过所述DSP单元内的高速通道将所述视频数据流传输到所述视频编码器。 

本实用新型的多点控制单元是基于ATCA接口的多DSP多点控制单元可实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理。并且， 该多点控制单元具有可靠性高、画面合成能力强、性价比高的优点。因此，本实用新型的多点控制单元可广泛用于大型视频会议、指挥调度和视频监控等应用。 

附图说明

图1为本实用新型多点控制单元的系统结构图； 

图2为本实用新型多点控制单元的另一系统结构图; 

图3为本实用新型媒体处理单元的结构框图; 

图4为本实用新型媒体处理单元的另一结构框图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

本实用新型的基本思想是基于高级电信计算架构（Advanced Telecom Computing Architecture，ATCA）接口来构建多点控制单元，利用ATCA接口实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理。本实用新型的用于视频会议的多点控制单元包括：高级电信计算架构（Advanced Telecom Computing Architecture，ATCA）接口单元和至少一个DSP单元。ATCA接口单元与每个DSP单元连接以进行相互通信。 

该DSP单元包括媒体处理单元，用于执行媒体处理操作。其中，媒体处理单元包括：多个音频解码器、多个混音器、多个音频编码器。每个音频解码器与一个或多个混音器相连接以传输音频数据流，每个混音器与一个或多个音频编码器相连接以传输音频数据流。媒体处理单元还包括：多个视频解码器、多个混屏器、多个视频编码器。每个视频解码器与一个或多个混屏器相连接以传输视频数据流，每个混屏器与一个或多个视频编码器相连接以传输视频数据流。 

下面结合本实用新型所给出的具体实施例来进行详细描述： 

图1示出了根据本实用新型的多点控制单元的系统结构图。参照图1所示，该多点控制单元包括一个ATCA接口单元和多个DSP单元。ATCA接口单元与每个DSP单元互相连接以进行互相通信。 

下面对多点控制单元所包括的ATCA接口单元，DSP单元进行详细描述： 

ATCA接口单元是基于高级电信计算架构（ATCA）的接口。高级电信计算架构是PICMG组织为满足新一代融合通信及数据网络应用而提出的高性能、模块化设计、开放、兼容、可扩展的硬件架构。ATCA采用了一种全开放、可互操作的电信工业标准，这是一种全新的设计标准，其在背板结构、散热、可靠性以及开放性方面有独特的创新。ATCA不仅具备卓越的计算能力，还能满足电信应用的苛刻要求，例如，为电信机房量身定制的供电机制和机械尺寸，充分考虑恶劣运行环境的散热设计，保证99.999%可用性的全冗余架构，通过扣板提供丰富的接口资源，利用智能平台管理接口对系统的完善管理，严格的规范一致性，对多种交换结构的支持以及开放的接口标准。 

因此，将ATCA接口单元包括于用于视频会议的多点控制单元中，可以利用ATCA的上述特点，来有效地扩展多点控制单元的接口,利用ATCA接口实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理。在图1所示的多点控制单元中，ATCA接口单元与每个DSP单元相互连接并进行通信，ATCA接口单元从外界（会议终端或第三方多点控制单元）接收数据流传输给DSP单元，并将DSP单元处理过的数据流通过ATCA接口单元传送到外界。此外，ATCA接口单元作为多点控制单元对外的硬件接口，负责对多点控制单元供电、与应用系统交换数据。 

本实用新型的多点控制单元采用多DSP单元可以大幅度提高多点控制单元的媒体数据流处理能力，实现单台多点控制单元设备支持大容量视频会议服务。而且，由于对外接口使用了ATCA接口，DSP单元的数目可以根据需要采用动态插卡方式进行扩展。各个DSP单元之间彼此独立，每个DSP单元为一个独立DSP硬件实体。 

图2示出了根据本实用新型的多点控制单元的另一系统结构图。参照图2所示，每个DSP单元作为一个独立DSP硬件实体，可以包括一个媒体处理单元，处理一路或多路媒体数据流，其具有音频的编解码和混频、视频的编解码和混屏功能，用于实现完整的音频、视频处理业务。图2中的ATCA接口单元和DSP单元与图1中类似，在此不再赘述。 

图3示出了本实用新型的媒体处理单元的结构框图。参照图3所示，该媒体处理单元包括：音频解码器、混音器、音频编码器。具体地，该媒体处理单元包括：音频解码器1-4、混音器1-2、音频编码器1-3。根据不同的实际需要，媒体处理单元所包括的音频解码器、混音器、音频编码器的数量可以改变。 

继续参照图3所示，音频解码器1与混音器1相连接，音频解码器2同时与混音器1和混音器2相连接，音频解码器3和音频解码器4分别与混音器2相连接；混音器1同时与音频编码器1和音频编码器2相连接，混音器2与音频编码器3相连接。 

由图3可知，每个音频解码器与一个或多个混音器相连接，每个混音器与一个或多个音频编码器相连接。媒体处理单元所包括的音频解码器、混音器、音频编码器的数量可以根据实际的应用而改变，只要满足这种连接关系即可。 

下面详细描述媒体处理单元的各组成部分。 

音频解码器将输入的音频流解码成音频声音数据流，然后由混音器来订阅。具体地，音频解码器包括一个IP地址以及端口号，输入的音频流将会按照RTP协议，发送到这个RTP地址上。输入的音频数据流经过拆包、解码、变换频率等过程，最终会得到一个规整的音频声音数据流。如果有混音器订阅了该音频声音数据流，那么，该音频声音数据流将会通过DSP内部的高速通道发送给相应的混音器。 

混音器将输入的多路音频声音数据流进行混合，生成一路音频声音数据流，并由音频编码器来订阅该路音频声音数据流。混音期间，可以对各路输入的音频声音数据流分配不同的音量。为了实现不同组合的多路音频声音流混合，可以创建多个混音器。如果有音频编码器订阅了混音后的音频声音数据流，那么，音频声音数据将会通过DSP内部的高速通道发送给相应的音频编码器。 

音频编码器将输入的音频声音数据流编码成指定格式的音频流，并发送到指定的RTP地址。音频编码器包括编码参数、一个IP地址以及端口号。输入的音频声音数据流经过编码、打包等过程，最终会得到一个规整的RTP数据，并将该数据发送到指定的RTP地址上。 

图4示出了本实用新型的媒体处理单元的结构框图。参照图4所示，该媒体处理单元包括：音频解码器、混音器、音频编码器，以及视频解码器、混屏器、视频编码器。具体地，该媒体处理单元包括：音频解码器1-4、混音器1-2、音频编码器1-3，以及视频解码器1-3、混屏器1-2、视频编码器1-3。根据不同的实际需要，媒体处理单元所包括的音频解码器、混音器、音频编码器，以及视频解码器、混屏器、视频编码器的数量可以改变。 

继续参照图4所示，音频解码器1与混音器1相连接，音频解码器2同时与混音器1和混音器2相连接，音频解码器3和音频解码器4分别与混音器2 相连接；混音器1同时与音频编码器1和音频编码器2相连接，混音器2与音频编码器3相连接。视频编码器1、视频编码器2分别与混屏器1相连接，视频编码器3同时与混屏器1和混屏器2相连接；混屏器1同时与视频编码器1和视频编码器2相连接，混屏器2与视频编码器3相连接。 

由图4可知，每个音频解码器与一个或多个混音器相连接，每个混音器与一个或多个音频编码器相连接，并且每个视频解码器与一个或多个混屏器相连接，每个混屏器与一个或多个视频编码器相连接。媒体处理单元所包括的音频解码器、混音器、音频编码器，以及视频解码器、混屏器、视频编码器的数量可以根据实际的应用而改变，只要满足这种连接关系即可。 

图4中媒体处理单元所包括的音频解码器、混音器、音频编码器的功能与图3中相同，在此不再赘述。下面详细描述图4中媒体处理单元中的视频解码器、混屏器、视频编码器。 

视频解码器将输入的视频流解码成视频图像数据流，并由混屏器来订阅该视频图像数据流。视频解码器包括一个IP地址以及端口号，输入的视频流将会按照RTP协议，发送到这个RTP地址上。输入的视频数据流经过拆包、解码、变换尺寸等过程，最终会得到一个规整的视频图像数据流。如果有混屏器订阅了该视频图像数据流，那么，该视频图像数据流将会通过DSP内部的高速通道发送给相应的混屏器。 

混屏器将输入的多路视频图像视频数据流进行合成，生成一路视频图像数据流，并由视频编码器来订阅该视频图像数据流。混屏期间，混屏器的各个位置的内容可以由调用者指定。如果有视频编码器订阅了混屏后的视频图像数据流，那么，该视频图像数据流将会通过DSP内部的高速通道发送给相应的视频编码器。 

视频编码器将输入的视频图像数据流编码成指定格式的视频流，并发送到指定的RTP地址。视频编码器包括编码参数、一个IP地址以及端口号。输入的视频图像数据流经过编码、打包等过程，最终会得到一个规整的RTP数据，并将该数据发送到指定的RTP地址上。 

由上述可以看出，音频解码器、混音器和音频编码器之间的音频声音数据流通过DSP内部高速通道传输；视频解码器、混屏器和视频编码器之间的视频图像数据流通过DSP内部高速通道传输。 

需要指出的是，音频解码器、音频编码器、视频解码器和视频编码器在与 外界进行数据传输时采用RTP协议进行传输。 

本实用新型的基于ATCA接口的多DSP多点控制单元具有可靠性高、画面合成能力强、性价比高的优点，其可实现大容量、多格式、多分辨率、复杂网络带宽下的视频会议媒体处理。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种用于视频会议的多点控制单元，其特征在于，所述多点控制单元包括：ATCA接口单元和至少一个DSP单元，其中，所述ATCA接口单元与所述至少一个DSP单元中每个DSP单元连接以进行相互通信。

2.如权利要求1所述的多点控制单元，其特征在于，所述至少一个DSP单元中每个DSP单元包括媒体处理单元，用于执行媒体处理操作。

3.如权利要求2所述的多点控制单元，其特征在于，所述媒体处理单元包括：多个音频解码器、多个混音器、多个音频编码器，其中，所述多个音频解码器中每个音频解码器与所述多个混音器中一个或多个混音器相连接以传输音频数据流，所述多个混音器中每个混音器与所述多个音频编码器中一个或多个音频编码器相连接以传输音频数据流。

4.如权利要求3所述的多点控制单元，其特征在于，所述媒体处理单元还包括：多个视频解码器、多个混屏器、多个视频编码器，其中，所述多个视频解码器中每个视频解码器与所述多个混屏器中一个或多个混屏器相连接以传输视频数据流，所述多个混屏器中每个混屏器与所述多个视频编码器中一个或多个视频编码器相连接以传输视频数据流。

5.如权利要求4所述的多点控制单元，其特征在于，所述多个音频解码器通过RTP协议从外界接收所述音频数据流和所述多个音频编码器通过RTP协议将所述音频数据流传输到外界，以及所述多个视频解码器通过RTP协议从外界接收所述视频数据流和所述多个视频编码器通过RTP协议将所述视频数据流传输到外界。

6.如权利要求5所述的多点控制单元，其特征在于，所述音频解码器通过所述DSP单元内的高速通道将所述音频数据流传输到所述混音器，所述混音器通过所述DSP单元内的高速通道将所述音频数据流传输到所述音频编码器。

7.如权利要求6所述的多点控制单元，其特征在于，所述视频解码器通过所述DSP单元内的高速通道将所述视频数据流传输到所述混屏器，所述混屏器通过所述DSP单元内的高速通道将所述视频数据流传输到所述视频编码器。

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