基于H．323高性能MCU的設計與實現

摘要：針對基于H．323協議的Openh323開源視頻會議系統中源MCU容納終端有限，圖像質量差等缺陷，在VC++6．0開發平臺上，采用基于幀緩沖映射軟交換技術改進源碼中的MCU，提高其存儲轉發的能力，從而增加參與視頻會議的終端；在占用較少CPU資源的同時，有效提高其傳輸速率，并縮短了傳輸時延，取得了良好的測試結果。
關鍵詞：H．323；OpenH323；MCU；幀緩沖映射；軟交換

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。但現今大多的MCU都是軟硬件相結合，純軟件的MCU很少且效率不高。
當前H．323視頻會議系統大都是以Openh323協議庫為基礎開發的視頻和語音傳輸系統軟件。Openh323是由澳大利亞Equivalence Pty Ltd．公司組織開發的，能實現基本的H．323協議框架，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，不能適應現今市場發展的需要，因此重新設計MCU的架構，便成為研發軟件MCU的關鍵。

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位置；當源圖像為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源圖像轉換為CIF的合成圖像過程中，只能將源圖像的采樣點按倍數減少。也就是將CIF格式等分為16份，相當于用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可容納的終端數目擴大為32，甚至更多時，圖像的清晰度將大打折扣。
(2)傳統軟件MCU的架構是從硬件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MCU的設計如圖2所示，這種架構適用于硬件MCU；但對用軟件實現的MCU并不太適合。用軟件實現的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，大概編碼后的字節數為30×352×288×2=6 MB，CPU要處理如此大的視頻數據量，經測試，P4-2．6 G的CPU在這種架構下，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，圖像合成的效果嚴重下降。

因此，要實現高性能的MCU，必須把MCU對多路音、視頻編碼的大數據量處理的工作環節轉移到各個終端上，讓終端對相應的音、視頻編碼進行處理，而MCU只對各路的音視頻流進行存儲轉發，這樣才能減輕MCU的負荷，從而提高系統的整體效率。