基于H．323視頻會(huì)議系統(tǒng)移動(dòng)終端的研究和實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著科技的發(fā)展，視頻會(huì)議廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。文中介紹了視頻會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展，視頻會(huì)議系統(tǒng)主要由終端、網(wǎng)守、網(wǎng)關(guān)和MCU組成，它們分別實(shí)現(xiàn)不同的功能。在現(xiàn)有的技術(shù)前提下，為了提高視頻會(huì)議系統(tǒng)的性能，提出了一種基于H．323協(xié)議和個(gè)人通信設(shè)備的便攜式視頻會(huì)議終端的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：視頻會(huì)議；H．323；便攜式移動(dòng)終端；音視頻壓縮編碼模塊

0 引言
    隨著通信技術(shù)綜合化、數(shù)字化、智能化和個(gè)人化的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和圖像等多種業(yè)務(wù)已經(jīng)成為通信行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的通信方式如電話、傳真等由于無法達(dá)到“面對(duì)面”的溝通效果，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的交流需求。視頻會(huì)議系統(tǒng)在這種背景下不斷發(fā)展。
    視頻會(huì)議系統(tǒng)包括軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)和硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)，是指兩個(gè)或兩個(gè)以上不同地方的個(gè)人或群體，通過現(xiàn)有的各種電氣通信傳輸媒體，將人物的靜、動(dòng)態(tài)圖像、語音、文字、圖片等多種資料分送到各個(gè)用戶的計(jì)算機(jī)上，使得在地理上分散的用戶可以共聚一處，通過圖形、聲音等多種方式交流信息，增加雙方對(duì)內(nèi)容的理解能力。因此基于IP網(wǎng)絡(luò)依照H．323標(biāo)準(zhǔn)的視頻會(huì)議系統(tǒng)收到了極大的關(guān)注。H．323協(xié)議制定了無QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證的分組網(wǎng)絡(luò)PBN(Packet Based Networks)上的多媒體通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，解決了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及多點(diǎn)視頻會(huì)議中諸如呼叫與會(huì)話控制、多媒體與帶寬控制等問題。

1 H．323協(xié)議的視頻會(huì)議系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    一套完整的視頻會(huì)議系統(tǒng)由視頻會(huì)議終端、多點(diǎn)控制單元(MCU)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件(網(wǎng)守和網(wǎng)關(guān))、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)附件構(gòu)成如圖1所示。其中MCU是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，是主要的控制設(shè)備。它將各個(gè)會(huì)議終端采集到的本地信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)完成信息的交換和控制實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議。因此視頻會(huì)議終端所采集到的信息的好壞直接影響到會(huì)議的進(jìn)程。

    視頻會(huì)議終端分布在各會(huì)場(chǎng)。其基本功能是通過攝像頭和麥克風(fēng)輸入的圖像及語音經(jīng)過編碼器壓縮編碼，利用終端呼叫IP地址或建立專線連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌麜?huì)場(chǎng)，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，將圖像和聲音還原到電視和音響上，從而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端的實(shí)時(shí)交互式交流。一臺(tái)終端設(shè)備通常包括一個(gè)核心編解碼器、一個(gè)攝像頭、一個(gè)全向麥克風(fēng)和一個(gè)遙控器。目前主要的視頻會(huì)議終端有四種：
    (1)會(huì)議室型，會(huì)議室視頻終端一般都是硬件級(jí)別的專用設(shè)備，產(chǎn)品集成化程度較高，具有多種外接接口，可以直接與會(huì)議室音像系統(tǒng)相連接，比如混音器、分屏器、投影儀、多媒體音箱、電視機(jī)等。在系統(tǒng)輸出的圖像效果方面，會(huì)議室視視頻終端能夠達(dá)到電視機(jī)全屏尺寸?？稍趯Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)上傳輸高清視頻和高質(zhì)量音頻。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)集視頻交互、音頻交互、屏幕廣播、遠(yuǎn)程控制、文字交流、電子白板、文檔共享、文件傳輸?shù)榷囗?xiàng)功能于一體的綜合多媒體遠(yuǎn)程會(huì)議平臺(tái)。適合大型企業(yè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高。
    (2)機(jī)頂盒型，在一個(gè)單元內(nèi)包含了所有的硬件和軟件，放置于電視機(jī)上。安裝簡便，設(shè)備輕巧，音視頻效果一般。開通視頻會(huì)議只需要一臺(tái)普通的電視機(jī)和一條ISDN BRI線或局域網(wǎng)連接。視頻會(huì)議終端還可以加載一些外圍設(shè)備例如文檔投影儀和白板設(shè)備來增強(qiáng)功能。主要應(yīng)用：機(jī)頂盒型終端通常是各部門之間的共享資源。
    (3)軟件視頻，泛指桌面型終端，通過軟件依靠PC機(jī)攝像機(jī)和處理器與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。它能有效地使在辦公桌旁的人或者正在旅行的人加入到你的會(huì)議中，與你進(jìn)行面對(duì)面的交流。這種類型對(duì)PC機(jī)處理器的性能要求比較高，對(duì)自帶的攝像頭的清晰度也有要求。主要應(yīng)用：桌面型視頻會(huì)議終端通常配給辦公室里的特殊人或者在外出差工作的人。雖然桌面型視頻會(huì)議終端支持多點(diǎn)會(huì)議(例如會(huì)議包含2個(gè)以上會(huì)議站點(diǎn))，但是它多數(shù)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議。
    (4)網(wǎng)真是一種通過結(jié)合高清晰度視頻、音頻和交互式組件，在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建一種獨(dú)特的“面對(duì)面”體驗(yàn)的新型技術(shù)。用戶會(huì)感覺與對(duì)話方共處一室，坐在同一個(gè)“虛擬會(huì)議桌”旁，能看到對(duì)方，與之交流，甚至越過其他會(huì)議參與者互相交談，完全象面對(duì)面坐在一起一樣。它的技術(shù)含量非常高，成本不菲，主要目標(biāo)是縮短用戶與他們的個(gè)人和職業(yè)生活中重要的人員、地點(diǎn)和活動(dòng)之間的距離，以及更加有效地進(jìn)行交流、合作。國際性客戶、大型企業(yè)和大型商業(yè)客戶都是其可能的用戶，針對(duì)的主要行業(yè)包括政府、金融服務(wù)、醫(yī)療和制造業(yè)。
    會(huì)議室型和機(jī)頂盒型性能好但是體積大、成本較高，不易移動(dòng)，適用于大中型企業(yè)；軟件視頻的性能依賴于PC機(jī)的硬件配置，一般效果不理想；網(wǎng)真技術(shù)復(fù)雜度高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源需求大，成本高昂，適合國際性企業(yè)。為滿足大眾的需要，下面提出一種低成本、性能好的基于個(gè)人通信設(shè)備的便攜式視頻會(huì)議終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
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2 便攜式視頻會(huì)議移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    針對(duì)目前的視頻會(huì)議系統(tǒng)的不足，無法滿足低成本、高性能，隨時(shí)隨地地加入視頻會(huì)議的需求，提出了一種基于個(gè)人通信設(shè)備(如筆記本電腦、可連接網(wǎng)絡(luò)的電視機(jī)，處理器功能強(qiáng)大的智能手機(jī)等)的便攜式視頻會(huì)議終端設(shè)計(jì)方法，該視頻會(huì)議終端將輸入模塊、音視頻信號(hào)壓縮編碼模塊、電源模塊等集成在一個(gè)便攜的終端盒里，通過USB連接方式與個(gè)人電腦或者移動(dòng)通信工具等個(gè)人通信設(shè)備相連，視頻會(huì)議終端客戶端軟件在個(gè)人通信設(shè)備上自動(dòng)運(yùn)行，個(gè)人通信設(shè)備只要能連上網(wǎng)(有線網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)、WiFi無線網(wǎng)絡(luò))通過視頻會(huì)議系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)多方視頻會(huì)議，如圖2所示。

    如圖2所示，本方案包括輸入模塊、音視頻壓縮編碼模塊、USB接口模塊、電源模塊、終端客戶端軟件模塊以及散熱系統(tǒng)：
    (1)輸入模塊接收本地音視頻信號(hào)的輸入。輸入模塊主要包括麥克風(fēng)和高清攝像頭。麥克風(fēng)接收本地音頻信號(hào)輸入，攝像頭接收本地視頻信號(hào)的輸入。輸入模塊將接收到的音視頻信號(hào)傳遞給音視頻壓縮編碼模塊。
    (2)USB接口模塊，通過USB連接方式與個(gè)人通信設(shè)備連接，個(gè)人通信設(shè)備再與外部網(wǎng)絡(luò)連接，接入視頻會(huì)議系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻多方會(huì)議。
    (3)音視頻壓縮編碼模塊是本方案的核心部分。它將輸入模塊接收到的音視頻信號(hào)壓縮成為本地壓縮編碼，將本地壓縮編碼提供給USB接口傳輸給個(gè)人通信設(shè)備，然后個(gè)人通信設(shè)備再通過外部網(wǎng)絡(luò)接入視頻會(huì)議系統(tǒng)向遠(yuǎn)程視頻會(huì)議終端和服務(wù)器發(fā)送音視頻壓縮編碼，達(dá)到信息交換的目的。
    (4)電源模塊包括可充電電池、電源適配器，USB接口充電模塊，具有兩種供電方式：通過電源適配器外接電源直接向視頻會(huì)議終端供電；通過USB接口外接通信設(shè)備向電池充電，由電池給視頻會(huì)議終端供電。
    (5)視頻會(huì)議終端客戶端軟件包括視頻、音頻信號(hào)采集模塊、音視頻信號(hào)播放模塊、遠(yuǎn)程音視頻信號(hào)接收模塊。它安裝于個(gè)人通信設(shè)備上。音視頻信號(hào)采集模塊和音視頻信號(hào)播放模塊用于控制所述便攜式會(huì)議終端進(jìn)行音視頻信號(hào)的采集和播放，音視頻信號(hào)接收模塊用于實(shí)現(xiàn)多方視頻會(huì)議終端實(shí)現(xiàn)通信。
    (6)該視頻會(huì)議終端還包括散熱系統(tǒng)，散熱板和散熱孔，用來保證該終端的長期穩(wěn)定的運(yùn)行。
    如圖2所示，音視頻壓縮編碼模塊連接到音視頻采集模塊和USB接口模塊，音視頻壓縮編碼模塊從音視頻采集模塊接收本地音視頻信號(hào)，將信號(hào)壓縮成為符合國際標(biāo)準(zhǔn)的本地壓縮編碼，將本地壓縮編碼通過USB接口模塊傳輸給個(gè)人通信設(shè)備，然后再通過個(gè)人通信設(shè)備所連接的通信網(wǎng)絡(luò)向外部傳輸編碼信號(hào)，此外，個(gè)人通信設(shè)備通過所連接通信網(wǎng)絡(luò)在視頻會(huì)議系統(tǒng)中接收遠(yuǎn)程壓縮編碼，利用視頻會(huì)議客戶端軟件進(jìn)行解碼，還原遠(yuǎn)程音視頻信號(hào)，達(dá)到交流的目的。
    根據(jù)上述設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，采用DM642音視頻處理器，內(nèi)置高清攝像頭、麥克風(fēng)和一些其他硬件模塊來實(shí)現(xiàn)便攜式視頻會(huì)議移動(dòng)終端，總體實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。

    DM642A多路處理平臺(tái)是基于TI的DSPTMS320DM642芯片設(shè)計(jì)的評(píng)估開發(fā)板。其計(jì)算能力可達(dá)到4 GIPS，可用于視頻采集，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的音頻視頻壓縮算法，帶有以太網(wǎng)口，可通過數(shù)據(jù)。DSP系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)模塊是關(guān)鍵，高精度的供電才能保證系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)采用5 V電源驅(qū)動(dòng)2個(gè)MOSFET的DC-DC調(diào)整器(TPS54310)分別供給DSP的核心電壓CVDD(1．4 V)和外圍電壓DVDD(3．3 V)。在3．3 V和1．4 V電源之間連接肖特基二極管，保證DM642內(nèi)核和外部端口同時(shí)供電。TI公司的TPS54310的輸出精度是1％，完全滿足DSP工作要求。視頻輸入器件SAA7113H、視頻輸出器件SAA7105H和CPLD都需要3．3 V供電，選用AMS1117-3．3 V為這些器件供電。系統(tǒng)的地分為系統(tǒng)地、視頻輸入地、視頻輸出模擬地、音頻模擬地和網(wǎng)絡(luò)模擬地6部分。從電源進(jìn)來的是系統(tǒng)地。在PCB設(shè)計(jì)中，各地與系統(tǒng)地之間采用220Ω，100MHz的磁珠在一點(diǎn)連接起來。調(diào)試中，只要電源部分工作正常，都可以通過JTAG口將程序下載到DM642中，進(jìn)而調(diào)試其他模塊。
    系統(tǒng)以DM642為核心，包括視頻輸入、輸出模塊，存儲(chǔ)模塊，通信模塊等。DM642集成有3個(gè)視頻(Video Port，VP)口，每個(gè)視頻口是由20 b數(shù)據(jù)線、2個(gè)時(shí)鐘信號(hào)VPxCLK0(輸入)和VPx-CLK1(輸入／輸出)組成，每個(gè)視頻口被分為上(B)、下(A)2個(gè)通道，VP0的A通道與McBSPO復(fù)用，VP1的A通道與McB-SP1復(fù)用，VP0和VP1的B通道與McASP復(fù)用，VP2則為單功能引腳。其中輸入、輸出模塊由2片解碼器(TVP5150)和1片編碼器構(gòu)成，可以同時(shí)輸入1路視頻，輸出1路視頻。存儲(chǔ)模塊主要由FLASH和2片SDRAM組成。此外系統(tǒng)還包括JTAG仿真接口和網(wǎng)口，可以方便地與外界通信?；竟ぷ髟硎怯蒀CD攝像頭采集輸入的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)過視頻解碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，送到DM642，DM642再將采集的視頻數(shù)據(jù)用H．264標(biāo)準(zhǔn)編碼壓縮后通過USB接口傳送到PC機(jī)上，然后再通過移動(dòng)終端的客戶端軟件上傳到視頻會(huì)議主會(huì)場(chǎng)。

3 有待解決的問題
    移動(dòng)終端的兼容性  由于H．323協(xié)議的開放性，導(dǎo)致一些視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)備廠商對(duì)協(xié)議的修改程度不一樣，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，以至上述設(shè)計(jì)的移動(dòng)終端與其他廠家設(shè)備兼容性有待提高。
    高清性  由于是便攜式移動(dòng)終端，采用內(nèi)置攝像頭體積小，性能不高，像素?zé)o法達(dá)到高清要求。
    實(shí)時(shí)性  對(duì)于通信來說，QoS尤為重要。目前也有很多解決基于IP網(wǎng)絡(luò)的Qos問題的技術(shù)，但是還是無法保證實(shí)時(shí)性，有一定的傳輸延遲，導(dǎo)致音視頻的延遲或者抖動(dòng)。

4 結(jié)語
    近幾年來，視頻會(huì)議越來越多地應(yīng)用在人們的溝通和交流中，它既能夠高效合理地利用時(shí)間、提高工作效率。便攜式移動(dòng)會(huì)議終端與傳統(tǒng)的硬件視頻會(huì)議設(shè)備相比較，可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和個(gè)人通信設(shè)備，并能夠提供不遜色于傳統(tǒng)硬件設(shè)備的音視頻質(zhì)量和更為豐富的數(shù)據(jù)協(xié)作功能。又大大節(jié)省了出差費(fèi)用、減少了旅途奔波之苦。隨著高性能的處理器不斷發(fā)展，成本不斷降低，便攜式移動(dòng)會(huì)議終端是必然的進(jìn)化過程。