基于H．323視頻會議系統(tǒng)移動終端的研究和實現(xiàn)

摘要：隨著科技的發(fā)展，視頻會議廣泛地應用于各個領域。文中介紹了視頻會議系統(tǒng)的發(fā)展，視頻會議系統(tǒng)主要由終端、網(wǎng)守、網(wǎng)關和MCU組成，它們分別實現(xiàn)不同的功能。在現(xiàn)有的技術前提下，為了提高視頻會議系統(tǒng)的性能，提出了一種基于H．323協(xié)議和個人通信設備的便攜式視頻會議終端的設計方法和實現(xiàn)。
關鍵詞：視頻會議；H．323；便攜式移動終端；音視頻壓縮編碼模塊

0 引言
    隨著通信技術綜合化、數(shù)字化、智能化和個人化的發(fā)展以及計算機網(wǎng)絡技術的日益成熟，在網(wǎng)絡平臺上實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和圖像等多種業(yè)務已經(jīng)成為通信行業(yè)發(fā)展的目標和必然趨勢。傳統(tǒng)的通信方式如電話、傳真等由于無法達到“面對面”的溝通效果，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的交流需求。視頻會議系統(tǒng)在這種背景下不斷發(fā)展。
    視頻會議系統(tǒng)包括軟件視頻會議系統(tǒng)和硬件視頻會議系統(tǒng)，是指兩個或兩個以上不同地方的個人或群體，通過現(xiàn)有的各種電氣通信傳輸媒體，將人物的靜、動態(tài)圖像、語音、文字、圖片等多種資料分送到各個用戶的計算機上，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，增加雙方對內(nèi)容的理解能力。因此基于IP網(wǎng)絡依照H．323標準的視頻會議系統(tǒng)收到了極大的關注。H．323協(xié)議制定了無QoS(服務質(zhì)量)保證的分組網(wǎng)絡PBN(Packet Based Networks)上的多媒體通信系統(tǒng)標準，解決了點對點以及多點視頻會議中諸如呼叫與會話控制、多媒體與帶寬控制等問題。

1 H．323協(xié)議的視頻會議系統(tǒng)的結構
    一套完整的視頻會議系統(tǒng)由視頻會議終端、多點控制單元(MCU)、網(wǎng)絡管理軟件(網(wǎng)守和網(wǎng)關)、傳輸網(wǎng)絡以及相關附件構成如圖1所示。其中MCU是整個系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，是主要的控制設備。它將各個會議終端采集到的本地信息通過傳輸網(wǎng)絡完成信息的交換和控制實現(xiàn)視頻會議。因此視頻會議終端所采集到的信息的好壞直接影響到會議的進程。

    視頻會議終端分布在各會場。其基本功能是通過攝像頭和麥克風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?，同時對網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)進行解碼，將圖像和聲音還原到電視和音響上，從而實現(xiàn)與遠端的實時交互式交流。一臺終端設備通常包括一個核心編解碼器、一個攝像頭、一個全向麥克風和一個遙控器。目前主要的視頻會議終端有四種：
    (1)會議室型，會議室視頻終端一般都是硬件級別的專用設備，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、電視機等。在系統(tǒng)輸出的圖像效果方面，會議室視視頻終端能夠達到電視機全屏尺寸?？稍趯Ｓ镁W(wǎng)絡上傳輸高清視頻和高質(zhì)量音頻。實現(xiàn)了一個集視頻交互、音頻交互、屏幕廣播、遠程控制、文字交流、電子白板、文檔共享、文件傳輸?shù)榷囗椆δ苡谝惑w的綜合多媒體遠程會議平臺。適合大型企業(yè)，對網(wǎng)絡要求高。
    (2)機頂盒型，在一個單元內(nèi)包含了所有的硬件和軟件，放置于電視機上。安裝簡便，設備輕巧，音視頻效果一般。開通視頻會議只需要一臺普通的電視機和一條ISDN BRI線或局域網(wǎng)連接。視頻會議終端還可以加載一些外圍設備例如文檔投影儀和白板設備來增強功能。主要應用：機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機攝像機和處理器與外界進行數(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議中，與你進行面對面的交流。這種類型對PC機處理器的性能要求比較高，對自帶的攝像頭的清晰度也有要求。主要應用：桌面型視頻會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。雖然桌面型視頻會議終端支持多點會議(例如會議包含2個以上會議站點)，但是它多數(shù)用于點對點會議。
    (4)網(wǎng)真是一種通過結合高清晰度視頻、音頻和交互式組件，在網(wǎng)絡上創(chuàng)建一種獨特的“面對面”體驗的新型技術。用戶會感覺與對話方共處一室，坐在同一個“虛擬會議桌”旁，能看到對方，與之交流，甚至越過其他會議參與者互相交談，完全象面對面坐在一起一樣。它的技術含量非常高，成本不菲，主要目標是縮短用戶與他們的個人和職業(yè)生活中重要的人員、地點和活動之間的距離，以及更加有效地進行交流、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，針對的主要行業(yè)包括政府、金融服務、醫(yī)療和制造業(yè)。
    會議室型和機頂盒型性能好但是體積大、成本較高，不易移動，適用于大中型企業(yè)；軟件視頻的性能依賴于PC機的硬件配置，一般效果不理想；網(wǎng)真技術復雜度高，對網(wǎng)絡資源需求大，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、性能好的基于個人通信設備的便攜式視頻會議終端的設計與實現(xiàn)。
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2 便攜式視頻會議移動終端的設計與實現(xiàn)
    針對目前的視頻會議系統(tǒng)的不足，無法滿足低成本、高性能，隨時隨地地加入視頻會議的需求，提出了一種基于個人通信設備(如筆記本電腦、可連接網(wǎng)絡的電視機，處理器功能強大的智能手機等)的便攜式視頻會議終端設計方法，該視頻會議終端將輸入模塊、音視頻信號壓縮編碼模塊、電源模塊等集成在一個便攜的終端盒里，通過USB連接方式與個人電腦或者移動通信工具等個人通信設備相連，視頻會議終端客戶端軟件在個人通信設備上自動運行，個人通信設備只要能連上網(wǎng)(有線網(wǎng)、3G網(wǎng)絡、WiFi無線網(wǎng)絡)通過視頻會議系統(tǒng)就可以實現(xiàn)多方視頻會議，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的輸入。輸入模塊主要包括麥克風和高清攝像頭。麥克風接收本地音頻信號輸入，攝像頭接收本地視頻信號的輸入。輸入模塊將接收到的音視頻信號傳遞給音視頻壓縮編碼模塊。
    (2)USB接口模塊，通過USB連接方式與個人通信設備連接，個人通信設備再與外部網(wǎng)絡連接，接入視頻會議系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻多方會議。
    (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接口傳輸給個人通信設備，然后個人通信設備再通過外部網(wǎng)絡接入視頻會議系統(tǒng)向遠程視頻會議終端和服務器發(fā)送音視頻壓縮編碼，達到信息交換的目的。
    (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議終端供電；通過USB接口外接通信設備向電池充電，由電池給視頻會議終端供電。
    (5)視頻會議終端客戶端軟件包括視頻、音頻信號采集模塊、音視頻信號播放模塊、遠程音視頻信號接收模塊。它安裝于個人通信設備上。音視頻信號采集模塊和音視頻信號播放模塊用于控制所述便攜式會議終端進行音視頻信號的采集和播放，音視頻信號接收模塊用于實現(xiàn)多方視頻會議終端實現(xiàn)通信。
    (6)該視頻會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，將信號壓縮成為符合國際標準的本地壓縮編碼，將本地壓縮編碼通過USB接口模塊傳輸給個人通信設備，然后再通過個人通信設備所連接的通信網(wǎng)絡向外部傳輸編碼信號，此外，個人通信設備通過所連接通信網(wǎng)絡在視頻會議系統(tǒng)中接收遠程壓縮編碼，利用視頻會議客戶端軟件進行解碼，還原遠程音視頻信號，達到交流的目的。
    根據(jù)上述設計的設計方法，采用DM642音視頻處理器，內(nèi)置高清攝像頭、麥克風和一些其他硬件模塊來實現(xiàn)便攜式視頻會議移動終端，總體實現(xiàn)方案如圖3所示。

    DM642A多路處理平臺是基于TI的DSPTMS320DM642芯片設計的評估開發(fā)板。其計算能力可達到4 GIPS，可用于視頻采集，實現(xiàn)復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)電源設計模塊是關鍵，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2個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)絡模擬地6部分。從電源進來的是系統(tǒng)地。在PCB設計中，各地與系統(tǒng)地之間采用220Ω，100MHz的磁珠在一點連接起來。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，存儲模塊，通信模塊等。DM642集成有3個視頻(Video Port，VP)口，每個視頻口是由20 b數(shù)據(jù)線、2個時鐘信號VPxCLK0(輸入)和VPx-CLK1(輸入／輸出)組成，每個視頻口被分為上(B)、下(A)2個通道，VP0的A通道與McBSPO復用，VP1的A通道與McB-SP1復用，VP0和VP1的B通道與McASP復用，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片編碼器構成，可以同時輸入1路視頻，輸出1路視頻。存儲模塊主要由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，經(jīng)過視頻解碼器轉換成數(shù)字視頻信號，送到DM642，DM642再將采集的視頻數(shù)據(jù)用H．264標準編碼壓縮后通過USB接口傳送到PC機上，然后再通過移動終端的客戶端軟件上傳到視頻會議主會場。

3 有待解決的問題
    移動終端的兼容性  由于H．323協(xié)議的開放性，導致一些視頻會議系統(tǒng)設備廠商對協(xié)議的修改程度不一樣，標準不統(tǒng)一，以至上述設計的移動終端與其他廠家設備兼容性有待提高。
    高清性  由于是便攜式移動終端，采用內(nèi)置攝像頭體積小，性能不高，像素無法達到高清要求。
    實時性  對于通信來說，QoS尤為重要。目前也有很多解決基于IP網(wǎng)絡的Qos問題的技術，但是還是無法保證實時性，有一定的傳輸延遲，導致音視頻的延遲或者抖動。

4 結語
    近幾年來，視頻會議越來越多地應用在人們的溝通和交流中，它既能夠高效合理地利用時間、提高工作效率。便攜式移動會議終端與傳統(tǒng)的硬件視頻會議設備相比較，可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境和個人通信設備，并能夠提供不遜色于傳統(tǒng)硬件設備的音視頻質(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，便攜式移動會議終端是必然的進化過程。