多层级视频会议系统MCU容量扩充方法研究

张 弛，熊 炎，傅海滨

（中国石油西南油气田公司，四川 成都 610051）

多层级视频会议系统MCU容量扩充方法研究

张 弛，熊 炎，傅海滨

（中国石油西南油气田公司，四川 成都 610051）

基于多点多层级的大型视频会议系统，结合目前视频会议领域的主流技术，在综合考虑会议效果及系统扩展方向的基础上，对相关系统架构、应用需求以及MCU的关键技术进行了深入研究，提出了两种能有效扩充MCU容量的方法，并对其功能性和相关系统参数进行了对比，两种方法均具有良好的稳定性和可操作性，在实际应用中均取得了理想的效果。

视频会议系统；MCU；会议分发

随着社会的高速发展，传统的通信方式已经不能满足人们的实际需要，视频会议系统作为更高效的通信方式已逐渐被现代信息社会使用[1]，与传统会议方式不同，视频会议由于其基于网络的特性，具有会议成本低、信息传播速度快、覆盖面广等诸多优势。

目前，视频会议系统的规模不断变大，视频会议已经由最初的点对点的模式，演变为多层级、多节点的会议模式。在多层级的视频会议系统中，会议节点数量大，结构复杂等一直是系统部署中的显著特征，MCU（Multi Control Unit）的作用相当于整个系统的心脏[2]，负责多节点间的数据转发及设备管理，其处理能力关系到整个会议的参会者数量与会议质量，当整个系统为多层级视频会议系统时[3]，会议节点数量可能大大超出MCU的承载能力，因此必须对MCU容量进行扩充，保证数据的正常分发。

本文所涉及的视频会议系统架构适用于主流视频会议设备品牌，为方便描述，本文采用的实验环境均以POLYCOM设备为例。

1 系统架构

视频会议系统的功能决定了其系统架构须在逻辑层面与企业架构保持一致[4]。如图1所示，本文所涉及的视频会议系统为树状结构，架构为3层。每层中均包含一定数量的视频终端，一级节点与二级节点中部署有MCU，MCU在位置上分布于各二级节点所在地点，这种部署方式不仅是容量扩充的需要，也可以有效支持二级节点与三级节点召开会议、二级节点与本级其他节点召开会议等多种会议模式，提高了系统的灵活性，当其中1台出现问题时，可利用其他MCU进行补充，保证了整个系统有较高的可用性。

一级节点：该层为整个系统根节点，并且是大型会议主要召开方，主会场部署的会议终端，在广播会议中担任演讲者角色。一级节点向下纵深较大且覆盖节点较多，因此在本层中部署的一级MCU容量最大。

图1 视频会议系统架构图

二级节点：在系统中为联系上下2层的核心，一级节点发起的会议，三级节点如需要参会，需通过相应的二级节点进行转发。各二级节点之间彼此独立，一方面可参加一级节点召开的视频会议，另一方面可对其管辖内的三级节点召开视频会议。部分二级节点没有下联三级节点会场，此类会场与三级节点会场类似，无需配置相应MCU。

三级节点：功能相对简单不配置MCU，只具备发起点对点会议和参加有上层节点召开的会议的能力。

2 MCU容量扩充

假设二级节点数量为n，每个二级节点下联三级节点数量记为ai，i∈(1，n)，召开会议时下联点位数量总和为m，存在以下关系

假设一级MCU容量记为k，由于MCU在连接会议时，主会场终端需占用一个容量，实际的MCU容量为k-1。因此在召开会议时存在2种情况：

1）当m＜k-1时，MCU点位数量可以满足所用参会者的需求，所有单位都可以通过单台MCU接入会议，这种情况下所有参会点在物理层面无隶属关系，均为平级参加会议。

2）当m＞k-1时，MCU点位数量无法满足所有参会者的需求，这种情况下需在二级节点引入新的MCU，对点位进行扩充。有2种方式可以采用，分别为MCU级联方式和“背靠背”转发方式。

2.1 MCU级联

MCU级联方法是通过MCU自身的协商功能，在MCU之间建立一个连接，这个连接传输包括音频信号、视频信号、控制信号在内的一系列信号，在逻辑上多个MCU协同工作构成一个大容量的MCU。在会议召开过程中，二级MCU将作为一级MCU的一个参会点进行连接，每个MCU对应一个逻辑上的子会议从而扩充一级MCU点位[5]。

一级MCU与下联点位之间呈星型连接，如图2所示，一级MCU为中心节点，分别连接参会的二级节点与二级MCU，而二级MCU只负责将会议转发至三级节点。这样的模式有利于将二级会场与三级会场进行隔离，由于级联过程中，二级MCU的配置将直接影响其下联点，若一个二级MCU出现问题，其下联各点的会议质量均会受到影响。采用这种方式级联之后，二级会场直接受一级MCU控制，当二级MCU出现故障时，其相应的终端仍然可以正常连接会议，这样能有效保障二级会场的参会效果。

图2 MCU级联模式结构图

2.1.1 级联点配置

采用MCU级联的方式，需要对参与级联的MCU进行配置，以POLYCOM RMX1000为例，假设有2台RMX1000设备，A为主MCU，其IP地址为：192.168.1.1，级联会议ID为1111；B为从MCU，其IP地址为：192.168.1.2，级联会议ID为2222。

A设备上对级联点配置如下：

IP地址：192.168.1.2

级联：主

呼叫方向：呼出

扩展名：2222

B设备上对级联点配置如下：

IP地址：192.168.1.1

级联：从

呼叫方向：呼入

2.1.2 H.239双流

H.239是ITU在2003年批准的标准，该标准支持在一次呼叫建立媒体连接后，在2个H.239终端之间传送2路媒体流，这2条媒体流共享呼叫带宽[6]。以POLYCOM为例，MCU级联之后仍然可以实现基于H.239的双流会议，2路信号可分别由终端的2路输出进行传递，在级联完成后，双流会议信号可以覆盖全网所有节点。

2.2 “背靠背”转发

“背靠背”转发模式是除MCU级联模式之外的较为可靠的MCU容量扩充方式，通过对2台视频会议终端进行信号转接，在物理层面实现音视频信号跨越MCU的直接传递，2台终端分别对应2台MCU，从而组成一个更大规模的视频会议系统。

图3是2台“背靠背”终端的逻辑连接示意图，图中将音频、视频合并为1路信号，意在方便描述。具体设备接线过程中音频、视频为2路信号，须分别连接输入输出。如图所示，有A、B两台相同终端，每台终端都各有2路输入输出，A终端为二级会场主终端，其第一路输入输出分别连接会场设备，以保证会议正常。“背靠背”转发的连接方式为：将A终端的视频、音频输出连接B终端的输入，而B终端的视频、音频输出连接A终端的输入。由于终端不会对输入信号进行识别，终端的输出信号可以视作B终端的摄像头采集信号，B终端可作为独立的主会场设备进行视频会议。

图3 “背靠背”终端的逻辑连接图

在MCU组会过程中，如图4所示，一级MCU呼入A终端及所有二级会场终端，由于只负责二级会场的连接，无级联其他MCU操作，一级MCU的运行压力大大降低，最大限度地减少了MCU故障的几率，而简单的逻辑架构也使可能的故障点数目减少，方便排查问题。A终端接收到的信号通过连接线缆直接传递给B终端，二级MCU呼入B终端及所有三级会场终端，形成一个以B终端为主会场，各三级会场为分会场的转发会议。各个二级节点均可采用这种方式进行会议转发，在“背靠背”转发模式中，所有二级MCU均为独立个体，发生故障时影响范围集中在自己下联的三级节点，而一级MCU与二级MCU之间也形成了有效的隔离。

2.2.1 线缆转接

由于终端的输入信号接口为HDCI，输出信号接口为DVI，因此A、B连台终端之间的连接需进行转接，本文中采取的方法是，将DVI输出转为色差分量信号（Y，Pb，Pr），再利用设备原厂提供的HDCI转5BNC/COM接头将色差分量转为HDCI接入终端。

图4 “背靠背”转发模式结构图

2.2.2 会场切换

采用“背靠背”转发模式召开的视频会议，三级会场终端所采集的会场图像，逻辑上可以看作是二级会场转发终端的另一路视频输入信号，当三级会场需要与一级会场交互时，需在二级会场终端上进行设置，将A终端摄像头信号切换至第二路，同时在一级和二级MCU上对演讲者进行设置，若在2级MCU上均采用轮询模式，由于轮询时间无法配合，三级会场的上传图像为随机会场。因此，采用背靠背转发方式会增加会场切换操作的难度，推荐在广播型会议中采用此方式。

2.2.3 双流转发

由于二级节点的会场直接由一级MCU呼入，因此可以接收完整的双流信号，而二级MCU下联的三级节点不同于MCU级联方式，采用的是线缆转接的方式，因此无法实现双流信号的完全转发。在主会场召开双流会议时，三级会场终端接收的图像仅为主会场MCU下发的第一路视频流，一般情况下为保证会议效果，采用本模式进行的会议，主视频流须设置为数据信号。

2.3 模式对比

本文所采用的2种模式均能有效扩充MCU容量，达到扩大会议规模、增加参会者数量的目的，2种模式比较如表1所示。在会议质量、会议速率、支持协议等方面，2种模式基本一致，均能保证较好的会议效果且均支持与三级会场的交互。在MCU控制方面，级联模式由于其2级MCU关联较大，且彼此之间会存在控制信号的传递，因此建议统一管理，而“背靠背”转发模式则可以由多位管理员分别控制。其他方面，“背靠背”转发模式能有效将二级MCU信号隔离，保证一级MCU及主会场会议的稳定性，降低其故障率，MCU级联模式在召开双流会议及会议管理方面具有优势。综上所述，不同的会议需求对应不同的扩容方法，而在召开大于3层架构的视频会议时，可根据需求将两种模式相互结合，使系统满足会议需求，一方面能保证会议系统的稳定，另一方面能提供较高的会议质量。

表1 扩容方法对比

3 小结

目前，视频会议的使用日益广泛，系统在会议稳定性及会议规模等方面均呈现出快速增长的趋势，有效的MCU容量扩充方法为大型视频会议系统的搭建创造了条件。在实际的应用过程中，本文中的2种MCU容量扩充方法经过测试，均能提供稳定高效扩容服务，能有效保障大规模视频会议的召开。

[1] 张玲.软件视频会议系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[2]颜金辉，徐捷.基于H.323的MCU的分析及设计[J].计算机与数字工程，2008（12）：173-176.

[3]张常亮，马渝勇，刘一谦，等.MCU级联的省一市一县三级高清视频会议系统设计[J]．电视技术，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] 龙艳.视频会议透明级联的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2007.

[6] 高亮.计算机图文在高清视频会议系统中的传送方式研究[J].电力系统通信，2012（9）：26-29.

张 弛（1984—），硕士，工程师，主研视频会议技术、网络安全等；

熊 炎（1977—），女，本科，工程师，主研通信与信息系统、视频会议技术等；

傅海滨（1972—），本科，工程师，主研通信与信息系统，计算机网络等。

责任编辑：闫雯雯

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

【本文献信息】张弛，熊炎，傅海滨.多层级视频会议系统MCU容量扩充方法研究[J].电视技术，2015，39（4）.