AcroMedia媒体服务器的设计与实现

张华琳，万　翔，高玺璟

(河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄050200)



AcroMedia媒体服务器的设计与实现

张华琳，万翔，高玺璟

(河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄050200)

摘要媒体服务器是下一代网络平台中提供多媒体资源的关键设备。提出一种基于DSP的可扩展、高性能的AcroMedia媒体服务器的设计实现方法。阐述了AcroMedia的系统架构，并详细描述了硬件关键技术和MCU的工作原理，阐述了软件模块划分以及DSP资源的控制流程。根据设计实现的AcroMedia媒体服务器，不仅实现了媒体服务器的基本功能，并且提供大容量的语音会议资源和高清视频会议资源。AcroMedia媒体服务器的插板扩充设计，满足NGN网络部署时对不同容量媒体资源的要求，具有高稳定性和可靠性。

关键词媒体服务器；媒体主控单元；媒体处理单元；DSP

0引言

媒体服务器是在控制设备(软交换设备或应用服务器)的控制下，提供IP网络中实现各种业务所需的资源功能，同时具有资源提供能力、与其他实体进行通信的功能以及资源的管理、维护功能。提供资源能力是指媒体服务器提供的资源，包括：DTMF信号的采集与解码、信号音的产生与发送、录音通知的发送、会议和语音的合成等，所有的专业资源具有资源标识，如信号音标识、录音通知标识和DTMF接收器标识等[1]。AcroMedia媒体服务器具有与网络中的软交换设备、应用服务器、媒体网关、IP电话和网管中心等实体的接口，通过这些接口发布或接收相关消息，检查消息格式，进行协议转换处理。AcroMedia媒体服务器可以以本地、远程2种方式提供对媒体资源以及设备本身的维护和管理，包括媒体资源的编辑、数据库配置、状态监控和故障管理等[2,3]。本文提出了一种支持高清视频的容量灵活可配的插卡式媒体服务器的设计实现方案，以适应不同行业应用部署要求。

1总体设计方案

AcroMedia媒体服务器采用机箱插卡式设计，最大支持4 320个全双工媒体处理口，支持1 440个三方会议，支持12路高清视频，图像帧率调节范围1～30帧，最大支持16分屏。

1.1硬件设计

媒体服务器采用19英寸2U机箱结构形式，布局形式如图 1所示。板件主要由背板BP、主控单元MCU、媒体处理单元MSU、电源告警单元PSU/ALU和风扇单元FAN组成。

媒体服务器包括2个公共槽位，可以插MCU公共控制板，实现主备冗余；6个外围槽位可以插MSU媒体资源板，提供语音及视频的编解码资源。MCU公共控制板的主要功能包括：MCU与MSU之间的业务及信令的交换及路由；完成媒体服务器的操作维护管理功能；完成故障检测、定位和隔离；完成系统复位功能；支持板卡上电自检，能够对关键芯片进行检测。MSU的主要功能包括提供媒体资源和完成音频视频编解码转换。

图1　媒体服务器机箱结构

1.2软件设计

媒体服务器系统软件架构图如图2所示。主要包括：MCU公共服务子系统、MCU媒体控制应用子系统和DSP控制子系统等3个子系统。

图2　媒体服务器系统软件架构

1.2.1MCU公共服务子系统

MCU公共服务子系统主要包括以下功能单元[4]：

① 系统管理：主要负责系统的初始化、任务的启动和监控；

② 网络通信：为任务提供收发消息相关的API；

③ 内存管理：提供对内存池和内存块的管理；

④ 定时器：主要负责定时器的启动、停止，定时器队列的管理；

⑤ 数据配置：负责接收来自配置终端发来的指令，执行相应操作，返回执行结果；

⑥ 维护管理：负责接收维护终端发来的指令，执行相应操作，返回执行结果。

1.2.2MCU媒体控制应用子系统

MCU媒体控制应用子系统是媒体服务器的核心控制子系统，解析来自外部软交换或应用服务器的SIP(+MSML)消息，作为一个独立进程，主要包括2个线程[5]：① SIP协议栈/SIP UA，负责媒体服务器与软交换或应用服务器交互的INVITE、200 OK、ACK、INFO和OPTION等SIP消息的编、解码；② 会话处理进程，负责会话流程的控制管理[6]。会话处理进程可以细分为3个子功能：

① License管理：主要负责媒体服务器License的管理控制，并记录当前媒体服务器的资源使用情况，即端口占用数量、会议开启数量等；

② 会话状态机：主要是通过对媒体通道的管理，配合完成各项媒体业务的实现；

③ MSML编解码器：负责媒体服务器与软交换或应用服务器交互的MSML控制语言消息体的编、解码。

1.2.3DSP控制子系统

DSP控制子系统接受MCU媒体控制应用子系统的控制，完成对媒体业务的实现，作为一个独立进程，主要包括3个线程：

① 业务和资源管理：分为逻辑业务管理和资源管理统计2部分，逻辑业务管理模块负责分配的音频、视频、数据、音频会议和视频会议的逻辑控制；资源管理统计模块完成对多片DSP设备的管理、资源分配和资源统计。

② 业务实现：业务实现对Octasic API进行封装，实现单一的业务功能，音频处理负责放音、录音、音检测和音生成等；视频处负责视频播放、录制；数据处理组分传真；会议处理负责多方音频会议、各种方式的视频会议实现；其他处理负责DSP设备管理类的，如握手消息和资源管理消息等[7]。

③ Event处理：负责处理DSP芯片主动上报的消息，如各种音检测和定时握手等，上报给业务和资源管理。

2关键技术

2.1MCU和MSU关系

媒体服务器有2种关键板卡：媒体控制单元MCU和媒体处理单元MSU，它们的之间的连接关系如图3所示。

图3　MCU和MSU连接关系

MCU通过各种总线控制MSU，完成媒体服务器的系统功能。媒体服务器支持的3种背板总线：SGMII总线、SRIO总线和I2C总线。不同槽位的板卡通过背板连接到一起，实现媒体服务器的功能。其中SGMII总线、SRIO总线和I2C总线都集中到MCU，构成双星型总线结构。

① 每个MSU的2条SGMII通过背板分别与主备MCU连接，构成双星型结构，完成以太网数据包的交换或路由；

② 每个MSU的2条SRIO通过背板分别与主备MCU连接，构成双星型结构；

③ 媒体服务器的背板通过I2C总线，完成MCU、BPU、FAN和PSU/ALU槽位间告警、状态、维护消息的传递。

2.2硬件MCU公共控制单元实现

公共控制单元的逻辑功能框图如图4所示。MCU板包括处理器模块和交换模块2个子模块。

图4　MCU组成结构

处理器模块包括P4080处理器最小系统和逻辑控制单元。处理器最小系统单元完成呼叫信令处理、资源管理、传输承载控制以及软件更新、日常网管、初始化流程功能等操作维护功能，并能实现对媒体服务器内部环境温度的监控。处理器单元提供千兆的主备数据备份通道，完成主备MCU间的数据备份；提供I2C接口完成板间操作维护信息传输；提供I2C接口与PSU/ALU相连，通过该接口获取外部告警箱上报的外部环境状态信息。逻辑控制单元完成对单板的逻辑控制、主备切换逻辑以及对MSU的上电控制、远程复位控制以及对风扇的控制。

交换模块完成内部各个功能板卡之间的业务、控制及OAM信息交换或路由。MCU的交换模块支持2种总线接口：SGMII总线接口和SRIO总线接口。MCU的交换模块包括SGMII交换单元和SRIO交换单元。所有的业务、控制及OAM信息均通过SGMII交换单元交换，而SRIO交换作为业务信息交换的备用通道。

SGMII交换单元可提供16个SGMII端口，其中有6个SGMII端口用于与MSU板的连接，1个SGMII端口和冗余MCU连接。SGMII交换单元根据SGMII端口上传来的IP数据包的目标MAC地址来确定该数据包的目的端口。

SRIO交换单元可提供16个1X SRIO端口，其中6个1X SRIO用于与BPU板连接，1个1X SRIO端口用于与冗余MCU连接。

MCU需要主备备份，因此2种总线接口的外围交换节点需要连接到主备2块主控板，链路主备状态由主控板决定，并通过专用指示信号传递到外围交换节点。

业务数据通过SGMII交换单元中BPU对应的端口进行交换。控制数据经过SGMII交换单元从EPC交换到主处理器单元，经过主处理器单元的解析处理后再通过SGMII交换单元发送给BPU。MCU的主处理器单元与各单板的OAM信息通过SGMII交换单元交换到各单板

3软件实现流程

3.1资源申请流程

资源申请处理流程如图5所示。

图5　资源申请流程

资源申请处理流程如下：

步骤1MCU媒体控制应用子系统向DSP控制子系统发送资源申请；

步骤2业务管理模块根据资源类型，分配内存并加入管理链表，向资源管理模块申请资源分配，资源管理模块为其指定DSP ID；

步骤3向功能实现任务发送资源申请，功能实现模块调用Octasic API实现功能；

步骤4功能实现任务发送RSP给业务管理；

步骤5业务管理模块通知资源管理模块资源申请成功，资源管理模块进行资源统计；

步骤6业务管理发送RSP给MCU媒体控制应用子系统。

3.2资源释放流程

资源释放处理流程如图6所示。

图6　资源释放流程

资源释放处理流程如下：

步骤1MCU媒体控制应用子系统向DSP控制子系统发送资源释放；

步骤2业务管理模块向功能实现任务发送资源释放，功能实现模块调用Octasic API释放分配的资源；

步骤3功能实现任务发送RSP给业务管理；

步骤4业务管理模块通知资源管理模块资源释放成功，资源管理模块进行资源统计；

步骤5业务管理发送RSP给MCU媒体控制应用子系统。

3.3资源修改流程

资源修改处理流程如图7所示。

图7　资源修改流程

资源修改处理流程如下：

步骤1MCU媒体控制应用子系统向DSP控制子系统发送资源修改，如播放信号音、停止播放，开始录音、停止录音等；

步骤2功能实现模块调用Octasic API实现业务功能；

步骤3功能实现任务发送RSP给业务管理；

步骤4业务管理发送RSP给MCU媒体控制应用子系统。

4媒体服务器的测试

本系统的测试依据是《YD/T 1389-2005 基于软交换的媒体服务器测试方法》[8]。测试环境如图8所示。

图8　媒体服务器测试环境

测试设备包括：1台AcroSwitch S6000软交换机作为媒体服务器的控制者、1台Sprient Abacus 5000呼叫模拟器、多个视频电话终端、1台带视频功能的调度台和多个IP话机。

测试方法如下：通过编写测试脚本和软交换机的会议功能配置，让呼叫模拟器发起呼叫的媒体流均通过媒体服务器；让调度台触发会议业务，与多个视频电话形成多方视频会议；在软交换机上配置多种需要用到媒体服务器相关功能的业务，并用IP话机触发。

测试结果表明，AcroMedia实现了DTMF信号音、会议、录音和放音等功能，同时支持不同编解码格式的语音及视频编解码转换，实现1080P的高清视频会议；AcroMedia媒体服务器采用插卡式设计，会议容量的大小与卡的数量有关，因此可以很容易控制其容量，单块媒体处理卡支持120个会议室，每个会议可以支持80路。对于应用服务器的响应时间，根据测试其平均响应时间<200 ms，优于技术指标要求。

5结束语

AcroMedia媒体服务器采用插卡式设计，通过增减MSU媒体资源板，满足多种容量的配置需求。通过增加硬件媒体资源卡实现容量的扩充，可比软件方式减少CPU的开销，提高运行效率；采用简洁易扩充的SIP协议，使得AcroMedia媒体服务器易于在应用服务器控制下实现多样化业务，组网更灵活，扩充更方便。AcroMedia媒体服务器已在视频调度系统和视频会议系统中广泛应用，并取得了良好的效果。后续可在逻辑资源管理和音视频使用效率方面深入研究，使得媒体资源可控并充分发挥作用。

参考文献

[1]YD/T 1386-2005.基于软交换的媒体服务器技术要求[S].

[2]雷正雄,朱晓民,廖建新.下一代网络中媒体服务器的设计与实现[J].现代电信科技,2004(10):46-48.

[3]李恒.基于软交换的媒体服务器的设计与实现[D].上海:东华大学,2008:29-51.

[4]齐幸辉,张庚,刘革.一种轻量级低成本媒体服务器的研制[J].无线电工程,2014,44(2):1-4.

[5]王政光.IP媒体服务器控制协议的探讨[J].通讯世界,2008(12):70-71.

[6]何万祥.媒体服务器控制应用编程接口的研究与实现[D].北京:北京邮电大学,2009:7-74.

[7]姜荣贵.基于软交换的媒体服务器的系统结构[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2007(8):342-345.

[8]YD/T 1389-2005.基于软交换的媒体服务器测试方法[S].

张华琳女，(1976—)，高级工程师。主要研究方向：通信系统与信息技术。

万翔男，(1978—)，高级工程师。主要研究方向：通信系统与电路设计。

引用格式：张华琳,万翔,高玺璟.AcroMedia媒体服务器的设计与实现[J].无线电工程,2016,46(1):20-24.

Design and Implementation of AcroMedia Media Server

ZHANG Hua-lin,WAN Xiang,GAO Xi-jing

(HebeiFar-EastCommunicationSystemEngineeringCo.,Ltd.ShijiazhuangHebei050200,China)

AbstractMedia server is the key equipment to provide multimedia resources for NGN,this paper presents the design and implementation of a DSP-based ,scalable and high-performance AcroMedia media server.The system architecture of AcroMedia,key technology of hardware and operating principle of MCU are described,and the software module partition and control flow of DSP resources are introduced.According to the design,AcroMedia can not only realize the basic functions of media server,but also provide large-capacity voice conference resources,high-definition video conference resources.Due to the card-plug-in design,AcroMedia can meet the requirements of different-capacity media resources in NGN deployment,and has high stability and reliability.

Key wordsmedia server;MCU;MSU;DSP

作者简介

收稿日期：2015-10-22

中图分类号TN919

文献标识码A

文章编号1003-3106(2016)01-0020-05

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2016.01.05