基于H．323视频会议系统移动终端的研究和实现

摘要：随着科技的发展，视频会议广泛地应用于各个领域。文中介绍了视频会议系统的发展，视频会议系统主要由终端、网守、网关和MCU组成，它们分别实现不同的功能。在现有的技术前提下，为了提高视频会议系统的性能，提出了一种基于H．323协议和个人通信设备的便携式视频会议终端的设计方法和实现。
关键词：视频会议；H．323；便携式移动终端；音视频压缩编码模块

0 引言
    随着通信技术综合化、数字化、智能化和个人化的发展以及计算机网络技术的日益成熟，在网络平台上实现语音、数据和图像等多种业务已经成为通信行业发展的目标和必然趋势。传统的通信方式如电话、传真等由于无法达到“面对面”的沟通效果，不能满足人们日益增长的交流需求。视频会议系统在这种背景下不断发展。
    视频会议系统包括软件视频会议系统和硬件视频会议系统，是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过现有的各种电气通信传输媒体，将人物的静、动态图像、语音、文字、图片等多种资料分送到各个用户的计算机上，使得在地理上分散的用户可以共聚一处，通过图形、声音等多种方式交流信息，增加双方对内容的理解能力。因此基于IP网络依照H．323标准的视频会议系统收到了极大的关注。H．323协议制定了无QoS(服务质量)保证的分组网络PBN(Packet Based Networks)上的多媒体通信系统标准，解决了点对点以及多点视频会议中诸如呼叫与会话控制、多媒体与带宽控制等问题。

1 H．323协议的视频会议系统的结构
    一套完整的视频会议系统由视频会议终端、多点控制单元(MCU)、网络管理软件(网守和网关)、传输网络以及相关附件构成如图1所示。其中MCU是整个系统的神经中枢，是主要的控制设备。它将各个会议终端采集到的本地信息通过传输网络完成信息的交换和控制实现视频会议。因此视频会议终端所采集到的信息的好坏直接影响到会议的进程。

    视频会议终端分布在各会场。其基本功能是通过摄像头和麦克风输入的图像及语音经过编码器压缩编码，利用终端呼叫IP地址或建立专线连接，将数据传输到其他会场，同时对网络传来的数据进行解码，将图像和声音还原到电视和音响上，从而实现与远端的实时交互式交流。一台终端设备通常包括一个核心编解码器、一个摄像头、一个全向麦克风和一个遥控器。目前主要的视频会议终端有四种：
    (1)会议室型，会议室视频终端一般都是硬件级别的专用设备，产品集成化程度较高，具有多种外接接口，可以直接与会议室音像系统相连接，比如混音器、分屏器、投影仪、多媒体音箱、电视机等。在系统输出的图像效果方面，会议室视视频终端能够达到电视机全屏尺寸。可在专用网络上传输高清视频和高质量音频。实现了一个集视频交互、音频交互、屏幕广播、远程控制、文字交流、电子白板、文档共享、文件传输等多项功能于一体的综合多媒体远程会议平台。适合大型企业，对网络要求高。
    (2)机顶盒型，在一个单元内包含了所有的硬件和软件，放置于电视机上。安装简便，设备轻巧，音视频效果一般。开通视频会议只需要一台普通的电视机和一条ISDN BRI线或局域网连接。视频会议终端还可以加载一些外围设备例如文档投影仪和白板设备来增强功能。主要应用：机顶盒型终端通常是各部门之间的共享资源。
    (3)软件视频，泛指桌面型终端，通过软件依靠PC机摄像机和处理器与外界进行数据的交换。它能有效地使在办公桌旁的人或者正在旅行的人加入到你的会议中，与你进行面对面的交流。这种类型对PC机处理器的性能要求比较高，对自带的摄像头的清晰度也有要求。主要应用：桌面型视频会议终端通常配给办公室里的特殊人或者在外出差工作的人。虽然桌面型视频会议终端支持多点会议(例如会议包含2个以上会议站点)，但是它多数用于点对点会议。
    (4)网真是一种通过结合高清晰度视频、音频和交互式组件，在网络上创建一种独特的“面对面”体验的新型技术。用户会感觉与对话方共处一室，坐在同一个“虚拟会议桌”旁，能看到对方，与之交流，甚至越过其他会议参与者互相交谈，完全象面对面坐在一起一样。它的技术含量非常高，成本不菲，主要目标是缩短用户与他们的个人和职业生活中重要的人员、地点和活动之间的距离，以及更加有效地进行交流、合作。国际性客户、大型企业和大型商业客户都是其可能的用户，针对的主要行业包括政府、金融服务、医疗和制造业。
    会议室型和机顶盒型性能好但是体积大、成本较高，不易移动，适用于大中型企业；软件视频的性能依赖于PC机的硬件配置，一般效果不理想；网真技术复杂度高，对网络资源需求大，成本高昂，适合国际性企业。为满足大众的需要，下面提出一种低成本、性能好的基于个人通信设备的便携式视频会议终端的设计与实现。
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2 便携式视频会议移动终端的设计与实现
    针对目前的视频会议系统的不足，无法满足低成本、高性能，随时随地地加入视频会议的需求，提出了一种基于个人通信设备(如笔记本电脑、可连接网络的电视机，处理器功能强大的智能手机等)的便携式视频会议终端设计方法，该视频会议终端将输入模块、音视频信号压缩编码模块、电源模块等集成在一个便携的终端盒里，通过USB连接方式与个人电脑或者移动通信工具等个人通信设备相连，视频会议终端客户端软件在个人通信设备上自动运行，个人通信设备只要能连上网(有线网、3G网络、WiFi无线网络)通过视频会议系统就可以实现多方视频会议，如图2所示。

    如图2所示，本方案包括输入模块、音视频压缩编码模块、USB接口模块、电源模块、终端客户端软件模块以及散热系统：
    (1)输入模块接收本地音视频信号的输入。输入模块主要包括麦克风和高清摄像头。麦克风接收本地音频信号输入，摄像头接收本地视频信号的输入。输入模块将接收到的音视频信号传递给音视频压缩编码模块。
    (2)USB接口模块，通过USB连接方式与个人通信设备连接，个人通信设备再与外部网络连接，接入视频会议系统，实现视频多方会议。
    (3)音视频压缩编码模块是本方案的核心部分。它将输入模块接收到的音视频信号压缩成为本地压缩编码，将本地压缩编码提供给USB接口传输给个人通信设备，然后个人通信设备再通过外部网络接入视频会议系统向远程视频会议终端和服务器发送音视频压缩编码，达到信息交换的目的。
    (4)电源模块包括可充电电池、电源适配器，USB接口充电模块，具有两种供电方式：通过电源适配器外接电源直接向视频会议终端供电；通过USB接口外接通信设备向电池充电，由电池给视频会议终端供电。
    (5)视频会议终端客户端软件包括视频、音频信号采集模块、音视频信号播放模块、远程音视频信号接收模块。它安装于个人通信设备上。音视频信号采集模块和音视频信号播放模块用于控制所述便携式会议终端进行音视频信号的采集和播放，音视频信号接收模块用于实现多方视频会议终端实现通信。
    (6)该视频会议终端还包括散热系统，散热板和散热孔，用来保证该终端的长期稳定的运行。
    如图2所示，音视频压缩编码模块连接到音视频采集模块和USB接口模块，音视频压缩编码模块从音视频采集模块接收本地音视频信号，将信号压缩成为符合国际标准的本地压缩编码，将本地压缩编码通过USB接口模块传输给个人通信设备，然后再通过个人通信设备所连接的通信网络向外部传输编码信号，此外，个人通信设备通过所连接通信网络在视频会议系统中接收远程压缩编码，利用视频会议客户端软件进行解码，还原远程音视频信号，达到交流的目的。
    根据上述设计的设计方法，采用DM642音视频处理器，内置高清摄像头、麦克风和一些其他硬件模块来实现便携式视频会议移动终端，总体实现方案如图3所示。

    DM642A多路处理平台是基于TI的DSPTMS320DM642芯片设计的评估开发板。其计算能力可达到4 GIPS，可用于视频采集，实现复杂的音频视频压缩算法，带有以太网口，可通过数据。DSP系统电源设计模块是关键，高精度的供电才能保证系统正常工作。系统采用5 V电源驱动2个MOSFET的DC-DC调整器(TPS54310)分别供给DSP的核心电压CVDD(1．4 V)和外围电压DVDD(3．3 V)。在3．3 V和1．4 V电源之间连接肖特基二极管，保证DM642内核和外部端口同时供电。TI公司的TPS54310的输出精度是1％，完全满足DSP工作要求。视频输入器件SAA7113H、视频输出器件SAA7105H和CPLD都需要3．3 V供电，选用AMS1117-3．3 V为这些器件供电。系统的地分为系统地、视频输入地、视频输出模拟地、音频模拟地和网络模拟地6部分。从电源进来的是系统地。在PCB设计中，各地与系统地之间采用220Ω，100MHz的磁珠在一点连接起来。调试中，只要电源部分工作正常，都可以通过JTAG口将程序下载到DM642中，进而调试其他模块。
    系统以DM642为核心，包括视频输入、输出模块，存储模块，通信模块等。DM642集成有3个视频(Video Port，VP)口，每个视频口是由20 b数据线、2个时钟信号VPxCLK0(输入)和VPx-CLK1(输入／输出)组成，每个视频口被分为上(B)、下(A)2个通道，VP0的A通道与McBSPO复用，VP1的A通道与McB-SP1复用，VP0和VP1的B通道与McASP复用，VP2则为单功能引脚。其中输入、输出模块由2片解码器(TVP5150)和1片编码器构成，可以同时输入1路视频，输出1路视频。存储模块主要由FLASH和2片SDRAM组成。此外系统还包括JTAG仿真接口和网口，可以方便地与外界通信。基本工作原理是由CCD摄像头采集输入的模拟视频信号，经过视频解码器转换成数字视频信号，送到DM642，DM642再将采集的视频数据用H．264标准编码压缩后通过USB接口传送到PC机上，然后再通过移动终端的客户端软件上传到视频会议主会场。

3 有待解决的问题
    移动终端的兼容性  由于H．323协议的开放性，导致一些视频会议系统设备厂商对协议的修改程度不一样，标准不统一，以至上述设计的移动终端与其他厂家设备兼容性有待提高。
    高清性  由于是便携式移动终端，采用内置摄像头体积小，性能不高，像素无法达到高清要求。
    实时性  对于通信来说，QoS尤为重要。目前也有很多解决基于IP网络的Qos问题的技术，但是还是无法保证实时性，有一定的传输延迟，导致音视频的延迟或者抖动。

4 结语
    近几年来，视频会议越来越多地应用在人们的沟通和交流中，它既能够高效合理地利用时间、提高工作效率。便携式移动会议终端与传统的硬件视频会议设备相比较，可以利用现有的网络环境和个人通信设备，并能够提供不逊色于传统硬件设备的音视频质量和更为丰富的数据协作功能。又大大节省了出差费用、减少了旅途奔波之苦。随着高性能的处理器不断发展，成本不断降低，便携式移动会议终端是必然的进化过程。