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CN1543123A - 基于ip网络的分布式多媒体会议系统 - Google Patents

基于ip网络的分布式多媒体会议系统 Download PDF

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Abstract

基于IP网络的分布式多媒体会议系统，主要包括多媒体会议终端、多点控制单元和网守，其特征在于：所述的网守分为汇接网守和多个用户网守，各用户网守分别与其所辖的多媒体会议终端和多点控制单元相连，汇接网守与各用户网守相连，并协调各用户网守，管理整个系统；在会议进行期间，各与会的多媒体会议终端还与控制该会议的多点控制单元相连；多点控制单元只具有多点控制功能，多点处理功能从多点控制单元中分离，分别在各多媒体会议终端实现多点处理功能。此外，本发明支持图像、语音和数据等多媒体会议功能，采用组播方式传输图像、语音和数据信号，节省了网络带宽。

Description

基于IP网络的分布式多媒体会议系统
所属技术领域
本发明涉及一种运行在支持IP业务网络中的多媒体会议系统，特别是采用分布式处理技术，实现大容量多媒体会议系统，该系统既适用于多点系统，亦即为位于异地的多个与会者实现多媒体会议功能的系统，又适用于点对点系统，即由位于异地的两方进行多媒体通信的系统。
背景技术
多媒体会议系统通过通信网络将多个位于异地的多媒体会议终端连接起来，在多点控制单元的控制下，让与会者以图像、语音和数据等多媒体方式进行通信。多媒体会议系统包括多媒体会议终端、多点控制单元(Multi-pointControl Unit，MCU)和网守(Gatekeeper，GK)。多媒体会议终端与其它终端、多点控制单元和网守进行双向通信，并支持图像、语音和数据等多媒体通信。多点控制单元提供对多个多媒体会议终端的控制，并进行图像、语音和数据的混合和交换，支持三个以上终端间的多点会议。一般来说，多点控制单元由多点控制(MC)和多点处理(MP)两个功能模块构成，多点控制提供对多点会议的控制，多点处理对多路视频、音频和数据信号进行处理，多点处理器由多点控制器控制。网守实现系统的管理功能，包括用户管理、会议管理、设备管理和带宽管理等。
在现有的多媒体会议系统中(如图1所示)，多点控制单元既实现了多点控制功能又实现了多点处理功能，因此，存在以下问题：
1.由于以集中的方式在多点控制单元上实现多点处理功能，多点控制单元的处理负荷较重，特别是在系统用户较多，同时进行多个会议时，就限制了系统的规模，无法组建大型多媒体会议系统；
2.在进行多点会议时，所有与会终端发送的图像、声音和数据都向多点控制单元集中，经过其中多点处理模块进行图像和语音处理(多画面处理、混速、混音等)后，再以单播的方式一一转发到每个与会终端，如图1中实线所示，这样势必造成多点控制单元所在节点数据流量较大，占用较多带宽资源，特别是在与会终端数量较多时，严重时可能会造成网络拥塞。
发明内容
本发明的技术解决问题是：提供一种基于IP网络的分布式多媒体会议系统，利用它来组建大容量的多媒体会议系统，均衡系统设备的负荷，合理利用网络带宽资源，有效降低网络负荷，解决现有多媒体会议系统存在的上述问题。
本发明所采用的技术方案是：基于IP网络的分布式多媒体会议系统，主要包括多媒体会议终端、多点控制单元和网守，其特征在于：所述的网守分为汇接网守和多个用户网守，各用户网守分别与其所辖的多媒体会议终端和多点控制单元相连，汇接网守与各用户网守相连，并协调各用户网守，管理整个系统；各个多媒体会议终端在空闲时与其所属的用户网守进行通信联系，在参会期间，除与所属的用户网守建立通信连接外，还与控制该会议终端的多点控制单元建立通信连接；多点控制单元只具有多点控制功能，其多点处理功能从多点控制单元中分离，分别在各多媒体会议终端实现多点处理功能。
本发明中，通过采用分布式处理的方法，将网守分为汇接网守和多个用户网守，多个用户网守在汇接网守的协调下，共同实现系统的管理功能；同时将多点处理功能从多点控制单元中分离出来，分散到会议终端，即多点控制单元与各多媒体会议统终端只有控制码流的交换，不存在音视频等信息码流的交换，信息码流在多点控制单元的控制下，经过相应的路由，在各个多媒体终端之间传输；必要时本发明设置多个多点控制单元，均衡多点控制单元的负荷，这样可以极大地扩充多媒体会议系统的容量，解决了现有的集中式会议系统容量受限的问题。
本发明中，各多媒体会议终端之间、会议终端和多点控制单元、用户网守和汇接网守之间所有信号均通过IP网络传输；且各会议终端采用组播方式传输音视频码流。组播(Multicast)是IP网络中特有的传输技术，它允许一个或多个发送者(组播源)一次性、同时向多个接收者发送单一的数据包。组播源以特定的组播地址发送数据包，只有属于该组播组的成员才能接收到数据包。组播可以极大地节省网络带宽，因为无论有多少个接收者，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包，它提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。
本发明中，多个用户网守和汇接网守均可采用双机热备份的方式，提高其可靠性。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、由于采用分布式处理的方法，即将网守分为一个汇接网守和多个用户网守，并将多点处理功能从多点控制单元中分离出来，在多媒体会议终端上实现多点处理功能，即由与会的终端实现多画面处理、混速、混音等功能，这就大大地减轻了多点控制单元的处理负荷，单一多点控制单元可以同时召开更多的会议，支持更多的多媒体会议终端工作；其次，在组建大型系统时，可以根据多媒体会议终端的分布情况，设置多个多点控制单元，汇接网守可以根据全网会议在各多点控制单元的分布情况，合理分配会议，实现多点控制单元的负载均衡功能。
2、由于采用组播方式传输音视频码流，并且多点处理功能是在各个会议终端上实现，因此在召开会议时，根据需要选定的某一会议终端的图像和声音直接向所有与会终端组播，而不必向多点控制单元汇聚，组播数据包沿相应的路由分别向各多媒体会终端传输，这样就节省了网络带宽，避免了集中式多媒体会议系统可能出现的网络拥塞问题。
附图说明
图1为现有技术中集中式多媒体会议系统的分布结构和码流控制示意图；
图2为本发明逻辑结构分布示意图；
图3为本发明的码流控制示意图；
图4为本发明各设备之间的通信过程示意图；
图5为本发明多媒体会议终端结构原理框图；
图6为图5中多媒体会议终端中的多点控制模块和网守的原理框图；
图7为本发明一个实施例的结构拓朴图。
具体实施方式
如图2所示，本发明由一个汇接网守101、多个用户网守1021-102n(n大于等于2)级联、多个多点控制单元MCU 1031-103n(n大于等于2)级联、多个多媒体会议终端1041-104n(n大于等于2)组成，汇接网守101与各用户网守1021-102n建立通信连接，并协调用户网守1021-102n，管理整个系统；同时各用户网守1021-102n负责管理其所对应管辖的多媒体会议终端1041-104n和多点控制单元MCU 1031-103n，并建立双向通信连接；各个多媒体会议终端1041-104n在空闲时与其所属的用户网守1021-102n建立双向通信连接，在参加会议期间，除与用户网守1021-102n建立连接外，同时还与控制本次会议的多点控制单元建立通信连接，而且各个多媒体会议终端1041-104n还具有多点处理MP功能，即可以将其它终端传送来的音视频信号进行多画面、混音、混速等处理，因此其主要特点是同时可以实现多点处理功能；多点控制单元MCU在召开多点会议期间对各会议终端1041-104n进行控制，对图像、语音信号进行切换，实现多点控制MC的功能。系统中可以设置多个多点控制单元MCU，以实现负载均衡。
如图3所示，在会议期间，作为广播会场的多媒体会议终端104n除与其它终端1041-104n-1、作为控制本次会议的多点控制单元103n和其所属的用户网守1026进行双向通信，支持语音、图像和数据等多媒体应用外，增加了多点处理MP功能，即可以将其它终端传送来的音视频信号进行多画面、混音等处理，而且作为广播会场的多媒体会议终端104n还采用组播方式传输音视频码流到其它终端1041-104n-1，如图3实线所示；同时，多点控制单元103n只负责控制码流的交换，如图3虚线所示，不存在音视频码流的交换，这样大大地减轻了多点控制单元103n的处理负荷。
如图5所示，各个多媒体会议终端1041-104n主要包括视频源401、音频源402、音视频输入接口403、音视频编码408、音视频解码409、音视频输出接口404、扩音设备405、显示设备406和网络接口410等，其特点在于：在音视频解码409和音视频输出接口404之间增加有多点处理功能模块407，这样各个多媒体会议终端1041-104n还具有多点处理MP功能。视频源401和音频源402将本地会场的图象、语音及数据信号经音视输入接口403，送到音视频编码408进行压缩编码等处理后由网络接口410发送到IP网络中；同时，由IP网络接收到的音视频等各种信息，经网络接口410后送到音视频解码409进行解码等处理，还原成图像、语音及数据信号，再由多点处理407将还原后的图像、语音及数据信号进行多画面、混音等处理后，经音视频输出接口404到扩音设备405和显示设备406。
本发明的工作过程如下：
如图2、3、4所示，多媒体会议终端1041-104n启动后，首先与其所属的用户网守1021-102n建立双向通信连接，如图3所示，向用户网守1021-102n申请登录，该用户网守对该终端的身份进行鉴权，如果该终端通过用户鉴权，则登录成功，可以使用本系统；否则该终端不能使用本系统。系统的用户鉴权功能可以保证系统使用的安全性，防止非授权用户使用系统。
各用户网守1021-102n在用户鉴权过程中得到该用户的有关信息，如用户身份码、用户名、用户IP地址等，各用户网守1021-102n再根据用户身份码查询本地数据库，确认用户是否为授权用户。如果是授权用户，则更新该用户的相关信息，如用户名、用户IP地址、用户状态等。用户网守将该用户的更新信息上传到汇接网守101，汇接网守101动态维护更新用户信息数据库，然后将更新信息的信息下传到其它用户网守，其它用户网守更新用户的状态信息。通过上述过程，汇接网守101和各用户网守1021-102n可以实时动态地监控、更新和管理全系统的用户状态信息。
多媒体会议终端登录成功后，可以使用本系统，召开会议过程如下：
需要召开会议的多媒体会议终端104n作为广播会场首先向用户网守102n预定要召开的会议。使用者通过会议终端104n输入会议信息，包括会议名称、会议开始时间、会议持续时间、会议概况和与会成员等信息。会议终端104n将会议信息传送到其所属的用户网守102n，该用户网守102n根据与会成员的在系统中的分布、系统中各多点控制单元MCU的负荷情况等策略，为本次会议分配一个多点控制单元MCU，由该多点控制单元MCU控制本次会议。用户网守将本次会议相关信息添加到本地会议信息数据库中，同时将更新的会议信息向汇接网守101上传。汇接网守101在更新系统会议信息数据库的同时，向其它用户网守传输更新的会议信息。通过上述过程，汇接网守101和各用户网守1021-102n可以实时动态地更新和维护全系统的会议信息。
发起会议的终端104n要召开预定好的会议时，首先与本次会议的多点控制单元MCU建立双向通信连接，由多点控制单元MCU呼叫各个与会终端加入会议。此时多点控制单元MCU与已加入会议的与会终端均建立了双向通信连接，如3图中虚线所示。加入会议后，与会终端仍然同各自的用户网守保持通信连接，以便实时地向用户网守报告终端状态信息的变化。例如，加入会议后，各与会终端的状态由“空闲”变为“与会”，这时，各与会终端将主动向其所属的用户网守报告状态变化，用户网守更新本地用户状态信息，同时向汇接网守101上传更新的用户状态信息。汇接网守101更新系统用户状态信息数据库后，再将更新的用户状态信息下传到其它用户网守，保证所有网守的用户状态信息动态、实时地更新。
在会议进行期间，本次会议的多点控制单元MCU可以根据拥有会议控制权的终端的要求，控制多点会议，例如，选定某会场图像和声音向其它会场广播，将发言权分配给需要发言的会场等。多点控制单元MCU对多个与会终端的控制为多点控制MC，为实现多点控制功能，多点控制单元MCU和与会终端之间必须保持双向通信连接，并交换控制和应答信息，如图3虚线和图4所示。
如图6所示，多点处理单元1031-103n由主处理器CPU 701、内存702、I/O接口705、大容量存储介质704、其它物理接口703、网络接口706构成。
在会议期间需要对多个终端的音视频信号进行多画面、混音等处理，称之为多点处理MP。本发明中多点处理功能不在多点控制单元MCU上实现，而是在各与会议终端1041-104n上实现，如图5所示，即将多点处理功能从多点控制单元MCU上分离出来，由各与会终端1041-104n分别实现多点处理功能的会议。如图3所示，在本发明分布式会议系统中，多点控制单元MCU和与会终端1041-104n之间只有控制和应答信息的交换，如图3虚线所示，控制和应答信息占用带宽非常小，每路平均值约在100b/s的数量级，因此多点控制单元MCU的通信负荷和处理负荷都很轻，它可以支持更多的终端，组成大容量的会议系统，解决了现有的集中式会议系统容量受限的问题。
本系统会议结束时，控制本次会议多点控制单元MCU和各与会终端1041-104n均断开通信连接，各与会终端1041-104n恢复到空闲状态，仅与各自的用户网守1021-102n保持通信连接。
如图7所示，为本发明的一个实施例：采用本发明实施一个某多媒体会议系统。该系统由汇接网守、用户网守、多点控制单元MCU、多个多媒体会议终端和相应路由器组成，这些设备在网络中的物理位置没有限制。用户网守、MCU、会议终端、路由器和以太网段的数量不限，可以为两个或两个以上。汇接网守、用户网守、MCU、会议终端和路由器通过以太网接口接入到本地以太网。各个以太网段经路由器通过IP传输网络相连。在逻辑上，汇接网守和用户网守是一个独立于多点控制单元MCU和多媒体会议终端的，但在物理实现时可以包含在多点控制单元MCU和多媒体会议终端中，其汇接网守和用户网守软件运行在多点控制单元MCU服务器上。本实施例的具体工作过程与上述具体实施方式中描述的实现过程相同。
此外，采用本发明的技术方案还可实现远程教学系统、远程医疗系统、图像监控系统。

Claims (9)

1、基于IP网络的分布式多媒体会议系统，主要包括多媒体会议终端、多点控制单元和网守，其特征在于：所述的网守分为汇接网守和多个用户网守，各用户网守分别与其所辖的多媒体会议终端和多点控制单元相连，汇接网守与各用户网守相连，并协调各用户网守，管理整个系统；在会议进行期间，各与会的多媒体会议终端还与控制该会议的多点控制单元相连；多点控制单元只具有多点控制功能，多点处理功能从多点控制单元中分离，分别在各多媒体会议终端实现多点处理功能。
2、根据权利要求1所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的用户网守为2个或2个以上。
3、根据权利要求1或2所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的汇接网守或多个用户网守均可采用双机热备份的方式，提高其可靠性。
4、根据权利要求1所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的多点控制单元，只实现多点会议控制功能。
5、根据权利要求4所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的多点控制单元为2个或2个以上。
6、根据权利要求1或5所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的多点控制单元，在汇接网守和各用户网守的支持下，实现会议控制负载均衡。
7、根据权利要求1所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的各多媒体会议终端还具有多点处理功能。
8、根据权利要求1所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的各多媒体会议终端之间、会议终端和多点控制单元、用户网守和汇接网守之间所有信号均通过IP网络传输。
9、根据权利要求1或7所述的分布式多媒体会议系统，其特征在于：所述的各多媒体会议终端采用组播方式传输图像、语音和数据信号。
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