基於ip網絡的分布式多媒體會議系統的製作方法
2023-06-06 13:11:51
專利名稱：基於ip網絡的分布式多媒體會議系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種運行在支持IP業務網絡中的多媒體會議系統，特別是採用分布式處理技術，實現大容量多媒體會議系統，該系統既適用於多點系統，亦即為位於異地的多個與會者實現多媒體會議功能的系統，又適用於點對點系統，即由位於異地的兩方進行多媒體通信的系統。
背景技術：
多媒體會議系統通過通信網絡將多個位於異地的多媒體會議終端連接起來，在多點控制單元的控制下，讓與會者以圖像、語音和數據等多媒體方式進行通信。多媒體會議系統包括多媒體會議終端、多點控制單元(Multi-pointControl Unit，MCU)和網守(Gatekeeper，GK)。多媒體會議終端與其它終端、多點控制單元和網守進行雙向通信，並支持圖像、語音和數據等多媒體通信。多點控制單元提供對多個多媒體會議終端的控制，並進行圖像、語音和數據的混合和交換，支持三個以上終端間的多點會議。一般來說，多點控制單元由多點控制(MC)和多點處理(MP)兩個功能模塊構成，多點控制提供對多點會議的控制，多點處理對多路視頻、音頻和數據信號進行處理，多點處理器由多點控制器控制。網守實現系統的管理功能，包括用戶管理、會議管理、設備管理和帶寬管理等。
在現有的多媒體會議系統中(如圖1所示)，多點控制單元既實現了多點控制功能又實現了多點處理功能，因此，存在以下問題1.由於以集中的方式在多點控制單元上實現多點處理功能，多點控制單元的處理負荷較重，特別是在系統用戶較多，同時進行多個會議時，就限制了系統的規模，無法組建大型多媒體會議系統；
2.在進行多點會議時，所有與會終端發送的圖像、聲音和數據都向多點控制單元集中，經過其中多點處理模塊進行圖像和語音處理(多畫面處理、混速、混音等)後，再以單播的方式一一轉發到每個與會終端，如圖1中實線所示，這樣勢必造成多點控制單元所在節點數據流量較大，佔用較多帶寬資源，特別是在與會終端數量較多時，嚴重時可能會造成網絡擁塞。
發明內容
本發明的技術解決問題是提供一種基於IP網絡的分布式多媒體會議系統，利用它來組建大容量的多媒體會議系統，均衡系統設備的負荷，合理利用網絡帶寬資源，有效降低網絡負荷，解決現有多媒體會議系統存在的上述問題。
本發明所採用的技術方案是基於IP網絡的分布式多媒體會議系統，主要包括多媒體會議終端、多點控制單元和網守，其特徵在於所述的網守分為匯接網守和多個用戶網守，各用戶網守分別與其所轄的多媒體會議終端和多點控制單元相連，匯接網守與各用戶網守相連，並協調各用戶網守，管理整個系統；各個多媒體會議終端在空閒時與其所屬的用戶網守進行通信聯繫，在參會期間，除與所屬的用戶網守建立通信連接外，還與控制該會議終端的多點控制單元建立通信連接；多點控制單元只具有多點控制功能，其多點處理功能從多點控制單元中分離，分別在各多媒體會議終端實現多點處理功能。
本發明中，通過採用分布式處理的方法，將網守分為匯接網守和多個用戶網守，多個用戶網守在匯接網守的協調下，共同實現系統的管理功能；同時將多點處理功能從多點控制單元中分離出來，分散到會議終端，即多點控制單元與各多媒體會議統終端只有控制碼流的交換，不存在音視頻等信息碼流的交換，信息碼流在多點控制單元的控制下，經過相應的路由，在各個多媒體終端之間傳輸；必要時本發明設置多個多點控制單元，均衡多點控制單元的負荷，這樣可以極大地擴充多媒體會議系統的容量，解決了現有的集中式會議系統容量受限的問題。
本發明中，各多媒體會議終端之間、會議終端和多點控制單元、用戶網守和匯接網守之間所有信號均通過IP網絡傳輸；且各會議終端採用組播方式傳輸音視頻碼流。組播(Multicast)是IP網絡中特有的傳輸技術，它允許一個或多個發送者(組播源)一次性、同時向多個接收者發送單一的數據包。組播源以特定的組播地址發送數據包，只有屬於該組播組的成員才能接收到數據包。組播可以極大地節省網絡帶寬，因為無論有多少個接收者，在整個網絡的任何一條鏈路上只傳送單一的數據包，它提高了數據傳送效率，減少了主幹網出現擁塞的可能性。
本發明中，多個用戶網守和匯接網守均可採用雙機熱備份的方式，提高其可靠性。
本發明與現有技術相比具有的有益效果是1、由於採用分布式處理的方法，即將網守分為一個匯接網守和多個用戶網守，並將多點處理功能從多點控制單元中分離出來，在多媒體會議終端上實現多點處理功能，即由與會的終端實現多畫面處理、混速、混音等功能，這就大大地減輕了多點控制單元的處理負荷，單一多點控制單元可以同時召開更多的會議，支持更多的多媒體會議終端工作；其次，在組建大型系統時，可以根據多媒體會議終端的分布情況，設置多個多點控制單元，匯接網守可以根據全網會議在各多點控制單元的分布情況，合理分配會議，實現多點控制單元的負載均衡功能。
2、由於採用組播方式傳輸音視頻碼流，並且多點處理功能是在各個會議終端上實現，因此在召開會議時，根據需要選定的某一會議終端的圖像和聲音直接向所有與會終端組播，而不必向多點控制單元匯聚，組播數據包沿相應的路由分別向各多媒體會終端傳輸，這樣就節省了網絡帶寬，避免了集中式多媒體會議系統可能出現的網絡擁塞問題。
圖1為現有技術中集中式多媒體會議系統的分布結構和碼流控制示意圖；
圖2為本發明邏輯結構分布示意圖；圖3為本發明的碼流控制示意圖；圖4為本發明各設備之間的通信過程示意圖；圖5為本發明多媒體會議終端結構原理框圖；圖6為圖5中多媒體會議終端中的多點控制模塊和網守的原理框圖；圖7為本發明一個實施例的結構拓樸圖。
具體實施例方式
如圖2所示，本發明由一個匯接網守101、多個用戶網守1021-102n(n大於等於2)級聯、多個多點控制單元MCU 1031-103n(n大於等於2)級聯、多個多媒體會議終端1041-104n(n大於等於2)組成，匯接網守101與各用戶網守1021-102n建立通信連接，並協調用戶網守1021-102n，管理整個系統；同時各用戶網守1021-102n負責管理其所對應管轄的多媒體會議終端1041-104n和多點控制單元MCU 1031-103n，並建立雙向通信連接；各個多媒體會議終端1041-104n在空閒時與其所屬的用戶網守1021-102n建立雙向通信連接，在參加會議期間，除與用戶網守1021-102n建立連接外，同時還與控制本次會議的多點控制單元建立通信連接，而且各個多媒體會議終端1041-104n還具有多點處理MP功能，即可以將其它終端傳送來的音視頻信號進行多畫面、混音、混速等處理，因此其主要特點是同時可以實現多點處理功能；多點控制單元MCU在召開多點會議期間對各會議終端1041-104n進行控制，對圖像、語音信號進行切換，實現多點控制MC的功能。系統中可以設置多個多點控制單元MCU，以實現負載均衡。
如圖3所示，在會議期間，作為廣播會場的多媒體會議終端104n除與其它終端1041-104n-1、作為控制本次會議的多點控制單元103n和其所屬的用戶網守1026進行雙向通信，支持語音、圖像和數據等多媒體應用外，增加了多點處理MP功能，即可以將其它終端傳送來的音視頻信號進行多畫面、混音等處理，而且作為廣播會場的多媒體會議終端104n還採用組播方式傳輸音視頻碼流到其它終端1041-104n-1，如圖3實線所示；同時，多點控制單元103n只負責控制碼流的交換，如圖3虛線所示，不存在音視頻碼流的交換，這樣大大地減輕了多點控制單元103n的處理負荷。
如圖5所示，各個多媒體會議終端1041-104n主要包括視頻源401、音頻源402、音視頻輸入接口403、音視頻編碼408、音視頻解碼409、音視頻輸出接口404、擴音設備405、顯示設備406和網絡接口410等，其特點在於在音視頻解碼409和音視頻輸出接口404之間增加有多點處理功能模塊407，這樣各個多媒體會議終端1041-104n還具有多點處理MP功能。視頻源401和音頻源402將本地會場的圖象、語音及數據信號經音視輸入接口403，送到音視頻編碼408進行壓縮編碼等處理後由網絡接口410發送到IP網絡中；同時，由IP網絡接收到的音視頻等各種信息，經網絡接口410後送到音視頻解碼409進行解碼等處理，還原成圖像、語音及數據信號，再由多點處理407將還原後的圖像、語音及數據信號進行多畫面、混音等處理後，經音視頻輸出接口404到擴音設備405和顯示設備406。
本發明的工作過程如下如圖2、3、4所示，多媒體會議終端1041-104n啟動後，首先與其所屬的用戶網守1021-102n建立雙向通信連接，如圖3所示，向用戶網守1021-102n申請登錄，該用戶網守對該終端的身份進行鑑權，如果該終端通過用戶鑑權，則登錄成功，可以使用本系統；否則該終端不能使用本系統。系統的用戶鑑權功能可以保證系統使用的安全性，防止非授權用戶使用系統。
各用戶網守1021-102n在用戶鑑權過程中得到該用戶的有關信息，如用戶身份碼、用戶名、用戶IP位址等，各用戶網守1021-102n再根據用戶身份碼查詢本地資料庫，確認用戶是否為授權用戶。如果是授權用戶，則更新該用戶的相關信息，如用戶名、用戶IP位址、用戶狀態等。用戶網守將該用戶的更新信息上傳到匯接網守101，匯接網守101動態維護更新用戶信息資料庫，然後將更新信息的信息下傳到其它用戶網守，其它用戶網守更新用戶的狀態信息。通過上述過程，匯接網守101和各用戶網守1021-102n可以實時動態地監控、更新和管理全系統的用戶狀態信息。
多媒體會議終端登錄成功後，可以使用本系統，召開會議過程如下需要召開會議的多媒體會議終端104n作為廣播會場首先向用戶網守102n預定要召開的會議。使用者通過會議終端104n輸入會議信息，包括會議名稱、會議開始時間、會議持續時間、會議概況和與會成員等信息。會議終端104n將會議信息傳送到其所屬的用戶網守102n，該用戶網守102n根據與會成員的在系統中的分布、系統中各多點控制單元MCU的負荷情況等策略，為本次會議分配一個多點控制單元MCU，由該多點控制單元MCU控制本次會議。用戶網守將本次會議相關信息添加到本地會議信息資料庫中，同時將更新的會議信息向匯接網守101上傳。匯接網守101在更新系統會議信息資料庫的同時，向其它用戶網守傳輸更新的會議信息。通過上述過程，匯接網守101和各用戶網守1021-102n可以實時動態地更新和維護全系統的會議信息。
發起會議的終端104n要召開預定好的會議時，首先與本次會議的多點控制單元MCU建立雙向通信連接，由多點控制單元MCU呼叫各個與會終端加入會議。此時多點控制單元MCU與已加入會議的與會終端均建立了雙向通信連接，如3圖中虛線所示。加入會議後，與會終端仍然同各自的用戶網守保持通信連接，以便實時地向用戶網守報告終端狀態信息的變化。例如，加入會議後，各與會終端的狀態由「空閒」變為「與會」，這時，各與會終端將主動向其所屬的用戶網守報告狀態變化，用戶網守更新本地用戶狀態信息，同時向匯接網守101上傳更新的用戶狀態信息。匯接網守101更新系統用戶狀態信息資料庫後，再將更新的用戶狀態信息下傳到其它用戶網守，保證所有網守的用戶狀態信息動態、實時地更新。
在會議進行期間，本次會議的多點控制單元MCU可以根據擁有會議控制權的終端的要求，控制多點會議，例如，選定某會場圖像和聲音向其它會場廣播，將發言權分配給需要發言的會場等。多點控制單元MCU對多個與會終端的控制為多點控制MC，為實現多點控制功能，多點控制單元MCU和與會終端之間必須保持雙向通信連接，並交換控制和應答信息，如圖3虛線和圖4所示。
如圖6所示，多點處理單元1031-103n由主處理器CPU 701、內存702、I/O接口705、大容量存儲介質704、其它物理接口703、網絡接口706構成。
在會議期間需要對多個終端的音視頻信號進行多畫面、混音等處理，稱之為多點處理MP。本發明中多點處理功能不在多點控制單元MCU上實現，而是在各與會議終端1041-104n上實現，如圖5所示，即將多點處理功能從多點控制單元MCU上分離出來，由各與會終端1041-104n分別實現多點處理功能的會議。如圖3所示，在本發明分布式會議系統中，多點控制單元MCU和與會終端1041-104n之間只有控制和應答信息的交換，如圖3虛線所示，控制和應答信息佔用帶寬非常小，每路平均值約在100b/s的數量級，因此多點控制單元MCU的通信負荷和處理負荷都很輕，它可以支持更多的終端，組成大容量的會議系統，解決了現有的集中式會議系統容量受限的問題。
本系統會議結束時，控制本次會議多點控制單元MCU和各與會終端1041-104n均斷開通信連接，各與會終端1041-104n恢復到空閒狀態，僅與各自的用戶網守1021-102n保持通信連接。
如圖7所示，為本發明的一個實施例採用本發明實施一個某多媒體會議系統。該系統由匯接網守、用戶網守、多點控制單元MCU、多個多媒體會議終端和相應路由器組成，這些設備在網絡中的物理位置沒有限制。用戶網守、MCU、會議終端、路由器和乙太網段的數量不限，可以為兩個或兩個以上。匯接網守、用戶網守、MCU、會議終端和路由器通過乙太網接口接入到本地乙太網。各個乙太網段經路由器通過IP傳輸網絡相連。在邏輯上，匯接網守和用戶網守是一個獨立於多點控制單元MCU和多媒體會議終端的，但在物理實現時可以包含在多點控制單元MCU和多媒體會議終端中，其匯接網守和用戶網守軟體運行在多點控制單元MCU伺服器上。本實施例的具體工作過程與上述具體實施方式
中描述的實現過程相同。
此外，採用本發明的技術方案還可實現遠程教學系統、遠程醫療系統、圖像監控系統。
權利要求
1.基於IP網絡的分布式多媒體會議系統，主要包括多媒體會議終端、多點控制單元和網守，其特徵在於所述的網守分為匯接網守和多個用戶網守，各用戶網守分別與其所轄的多媒體會議終端和多點控制單元相連，匯接網守與各用戶網守相連，並協調各用戶網守，管理整個系統；在會議進行期間，各與會的多媒體會議終端還與控制該會議的多點控制單元相連；多點控制單元只具有多點控制功能，多點處理功能從多點控制單元中分離，分別在各多媒體會議終端實現多點處理功能。
2.根據權利要求1所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的用戶網守為2個或2個以上。
3.根據權利要求1或2所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的匯接網守或多個用戶網守均可採用雙機熱備份的方式，提高其可靠性。
4.根據權利要求1所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的多點控制單元，只實現多點會議控制功能。
5.根據權利要求4所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的多點控制單元為2個或2個以上。
6.根據權利要求1或5所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的多點控制單元，在匯接網守和各用戶網守的支持下，實現會議控制負載均衡。
7.根據權利要求1所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的各多媒體會議終端還具有多點處理功能。
8.根據權利要求1所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的各多媒體會議終端之間、會議終端和多點控制單元、用戶網守和匯接網守之間所有信號均通過IP網絡傳輸。
9.根據權利要求1或7所述的分布式多媒體會議系統，其特徵在於所述的各多媒體會議終端採用組播方式傳輸圖像、語音和數據信號。
全文摘要
基於IP網絡的分布式多媒體會議系統，主要包括多媒體會議終端、多點控制單元和網守，其特徵在於所述的網守分為匯接網守和多個用戶網守，各用戶網守分別與其所轄的多媒體會議終端和多點控制單元相連，匯接網守與各用戶網守相連，並協調各用戶網守，管理整個系統；在會議進行期間，各與會的多媒體會議終端還與控制該會議的多點控制單元相連；多點控制單元只具有多點控制功能，多點處理功能從多點控制單元中分離，分別在各多媒體會議終端實現多點處理功能。此外，本發明支持圖像、語音和數據等多媒體會議功能，採用組播方式傳輸圖像、語音和數據信號，節省了網絡帶寬。
文檔編號H04N7/15GK1543123SQ0312798
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月28日 優先權日2003年4月28日
發明者王生安 申請人:王生安