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VOIP中MCU的研究与实现

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MCU

微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ,又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机,是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。

本文介绍了VOIP  网络的重要组成部分之一MCU,分析了MCU  的两种实现方式,  最后详细给出一种基于MindSpeed82530  芯片的MCU  的实现方案。

文档内容节选

VOIP 中 MCU 的研究与实现 httpwwwpapereducn 孙强,徐赛虹,薛红军 北京邮电大学计算机科学与技术学院,北京100876 Email:sqwh1121163com 摘 要:本文介绍了 VOIP 网络的重要组成部分之一 MCU,分析了 MCU 的两种实现方式, 最后详细给出一种基于 MindSpeed82530 芯片的 MCU 的实现方案 关键词:MCU,MC,MP 1 引言 随着社会的进步和人们生活工作方式的转变,电话会议越来越多的出现在人们的生 活和工作中随着VOIP技术的不断进步,基于VOIP技术的IP电话会议系统也就应运而 生了,与传统的PSTN电话会议相比节省了大量的设备和带宽IP电话会议作为一项全 新技术,既可为企事业用户节省会议经费和人力资源,提高工作效率,也可以成为现代 人与亲朋好友间高效及时经济的情感交流工具 2 MCU 介绍 21 MCU 概念及组成 如图1所示是基于H323的VoIP网络,该网络主要有4种实体其中终端是一种能够和 其他H323端点进行实时通信的设备网关是一种能够在H323网络和其他网络如 I......

VOIP 中 MCU 的研究与实现 http://www.paper.edu.cn 孙强,徐赛虹,薛红军 北京邮电大学计算机科学与技术学院,北京(100876) E-mail:sqwh1121@163.com 摘 要:本文介绍了 VOIP 网络的重要组成部分之一 MCU,分析了 MCU 的两种实现方式, 最后详细给出一种基于 MindSpeed82530 芯片的 MCU 的实现方案。 关键词:MCU,MC,MP 1. 引言 随着社会的进步和人们生活工作方式的转变,电话会议越来越多的出现在人们的生 活和工作中。随着VOIP技术的不断进步,基于VOIP技术的IP电话会议系统也就应运而 生了,与传统的PSTN电话会议相比节省了大量的设备和带宽。IP电话会议作为一项全 新技术,既可为企事业用户节省会议经费和人力资源,提高工作效率,也可以成为现代 人与亲朋好友间高效、及时、经济的情感交流工具。 2. MCU 介绍 2.1 MCU 概念及组成 如图1所示是基于H.323的VoIP网络,该网络主要有4种实体,其中终端是一种能够和 其他H.323端点进行实时通信的设备。网关是一种能够在H.323网络和其他网络(如 ISDN、PSTN)之间实现协议和信令转换的终端设备。网守(Gatekeeper)是可选设备, 它可以控制多个H.323端点、网关和MCU。多点控制单元(MCU)用于管理有3个或3 个以上端点参与的多点会议。 MCU主要分为两个部分,分别是多点控制器 (MC,Multipoint Controller)和多点 处理器(MP,Multipoint Processor)。MC是一个控制多个终端加入多点会议的H323实 体,主要负责呼叫信令的处理和会议的控制;MP则是一个提供了对多点会议中的音频 流、视频流和数据流的集中处理功能的H323实体,主要负责在MC的控制规则之下完成 混音、交换及媒体流的其他处理工作。 图 1 H.323 网络架构 - 1 - http://www.paper.edu.cn 2.2 MCU 的实现方式 MCU 的实现方式分为两种:集中式多点会议和分散式多点会议。在集中式多点会议中 每个 H.323 终端都和 MC 通信,MC 和 H.323 终端构成一个星形拓扑结构,如图 3 所示;而 在分散式多点会议中 MC 和所有参与会议的终端一点对点方式交换控制信令,但以组播方式 向所有参与多点会议的 H.323 终端传输共享的多媒体信息流,如图 2 所示。 组播 多媒体 信息流 控制 控制 MCU H.323 终端 组播 多媒体 信息流 控制 图 2 分布式多点会议[1] 图 3 集中式多点会议[1] 2.3 MCU 两种的实现方式的比较 MCU 的两种实现方式都可以很好的解决多点会议问题,但两种方式在一些方面也 存在着差异: 2.3.1 扩展性 集中式方案中多点会议的最大用户数量受 MP 处理能力的制约,不利于容量的扩 展;而分散式方案中只受终端设备处理能力的制约,总体容量的扩展可以通过增加终端 设备的方式来实现,但同时必然增加 MC 的处理负担。 2.3.2 网络流量 在一个包含 N 个用户的多点会议中,采用集中式方案需要在网络上传输 2*N 个媒 体流,而采用分散式方案需要传输 N(N-1)个媒体流。在 N≥3 的情况下,随着 N 的增加, 分散式方案所带来的网络流量将远远大于集中式方案。 H.323 终端 MCU 框架 功能模块 MMI 配置 接口模块 驱动软件/MP 功能 图 4 MCU 软件架构 - 2 - H.323 终端 http://www.paper.edu.cn 3. 一种集中式 MCU 电话会议服务器的实现方案 本方案采用芯片选用MPC8250 和MindSpeed82530 DSP 芯片,其中MindSpeed82530 最大可支持 64 路语音的混音,即可以支持最多 64 人参加的电话会议。 软件架构如图 4 所示,H.323 协议的 MC 功能模块在电话会议过程中实现对 H.323 终端和驱动软件模块的控制。驱动软件模块实现对底层硬件的控制,主要通过对 DSP 的操作实现对多个语音流的混音功能,实现 MCU 的 MP 部分。 3.1 MC 功能模块 H.323 终端通过标准的 H.323 协议实现与 MC 功能模块的交互。电话会议的呼叫流 程如图 5 所示。MCU 既可以主动邀请 H.323 终端加入会议,也可以是 H.323 终端主动 发起呼叫加入会议。 H.323 终端 1 MCU H.323 终端 2 H.323 终端 3 Setup(CID=N,创建) Connect (CID=N) 能力交换 打开逻辑信道 主从确定 交换多媒体信息流 Setup(CID=N,邀请) Connect (CID=N) 能力交换 主从确定 Setup(CID=N,加入) Connect (CID=N) 能力交换 主从确定 建立多点会议呼叫 交换多媒体信息流 交换多媒体信息流 交换多媒体信息流 图 5 电话会议呼叫建立过程[1] - 3 - http://www.paper.edu.cn 3.2 MMI 配置接口模块 接收配置信息,并把配置要求分发给 MC 功能模块和驱动软件模块。 3.3 驱动软件 驱动软件使用多线程结构。软件架构如图 6 所示。 3.3.1 主线程 MC 驱动软件 MMI DSP DSP 图 6 驱动软件架构 该线程主要用于和外部模块进行交互,主要包括接收来自 MMI 配置接口模块 的配置参数和来自 MC 功能模块的控制命令。接收到来自来自外部模块的消息时, 主线程并不和 DSP 芯片直接交互而是将收到的消息翻译成 DSP 芯片要求的格式, 然后加入到一个消息缓存队列中。 3.3.2 与 DSP 交互的线程 该线程是一个死循环的结构,每隔 1ms 轮询一次 DSP 的状态,如果 DSP 允许 向它发送命令,则该线程从消息缓存队列中取出一条命令并发送给 DSP.如果收到 从 DSP 上报的消息,则直接将该消息发送给 MC 功能模块。MP 所要完成的工作 主要有创建用户、删除用户、创建会议、删除会议等。图 7 和图 8 分别是与会者加 入会议和与会者退出会议的流程。 - 4 - http://www.paper.edu.cn 呼叫接入 呼叫释放 完 成 呼 叫 接 续 完 成 呼 叫 释 放 第一个用户 删除该用户 是 否 新建会议 最后一个用户 是 删除会议 完成 否 加入该用户 完成 4. 结束语 图 7 与会者加入流程[2] 图 8 与会者推出流程 本文介绍了基于 VOIP 的 MCU 的相关技术,并且给出了一个实现 MCU 功能 的具体方案。随着 VOIP 技术的进步,基于 VOIP 的电话会议必将在人们的生活中 获得越来越广泛的应用。 参考文献 [1] 糜正琨 IP网络电话技术[M] 人民邮电出版社 2000 [2] M825xx Datasheet 825XX-DSH-001-D [3] MCU及终端的设备规范和测试规范,信息产业部科技司通信标准处,2001 - 5 -
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