AcroMedia媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張華琳，萬　翔，高璽璟

(河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊050200)

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AcroMedia媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張華琳，萬翔，高璽璟

(河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊050200)

摘要媒體服務(wù)器是下一代網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中提供多媒體資源的關(guān)鍵設(shè)備。提出一種基于DSP的可擴(kuò)展、高性能的AcroMedia媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。闡述了AcroMedia的系統(tǒng)架構(gòu)，并詳細(xì)描述了硬件關(guān)鍵技術(shù)和MCU的工作原理，闡述了軟件模塊劃分以及DSP資源的控制流程。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的AcroMedia媒體服務(wù)器，不僅實(shí)現(xiàn)了媒體服務(wù)器的基本功能，并且提供大容量的語音會(huì)議資源和高清視頻會(huì)議資源。AcroMedia媒體服務(wù)器的插板擴(kuò)充設(shè)計(jì)，滿足NGN網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)對(duì)不同容量媒體資源的要求，具有高穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞媒體服務(wù)器；媒體主控單元；媒體處理單元；DSP

0引言

媒體服務(wù)器是在控制設(shè)備(軟交換設(shè)備或應(yīng)用服務(wù)器)的控制下，提供IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)所需的資源功能，同時(shí)具有資源提供能力、與其他實(shí)體進(jìn)行通信的功能以及資源的管理、維護(hù)功能。提供資源能力是指媒體服務(wù)器提供的資源，包括：DTMF信號(hào)的采集與解碼、信號(hào)音的產(chǎn)生與發(fā)送、錄音通知的發(fā)送、會(huì)議和語音的合成等，所有的專業(yè)資源具有資源標(biāo)識(shí)，如信號(hào)音標(biāo)識(shí)、錄音通知標(biāo)識(shí)和DTMF接收器標(biāo)識(shí)等[1]。AcroMedia媒體服務(wù)器具有與網(wǎng)絡(luò)中的軟交換設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器、媒體網(wǎng)關(guān)、IP電話和網(wǎng)管中心等實(shí)體的接口，通過這些接口發(fā)布或接收相關(guān)消息，檢查消息格式，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換處理。AcroMedia媒體服務(wù)器可以以本地、遠(yuǎn)程2種方式提供對(duì)媒體資源以及設(shè)備本身的維護(hù)和管理，包括媒體資源的編輯、數(shù)據(jù)庫配置、狀態(tài)監(jiān)控和故障管理等[2,3]。本文提出了一種支持高清視頻的容量靈活可配的插卡式媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，以適應(yīng)不同行業(yè)應(yīng)用部署要求。

1總體設(shè)計(jì)方案

AcroMedia媒體服務(wù)器采用機(jī)箱插卡式設(shè)計(jì)，最大支持4 320個(gè)全雙工媒體處理口，支持1 440個(gè)三方會(huì)議，支持12路高清視頻，圖像幀率調(diào)節(jié)范圍1～30幀，最大支持16分屏。

1.1硬件設(shè)計(jì)

媒體服務(wù)器采用19英寸2U機(jī)箱結(jié)構(gòu)形式，布局形式如圖 1所示。板件主要由背板BP、主控單元MCU、媒體處理單元MSU、電源告警單元PSU/ALU和風(fēng)扇單元FAN組成。

媒體服務(wù)器包括2個(gè)公共槽位，可以插MCU公共控制板，實(shí)現(xiàn)主備冗余；6個(gè)外圍槽位可以插MSU媒體資源板，提供語音及視頻的編解碼資源。MCU公共控制板的主要功能包括：MCU與MSU之間的業(yè)務(wù)及信令的交換及路由；完成媒體服務(wù)器的操作維護(hù)管理功能；完成故障檢測(cè)、定位和隔離；完成系統(tǒng)復(fù)位功能；支持板卡上電自檢，能夠?qū)﹃P(guān)鍵芯片進(jìn)行檢測(cè)。MSU的主要功能包括提供媒體資源和完成音頻視頻編解碼轉(zhuǎn)換。

圖1　媒體服務(wù)器機(jī)箱結(jié)構(gòu)

1.2軟件設(shè)計(jì)

媒體服務(wù)器系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖如圖2所示。主要包括：MCU公共服務(wù)子系統(tǒng)、MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)和DSP控制子系統(tǒng)等3個(gè)子系統(tǒng)。

圖2　媒體服務(wù)器系統(tǒng)軟件架構(gòu)

1.2.1MCU公共服務(wù)子系統(tǒng)

MCU公共服務(wù)子系統(tǒng)主要包括以下功能單元[4]：

① 系統(tǒng)管理：主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、任務(wù)的啟動(dòng)和監(jiān)控；

② 網(wǎng)絡(luò)通信：為任務(wù)提供收發(fā)消息相關(guān)的API；

③ 內(nèi)存管理：提供對(duì)內(nèi)存池和內(nèi)存塊的管理；

④ 定時(shí)器：主要負(fù)責(zé)定時(shí)器的啟動(dòng)、停止，定時(shí)器隊(duì)列的管理；

⑤ 數(shù)據(jù)配置：負(fù)責(zé)接收來自配置終端發(fā)來的指令，執(zhí)行相應(yīng)操作，返回執(zhí)行結(jié)果；

⑥ 維護(hù)管理：負(fù)責(zé)接收維護(hù)終端發(fā)來的指令，執(zhí)行相應(yīng)操作，返回執(zhí)行結(jié)果。

1.2.2MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)

MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)是媒體服務(wù)器的核心控制子系統(tǒng)，解析來自外部軟交換或應(yīng)用服務(wù)器的SIP(+MSML)消息，作為一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程，主要包括2個(gè)線程[5]：① SIP協(xié)議棧/SIP UA，負(fù)責(zé)媒體服務(wù)器與軟交換或應(yīng)用服務(wù)器交互的INVITE、200 OK、ACK、INFO和OPTION等SIP消息的編、解碼；② 會(huì)話處理進(jìn)程，負(fù)責(zé)會(huì)話流程的控制管理[6]。會(huì)話處理進(jìn)程可以細(xì)分為3個(gè)子功能：

① License管理：主要負(fù)責(zé)媒體服務(wù)器License的管理控制，并記錄當(dāng)前媒體服務(wù)器的資源使用情況，即端口占用數(shù)量、會(huì)議開啟數(shù)量等；

② 會(huì)話狀態(tài)機(jī)：主要是通過對(duì)媒體通道的管理，配合完成各項(xiàng)媒體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)；

③ MSML編解碼器：負(fù)責(zé)媒體服務(wù)器與軟交換或應(yīng)用服務(wù)器交互的MSML控制語言消息體的編、解碼。

1.2.3DSP控制子系統(tǒng)

DSP控制子系統(tǒng)接受MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)的控制，完成對(duì)媒體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，作為一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程，主要包括3個(gè)線程：

① 業(yè)務(wù)和資源管理：分為邏輯業(yè)務(wù)管理和資源管理統(tǒng)計(jì)2部分，邏輯業(yè)務(wù)管理模塊負(fù)責(zé)分配的音頻、視頻、數(shù)據(jù)、音頻會(huì)議和視頻會(huì)議的邏輯控制；資源管理統(tǒng)計(jì)模塊完成對(duì)多片DSP設(shè)備的管理、資源分配和資源統(tǒng)計(jì)。

② 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)：業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)Octasic API進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)單一的業(yè)務(wù)功能，音頻處理負(fù)責(zé)放音、錄音、音檢測(cè)和音生成等；視頻處負(fù)責(zé)視頻播放、錄制；數(shù)據(jù)處理組分傳真；會(huì)議處理負(fù)責(zé)多方音頻會(huì)議、各種方式的視頻會(huì)議實(shí)現(xiàn)；其他處理負(fù)責(zé)DSP設(shè)備管理類的，如握手消息和資源管理消息等[7]。

③ Event處理：負(fù)責(zé)處理DSP芯片主動(dòng)上報(bào)的消息，如各種音檢測(cè)和定時(shí)握手等，上報(bào)給業(yè)務(wù)和資源管理。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1MCU和MSU關(guān)系

媒體服務(wù)器有2種關(guān)鍵板卡：媒體控制單元MCU和媒體處理單元MSU，它們的之間的連接關(guān)系如圖3所示。

圖3　MCU和MSU連接關(guān)系

MCU通過各種總線控制MSU，完成媒體服務(wù)器的系統(tǒng)功能。媒體服務(wù)器支持的3種背板總線：SGMII總線、SRIO總線和I2C總線。不同槽位的板卡通過背板連接到一起，實(shí)現(xiàn)媒體服務(wù)器的功能。其中SGMII總線、SRIO總線和I2C總線都集中到MCU，構(gòu)成雙星型總線結(jié)構(gòu)。

① 每個(gè)MSU的2條SGMII通過背板分別與主備MCU連接，構(gòu)成雙星型結(jié)構(gòu)，完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的交換或路由；

② 每個(gè)MSU的2條SRIO通過背板分別與主備MCU連接，構(gòu)成雙星型結(jié)構(gòu)；

③ 媒體服務(wù)器的背板通過I2C總線，完成MCU、BPU、FAN和PSU/ALU槽位間告警、狀態(tài)、維護(hù)消息的傳遞。

2.2硬件MCU公共控制單元實(shí)現(xiàn)

公共控制單元的邏輯功能框圖如圖4所示。MCU板包括處理器模塊和交換模塊2個(gè)子模塊。

圖4　MCU組成結(jié)構(gòu)

處理器模塊包括P4080處理器最小系統(tǒng)和邏輯控制單元。處理器最小系統(tǒng)單元完成呼叫信令處理、資源管理、傳輸承載控制以及軟件更新、日常網(wǎng)管、初始化流程功能等操作維護(hù)功能，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)媒體服務(wù)器內(nèi)部環(huán)境溫度的監(jiān)控。處理器單元提供千兆的主備數(shù)據(jù)備份通道，完成主備MCU間的數(shù)據(jù)備份；提供I2C接口完成板間操作維護(hù)信息傳輸；提供I2C接口與PSU/ALU相連，通過該接口獲取外部告警箱上報(bào)的外部環(huán)境狀態(tài)信息。邏輯控制單元完成對(duì)單板的邏輯控制、主備切換邏輯以及對(duì)MSU的上電控制、遠(yuǎn)程復(fù)位控制以及對(duì)風(fēng)扇的控制。

交換模塊完成內(nèi)部各個(gè)功能板卡之間的業(yè)務(wù)、控制及OAM信息交換或路由。MCU的交換模塊支持2種總線接口：SGMII總線接口和SRIO總線接口。MCU的交換模塊包括SGMII交換單元和SRIO交換單元。所有的業(yè)務(wù)、控制及OAM信息均通過SGMII交換單元交換，而SRIO交換作為業(yè)務(wù)信息交換的備用通道。

SGMII交換單元可提供16個(gè)SGMII端口，其中有6個(gè)SGMII端口用于與MSU板的連接，1個(gè)SGMII端口和冗余MCU連接。SGMII交換單元根據(jù)SGMII端口上傳來的IP數(shù)據(jù)包的目標(biāo)MAC地址來確定該數(shù)據(jù)包的目的端口。

SRIO交換單元可提供16個(gè)1X SRIO端口，其中6個(gè)1X SRIO用于與BPU板連接，1個(gè)1X SRIO端口用于與冗余MCU連接。

MCU需要主備備份，因此2種總線接口的外圍交換節(jié)點(diǎn)需要連接到主備2塊主控板，鏈路主備狀態(tài)由主控板決定，并通過專用指示信號(hào)傳遞到外圍交換節(jié)點(diǎn)。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過SGMII交換單元中BPU對(duì)應(yīng)的端口進(jìn)行交換?？刂茢?shù)據(jù)經(jīng)過SGMII交換單元從EPC交換到主處理器單元，經(jīng)過主處理器單元的解析處理后再通過SGMII交換單元發(fā)送給BPU。MCU的主處理器單元與各單板的OAM信息通過SGMII交換單元交換到各單板

3軟件實(shí)現(xiàn)流程

3.1資源申請(qǐng)流程

資源申請(qǐng)?zhí)幚砹鞒倘鐖D5所示。

圖5　資源申請(qǐng)流程

資源申請(qǐng)?zhí)幚砹鞒倘缦拢?/p>

步驟1MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)向DSP控制子系統(tǒng)發(fā)送資源申請(qǐng)；

步驟2業(yè)務(wù)管理模塊根據(jù)資源類型，分配內(nèi)存并加入管理鏈表，向資源管理模塊申請(qǐng)資源分配，資源管理模塊為其指定DSP ID；

步驟3向功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)發(fā)送資源申請(qǐng)，功能實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)用Octasic API實(shí)現(xiàn)功能；

步驟4功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)發(fā)送RSP給業(yè)務(wù)管理；

步驟5業(yè)務(wù)管理模塊通知資源管理模塊資源申請(qǐng)成功，資源管理模塊進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)；

步驟6業(yè)務(wù)管理發(fā)送RSP給MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)。

3.2資源釋放流程

資源釋放處理流程如圖6所示。

圖6　資源釋放流程

資源釋放處理流程如下：

步驟1MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)向DSP控制子系統(tǒng)發(fā)送資源釋放；

步驟2業(yè)務(wù)管理模塊向功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)發(fā)送資源釋放，功能實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)用Octasic API釋放分配的資源；

步驟3功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)發(fā)送RSP給業(yè)務(wù)管理；

步驟4業(yè)務(wù)管理模塊通知資源管理模塊資源釋放成功，資源管理模塊進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)；

步驟5業(yè)務(wù)管理發(fā)送RSP給MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)。

3.3資源修改流程

資源修改處理流程如圖7所示。

圖7　資源修改流程

資源修改處理流程如下：

步驟1MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)向DSP控制子系統(tǒng)發(fā)送資源修改，如播放信號(hào)音、停止播放，開始錄音、停止錄音等；

步驟2功能實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)用Octasic API實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能；

步驟3功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)發(fā)送RSP給業(yè)務(wù)管理；

步驟4業(yè)務(wù)管理發(fā)送RSP給MCU媒體控制應(yīng)用子系統(tǒng)。

4媒體服務(wù)器的測(cè)試

本系統(tǒng)的測(cè)試依據(jù)是《YD/T 1389-2005 基于軟交換的媒體服務(wù)器測(cè)試方法》[8]。測(cè)試環(huán)境如圖8所示。

圖8　媒體服務(wù)器測(cè)試環(huán)境

測(cè)試設(shè)備包括：1臺(tái)AcroSwitch S6000軟交換機(jī)作為媒體服務(wù)器的控制者、1臺(tái)Sprient Abacus 5000呼叫模擬器、多個(gè)視頻電話終端、1臺(tái)帶視頻功能的調(diào)度臺(tái)和多個(gè)IP話機(jī)。

測(cè)試方法如下：通過編寫測(cè)試腳本和軟交換機(jī)的會(huì)議功能配置，讓呼叫模擬器發(fā)起呼叫的媒體流均通過媒體服務(wù)器；讓調(diào)度臺(tái)觸發(fā)會(huì)議業(yè)務(wù)，與多個(gè)視頻電話形成多方視頻會(huì)議；在軟交換機(jī)上配置多種需要用到媒體服務(wù)器相關(guān)功能的業(yè)務(wù)，并用IP話機(jī)觸發(fā)。

測(cè)試結(jié)果表明，AcroMedia實(shí)現(xiàn)了DTMF信號(hào)音、會(huì)議、錄音和放音等功能，同時(shí)支持不同編解碼格式的語音及視頻編解碼轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)1080P的高清視頻會(huì)議；AcroMedia媒體服務(wù)器采用插卡式設(shè)計(jì)，會(huì)議容量的大小與卡的數(shù)量有關(guān)，因此可以很容易控制其容量，單塊媒體處理卡支持120個(gè)會(huì)議室，每個(gè)會(huì)議可以支持80路。對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)測(cè)試其平均響應(yīng)時(shí)間<200 ms，優(yōu)于技術(shù)指標(biāo)要求。

5結(jié)束語

AcroMedia媒體服務(wù)器采用插卡式設(shè)計(jì)，通過增減MSU媒體資源板，滿足多種容量的配置需求。通過增加硬件媒體資源卡實(shí)現(xiàn)容量的擴(kuò)充，可比軟件方式減少CPU的開銷，提高運(yùn)行效率；采用簡潔易擴(kuò)充的SIP協(xié)議，使得AcroMedia媒體服務(wù)器易于在應(yīng)用服務(wù)器控制下實(shí)現(xiàn)多樣化業(yè)務(wù)，組網(wǎng)更靈活，擴(kuò)充更方便。AcroMedia媒體服務(wù)器已在視頻調(diào)度系統(tǒng)和視頻會(huì)議系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。后續(xù)可在邏輯資源管理和音視頻使用效率方面深入研究，使得媒體資源可控并充分發(fā)揮作用。

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[8]YD/T 1389-2005.基于軟交換的媒體服務(wù)器測(cè)試方法[S].

張華琳女，(1976—)，高級(jí)工程師。主要研究方向：通信系統(tǒng)與信息技術(shù)。

萬翔男，(1978—)，高級(jí)工程師。主要研究方向：通信系統(tǒng)與電路設(shè)計(jì)。

引用格式：張華琳,萬翔,高璽璟.AcroMedia媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無線電工程,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

作者簡介

收稿日期：2015-10-22

中圖分類號(hào)TN919

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1003-3106(2016)01-0020-05

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2016.01.05