轉碼在視頻會(huì )議中的應用

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隨著(zhù)企業(yè)對視頻會(huì )議系統的需求越來(lái)越大，視頻會(huì )議系統將主要向靈活易用性、大眾平民化、家用小型化發(fā)展。

1. 靈活易用性

隨著(zhù)視頻會(huì )議市場(chǎng)的企業(yè)用戶(hù)逐年增多，傳統視頻會(huì )議產(chǎn)品漸顯弊端，比如：價(jià)格昂貴，又要使用專(zhuān)線(xiàn)或ISDN;軟件產(chǎn)品性能不穩定，使用不方便，加上繁瑣的下載安裝步驟和對帶寬的較高要求，已不能滿(mǎn)足用戶(hù)的基本需求。用戶(hù)對靈活性和易用性的關(guān)注，說(shuō)明了視頻會(huì )議系統還需進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作并提高與其他系統的兼容能力：目前的視頻會(huì )議系統大多采用分層菜單的方式進(jìn)行控制，操作還是較為復雜。數據共享是指通過(guò)視頻會(huì )議系統使身處異地的合作者相互了解情況并實(shí)現資源共享 (例如電子白板、共享Windows應用等)。近年來(lái)，隨著(zhù)視頻、音頻、數據綜合網(wǎng)的發(fā)展，尤其是在遠程教學(xué)和遠程醫療領(lǐng)域，用戶(hù)將更加重視數據及應用共享。

靈活性也是用戶(hù)看重的另外一方面，在視頻通訊領(lǐng)域，會(huì )議應用只是其中的冰山一角：越來(lái)越多的用戶(hù)希望視頻會(huì )議系統具有遠程教學(xué)功能并且能夠和辦公自動(dòng)化系統結合起來(lái)提高管理質(zhì)量。視頻會(huì )議系統作為一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò )系統，系統的可塑造性和可維護性是十分重要的，能夠方便裝卸的高質(zhì)量系統對需要移動(dòng)和頻繁出差的用戶(hù)而言顯得彌足珍貴，在不降低系統性能的前提下，提高系統的便攜性是很有必要的?？傊?，企業(yè)用戶(hù)需要更靈活易用的視頻會(huì )議系統。

2. 大眾平民化

從視頻編碼，解碼技術(shù)角度來(lái)看視頻會(huì )議，視頻會(huì )議基本有以下三種方案：

-    Mesh 方案，即多個(gè)終端之間兩兩進(jìn)行連接，形成一個(gè)網(wǎng)狀結構。比如 A、B、C 三個(gè)終端進(jìn)行多對多通信，當 A 想要共享媒體（比如音頻、視頻）時(shí)，它需要分別向 B 和 C 發(fā)送數據。同樣的道理，B 想要共享媒體，就需要分別向 A、C 發(fā)送數據，依次類(lèi)推。這種方案對各終端的帶寬要求比較高。

-    MCU（Multipoint Conferencing Unit）方案，該方案由一個(gè)服務(wù)器和多個(gè)終端組成一個(gè)星形結構。各終端將自己要共享的音視頻流發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器端會(huì )將在同一個(gè)房間中的所有終端的音視頻流進(jìn)行混合，最終生成一個(gè)混合后的音視頻流再發(fā)給各個(gè)終端，這樣各終端就可以看到 / 聽(tīng)到其他終端的音視頻了。實(shí)際上服務(wù)器端就是一個(gè)音視頻混合器，這種方案服務(wù)器的壓力會(huì )非常大。

-    SFU（Selective Forwarding Unit）方案，該方案也是由一個(gè)服務(wù)器和多個(gè)終端組成，但與 MCU 不同的是，SFU 不對音視頻進(jìn)行混流，收到某個(gè)終端共享的音視頻流后，就直接將該音視頻流轉發(fā)給房間內的其他終端。它實(shí)際上就是一個(gè)音視頻路由轉發(fā)器。

MCU 方案

MCU 主要的處理邏輯是：接收每個(gè)共享端的音視頻流，經(jīng)過(guò)解碼、與其他解碼后的音視頻進(jìn)行混流、重新編碼，之后再將混好的音視頻流發(fā)送給房間里的所有人。MCU 技術(shù)在視頻會(huì )議領(lǐng)域出現得非常早，目前技術(shù)也非常成熟，主要用在硬件視頻會(huì )議領(lǐng)域。

MCU全編碼全解碼應用框圖

MCU 的優(yōu)勢，大致可總結為如下幾點(diǎn)：

-    技術(shù)非常成熟，在硬件視頻會(huì )議中應用非常廣泛。

-    作為音視頻網(wǎng)關(guān)，通過(guò)解碼、再編碼可以屏蔽不同編解碼設備的差異化，滿(mǎn)足更多客戶(hù)的集成需求，提升用戶(hù)體驗和產(chǎn)品競爭力。

-    將多路視頻混合成一路，所有參與人看到的是相同的畫(huà)面，客戶(hù)體驗非常好。

MCU 不足，主要表現為：

-    重新解碼、編碼、混流，需要大量的運算，對 CPU 資源的消耗很大。

-    重新解碼、編碼、混流還會(huì )帶來(lái)延遲。

-    由于機器資源耗費很大，所以 MCU 所提供的容量有限，一般十幾路視頻就是上限了

SFU 方案

SFU 像是一個(gè)媒體流路由器，接收終端的音視頻流，根據需要轉發(fā)給其他終端。SFU 在音視頻會(huì )議中應用非常廣泛，尤其是 WebRTC 普及以后。支持 WebRTC 多方通信的媒體服務(wù)器基本都是 SFU 結構。SFU 的拓撲機構和功能模型如下圖：

SFU終端側方案

SFU服務(wù)器方案

SFU 的優(yōu)勢有：

-     數據包直接轉發(fā)，不需要編碼、解碼，對 CPU 資源消耗很小。

-     直接轉發(fā)也極大地降低了延遲，提高了實(shí)時(shí)性。

-     帶來(lái)了很大的靈活性，能夠更好地適應不同的網(wǎng)絡(luò )狀況和終端類(lèi)型。

SFU 不足，主要表現是：

-    由于是數據包直接轉發(fā)，參與人觀(guān)看多路視頻的時(shí)候可能會(huì )出現不同步；相同的視頻流，不同的參與人看到的畫(huà)面也可能不一致。

-    參與人同時(shí)觀(guān)看多路視頻，在多路視頻窗口顯示、渲染等會(huì )帶來(lái)很多麻煩，尤其對多人實(shí)時(shí)通信進(jìn)行錄制，多路流也會(huì )帶來(lái)很多回放的困難?？傊?，整體在通用性、一致性方面比較差。

結論：SFU 是三種架構方案中優(yōu)勢最明顯而劣勢又相對較少的一種架構方案。無(wú)論是從靈活性上，還是音視頻的服務(wù)質(zhì)量、負載情況等方面上，相較其他兩種方案，SFU 都有明顯的優(yōu)勢，因此這種方案也被大多數廠(chǎng)商廣泛采用。