原创 用于会议电视MCU的交换处理单元(转帖)

用于会议电视MCU的交换处理单元^*

郭玉厂

（西安大唐电信有限公司，陕西 西安 710075）

摘 要：介绍了交换处理单元（SPU）的一种实现方案，该交换处理单元用于会议电视多点控制器(MCU)中；描述了交换处理单元（SPU）板的硬件结构设计、硬件接口、工作原理及板上软件实现方法，并对用于SPU和处理机之间的命令、响应信息进行了说明；依据该方案制作的SPU板可完成视频、音频、数据的切换和多点会议的控制、系统时钟的锁定以及语声选大功能。
关键词：会议电视；多点控制器；交换处理单元；音频；数据

一、引言
会议电视是集视频技术、计算机技术和通信技术于一体的一种实时的、点到多点多媒体通信网络。会议电视可完成电子白板、文字对话、多点文件传输、多点音频和视频信号传送，实现两地或多个地点的与会人员开会、研讨与磋商。在多个会场进行多方电视会议时，需要使用多点控制器（MCU）以进行图像与语音的分配（或切换）。
多点控制器（MCU）是会议电视系统的关键设备，它的作用相当于一个交换机，是对图像、语音、数据信号等数据流进行切换。MCU对视频信号采取直接分配的方式，若某会场发言，则它的图像信号便会发送到MCU，MCU将其切换到与它连接的所有其它会场。MCU对数据信号采用广播方式将某一会场的数据切换到其它所有会场。对语音信号，若只有一个会场发言，MCU将它的音频信号切换到其它所有会场；若同时有几个会场发言，MCU将它们的音频信号进行混合处理，选出电平最高的音频信号，然后切换除它的会场外的其它所有会场。MCU主要组成部分包括：交换处理单元SPU、网络接口LIU、视频处理VPU、音频处理APU、数据处理单元DPU（可选单元）。其中SPU是多点控制器的核心部分，它完成视频、音频、数据的切换和多点会议的控制。
本文介绍的SPU用于专用会议电视系统VC-4000的MCU中，它与LIU、VPU、APU等功能模块一起完成VC-4000 MCU的基本功能。VC-4000 MCU结构图如图1所示。
图1中，LIU板接收各终端送来的信号，处理H221同步并完成BAS的插入和提取。APU利用DSP技术完成音频的解码、混合和编码传输。VPU把任意4路输入图像混合为一路4画面输出，送向会议终端，实现在一个会场可同时看到多个会场图像的功能。SPU完成视频、音频、数据的切换和多点会议的控制。

二、SPU硬件设计实现
1.硬件结构及工作原理
SPU板完成视频、音频、数据的切换和多点会议的控制（时隙交换）、系统时钟的锁定以及语声选大功能。其硬件结构如图2所示。

来自APU、VPU、LIU共计34条2M数据流输入至可编程逻辑器件CPLD。CPLD从34路2M信号中选择32路送至MT90820阵列。MT90820阵列由4片MT90820组合而成，形成一个32×32容量的2M交换矩阵。交换矩阵以2M为单位实现32路2M信号的交换输出，也即将一路2M信号的32个时隙按序全部交换到一路或多路2M输出的32个时隙上完成音、视频切换，从而实现会议分组的硬件连接。CPLD除了完成以上34路选通32路的功能外，还从LIU的32条2M数据流中选通4条输入至VPU实现4画面功能。另外，CPLD还完成处理机与SPU板上双口RAM、DSP芯片的接口逻辑适配，以便处理机对SPU板上器件进行操作。
语声选大由2片MT90820和一片DSP芯片ADSP2181实现。2片MT90820首先将来自LIU的2M数据流的首时隙（语声时隙）依次交换到一条2M数据线上，然后输入至ADSP2181完成语声选大功能，运算结果上报处理机，从而完成选大语声输出控制。另外MT90820输出的2M信号还送至APU板。
系统时钟模块从2个输入2M码流中提取系统定时基准（2M时钟），其中一个为主时钟，另外一个为辅助时钟，它们之间可以自动倒换，如果2条输入都出现信号丢失， 则自动倒换到内部时钟(自由振荡时钟)上。为此，考虑选用锁相环MT9042，以增加MCU工作的稳定性。另外，系统时钟模块也可从外部时钟上获取系统工作时钟，使整个系统同步于时钟同步网上的时钟。
SPU板上CPU完成板上的各个芯片的初始化。CPU通过双口RAM与处理机通信，完成CPU、处理机之间的命令交互。
2. SPU板硬件接口
处理机采用间接I/O地址方式访问SPU板上的双口RAM和ADSP2181。地址分配表见表1。

当需要访问SPU板上双口RAM时，处理机首先向板上CPLD中的锁存器（地址8000H）写入SPU板号并锁存，锁存器输出送至比较器产生板选通有效信号。接下来处理机再向CPLD另一锁存器（地址8001H）写入器件号并锁存，锁存的数据经比较器比较后产生双口RAM有效片选信号，双口RAM被选中，处理机向地址为8005H的锁存器写入被访问单元的地址并锁存，通过I/O地址8006H进行双口RAM读写。ADSP2181的访问与此类似。
3.双口RAM空间分配
双口RAM用作处理机与SPU板上CPU的通信信道。双口RAM空间分配图如图3所示。命令区是处理机向CPU的发送命令的通道，响应区是CPU接收到命令后向处理机发送响应帧的通道。SPU板标识区用于存储SPU板标识字。处理机通过查询每个板位的板标识字确定功能板是否存在或是否处于正确的板位。

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4.命令、响应信息说明
处理机发送的命令及CPU发送的响应帧信息格式如图4所示。板类型字表示CPU