3G交互式視頻網(wǎng)關的設計與實現(xiàn)方案

摘 要： 在闡述3G 交互式視頻網(wǎng)關關鍵技術的基礎上，提出了該網(wǎng)關的一個具體的設計與實現(xiàn)方案，并給出了其在實際的3G 網(wǎng)絡環(huán)境下進行測試的結(jié)果。測試結(jié)果表明該網(wǎng)關運行穩(wěn)定，接通率高，能較好的滿足運營商提供3G 視頻增值業(yè)務的需求。

　　3G 牌照的發(fā)放，標志著中國移動通信領域向3G技術升級的號角正式吹響。3G 網(wǎng)絡區(qū)別于2G 網(wǎng)絡最重要的地方就是帶寬得到了很大的提升，由此移動運營商采用最新的語音和視頻交互技術，可以為3G 手機用戶提供視頻會議、視頻點播和遠程監(jiān)控等眾多新興的交互式視頻增值服務。目前各大運營商鋪設的3G網(wǎng)絡基本是以3GPP R4 為規(guī)范，實時視頻應用采用的是電路域的3G-324M 協(xié)議標準，而大部分增值應用服務器采用的是SIP 協(xié)議標準。因此，為了解決兩種不同類型網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，以提供豐富的多媒體增值應用，需要3G 交互式視頻網(wǎng)關進行不同協(xié)議間媒體格式和控制消息的轉(zhuǎn)換，圖1 顯示了該網(wǎng)關在多媒體增值應用服務體系結(jié)構中所處的位置。本文首先簡要介紹了3G 交互式視頻網(wǎng)關所涉及到的關鍵技術，接著提出了該網(wǎng)關的一個具體的設計與實現(xiàn)方法，最后給出了在實際環(huán)境中進行測試的情況。

　　圖1 3G 多媒體增值應用服務體系結(jié)構。

　　1 3G交互式視頻網(wǎng)關關鍵技術介紹

　　1.1 3G-324M 協(xié)議

　　3G-324M協(xié)議是3GPP組織以ITU-T H324/M為基礎制定的框架性標準，該協(xié)議主要是用來在低帶寬（通常為64kbps）的環(huán)境下提供足夠高質(zhì)量的實時多媒體通信。借助3G-324M 協(xié)議，3G 終端既可以與其它的3G 終端進行實時的視頻通話，也可以通過3G 交互式視頻網(wǎng)關和各種增值應用服務器進行通信，獲得交互式的視頻增值服務，如視頻會議、視頻點播、遠程監(jiān)控等。

　　3G-324M 標準是一個標準體系，包含下面幾個子協(xié)議標準：音頻編碼標準（3GPP-AMR、G.723.1）、視頻編碼標準（H.263、MPEG-4、H.261）、數(shù)據(jù)編碼標準（V.14、LAPM（Link Access Procedure for Modems））、多路復用和解復用協(xié)議（H.223）和呼叫控制協(xié)議（H.245）。其中H.223 協(xié)議又分為兩層：適配層和復用層。適配層的作用是為不同類型的數(shù)據(jù)進行適配，并提供相關的錯誤控制，復用層的作用是交織多個媒體流如視頻、音頻、用戶數(shù)據(jù)和控制消息（H.245）到一個媒體流，使其能在傳輸信道上傳輸。H.245 協(xié)議則規(guī)定了在會話各個階段的控制消息交換標準，H.245 定義的主要的邏輯過程包括主從決定過程，能力交換過程，邏輯信道開關過程，復用表初始化/修改過程，模式請求過程等。

　　1.2 SIP 協(xié)議

　　SIP 協(xié)議是由IETF 提出來的在互聯(lián)網(wǎng)上進行多媒體通信的信令協(xié)議，是下一代網(wǎng)絡（NGN）的核心協(xié)議之一 ［6］.SIP 是工作在應用層上的一個信令協(xié)議，可以用來建立、修改和終止有多方參與的多媒體會話進程。一般情況下，SIP 協(xié)議使用RTP 協(xié)議傳送音頻和視頻流，使用SDP 協(xié)議進行媒體描述。

　　圖2 基本的SIP 會話流程。

　　一個簡單的SIP 會話流程如圖2 所示。首先Alice給Bob 發(fā)送INVIte 消息邀請Bob 加入SIP 會話，INVITE 消息中攜帶了描述Alice 的音視頻編解碼格式和通信端口的SDP 信息，Bob 收到INVITE 消息后，發(fā)送200 OK 消息給Alice，200 OK 消息中攜帶了描述Bob 所選擇的編解碼格式和Bob 通信端口的SDP信息，Alice 收到200 OK 消息后發(fā)送ACK 消息給Bob，此時完成三次握手，進入媒體會話階段。媒體會話完成后，Bob 發(fā)送BYE 消息給Alice 結(jié)束SIP 會話，Alice 收到BYE 消息后，給Bob 發(fā)送ACK 確認消息。

　　由于SIP 協(xié)議具有簡單性、靈活性、可擴展性和開放性等顯著優(yōu)點，人們對它的熱情正不斷高漲，正有越來越多的人利用SIP 構筑下一代增值業(yè)務平臺。

2 網(wǎng)關總體設計

　　網(wǎng)關的工作原理如圖3 所示。

　　圖3 網(wǎng)關工作原理

　　由圖中可以看出，3G 交互式視頻網(wǎng)關主要負責控制消息和媒體格式的轉(zhuǎn)換。在3G 電路域一側(cè)，3G 手機用戶通過撥打特服號碼撥通到3G 網(wǎng)關，此時通過Q.931 信令建立起了一個B 信道，這個信道是一個64Kbps 的數(shù)據(jù)信道。在B 信道建立后，3G-324M協(xié)議的初始化過程就在B 信道上進行，協(xié)議會在B 信道上建立三個邏輯信道，分別用來傳輸H.245 控制消息、音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。在完成了3G-324M 協(xié)議的初始化后，網(wǎng)關在IP 域一側(cè)通過SIP 協(xié)議與增值應用服務器建立一個SIP 會話，獲得RTP 格式的實時媒體流。對于從增值應用服務器獲得的音頻、視頻數(shù)據(jù)和控制消息，網(wǎng)關轉(zhuǎn)換格式后，發(fā)送到3G-324M 協(xié)議棧，3G-324M 協(xié)議棧根據(jù)H.223 協(xié)議將音頻、視頻數(shù)據(jù)和控制消息復用到B 信道上發(fā)送到3G 手機。

　　對于從B 信道上獲得的數(shù)據(jù)，網(wǎng)關解復用成相應的音頻、視頻數(shù)據(jù)和控制消息后封裝成對應的RTP 格式的數(shù)據(jù)報和SIP 消息，發(fā)送到增值應用服務器。網(wǎng)關的交互式功能主要通過控制消息的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，而控制消息主要來自手機端的DTMF 輸入。

　　在設計的時候，由于實驗室已有的2G 音頻網(wǎng)關技術平臺已經(jīng)實現(xiàn)了SIP 協(xié)議棧并配有E1 板卡， 所以只要在其基礎上加入3G-324M 協(xié)議棧，并實現(xiàn)3G-324M 協(xié)議與SIP 協(xié)議之間媒體格式和控制消息的轉(zhuǎn)換即可以完成3G 交互式視頻網(wǎng)關的基本功能。

　　根據(jù)3G-324M 協(xié)議標準，3G-324M 協(xié)議棧的結(jié)構設計如圖4 所示：