3G交互式視頻網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案

摘 要： 在闡述3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了該網(wǎng)關(guān)的一個(gè)具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，并給出了其在實(shí)際的3G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明該網(wǎng)關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定，接通率高，能較好的滿足運(yùn)營(yíng)商提供3G 視頻增值業(yè)務(wù)的需求。

　　3G 牌照的發(fā)放，標(biāo)志著中國(guó)移動(dòng)通信領(lǐng)域向3G技術(shù)升級(jí)的號(hào)角正式吹響。3G 網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于2G 網(wǎng)絡(luò)最重要的地方就是帶寬得到了很大的提升，由此移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商采用最新的語(yǔ)音和視頻交互技術(shù)，可以為3G 手機(jī)用戶提供視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播和遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多新興的交互式視頻增值服務(wù)。目前各大運(yùn)營(yíng)商鋪設(shè)的3G網(wǎng)絡(luò)基本是以3GPP R4 為規(guī)范，實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用采用的是電路域的3G-324M 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而大部分增值應(yīng)用服務(wù)器采用的是SIP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了解決兩種不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，以提供豐富的多媒體增值應(yīng)用，需要3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)進(jìn)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(guān)在多媒體增值應(yīng)用服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中所處的位置。本文首先簡(jiǎn)要介紹了3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，接著提出了該網(wǎng)關(guān)的一個(gè)具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，最后給出了在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試的情況。

　　圖1 3G 多媒體增值應(yīng)用服務(wù)體系結(jié)構(gòu)。

　　1 3G交互式視頻網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)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(chǔ)制定的框架性標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議主要是用來(lái)在低帶寬（通常為64kbps）的環(huán)境下提供足夠高質(zhì)量的實(shí)時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻通話，也可以通過(guò)3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)和各種增值應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通信，獲得交互式的視頻增值服務(wù)，如視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

　　3G-324M 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系，包含下面幾個(gè)子協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（3GPP-AMR、G.723.1）、視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.263、MPEG-4、H.261）、數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)（V.14、LAPM（Link Access Procedure for Modems））、多路復(fù)用和解復(fù)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(fù)用層。適配層的作用是為不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行適配，并提供相關(guān)的錯(cuò)誤控制，復(fù)用層的作用是交織多個(gè)媒體流如視頻、音頻、用戶數(shù)據(jù)和控制消息（H.245）到一個(gè)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(huì)話各個(gè)階段的控制消息交換標(biāo)準(zhǔn)，H.245 定義的主要的邏輯過(guò)程包括主從決定過(guò)程，能力交換過(guò)程，邏輯信道開(kāi)關(guān)過(guò)程，復(fù)用表初始化/修改過(guò)程，模式請(qǐng)求過(guò)程等。

　　1.2 SIP 協(xié)議

　　SIP 協(xié)議是由IETF 提出來(lái)的在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的信令協(xié)議，是下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的核心協(xié)議之一 ［6］.SIP 是工作在應(yīng)用層上的一個(gè)信令協(xié)議，可以用來(lái)建立、修改和終止有多方參與的多媒體會(huì)話進(jìn)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(jìn)行媒體描述。

　　圖2 基本的SIP 會(huì)話流程。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的SIP 會(huì)話流程如圖2 所示。首先Alice給Bob 發(fā)送INVIte 消息邀請(qǐng)Bob 加入SIP 會(huì)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(shí)完成三次握手，進(jìn)入媒體會(huì)話階段。媒體會(huì)話完成后，Bob 發(fā)送BYE 消息給Alice 結(jié)束SIP 會(huì)話，Alice 收到BYE 消息后，給Bob 發(fā)送ACK 確認(rèn)消息。

　　由于SIP 協(xié)議具有簡(jiǎn)單性、靈活性、可擴(kuò)展性和開(kāi)放性等顯著優(yōu)點(diǎn)，人們對(duì)它的熱情正不斷高漲，正有越來(lái)越多的人利用SIP 構(gòu)筑下一代增值業(yè)務(wù)平臺(tái)。

2 網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)關(guān)的工作原理如圖3 所示。

　　圖3 網(wǎng)關(guān)工作原理

　　由圖中可以看出，3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)控制消息和媒體格式的轉(zhuǎn)換。在3G 電路域一側(cè)，3G 手機(jī)用戶通過(guò)撥打特服號(hào)碼撥通到3G 網(wǎng)關(guān)，此時(shí)通過(guò)Q.931 信令建立起了一個(gè)B 信道，這個(gè)信道是一個(gè)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(guò)程就在B 信道上進(jìn)行，協(xié)議會(huì)在B 信道上建立三個(gè)邏輯信道，分別用來(lái)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(guān)在IP 域一側(cè)通過(guò)SIP 協(xié)議與增值應(yīng)用服務(wù)器建立一個(gè)SIP 會(huì)話，獲得RTP 格式的實(shí)時(shí)媒體流。對(duì)于從增值應(yīng)用服務(wù)器獲得的音頻、視頻數(shù)據(jù)和控制消息，網(wǎng)關(guān)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(fù)用到B 信道上發(fā)送到3G 手機(jī)。

　　對(duì)于從B 信道上獲得的數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)解復(fù)用成相應(yīng)的音頻、視頻數(shù)據(jù)和控制消息后封裝成對(duì)應(yīng)的RTP 格式的數(shù)據(jù)報(bào)和SIP 消息，發(fā)送到增值應(yīng)用服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)的交互式功能主要通過(guò)控制消息的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，而控制消息主要來(lái)自手機(jī)端的DTMF 輸入。

　　在設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于實(shí)驗(yàn)室已有的2G 音頻網(wǎng)關(guān)技術(shù)平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了SIP 協(xié)議棧并配有E1 板卡， 所以只要在其基礎(chǔ)上加入3G-324M 協(xié)議棧，并實(shí)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(guān)的基本功能。

　　根據(jù)3G-324M 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，3G-324M 協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4 所示：