3G交互式視頻網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)方案

　　圖4 3G-324M 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

　　從圖中可以看出，所設(shè)計的3G-324M 協(xié)議棧一共有3 個邏輯信道，分別是H.245 控制消息信道、音頻信道和視頻信道。由應(yīng)用自上而下傳遞的控制消息翻譯成對應(yīng)的H.245消息，經(jīng)過CCSR（Control ChannelSegmentation and Reassembly Layer，簡稱CCSR）分段后交NSRP（Numbered Simple RetransmissionProtocol，簡稱NSRP）加上序列號，加入到控制消息發(fā)送隊列中，由應(yīng)用自上而下傳遞的音頻和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過H.223 的適配層進行適配后，也加入到相應(yīng)的媒體數(shù)據(jù)發(fā)送隊列中，H.223 的復(fù)用層分別從各隊列中取得數(shù)據(jù)復(fù)用后通過3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到3G 手機上。對于從3G網(wǎng)絡(luò)得到的數(shù)據(jù)，協(xié)議棧自下而上通過H.223 進行解復(fù)用到各邏輯信道的接收隊列中，應(yīng)用從各邏輯信道提取控制消息或媒體數(shù)據(jù)進行處理。

　　在設(shè)計3G-324M 協(xié)議棧音視頻發(fā)送機制的時候，考慮到媒體流中視頻的數(shù)據(jù)量較大，而電路域提供給視頻的帶寬只有40kbps 左右，所以如果不做適當(dāng)處理，肯定會出現(xiàn)音頻超前視頻的情形。因此為音頻數(shù)據(jù)流設(shè)計一個緩沖區(qū)，只有當(dāng)音頻緩沖區(qū)中音頻包的個數(shù)大于一定域值的時候，才會發(fā)送音頻數(shù)據(jù)，這樣就最大限度的避免了可能出現(xiàn)的音視頻不同步的問題。

　　在設(shè)計協(xié)議間媒體格式轉(zhuǎn)換機制，特別是在將RTP 格式的H.263 視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3G-324M 協(xié)議棧能處理的視頻幀的時候，由于RTP 封裝的H.263視頻數(shù)據(jù)在圖像開始碼處字節(jié)對齊，具有填充位，如果不去掉填充位直接發(fā)送到3G 手機終端，則會出現(xiàn)馬賽克，所以設(shè)計了一個H.263 視頻幀的緩沖區(qū)，將連續(xù)兩個圖像開始碼之間的視頻幀緩沖起來，以去掉幀間的填充位。具體的處理流程是讓程序掃描H.263格式的視頻流緩沖區(qū)，每遇到圖像開始碼便將其之后的視頻幀緩沖起來，緩沖區(qū)的大小動態(tài)分配，直到遇到下一個圖像開始碼，然后將兩個圖像開始碼之間的視頻數(shù)據(jù)去掉填充位后發(fā)送到3G-324M 協(xié)議棧。

3 網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)

　　在實現(xiàn)的時候，用到的硬件主要包括PC 機一臺和E1 板卡一塊，用到的軟件主要包括Linux 操作系統(tǒng)和實驗室已有的2G 語音網(wǎng)關(guān)平臺（該平臺主要提供應(yīng)用程序接口、SIP 協(xié)議棧和E1 板卡驅(qū)動程序），在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)，其中最主要的是實現(xiàn)了3G-324M 協(xié)議棧以及3G-324M 協(xié)議與SIP協(xié)議間媒體格式和控制消息的轉(zhuǎn)換。

　　3.1 3G-324M協(xié)議棧的實現(xiàn)設(shè)計的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：

　　H324M： 提供協(xié)議棧對外的統(tǒng)一接口，包括H324M：：Int（），H324M：：Demux（），H324M：：Mutex（）等。其中H324M：：Init（）接口初始化3G-324M 協(xié)議棧， H324M：：Demux（）接口解復(fù)用從B 信道收到的數(shù)據(jù)，H324M：：Mutex（）將音頻、視頻和控制消息復(fù)用后，發(fā)送到3G 手機終端。

　　H324MChannels： 音視頻信道、控制信道和復(fù)用/解復(fù)用器等資源的容器，并通過回調(diào)的形式向上層傳遞消息。

　　AudioChannel： 音頻信道，包含H223 適配層等資源，提供的接口包括AudioChannel：：GetFrame（），AudioChannel：：S-endFrame（）。

　　VideoChannel： 視頻信道，包含H223 適配層等資源，提供的接口包括VideoChannel：：GetFrame（），VideoChannel：：S-endFrame（）。

　　ControlChannel： 控制信道，實現(xiàn)了CCSR、NSRP協(xié)議。

　　H223ALReceiver： H223 協(xié)議的適配層，負責(zé)對從3G 手機接收到的數(shù)據(jù)進行檢錯。

　　H223ALSender： H223 協(xié)議的適配層，負責(zé)對發(fā)發(fā)送到3G手機的數(shù)據(jù)進行適配并追加所計算的校驗和。

　　H223Demuxer： H223 協(xié)議的復(fù)用層，負責(zé)解復(fù)用從3G 手機接收到的數(shù)據(jù)，并將解復(fù)用后的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)類型分別添加到音頻、視頻和控制消息接收隊列中。

　　H223Muxer： H223 協(xié)議的復(fù)用層，將從IP 域一側(cè)收到的音頻、視頻和控制消息復(fù)用到一個物理通道上，從3G 電路域一側(cè)發(fā)送到3G 手機上。

　　3.2 網(wǎng)關(guān)工作流程。

　　網(wǎng)關(guān)的主要工作是在3G 域與IP 域之間進行控制消息和媒體格式的轉(zhuǎn)換，主程序的設(shè)計首先進行3G-324M 協(xié)議棧等各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化，然后在3G 域和IP 域兩個通道同時監(jiān)聽數(shù)據(jù)的到達。如果從監(jiān)聽返回的時候沒有數(shù)據(jù)到達，則意味著某個通道出錯，此時進行退出處理；如果從監(jiān)聽返回是因為3G域通道有數(shù)據(jù)到達，則將收到的數(shù)據(jù)根據(jù)3G-324M協(xié)議解復(fù)用后進行格式轉(zhuǎn)換發(fā)送到IP 域的通道；如果從監(jiān)聽返回是因為IP 域通道有數(shù)據(jù)到達，則轉(zhuǎn)換格式后根據(jù)3G-324M 協(xié)議復(fù)用并發(fā)送到3G 域通道。在后兩種情況下，進行完數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)后，繼續(xù)回到監(jiān)聽3G域通道和IP 域通道的狀態(tài)。程序流程圖如圖5 所示。

　　圖5 網(wǎng)關(guān)工作流程。

　　4 測試

　　聯(lián)合中科院沈陽計算所網(wǎng)絡(luò)與通信實驗室的增值應(yīng)用服務(wù)器在實際的3G 環(huán)境中對所實現(xiàn)的網(wǎng)關(guān)進行了測試。在測試用例中，3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)被放在了臺灣宏遠電信的機房中，通過E1 板卡與交換機相連，并預(yù)先分配了一些測試號碼，增值應(yīng)用服務(wù)器放在了互聯(lián)網(wǎng)的公網(wǎng)上。在臺灣的測試人員通過3G 手機撥打預(yù)先分配的測試號碼撥號到網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)通過3G-324M 協(xié)議與3G 手機終端建立了視頻會話后，發(fā)送SIP INVITE 消息與增值應(yīng)用服務(wù)器建立一個SIP會話，增值應(yīng)用服務(wù)器將音視頻數(shù)據(jù)（在此測試用例中為一個3gp 格式的影音文件）發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將接收到的音視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后再發(fā)送到3G 手機，測試人員通過手機上的按鍵切換播放不同的影音文件，實現(xiàn)交互功能。測試數(shù)據(jù)如表1 所示，手機到網(wǎng)關(guān)的接通率在95%以上，接通時間控制在6 秒之內(nèi)，手機端收到的音頻聲音清晰，視頻流暢，音視頻基本同步。

　　表1 測試數(shù)據(jù)

　　5 結(jié)語

　　本文在闡述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)的一個具體的設(shè)計實現(xiàn)方法。該網(wǎng)關(guān)與增值應(yīng)用服務(wù)器配合使用，可以用來在3G 通信網(wǎng)絡(luò)中提供交互式多媒體增值應(yīng)用服務(wù)，通過在實際環(huán)境中進行測試，該網(wǎng)關(guān)運行穩(wěn)定，接通率高，對今后開發(fā)類似的系統(tǒng)具有借鑒的意義。