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)行測試的結(jié)果。測試結(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)志著中國移動通信領(lǐng)域向3G技術(shù)升級的號角正式吹響。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，由此移動運(yùn)營商采用最新的語音和視頻交互技術(shù)，可以為3G 手機(jī)用戶提供視頻會議、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型的數(shù)據(jù)進(jìn)行適配，并提供相關(guān)的錯誤控制，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程包括主從決定過程，能力交換過程，邏輯信道開關(guān)過程，復(fù)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(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，可以用來建立、修改和終止有多方參與的多媒體會話進(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 會話流程。

　　一個(gè)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(shí)完成三次握手，進(jìn)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(rèn)消息。

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

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)用戶通過撥打特服號碼撥通到3G 網(wǎng)關(guān)，此時(shí)通過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)議的初始化過程就在B 信道上進(jìn)行，協(xié)議會在B 信道上建立三個(gè)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(guān)在IP 域一側(cè)通過SIP 協(xié)議與增值應(yīng)用服務(wù)器建立一個(gè)SIP 會話，獲得RTP 格式的實(shí)時(shí)媒體流。對于從增值應(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控制消息的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，而控制消息主要來自手機(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：