3G交互式視頻網(wǎng)關(guān)的設計與實(shí)現方案

摘 要： 在闡述3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基礎上，提出了該網(wǎng)關(guān)的一個(gè)具體的設計與實(shí)現方案，并給出了其在實(shí)際的3G 網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下進(jìn)行測試的結果。測試結果表明該網(wǎng)關(guān)運行穩定，接通率高，能較好的滿(mǎn)足運營(yíng)商提供3G 視頻增值業(yè)務(wù)的需求。

　　3G 牌照的發(fā)放，標志著(zhù)中國移動(dòng)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 手機用戶(hù)提供視頻會(huì )議、視頻點(diǎn)播和遠程監控等眾多新興的交互式視頻增值服務(wù)。目前各大運營(yíng)商鋪設的3G網(wǎng)絡(luò )基本是以3GPP R4 為規范，實(shí)時(shí)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(wù)器采用的是SIP 協(xié)議標準。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換，圖1 顯示了該網(wǎng)關(guān)在多媒體增值應用服務(wù)體系結構中所處的位置。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(zhù)提出了該網(wǎng)關(guān)的一個(gè)具體的設計與實(shí)現方法，最后給出了在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行測試的情況。

　　圖1 3G 多媒體增值應用服務(wù)體系結構。

　　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為基礎制定的框架性標準，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(huà)，也可以通過(guò)3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)和各種增值應用服務(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、遠程監控等。

　　3G-324M 標準是一個(gè)標準體系，包含下面幾個(gè)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）、數據編碼標準（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(lèi)型的數據進(jìn)行適配，并提供相關(guān)的錯誤控制，復用層的作用是交織多個(gè)媒體流如視頻、音頻、用戶(hù)數據和控制消息（H.245）到一個(gè)媒體流，使其能在傳輸信道上傳輸。H.245 協(xié)議則規定了在會(huì )話(huà)各個(gè)階段的控制消息交換標準，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，復用表初始化/修改過(guò)程，模式請求過(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(huà)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(huà)流程。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的SIP 會(huì )話(huà)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(huì )話(huà)，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(huà)階段。媒體會(huì )話(huà)完成后，Bob 發(fā)送BYE 消息給Alice 結束SIP 會(huì )話(huà)，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(jiǎn)單性、靈活性、可擴展性和開(kāi)放性等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，人們對它的熱情正不斷高漲，正有越來(lái)越多的人利用SIP 構筑下一代增值業(yè)務(wù)平臺。

2 網(wǎng)關(guān)總體設計

　　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)主要負責控制消息和媒體格式的轉換。在3G 電路域一側，3G 手機用戶(hù)通過(guò)撥打特服號碼撥通到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 的數據信道。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、音頻數據和視頻數據。在完成了3G-324M 協(xié)議的初始化后，網(wǎng)關(guān)在IP 域一側通過(guò)SIP 協(xié)議與增值應用服務(wù)器建立一個(gè)SIP 會(huì )話(huà)，獲得RTP 格式的實(shí)時(shí)媒體流。對于從增值應用服務(wù)器獲得的音頻、視頻數據和控制消息，網(wǎng)關(guān)轉換格式后，發(fā)送到3G-324M 協(xié)議棧，3G-324M 協(xié)議棧根據H.223 協(xié)議將音頻、視頻數據和控制消息復用到B 信道上發(fā)送到3G 手機。

　　對于從B 信道上獲得的數據，網(wǎng)關(guān)解復用成相應的音頻、視頻數據和控制消息后封裝成對應的RTP 格式的數據報和SIP 消息，發(fā)送到增值應用服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)的交互式功能主要通過(guò)控制消息的轉換實(shí)現，而控制消息主要來(lái)自手機端的DTMF 輸入。

　　在設計的時(shí)候，由于實(shí)驗室已有的2G 音頻網(wǎng)關(guān)技術(shù)平臺已經(jīng)實(shí)現了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(shí)現3G-324M 協(xié)議與SIP 協(xié)議之間媒體格式和控制消息的轉換即可以完成3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)的基本功能。

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