3G交互式視頻網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)的3G-324M 協(xié)議棧一共有3 個(gè)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(duì)應(yīng)的H.245消息，經(jīng)過(guò)CCSR（Control ChannelSegmentation and Reassembly Layer，簡(jiǎn)稱CCSR）分段后交NSRP（Numbered Simple RetransmissionProtocol，簡(jiǎn)稱NSRP）加上序列號(hào)，加入到控制消息發(fā)送隊(duì)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(guò)H.223 的適配層進(jìn)行適配后，也加入到相應(yīng)的媒體數(shù)據(jù)發(fā)送隊(duì)列中，H.223 的復(fù)用層分別從各隊(duì)列中取得數(shù)據(jù)復(fù)用后通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到3G 手機(jī)上。對(duì)于從3G網(wǎng)絡(luò)得到的數(shù)據(jù)，協(xié)議棧自下而上通過(guò)H.223 進(jìn)行解復(fù)用到各邏輯信道的接收隊(duì)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(jìn)行處理。

　　在設(shè)計(jì)3G-324M 協(xié)議棧音視頻發(fā)送機(jī)制的時(shí)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(huì)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(jì)一個(gè)緩沖區(qū)，只有當(dāng)音頻緩沖區(qū)中音頻包的個(gè)數(shù)大于一定域值的時(shí)候，才會(huì)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(wèn)題。

　　在設(shè)計(jì)協(xié)議間媒體格式轉(zhuǎn)換機(jī)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(shí)候，由于RTP 封裝的H.263視頻數(shù)據(jù)在圖像開(kāi)始碼處字節(jié)對(duì)齊，具有填充位，如果不去掉填充位直接發(fā)送到3G 手機(jī)終端，則會(huì)出現(xiàn)馬賽克，所以設(shè)計(jì)了一個(gè)H.263 視頻幀的緩沖區(qū)，將連續(xù)兩個(gè)圖像開(kāi)始碼之間的視頻幀緩沖起來(lái)，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(kāi)始碼便將其之后的視頻幀緩沖起來(lái)，緩沖區(qū)的大小動(dòng)態(tài)分配，直到遇到下一個(gè)圖像開(kāi)始碼，然后將兩個(gè)圖像開(kāi)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(shí)現(xiàn)

　　在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，用到的硬件主要包括PC 機(jī)一臺(tái)和E1 板卡一塊，用到的軟件主要包括Linux 操作系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室已有的2G 語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)平臺(tái)（該平臺(tái)主要提供應(yīng)用程序接口、SIP 協(xié)議棧和E1 板卡驅(qū)動(dòng)程序），在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)，其中最主要的是實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：

　　H324M： 提供協(xié)議棧對(duì)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(jī)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(guò)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(shí)現(xiàn)了CCSR、NSRP協(xié)議。

　　H223ALReceiver： H223 協(xié)議的適配層，負(fù)責(zé)對(duì)從3G 手機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)。

　　H223ALSender： H223 協(xié)議的適配層，負(fù)責(zé)對(duì)發(fā)發(fā)送到3G手機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行適配并追加所計(jì)算的校驗(yàn)和。

　　H223Demuxer： H223 協(xié)議的復(fù)用層，負(fù)責(zé)解復(fù)用從3G 手機(jī)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(duì)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(gè)物理通道上，從3G 電路域一側(cè)發(fā)送到3G 手機(jī)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(jìn)行控制消息和媒體格式的轉(zhuǎn)換，主程序的設(shè)計(jì)首先進(jìn)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(gè)通道同時(shí)監(jiān)聽(tīng)數(shù)據(jù)的到達(dá)。如果從監(jiān)聽(tīng)返回的時(shí)候沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)，則意味著某個(gè)通道出錯(cuò)，此時(shí)進(jìn)行退出處理；如果從監(jiān)聽(tīng)返回是因?yàn)?G域通道有數(shù)據(jù)到達(dá)，則將收到的數(shù)據(jù)根據(jù)3G-324M協(xié)議解復(fù)用后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換發(fā)送到IP 域的通道；如果從監(jiān)聽(tīng)返回是因?yàn)镮P 域通道有數(shù)據(jù)到達(dá)，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(jìn)行完數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)后，繼續(xù)回到監(jiān)聽(tīng)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(cè)試

　　聯(lián)合中科院沈陽(yáng)計(jì)算所網(wǎng)絡(luò)與通信實(shí)驗(yàn)室的增值應(yīng)用服務(wù)器在實(shí)際的3G 環(huán)境中對(duì)所實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了測(cè)試。在測(cè)試用例中，3G 交互式視頻網(wǎng)關(guān)被放在了臺(tái)灣宏遠(yuǎn)電信的機(jī)房中，通過(guò)E1 板卡與交換機(jī)相連，并預(yù)先分配了一些測(cè)試號(hào)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(tái)灣的測(cè)試人員通過(guò)3G 手機(jī)撥打預(yù)先分配的測(cè)試號(hào)碼撥號(hào)到網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)通過(guò)3G-324M 協(xié)議與3G 手機(jī)終端建立了視頻會(huì)話后，發(fā)送SIP INVITE 消息與增值應(yīng)用服務(wù)器建立一個(gè)SIP會(huì)話，增值應(yīng)用服務(wù)器將音視頻數(shù)據(jù)（在此測(cè)試用例中為一個(gè)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(jī)，測(cè)試人員通過(guò)手機(jī)上的按鍵切換播放不同的影音文件，實(shí)現(xiàn)交互功能。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1 所示，手機(jī)到網(wǎng)關(guān)的接通率在95%以上，接通時(shí)間控制在6 秒之內(nèi)，手機(jī)端收到的音頻聲音清晰，視頻流暢，音視頻基本同步。

　　表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　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(gè)具體的設(shè)計(jì)實(shí)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(lái)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(guò)在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，該網(wǎng)關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定，接通率高，對(duì)今后開(kāi)發(fā)類似的系統(tǒng)具有借鑒的意義。