3G交互式視頻網關的設計與實現方案

　　圖4 3G-324M 協議棧結構

　　從圖中可以看出，所設計的3G-324M 協議棧一共有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。由應用自上而下傳遞的控制消息翻譯成對應的H.245消息，經過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，加入到控制消息發送隊列中，由應用自上而下傳遞的音頻和視頻數據經過H.223 的適配層進行適配后，也加入到相應的媒體數據發送隊列中，H.223 的復用層分別從各隊列中取得數據復用后通過3G 網絡發送到3G 手機上。對于從3G網絡得到的數據，協議棧自下而上通過H.223 進行解復用到各邏輯信道的接收隊列中，應用從各邏輯信道提取控制消息或媒體數據進行處理。

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

　　在設計協議間媒體格式轉換機制，特別是在將RTP 格式的H.263 視頻數據轉換成3G-324M 協議棧能處理的視頻幀的時候，由于RTP 封裝的H.263視頻數據在圖像開始碼處字節對齊，具有填充位，如果不去掉填充位直接發送到3G 手機終端，則會出現馬賽克，所以設計了一個H.263 視頻幀的緩沖區，將連續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，每遇到圖像開始碼便將其之后的視頻幀緩沖起來，緩沖區的大小動態分配，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據去掉填充位后發送到3G-324M 協議棧。

3 網關的實現

　　在實現的時候，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 操作系統和實驗室已有的2G 語音網關平臺（該平臺主要提供應用程序接口、SIP 協議棧和E1 板卡驅動程序），在此基礎上實現了3G 交互式視頻網關，其中最主要的是實現了3G-324M 協議棧以及3G-324M 協議與SIP協議間媒體格式和控制消息的轉換。

　　3.1 3G-324M協議棧的實現設計的主要數據結構包括：

　　H324M： 提供協議棧對外的統一接口，包括H324M：：Int（），H324M：：Demux（），H324M：：Mutex（）等。其中H324M：：Init（）接口初始化3G-324M 協議棧， H324M：：Demux（）接口解復用從B 信道收到的數據，H324M：：Mutex（）將音頻、視頻和控制消息復用后，發送到3G 手機終端。

　　H324MChannels： 音視頻信道、控制信道和復用/解復用器等資源的容器，并通過回調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，實現了CCSR、NSRP協議。

　　H223ALReceiver： H223 協議的適配層，負責對從3G 手機接收到的數據進行檢錯。

　　H223ALSender： H223 協議的適配層，負責對發發送到3G手機的數據進行適配并追加所計算的校驗和。

　　H223Demuxer： H223 協議的復用層，負責解復用從3G 手機接收到的數據，并將解復用后的數據根據數據類型分別添加到音頻、視頻和控制消息接收隊列中。

　　H223Muxer： H223 協議的復用層，將從IP 域一側收到的音頻、視頻和控制消息復用到一個物理通道上，從3G 電路域一側發送到3G 手機上。

　　3.2 網關工作流程。

　　網關的主要工作是在3G 域與IP 域之間進行控制消息和媒體格式的轉換，主程序的設計首先進行3G-324M 協議棧等各種數據結構的初始化，然后在3G 域和IP 域兩個通道同時監聽數據的到達。如果從監聽返回的時候沒有數據到達，則意味著某個通道出錯，此時進行退出處理；如果從監聽返回是因為3G域通道有數據到達，則將收到的數據根據3G-324M協議解復用后進行格式轉換發送到IP 域的通道；如果從監聽返回是因為IP 域通道有數據到達，則轉換格式后根據3G-324M 協議復用并發送到3G 域通道。在后兩種情況下，進行完數據轉發后，繼續回到監聽3G域通道和IP 域通道的狀態。程序流程圖如圖5 所示。

　　圖5 網關工作流程。

　　4 測試

　　聯合中科院沈陽計算所網絡與通信實驗室的增值應用服務器在實際的3G 環境中對所實現的網關進行了測試。在測試用例中，3G 交互式視頻網關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，并預先分配了一些測試號碼，增值應用服務器放在了互聯網的公網上。在臺灣的測試人員通過3G 手機撥打預先分配的測試號碼撥號到網關， 網關通過3G-324M 協議與3G 手機終端建立了視頻會話后，發送SIP INVITE 消息與增值應用服務器建立一個SIP會話，增值應用服務器將音視頻數據（在此測試用例中為一個3gp 格式的影音文件）發送到網關，網關將接收到的音視頻數據轉換格式后再發送到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，實現交互功能。測試數據如表1 所示，手機到網關的接通率在95%以上，接通時間控制在6 秒之內，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 測試數據

　　5 結語

　　本文在闡述3G 交互式視頻網關關鍵技術的基礎上，提出了該網關的一個具體的設計實現方法。該網關與增值應用服務器配合使用，可以用來在3G 通信網絡中提供交互式多媒體增值應用服務，通過在實際環境中進行測試，該網關運行穩定，接通率高，對今后開發類似的系統具有借鑒的意義。