（电路与系统专业论文）嵌入式多媒体网络传输系统基于pSOS嵌入式操作系统的任务调度算法、H323协议栈、磁盘子系统的设计与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅或借阅，可以将学位论文编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复铺手段保存、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：名彩 沙7 年多月工日 巾国科学技术大学赖十毕业论文 摘要 随着集成电路和嘲络通信技术的不断发展，多媒体通信逐渐成为了研究的热 点问题。嵌入式系统以其的便携性和专用性特点，成为后p c 时代的宠儿。将多 媒体通信技术与嵌入式系统相结合的产品也成为当今通信产品的发展趋势。 本文以p n x l 5 0 0 嵌入式多媒体系统为硬件平台，介绍了该嵌入式多媒体网 络传输系统的软件模块设计，着重讨论了h 3 2 3 协议栈在p n x l 5 0 0 丌发环境卜 的移植以及应用程序的编写；设计实现了一种应用于嵌入式多媒体网络传输系 统的文件系统；消除音视频的抖动问题以及解决播放同步问题；通过p s o s 操 作系统对视频编解码任务、音频编解码任务、h 3 2 3 通信任务、g u i 任务、播放 任务以及文件读写任务进行调度，合理分配资源提高整个系统的稳定性。 关键字：嵌入式多媒体网络传输系统，h 3 2 3 协议栈，文件系统，p s o s 巾国科学技术大学硕十毕业硷文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e dc i r c u i ta n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t e c h n o l o g y o fm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ni s b e c o m i n gf o c u si n t h er e s e a r c h n o w d a y s ，e m b e d d e ds y s t e ma l ea p p l i e di nm u c hd o m a i no fa p p l i c a t i o n s op r o d u c t o fe m b e d d e d s y s t e m w i t hm u l t i - m e d i ac o m m u n i c a t i o nf u n c t i o nw i l lb e c o m e d e v e l o p m e n td i r e c to f c o m m u n i c a t i o np r o d u c t t h i sp a p e rp r o v i d e da ni n t r o d u c t i o no fm u l t i m e d i ae m b e d d e ds y s t e mw h i c h a p p l i e dp n x l 5 0 0a sc o r ep r o c e s s o r t h ep a p e rm a i n l yf b c u s e so nd e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo ft h em u t i m e d i ae m b e d d e ds y s t e m w e d i s c u s sa b o u tp o r t i n ga n dt h eu s e ra p p l i c a t i o np r o g r a mo fh 3 2 3s m c k ；d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no faf i l es y s t e mb a s e do nm u l t i m e d i ae m b e d d e ds y s t e m ；c l e a ru p j i t t e ro ft r a n s m i s s i o nw i t hn e t w o r kf o rm u l t i m e d i ad a t ab ys o f t w a r e ；u s i n gp s o s r t o st os c h e d u l eo ne a c ht a s k s ，t h e ya r ev i d e oc o d e ct a s k ，a u d i oc o d e ct a s k ，h 3 2 3 t a s k ，g u it a s k ，m u l t i m e d i ad a t ad i s p l a y i n gt a s ka n df i l e s y s t e mt a s k m a k et h e m u l t i m e d i as y s t e mw o r kw e l l k e y w o r d ： e m b e d d e d s y s t e m f o rm u l t i m e i d a t r a n s m i s s i o n ，h 3 2 3s t a c k ， f i l e s y s t e m ，p s o sr t o s 2 巾国科学技术大学硕+ 毕业论文 第一章绪论 随着计算机和通信技术的发展人们对于各种视频和多媒体信息技术的需求 量不断增长一些新型的宽带服务，例如：可视图文、可视电话、电视会议和视 频点播等相继出现。嵌入式多媒体系统是近几年发展最为迅速的领域，其体秋 小、便于携带和移动、处理能力强、方便裁减、可靠性性高、实时性强、价格 便宜等卓越的优势，被广泛应用于各个领域，例如电子警察、小区监控等。 1 1 基于i p 网络的嵌入式多媒体传输系统d - z 3 嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时 代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中， 以实现传统电子系统的智能化。随着后p c 时代的到来，网络、通信技术得以发 展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士加入 嵌入式系统应用开辟了广阔天地。 基于i p 网络的多媒体网络传输系统是利用多媒体技术和i p 通信技术，通 过i p 网络在两点或多个地点之自j 建立可视通信，实现图像、语音以及数据交流 的一种形式。与会者利用多媒体传输终端既能实时地看到对方图像场景也能听 到对方的场景声音，并且可以通过电子白板等功能传输文件，实现网络的共享。 由于嵌入式系统的便携性和专用性特点，将多媒体传输与嵌入式系统相结 合的通信产品，逐渐成为了市场的宠儿。其中最有代表性的就是会议电视，它 包括多媒体的继承性、交互性、同步性，它彻底改变传统通信( 如电话、电报、 传真等) 单一媒体、单一电信业务的通信形式。强大的市场潜力，使得嵌入式 多媒体网络传输系统成为i p 网络产品丌发和研究的一个热点。 1 2 多媒体通信控制协议d 町 通常对多媒体系统的分类都是根据承载其业务的通信嘲络束分类，总体i 巾国科学技术大学顺十毕业论文 可分为面向连接的多媒体通信系统和面向分组的多媒体通信系统。面向连接的 网络的个重要的特征是通信前建立信道，通信结束后释放信道，通信过程中 通信实体独占信道，非常适合于对实时性要求比较高的业务，面向连接的网络 主要有话网( p s t n ) ，数字数据网( d d n ) ，窄带综合业务数字网( n - i s d n ) 和异步传 输网( a t m ) 等。面向分组的网络采用按需分配带宽的技术，对带宽的利用率比前 者高，适于突发性很强的数据业务，面向分组的网络主要有计算机网，x 2 5 分 组交换网和帧中继网等。 i t u t ( 国际电信联盟) 针对不同的网络制定了一套较完整的多媒体视听会 议标准系列，主要框架性标准如下： i t u - th 3 2 0 ：窄带可视电话系统和终端( n - i s d n ) i t u th 3 1 0 ：宽带视听终端与系统( b - i s d n ) i t u - th 3 2 1 ：b - i s d n 环境下h 3 2 0 终端设备的适配 i t u - th 3 2 2 ：提供保证服务质量的局域网可视电话系统和终端( l a n ) i t u - th 3 2 3 ：提供不保证服务质量的局域网可视电话系统和终端( l a n ) i t u th 3 2 4 ：低比特率多媒体通信终端( p s t n ) 其中国际电信联盟i t u 于1 9 9 6 年颁布的h 3 2 3 多媒体通信协议，是在基于分 组的网络上实时传送语音、图像、数据的一个具有里程碑意义的标准。它描述 了在基于分组的网络上多媒体通信的成员、协议和过程。 随着多媒体通信协议的发展，现如今h 3 2 3 和s i p 协议发展成为i p 网络中 提供多媒体业务的两大主流信令技术。 s i p ( 会话发起协议) 是i e f t 定义的用于i p 网的多媒体通信的标准。s i p 协议是文本格式的客户服务器协议：客户机发起请求，服务器进行响应， 它非常类似于s m t p ( s i m p l em a i lt r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 和h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 协议。s i p 用了一些h t t p 的语法规则和定义，其中包括 响应编码结构、一些消息头和它的整个动作机制等，与h t t p 和s m t p 不同的 是，s i p 既可用t c p 也可以用u d p 来进行传输。s i p 在设计上充分考虑了对其 他协议的扩展适应性。它支持许多种地址描述和寻址，包括用户名固主机地址、 中国科学技术大学硕t 毕业论文 被叫号码 e s t n 网关地址、t e l ：0 2 1 1 2 3 4 6 5 7 8 普通电话的描述等。这样，s i p 主叫按照被叫地址就可以识别出被叫在传统电话网相连的网关发起并建立呼 叫。s i p 的最强大之处就是用户定位动能。s i p 本身含有向注册服务器注册的功 能，也可以利用其他定位服务器如d n s 、l d a p ( l i g h t w e i g h td i r e c t o r ya c c e s s p r o t o c 0 1 ) 等提供的定位服务来增强其定位功能。 h 3 2 3 是i t u - t ( 国际电联电信标准部) 的一个协议族，它描述了在服务质 量( q o s ) 无保证的分组网络中提供多媒体通信业务的多媒体通信系统。h 3 2 3 制定了统一的视频、音频数据流的压缩和解压缩标准及多媒体流的连接控制杯 准。 h 3 2 3 和s i p 作为i p 电话的信令协议，分别是通信领域与i n t e m e t 领域两大 阵营推出的建议。h 3 2 3 企图把i p 电话作为是众所周知的传统电话，只是传输 方式发生了改变，由电路交换变成了分组交换。而s i p 协议则侧重于将l p 电话 作为i n t e r n e t 上的一个应用，较其他应用( 如f t p 、e - m a i l 等) 增加了信令和 q o s 的要求。它们支持的业务集基本相同，也都利用r t p 作为媒体传输协议。 h 3 2 3 延用的是传统的实现电话信令的模式，比较成熟，已经出现了不少h 3 2 3 产品，h 3 2 3 符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次式控制，采用h 3 2 3 协议便于与传统电话相连。本文设计的嵌入式多媒体网络传输系统采用的是 h 3 2 3 传输协议，我们将在第三章将详细介绍。 1 3 研究目的和意义 现阶段，嵌入式多媒体传输系统被应用于各个领域，有着广阔的市场前景。 同时人们对于嵌入式多媒体传输系统的流媒体传输质量以及功能支持也提出了 更高的要求。如何将不断更新的d s pc p u 应用于最新的嵌入式多媒体传输系统 中，在保证多媒体数据传输系统稳定性和实时性的同时，提高画面和声音的播 放质量，支持更多的用户功能，成为了所有研发者关注的问题。 本文拟对软件系统的设计和实现中的优化展丌了研究，针对通信模块，文什 系统以及整体的任务调度进行了深层次的讨论。 巾国科学技术大学坝十毕业论文 第二章多媒体网络传输系统开发环境介绍 2 1 多媒体网络传输系统的硬件平台嘲 2 1 1p n x l 5 0 0d s p 本系统采用了p h i l i p s 公司的n e x p e r i a 系列专用多媒体处理芯片 p n x l 5 0 0 作为系统平台的主控芯片。该芯片是一块集音频，视频，图像，通信 等多种应用处理为一体的多功能流媒体处理芯片，采用3 2 位的数字多媒体处理 器( t m 3 2 6 0 c p u ) ，5 级流水结构设计。其核内具有3 1 个并行处理单元，具有 3 2 b i t 的通用寄存器的专用存储结构，同时内置高效率的协处理器。它采用v l i w ( 超长指令集) 体系结构和浮点运算指令。其独特的c p u 结构支持众多广泛采 用的视频格式的实时全分辨率解码和编码。p n x l 5 0 0 还集成了许多必要的片上 外设，包括1 0 m 1 0 0 m 以太网m a c 、l c d 控制器、强大的视频输入输出接口、 i d e f l a s h 控制器、2 d 图形引擎等。它支持p s o s 操作系统，支持单进程，多线 程的多任务环境。该芯片被广泛的应用于视频监控、电子警察等多媒体网络传 输产品中。图2 - 1 描述的了p n x l 5 0 0 功能块的结构。 图2 1 ：p n x l 5 0 0 内部结构 p n x l 5 0 0 内部高速总线把内部各功能块联系起来，并且提供了访问内部各 巾国科学技术大学坝十毕业论文 助能块、外部存储器、外部总线的外围芯片的入口。内部总线包含专用的3 2 何 数据和地址总线，在此总线上的传输采用了一种块传输协议，外围芯片和协处 理器都可以是该总线的主设备和从设备。对于内部总线的访问是由一个中央仲 裁器控制的。这个仲裁器和每一个可能的主设备都有条请求线相连。仲裁器 町通过编程采用不同的模式分配给各个单元不同的带宽，但在各模式中，都有 个最小带宽和一个最大延时来保证各单元的运作，所有未分配的带宽将分配 给t m 3 2 6 0c p u ，这种带宽分配机制令p n x l 5 0 0 成为一个真f 的实时系统。 2 1 2 嵌入式多媒体网络传输系统硬件结构 t 一一出黼豳 “譬丞m 图2 2 ：多媒体网络传输系统结构图 整个系统采用p n x l 5 0 0 作为核心处理器，6 4 m 的时钟频率高达2 0 0 m h z 的d d rr a m 作为内存，数据读写速度达到4 0 0 m h z 。p n x l 5 0 0 提供p c i x i o 总线p n x l 5 0 0 既可以作为p c i m a s t e r 和p c is l a v e 使用，可以和各种p c i 设备 连接，也可以作为p c i 设备应用在p c 机系统中。本文设计的多媒体网络传输 系统是一个s t a n d a l o n e 的系统。系统的运行代码存放在f l a s h 中，我们将 f l a s h 挂接在p c i x i o 总线上。 巾国科学技术大学硕十毕业论文 视频输入我们采用了p h i l i p ss a a 7 1 18 作为编码芯片，这是一个可以支持 四路输入的a d 转换视频编码芯片，可以通过i i c 总线进行功能配置，系统采 用自带行场同步信息的c c i r 6 5 6 信号作为输入。视频的输出数字信号r g b 6 ：6 ：6 格式，通过数字液晶显示屏直接显示。 c p m l 8 0 2 作为音频编解码芯片，支持2 4 b i ti i s 数据格式，可以利用p n x l 5 0 0 控制其采样速率，支持1 6 k h z 9 6 k h z 范围的采样速率。本系统采用e t h e m e t 作 为传输媒介，选用d p 8 3 8 4 7 作为p h y 控制芯片，与系统c p u 通过p c i 总线相 连，由于p c i 总线是共享总线，因此芯片内部有个总线仲裁器，通过寄存器的 设置决定p c i 的使用权。该芯片支持l o 和1 0 0 m b p s 传输速率。 p n x l 5 0 0 提供了符合标准i e e e l l 4 9 1 协议的j t a g 接口，用于程序的下载 和调试。 2 2 多媒体网络传输系统软件设计t , j 2 2 1软件开发环境 p n x l 5 0 0 提供了标准的c 和c + + 的编程接口，采用的是p h i l i p s 公司提供 的t r i m e d i a t m c c 编译器控制着编译，连接，模拟运行整个过程。整个编译流程 可以参见图2 - 3 。 p h i l i p s 在开发这个编译器的时候，做到了和g n u g c c 标准兼容，编译崩、 境类似于l i n u x 操作系统下的c c h 编译环境。通常我们的h o s t 环境都是 w i n d o w s ，但是由于要借助g u nm a k e 工具来编译程序，所以在w i n d o w s 下都 是用c y g w i n 束模拟l i n u x 环境。我们将源程序在p h i l i p s 公司提供的编译环境 下交叉编生译成p n x l 5 0 0 可以执行的o u t 文件，然后通过j t a g 接口下载到目 标板中运行，通过j t a g 的返回信息，调试程序。 中国科学技术大学硕十毕业论文 j l l 二 一一 = 1 一 一r j ；一塑“i p j t 唑也，l 一j ? 一 一一i ；玲 一一一一一一一一-i!丰 一工叫p 4 l 一 f j p - _ j l j 图2 3 ：编译流程 2 2 2 多媒体网络传输系统软件结构 图 多媒体网络传输系统的软件设计，主要采用模块化设计，从而提高代码的重 用性。各个模块如图2 - 4 所示： 中国科学技术大学硼十毕业沦文 阼 图2 - 4 ：多媒体网络传输系统软件结构图 b s p 模块：b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 是板级支持库程序的简称，它是。 组操作硬件的程序，用来提供给上层软件( 操作系统或应用程序) 的接口，它 主要完成针对系统硬件相关的一些编程工作，例如各个可配置参数的芯片的仞 始化。良好的软件层次划分，可以提高软件的可维护性，使软件很方便的移植 到其他的硬件平台上，只需要使用目标平台的板级支持库就可以了。 t c p i p 模块：t c p i p 模块我们选用的是f u s i o n 公司的嵌入式t c p i p 系统， 该系统提供了类似于b e r k e l e ys o c k e t 接口，用户可以宣接调用。 音视频编解码器：主要实现h 2 6 1 、h 2 6 3 视频编码以及g 7 t l 、( 3 7 2 9 、g 7 2 3 ， 音频编码。 文件系统：文件系统模块主要用于管理f l a s h 上的文件，f l a s h 中主要 存放着两个部分的文件，一部分是用于实现多媒体网络传输系统功能的源程序， 另一部分为用户存放的多媒体文件。文件系统对于应用层提供了标准的读写操 作以及文件的创建与删除接口。 h 3 2 3 通信协议：h 3 2 3 通信模块实现了h 3 2 3 标准的通信模块。h 3 2 3 与 t c p i p 协议模块共同构成了系统的通信模块，后者用于实现l a n 网络上的数扼： 连接、发送和接收等基本操作，前者在后者的基础上实现基于分组的多媒体网 络传输。 图形用户界面( g u i 模块) ：这个模块主要通过界面的形式完成与用户的交 互，实现人机对话。 p s o s + 操作系统：p n x l 5 0 0 支持p s o s + 操作系统，我们将利用这个系统 巾国科学技术大学颂十毕业论文 对于各个模块进行任务调度，共享系统资源，相互配合协调工作，稳定而高效 的完成多媒体传输系统的功能。 我们将在下面的章节中对于通信模块实现，文件系统设计以及基于p s o s + 操作系统的任务调度部分做较为细致的介绍。 巾国科学技术大学颁十毕业论文 第三章多媒体通信协议 本系统采用了h 3 2 3 作为多媒体传输控制协议，该协议被广泛的应用下基丁 i p 网络的多媒体网络传输系统中。 3 1 h 3 2 3 协议栈的功能与原理卅 i t u 于1 9 9 6 年提出了h 3 2 3 的最初版本，名字叫做“无q o s 保证局域网上 的可视电话系统和设备”。它的作用范围是局域网( l a n ) 上的多媒体通信，但 是功能有限。2 0 0 0 年，i t u 进一步提出了h 3 2 3v e r s i o n4 ，成为了一个完善的 多媒体通信协议簇。现在，h 3 2 3 协议已经被认为是在音频、视频和数据传输以 及网络电话等应用的标准选择。其包括点到点、点到多点会议、呼叫控制、多 媒体管理、带宽管理等接口。 从整体上来说，h 3 2 3 是一个框架建设，它涉及到终端设备、视频、音频和 数据传输、通信控制、网络接口等方面的内容，还包括了组成多点会议的多点 控制单元( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 。其中终端、网关、 多点控制单元( m c u ) 是h 3 2 3 中的终端设备，是网络中的逻辑单元。终端设 备是可呼叫的和被呼口q 的，而有些实体是不可被呼叫的，如关守。h 3 2 3 包括了 h 3 2 3 终端与其它终端之间的、通过不同网络的、端到端的连接。h 3 2 3 嘲络通 信拓扑结构图3 1 ： l 鳘| 3 - i ：h 3 2 3 网络通信拓扑结构图 中国科学技术大学硕十毕业沦文 3 1 1 h 3 2 3 终端的组成 h 3 2 3 为基于网络的通信协议系统定义了四个主要的组件：终端( t e r m i n a l ) 、 网关( g a t e w a y ) 、关守( g a t e k e e p e r ) 、多点控制单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o l u n i t ) 。 h 3 2 3 终端是h 3 2 3 定义的最基本组件。所有的h 3 2 3 终端也必须支持h 2 4 5 标准，h 2 4 5 标准用于控制信道的使用情况以及信道的性能。在h 3 2 3 终端中的 其它可选组件是图像编解码、t 1 2 0 数据会议协议以及m c u 功能。h 3 2 3 终端 是本文重点研究和实现的部分。 网关( g a t e w a y ) 是h 3 2 3 会议系统的一个可选组件。网关提供很多服务， 其中包括h 3 2 3 会议节点设备与其它i t u 标准相兼容的终端之蚓的转换功能。 这种功能包括传输格式( 如h 。2 5 0 0 到h 2 2 1 ) 和通信规程的转换( 如h 2 4 5 到 h 2 4 2 ) 。另外，在分组网络端和电路交换网络端之间，网关还执行语音和图像 编解码器的转换工作，以及呼叫建立和拆除工作。终端使用h 2 4 5 和h 2 2 5 0 协议与网关进行通信。通过采用适当的解码器，h 3 2 3 网关町支持符合h 3 1 0 、 h 3 2 1 、h 3 2 2 以及v 7 0 标准终端。 关守( g a t e k e e p e r ) 是h 3 2 3 系统的一个可选组件，其功能是向 l 3 2 3 节点 提供呼叫控制服务。关守主要功能包括：地址翻译、呼叫接纳控制、带宽控制， 区域管理、呼叫控制信令、呼叫权限、带宽管理、呼叫管理、网络管理等，其 中前四项为关守的基本功能。 多点控制单元( m c u ) 支持三个以上节点设备的会议，在h 3 2 3 系统中， 一个多点控制单元有一个多点控制器m c 和几个多点处理器m p 组成，但口j 以 不包含m p 。m c 处理端点间h 2 4 5 摔制信息，从而决定它对视频和音频的通常 处理能力。在必要的情况下，m c 还可以通过判断哪些视频流和音频流需要多播 来控制会议资源。m c 并不直接处理任何媒体信息流，而将它留给m p 柬处理。 m p 对音频、视频或数据信息进行混合、切换和处理。m c 和m p 町能存在于 台专用设备中或作为其它h 3 2 3 组件的一部分。 巾国科学技术大学帧十毕业沦文 3 1 2 h 3 2 3 的协议栈结构 h 3 2 3 协议栈是一个有机的整体，它从系统的总体框架( h 3 2 3 ) 、视频编解 码( h 2 6 3 ) 、音频编解码( h 7 2 3 1 ) 、系统控制( h 2 4 5 ) 、数据流的复用( h 2 ：2 5 ) 等方面作了比较详细的规定。协议族中包含的协议主要分为以下几个部分： 1 ) 系统控制协议，它是h 3 2 3 终端系统控制的核心协议，包括： a ) h 2 2 5 0 ：呼叫信令协议和媒体流分组化协议。 b ) h 2 2 5 0 r a s ：注册、许可和状态信令 c ) h 2 4 5 ：多媒体通信控制协议 2 ) 音频处理协议： a 1g 7 1 1 ：关于声音频率的脉冲编码调制( 必选) b ) g 7 2 2 ：7k h z 音频编码( 6 4k b s ) c ) g 7 2 3 1 ：传输速率为5 3 和6 3k b s 的多媒体通信下的双速率语音编 码 d ) g 7 2 8 ：通过低时延码激励线性预测编码实现1 6k b s 的语音编码 e ) g 7 2 9 ：通过共扼结构一代数码激励线性预测编码实现8k b s 的语音编 码 3 1 视频处理协议( 可选) a ) h 2 6 1 ：p x 6 4k p s 下提供视听服务的视频编解码器( 必选) b ) h 2 6 3 ：低比特率通信的视频编码 4 1 数据会议协议( 可选) a ) t 1 2 0 ：是关于终端问数掘传输的一个协议组。它可以用于协作工作领 域的各种应用程序，如白色书写板、应用程序共享以及共同文档管理。 t 1 2 0 使用类似于0 s i 模型的分层结构。顶层( t 1 2 6 、t 1 2 7 ) 服务 基于低层服务( t 1 2 1 、t 1 2 5 ) 。 5 1 媒体传输 a ) r t p ：实时传输协议 b 1r t c p ：r t p 控制协议 巾国科学技术大学硕十毕业沦文 6 ) 安全( 可选) a ) h 2 3 5 ：用于h 系列多媒体终端的安全性和加密技术 7 ) 辅助服务 a ) h 4 5 0 1 ：用于h 3 2 3 中辅助服务控制的通用功能 b ) h 4 5 0 2 ：呼叫传输 c ) h 4 5 0 3 ：呼叫转移 d ) h 4 5 0 4 ：呼口q 控制 e ) h 4 5 0 5 ：呼叫挂起和呼叫摘起 f ) h ，4 5 0 6 ：呼叫等待 g ) n 4 5 0 7 ：信息等待明示 h ) h 4 5 0 8 ：名称识别服务 i ) h 4 5 0 9 ：h 3 2 3 网络的呼叫完成服务 h 3 2 3 协议栈结构示意图3 2 ： 脚嘶枷 v i 如 id4 a d m j c a l lc a l lc a d e t sc o d e “ 谶8 黜8裂。e i , 。2 6 1 ，黜 h2 2 5 i 胜j j j 幢 1 t 3 4 1a r m e x l i m u l l e 加“f 自g i ，l i 唯 n m ，v c t m n 喇g 竺“d“器嚣“。 r 孙 n x h4 5 0 l l o p s l 删n g s m i a t n m s 删i 留 肌“k h r t p b a s 。d h 2 ” c m ”d s e e r , t ) 图3 2 ：h 3 2 3 结构示意图 a n n e xd ，m r n c xe ，a n n c xf ，a n n e xg ，a n n e xh ，a n n e xi ，a n n e xj ，a n n e x k ，a n n e xl ，a n n e xm ，a n n e xn 等补充协议在此不讨论。我们重点讨论h 2 2 5 ， h 2 4 5 以及q 9 3 1 。 h 2 2 5 协议包括两个部分。部分是i t u t q 9 3 1 建议的变体。q 9 3 1 是i s d n 第二层的规范。这一部分用于在h 3 2 3 之问建立以及拆除连接。i 易：类信令被称 作呼叫信令或者q 9 3 1 信令。h 2 2 5 的另一部分被称作登录、许町和状态( r a s ) 中国科学技术大学颀十毕业沦文 信令。这一信令用于端点和关守之间，使关守可以管理其所在域中的端点。 h 2 4 5 是用于两个或多个点之白j 的控制协议。h 2 4 5 的主要作用是管理 h 3 2 3 与会者之白j 的媒体流。它可以确保于一个实体只发送能够被另一个实体接 收和理解的媒体。h 2 4 5 运行在端点之间的一条或多条的逻辑信道上。这些逻辑 信道在与会者之间传递媒体流，它们有许多特性，这些特性将在后面详细叙述。 上述三个信令协议r a s ，q 9 3 1 和h 2 4 5 可以用柬建立呼叫，维持呼叫 和拆除呼叫。不同协议消息的传递是交替进行的。当一个端点想要与另个建 立呼叫时，首先，源端点使用r a s 信令来从一个关守那罩获取许可；然后，源 端点用q + 9 3 1 信令来建立与目的端点的通信；最后，源端点使用h 2 4 5 控制信 令与目的端点协商媒体参数并建立媒体传送。 根据消息的种类或者是环境不同，可以用不同类型的信道来传递h 3 2 3 消 息。例如，r a s 消息在r a s 信道上传送；呼叫信令消息在呼叫信令信道上传 送：h 2 4 5 控制消息在h 2 4 5 控制信道上传送。其实，所谓的信道指的逻辑信道， 而不是物理信道。在i p 网络环境中，一个信道就对应着一个套接字( s o c k e t ) 。 相当予i p 地址+ 端口号。 和i t u t 的诸多协议一样，h 3 2 3 信令由a s n 1 ( 抽象语法符号) 来详细 描述。a s n 1 是种形式化的语言，非常适合于用软件工具对其进行转换。 r a s 信令用在关守及其控制端点之间，它是关守用来控制其所在域内端点 的信令协议。值得注意的是，在h 3 2 3 中关守是一个可选实体，这样r a s 信令 也是可选的。如果一个端点想要使用关守提供的服务，则它必须使用r a s 。如 果端点不使用关守提供的服务，则那些由关守提供的功能就必须由端点自己来 完成。r a s 信令在h 2 2 5 中定义，r a sm e s s a g e 都采用a s n 1 编码。它能够提 供如下功能： 1 ) 寻找关守让端点找到可以对自己进行控制的关守。但是，往往关守是由使 用者手动指定的。 2 ) 登录让端点登录到一个特定关守，从而加入那个关守所控制的域。 3 ) 注销让端点脱离关守的控制。 中国科学技术大学帧十毕业沧文 4 ) 许可在端点请求访闳一个网络并加入某一会话时使用。对许可的请求描述 了端点所需的带宽，根据所需的带宽，根掘所请求的带宽，关守可以选择接 受或者拒绝这请求。 5 ) 带宽改变在端点向关守请求分配额外的带宽时使用。 6 ) 端点位置关守完成别名到网络地址转换功能。当一个端点想与某只有别 名的端点通信时将会使用本功能。接收到这一请求时，关守将会用一个网络 地址给以响应，以建立与请求端点的联系。 7 ) 状态在关守和端点之自j 是用，用来通知关守与某一呼叫相关的信息，比如 现有的带宽占用。 i - 1 2 4 5 控帛0 协议是与会者用来建立和控制媒体流的协议。对于有两方参与的 直接话音呼叫，这一协议负责确保与会方就发送和接收媒体格式达成一一致。 h 2 4 5 消息分类，h ，2 4 5 所涉及的是如何从个端点向另一个端点发送消息。这 些消息可以归为四类： 1 ) 请求请求接收方完成一定的动作并马上给以相应消息 2 ) 响应对请求消息给以应答的消息 3 ) 命令要求接收方完成一定动作的消息，不过并不需要给以明确的响 应。 4 ) 指示这类消息仅具有信息特性，接收方彳i 需要完成特定的动作，并h 不需要给以响应。 3 1 3h 3 2 3 通信控制流程 h 3 2 3 通信过程分为5 个阶段： 1 ) 阶段l ：呼叫建立，包括接纳控制。 2 ) 阶段2 ：通信能力交换和模式设定，以协调通信双方的互通性。 3 ) 阶段3 ；建立声像通信逻辑信道，包括会议通信的建立。 4 ) 阶段4 ：通信进行过程中的呼删服务，包括带宽修改，出点剑点通信扩鼹为 会议通信等。 巾固科学技术大学颂十毕业沧文 5 ) 阶段5 ；呼叫终结，关闭所有信道。 其中阶段1 主要涉及h 2 2 5 0 信令过程，其余阶段主要是h 2 4 5 控制过程。 a 呼叫建立 首先呼叫端点发送初始化消息( s e t u p ) ，s e t u p 的消息定义在h 2 2 5 中， 按照h 2 2 5 的呼叫控制过程来进行。在端点在收到s e t u p 消息后发送 a l e r t i n g 消息。a l e r t i n g 消息的表示被呼叫的一方被来电激活。就是说， a l e r t i n g 只能由被呼叫方发出，而且必须是在被呼叫方有来电后，爿能够发 出，表明被叫端点已经准备就绪。如果有h 3 2 3 网关存在，并且消息要经过h 3 2 3 网关，那么当网关在收到一个从s c n 发出的r i n g ( 指示) 消息后，会发出 a l e r t i n g 消息。如果一个端点在处理对方发过来的s e t u p 消息的时候，能够 在4 秒钟内回复c o n n e c t 消息，c a l lp r o c e e d i n g 消息或者r e l e a s e c o m p l e t e 消息，那么就不需要再发出a l e r t i n g 消息了。所以，当一个端 点在呼叫的时候，它期望回复的可能是下面的消息之一：a l e r t i n g ， c o n n e c t ，c a l lp r o c e e d i n g ，或者是r e l e a s ec o m p l e t e 。 连接( c o n n e c t ) 消息：表示被叫用户已经接受了发出的呼叫。更具体 的说，它的发送的前提是，必须确定h 2 4 5 能力交换( c a p a b i l i t y e x c h a n g e ) 将顺利的进行，并且一个最低级别的连接已经建立起来。这个j j f 提是为了保 证c o n n e c t 消息在p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k ) 和c s n ( c i r c u i ts w i t c h e d n e t w o r k ) 上的致性。 呼叫在处理中( c a l lp r o c e e d i n g ) 消息：是一个可选消息。接收端一 旦收到初始化消息( s e l l j p ) 就发送这一消息，呼叫建立过程币在进行。 正在处理( p r o g r e s s ) 消息：由被叫网关发出，用束表明呼叫证在进行。 在与电路交换网络的互操作中，这一消息显得尤为重要。其中的“原因”信 息单元尽管是可选的，必要时可以用作传递带内话音或通知的补充。 r e l e a s ec o m p l e t e 消息：用来结束一个呼叫。 下面讨论这些消息的发送顺序。 巾国科学技术大学顿+ 毕业沦文 e n d p o m li e n d p o i n t 2 一 c a l lp r o c e e d i l l g a l e r t i n g c o n n e c t 图3 3 ：无须关守的基本呼叫 i 无须关守的基本呼叫 如图3 3 所示，两个端点都没有向关守注册。两个端点直接连接。端点l ( 呼叫方) 首先向端点2 ( 被呼叫方) 发送s e t u p 消息。端点2 收到后发送 c o n n e c t 消息给端点1 。在该c o n n e c t 消息中包含有h 2 4 5 控制信道的传 输j 龇( t r a n s p o r t a d d r e s s ) ，传输地址将会在h ，2 4 5 信道的建立，h 2 4 5 消息的发 送中用到。 e n d p o i n t1g a t e k e e p e r e n d p o i n t 2 疆t 辐也 羔趔! 壁坚 。c 纠p r o c e e d i n g p “的 a c f a r j a l e r t i n g c o n n e c t 幽3 - 4 ：需要戈守直达端点呼叫的基本方式 卫型型塑主望些堡塞 l i 需要关守，直达端点呼叫的基本方式 如图3 - 4 所示，当两个端点跟问一个g a t e k e e p e r 注册的时候，如上图所示， 关守选择直接信令呼叫( d i r e c t c a l ls i g n a l i n g ) 。端点1 ( 呼叫方) 通过发送a r q 消息，和关守进行交换。关守将返回a c f 消息，在a c f 消息中包含了端点2 的呼叫信令信道( c a l ls i g n a l i n g c h a n n e l ) 的传输地址。如果端点2 打算接受这 个电话，它将首先和关守进行a r q a c f 突换。然后端点2 回复c o n n e c t 消 息，在该消息中包含了一个h 2 4 5 控制信道的传输地址，这个h 2 4 5 信道将负 责传送h 2 4 5 信令。 r a c f 型陋j l - c a l lp r o c e e d i n g 捌迪丝巳_ - c a l lp r o c e e d 堍 1 a r q a c f a l e r t i n g a e r t i 嚷 7 c o n n e c t c o n n e c t 图3 - 5 ：需要关守直接路由呼叫信令的基本呼叫 1 1 1 需要关守值接路由呼叫信令的基本呼叫 如图3 - 5 所示关守也可以选择让呼叫信令由关守转发( r o u t e c a l ls i g n a l i n 2 ) 。 端点1 初始化并与关守完成a r q a c f 交换，这个时候关守返回一个自身的呼 叫信道传输地址，该地址被存放在a c f 消息中，发给端点1 。然后关守给端点 2 发送s e t u p 消息，端点2 娠关守之间进行a r q a c f 的许町交换，最后发送 a l e r t i n g 和c o n n e c t 消息给关守，由关守转发给端点1 。 除上述所说的情况以外，还存在一个端点向关守注册，而另个端点没仃 向关守注册的情况，如图3 - 6 和图3 - 7 所示。 中国科学技术大学坝十毕业鲶文 e n d p o i n ti(bk埯t=m 图3 - 6 ：只有一个端点向关守注册并且关守选择直达方式 g a t e k e e p e r e n d p o i n t 2 图3 7 ：只有一个端点向关守注册并且关守选择直接路由 从自u 面的简介，我们知道q 9 3 l 消息用于端点之间的呼叫建立和拆除，h 2 4 5 消息用于呼叫参与者之间的媒体流的协商和建议。值得注意的是，由于s e t u p 是发送的第一个呼叫信令，不可能在被叫端点收到这一消息之浏肝始h 2 4 5 消 息。在此之后，双方都可以在任何时刻丌始交换h 2 4 5 消息。 b 通信能力交换和模式设定 在打丌一个逻辑信道之莉，发送端点必须清楚接收端的能力，从而确保发送 巾国科学技术大学坝十毕业硷文 的多媒体信号都能被接收终端接收和解码。终端通过发送其能力集使对方知道 它能接收的各种信号组合，这些能力并不要求对方全部理解，对方只要存储它 理解的并可能会用到的那部分能力，供其以后建立逻辑信道使用。下图为终端 能力集消息的欠套式数据结构： 图3 8 ：终端能力集消息的数据结构 序号由应答消息返回，发送端据此可以确定与该应答消息匹配的终端能力 集消息。协议标识用于注释h 2 4 5 的版本号。复用能力主要表示该终端的多点 通信能力，用于会议通信。能力表中每个表项的内容不只是简单的编译码标准 还包含许多相关的参数。例如，每个h 2 6 3 能力包括支持的各种图像格式、使 用任选编码方式的能力等。能力描述语集则为如上所述的欠套式数据结构，最 终的基本元素都是指向能力表表项的指针( 序号) 。 为了避免信令过程中的冲突现象，在能力交换之前，需要做一个主从决定 ( m a s t e r s l a v ed e t e r m i n a t i o n ) 。每个h 3 2 3 端点应该既能工作于主机方式，也 能工作于从机方式，在执行此过程时，每个端点需生成个随机数，称为“状 念确定号”，每个端点对于每个呼叫