（计算机应用技术专业论文）基于hsdpa的videophone实现的研究.pdf

基于h s d p a 的vid e o p h o n e 实现的研究 摘要 近年来，随着多媒体技术和无线通讯技术的快速发展，单一语音媒体 通信方式已经不能满足信息时代人们对通信的需求，人们迫切要求改善通 信方式。在国内3 g 时代的到来之际，手机上的视频电话作为3 g 手机的高 端应用，已经成为一个研究热点。 本文介绍和研究了h s d p a 移动数据网络的发展、3 g - 3 2 4 m 协议栈的特性 和基于实时操作系统r e x ( r e a it i m ee x c u t ；v e ) 的整个软件平台构架；给 出了手机上v id e o p h o n e 系统软件的主要设计思想，系统结构和实现方法。 在中心控制部分，采用状态机的机制，实现u i ( 人机界面) ，编解码器，无 线通讯设备，基于电路交换的呼叫控制，3 g - 3 2 4 m 协议栈等之间的交互，完 成相关的功能。 对3 g 一3 2 4 m 协议栈的呼叫连接部分作了进一步的研究，提出通过减少 信息交换次数的思想，采用信息控制，有效负荷的分割和重新组织和标记 竞争避免等技术，从而实现了呼叫建立的快速连接，通过实验结果证明， 有效地缩短了呼叫连接的时间。 视音频同步作为衡量多媒体通讯系统的一个重要标准，本文通过分析 3 g 一3 2 4 m 的v i d e o p h o n e 的音视频码流，提出一种利用h 2 6 3 视频码流帧率， 以音频播放时间为基准，控制视频帧播映时间，进行媒体间同步控制的算 法。将该算法应用在实际的v i d e o p h o n e 中，不增加通信冗余度，调节方法 易实现，显著提高了多媒体系统映播的p - q o s 。 因此，本文论述的理论和设计方法对当前国内3 g 终端的设计具有有重 要的参考价值和指导意义。 关键词：视频电话3 g - 3 2 4 m 呼叫连接视音频同步 s t u d yo nt h eim p l e m e n t a tio no f vld e o p h o n eb a s e do nh s d p a a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a st h eq u i c kd e v e l o p m e n to f t h em u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o no fs i n g l ev o i c em e d i ac a n n ol o n g e rm e e tt h en e e d so ft h ei n f o r m a t i o na g e p e o p l en e e dt oi m p r o v et h e m e a n so fc o m m u n i c a t i o n i nt h ea r r i v a lo f3 go fd o m e s t i ca r e a , a st h eh i g h - e n d a p p l i c a t i o n so f3 g m o b i l ep h o n e s ，m o b i l ep h o n eh a sb e , c a ) m eah o t s p o ti nr e c e n t y e a r s t h i sp a p e rp r e s e t sa n dr e s e a r c h st h ed e v e l o p m e n to fh s d p am o b i l ed a t a n e t w o r k , t h ec h a r a c t e ro f3 g - 3 2 4 mp r o t o c o ls t a c ka n dt h ee n t i r es o f t w a r e p l a t f o r ma r c h i t e c t u r eb a s e do nt h er e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m - r e x ( r e a l t i m e e x c u t i v e ) i tg i v e s t h em a i n d e s i g nt h o u g h t s ，a r c h i t e c t u r e a n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so ft h ev i d e o p h o n es y s t e ms o f t w a r eo f ac e l l p h o n e i n t h ep a r to fc e n t e rc o n t r o l ，i tu s e st h em e c h a n i s mo fs t a t em a c h i n e st oa c h i e v eu i ( h m i ) ，t h ee n c o d e ra n dd e c o d e r , w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t , c a l l c o n t r o lb a s e do nt h ec i r c u i ts w i t c h e d ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n3 g - 3 2 4 mp r o t o c o l s t a c ka n do t h e r ss ot h a tt h ec o m p l e t i o no f t h er e l a t e df u n c t i o n s i td o e sf u r t h e rr e s e a r c ho fc a l lc o n n e c t i o no f3 g 一3 2 4 mp r o t o c o ls t a c ka n d p r e s e n t st h ei d e ao fr e d u c i n gt h en u m b e ro fe x c h a n g eo fi n f o r m a t i o n i tu s e s i n f o r m a t i o nc o n t r o l ，p a y l o a ds e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y , f l a ge m u l a t i o n a v o i d a n c ea n do t h e rt e c h n i q u e s ，s ot h a tt oa c h i e v eq u i c kc o n n e c t i o no fac a l l e s t a b l i s h m e n t e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h et i m eo fc o n n e c t i o no f c a l li s s h o r t e n e d 。 s y n c h r o n i z a t i o no fa u d i oa n dv i d e oi sa ni m p o r t a n tc r i t e r i o nf o rm e a s u r i n g m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns y s t e m s t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ea u d i oa n d v i d e ob i ts t r e a mo fv i d e o p h o n eo f3 g - 3 2 4 m ，t h i sp a p e rp r e s e n t saa l g o r i t h mo f s y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o lb e t w e e nt h em e d i a s ，w h i c hu s et h ef l a m er a t eo fh 2 6 3 v i d e ob i ts t r e a m s , c o n t r o ln l et i m eo fb r o a d c a s to fv i d e of l a m ea n db a s e do nt h e t i m eo fp l a y i n go fa u d i o u s i n gt h ea l g o r i t h mi nt h ea c t u a lv i d e o p h o n ew o n t i n c r e a s ec o m m u n i c a t i o nr e d u n d a n c y , t h em e t h o do fe d j u s t i n gi s e a s y , a n di t s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dt h ep o so f v i d e op l a y i n go f m u l t i m e d i as y s t e m s t h e r e b y , t h et h e o r ya n dd e s i g nm e t h o d st h a td i s c u s s e di nt h i sp a p e ra r e v e r yi m p o r t a n tr e f e r e n c ea n dv a l u a b l eg u i d et od o m e s t i c3 gt e r m i n a ld e s i g n s c u r r e n t l y k e y w o r d s ：v i d e o p h o n e ，3 g - 3 2 4 m ，s y n c h r o n i z a t i o no f a v , c o n n e c t i o no f ac a l l 1 1 1 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 蝴午。 押年f 月日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： c 而时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者鹳够钆碍导师躲 6 月6b 苛h s d p a 的v i d e o p h o n e 曩 现的研究 1 1 问题的提出 第一章绪论 近年来，随着多媒体技术和无线通讯技术的快速发展，单一语音媒体通信方式已经 不能满足信息时代人们对通信的需求，人们迫切要求改善通信方式。研究表明，视听是 人们获取信息最重要的手段，而通信有效信息的5 0 6 0 依赖于面对面的视觉效果， 仅3 3 3 8 依赖于语音效果。可视电话( v i d e o p h o n e ) 作为一种点到点的视频通信，能 利用无线通讯网络双向实时传输通话双方的图像和语音信号，达到面对面交流的效果， 实现人们通话时闻其声、见其人的梦想。业界人士和专家学者指出，目前v i d e o p h o n e 技术正趋成熟，其市场蓄势待发，蕴含着巨大的潜力。随着人们对多媒体技术需求的增 加，v i d e o p h o n e 将成为移动电话新的消费热点。 h s d p a ( h i g h - s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，高速下行分组接入) 作为公认的 w c d m a 的自然升级，其主要优势在于可以提高下行数据传输速率，这有利于运营商开 展移动宽带数据业务。h s d p a 还能扩大系统容量，与现有的g s m 和w c d m a 技术相 比，h s d p a 能在同一个无线载频上为更多的高速率用户提供服务，特别对媒体流的高 速传输，使得v i d e o p h o n e 的实现成为可能。 多媒体业务对终端的要求比传统业务对终端的要求高。在移动的环境，由于功率消 耗的限制，这个矛盾更加突出。然而，最近几年芯片生产厂商在低功耗、高性能处理器 方面取得了十分显著的进步。i n t e l 推出了高主频、带w 如l e s sm m x 增强的移动c p u x s c a l e 系列产品。而基于x s c a l e 和基于m i c r o s o f tw m c e 系列操作系统的p d a 和手机 越来越多。1 1 的o m a p c p u 也显示了在移动领域的强大处理能力。今年国内将有五到 七家手机厂商推出采用上述c p u 和操作系统的p d a 或者s m a r t _ p h o n e 。因此，正在成为 主流的智能多媒体移动终端已可以支持我们将要开展的v i d e o p h o n e 业务。 另外，为了在同样的网络条件下传输更好质量的视音频内容，我们需要引入更好的 图像和声音编码技术。3 g - 3 2 4 m 指定h 2 6 3 为强制性基准协议( 附录中的扩展标准除外) ， 而把m p e g - 4 制定为推荐视频编码标准”1 2 1p l 。h 2 6 4 ，该标准也被i s o 接纳，h 2 6 4 不 仅比h 2 6 3 和m p e g - 4 节约了5 0 的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。 广西，叫煽士掣啦论文| i 于h s d p a 的v i d e o p h o n e 摹h 巴的研究 在语音编码方面，a m r 编码比m p 3 及其它编码有着更好的压缩性能，错误控制功能以 及更快的传输速率。考虑h 2 6 3 ，h 2 6 4 以及a m r 的编码性能，我们认为现在是推广基 于h 2 6 3 ，h 2 6 4 技术的v i d e o p h o n e 的最好时机。 本文基于上述渐趋成熟的条件，研究h s d p a 网络环境下v i d e o p h o n e 的设计与实现。 1 2 手机可视电话的研究现状及意义 到目前为止，国外早已展开了对于这方面的研究，甚至n o k i a ，m o t o 等手机终 端巨头已经研发出基于3 g 网络v i d e o p h o n e 的实际产品，但许多方面还需改进。如： 1 早期的不同厂家和同厂家不同型号的终端之间的互通性需要继续改进。 2 当进行视频通话时，接收到另一个电话的信号，不能够呼叫等待，目前还没有任 何方案能够使视频电话呼叫等待，协议也不支持。同样，在语音通话的时候接收到视频 电话的信号，如果选择接听视频电话，语音电话呼叫等待，用户不能够返回到语音电话， 直到视频电话通话结束。 3 在进行视频通话的同时，不能够接收数据呼叫包，如笔记本呼叫，彩信下载， e - 姒i l 下载，网页浏览等。目前调制解调器不支持同时包和电路转换呼叫。 4 在进行视频通话时可以发送视频剪辑，但是不能够在发送的同时以画中画的技术 同时显示。因为显示正在传输的视频剪辑需要两个同时的视频解码器一个用来解码接 收到的远端的视频帧，另一个用来解码存储文件的视频帧。 5 不能够进行三方视频电话( 即视频会议) 。如果同时进行三方视频通话，手机上 将需要两个n 3 2 4 m 协议栈，运行在两个6 4 一k b p s 电路交换载体上。 另外，在技术上的研究现在主要体现在3 g - 3 2 4 m 协议栈的有效实现，3 g 一3 2 4 m 协议栈 在支持流和消息服务的局限性的扩展，有效地恢复由无线网络传输中错误引起的视频数 据等。 国内由于目前无线网络的限制，g s m c d m a1 x 传输速率较低，相对于国外这方面的 研究起步较晚，大部分都集中在对有线网络上的v i d e o p h o n e 的研究，如基于s i p ，h 3 2 3 的v i d e o p h o n e 的研究，对于无线环境下的v i d e o p h o n e 的研究也作出了一些探讨，但尚未 见到具体的研究方案。 由于无线网络的带宽的限制，以及高性能处理器的要求，对于v i d e o p h o n e 的研究与 实现一直难以进行。本课题在h s d p a 的无线网络环境下，基于3 g - 3 2 4 m 协议栈标准，对 v i d e o p h o n e 的实现进行了研究。 广蕾r 大茸u 曩士咎q 啦文 | i 于h s d p a 的v i d e o p h o n e 摹 蜀l 的研究 在作为w c 洲a 平滑升级的h s d p a 环境下实现的v i d e o p h o ，在国内即将到来的3 g 时 代，将有很高的应用价值，同样也具有重要的工程意义。 1 3 本论文研究的主要内容 在国内3 g 时代的到来之际，基于广阔的市场前景，本论文研究的主要内容如下： 系统软件模型构架的设计与实现：根据目前v i d e o p h o n e 的软件需求主要分为五 层，u i 层( 人机界面) 、m e d i a 层( 媒体层) 、p r o t o c o l 层( 通讯协议) 、c a l i c o n t r o l 层( 基 于电路交换的呼叫控制) 和w i r e l e s s 层( 无线通信) 。主要完成这五层任务的划分以及中 心控制模块的设计与实现。 呼叫建立的快速连接算法与设计：改进目前采用的3 g 3 2 4 m 协议栈中呼叫建立 的时间长的不足，提出一种算法缩短呼叫建立时间。 视音频同步算法：根据h 2 2 3 协议和基于无线通讯网络的特点，设计一种算法 实现视音频同步。 1 4 本论文的结构安排 本文其余的结构安排如下： 第二章对h s d p a 移动数据网络作了介绍，主要包括h s d p a 的发展，h s d p a 中所 采用的关键技术，基于h s d p a 网络设备商业化的进展，以及目前网络商用的情况。此 外详细地介绍与分析了3 g 3 2 4 m 协议栈，包括协议栈的发展过程，协议栈的组成包括 媒体编码集，h 2 4 5 呼叫控制，h 。2 2 3 多路复用与解多路复用等。这是实现v i d e o p h o n e 的理论基础。 第三章为系统的设计。介绍了所采用的嵌入式操作系统r e x 的主要运行机制，接着 对系统软件模型构架进行了分析、设计与实现，包括系统的各部分组件，各层之间的数 据流程及呼叫控制流程。 第四章分析了一般3 g - 3 2 4 m 协议栈的呼叫建立流程，提出呼叫建立的快速连接算 法，并给出总体设计与详细设计以及实现结果。 第五章通过分析比较一般采用的视音频同步方法，根据h 2 2 3 协议和h s d p a 网络 的特点，设计一种算法实现视音频同步，给出了实验的结果。 第六章总结了本文所做的工作，提出进一步研究的方向与方法。 f - 百大孽皤曩士掌位能使 基于h s d p a 的v i d e o p h o n e 薯 现的研究 第二章h s d p a 移动数据网络与3 g 3 2 4 m 协议栈 2 1h s d p a 移动数据网络 2 1 1h s d p a 的发展阶段 h s d p a ( h i g h - s p c c dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，高速下行分组接入) 作为公认的 w c d m a 的自然升级，其主要优势在于可以提高下行数据传输速率，这有利于运营商开 展移动宽带数据业务。h s d p a 还能扩大系统容量，与现有的w c d m a 技术相比，h s d p a 能在同一个无线载频上为更多的高速率用户提供服务。f 4 】3 g p p 将h s d p a 的发展分为3 个阶段，具体见表2 1 。 表2 - 1h s d p a 的3 个发展阶段 t a b l e2 - 1 3 - d e v e l o p m e n tp h a s e so f h s d p a h s d p a 下行峰值速 引入版本关键技术 发展阶段 窒( m b i t s ) 第一阶段 w c m d a r 5n o d eb 中引入高速媒体访问控制( m a c - h s ) 协议1 0 8 1 4 4 ( 基本型) 第二阶段 w c m d ar 6 多种天线阵列处理技术，如m i m 0 技术 3 0 ( 增强型) 引入0 f d m 空中接口技术和6 4 q a m ：使用多标推 第三阶段标准制定中 l o o m a c ( m x - m a o 控制实体等 目前，第二阶段的设备尚未成熟完善，各设备厂商可供测试和商用的h s d p a 产品 仅限于第一阶段。本文所说的h s d p a 是指处于第一阶段的h s d p a ，即基本型h s d p a 1 4 1 。 2 1 2h s d p a 的关键技术 o ) a m c 技术 a m c ( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ，自适应调制和编码) 技术的核心思想就是根 据用户瞬时信道质量状况和当前资源，选择最合适的下行链路调制和编码方式。靠近基 站的用户接收信号功率强，采用高阶调制方式( 如1 6 q a m ) 和高速率信道编码( 3 4 编码速 率) ，使用户获得尽量高的数据吞吐率；当信号较差时，则选取低阶调制方式( 如q p s k ) 4 广西，叫擎硕士学位性i 文| 盱h s d p a 的v i d e o p h o n e 蜜甍的研究 和低速率信道编码( 1 4 编码速率1 来保证通信质量。 采用该技术的前提是系统能够瞬时知道信道质量，即需采用另一种关键技术快 速调度。 ( 2 ) 快速调度 快速调度机制使系统可以根据所有用户的情况决定哪个用户可以使用信道，以何种 速率使用信道。信道总是被与信道状况相匹配的用户所使用，这样在每个瞬间都可以达 到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时兼顾每个用户的等级和公平性。 为了能更好地适应信道的快速变化，h s d p a 将调度功能单元放在n o d eb 而不是 r n c ，同时也将时间间隔r n 缩短到2 m s 。而w c d m a r 9 9 版本中的1 r i 为1 0 或2 0 m s 。 ( 3 ) h a r q 协议 h a r q ( h y b r i da r q ，快速混合自动重传) 协议是对a r q 协议的改进，由纠错符和 a r q 方式组合而成。h a r q 在h s d p a 中主要有两种作用：一是补偿采用链路适配所带 来的误码，能够比传统的a r q 协议更好、更快地进行检错重发。在w c d m ar 9 9 中， 所有传输信道都是在r n c 端终止，数据的重传功能位于r n c 端；而h a r q 协议端接 到n o d eb 中，不需经过i u b 的数据重发，可提高重传的速度，减少数据传输时的延迟。 二是可自动根据瞬时信道条件灵活地调整有效编码速率。a m c 技术也具有选择数据速 率的功能，但该选择较为粗略。h a r q 可提供更为精确的速率调整。h s d p a 将a m c 和h a r q 技术结合起来，可以达到更好的链路自适应效果。 ( 4 ) 快速小区选择 使用该技术后，越区切换时由用户终端选择小区间的切换，而不是采用基站控制的 方法。终端可以找到一个最合适的小区用于下行链路，这个最合适的小区不一定就是无 线信号最强的小区，还得综合考虑在激活小区的功率和码字空间的资源。优点是可以利 用选择性合并分集增益，提高通信质量和越区切换的可靠性。 2 1 3h s d p i a 设备商业化的进展 至2 0 0 6 年4 月，部分w c d m a 设备厂商的产品在硬件上已经具备了处理h s d p a 功能的能力( 如1 6 q a m 、缓冲器及处理器的性能等) ，通过软件升级即可支持h s d p a 。 但全球尚未有商用的h s d p a 网络，设备厂商宣称能达到的h s d p a 性能还有待验证。 n e c 、爱立信、北电、朗讯、西门子和上海贝尔阿尔卡特等设备厂商的w c d m a 设备 均仅通过软件升级就可以实施h s d p a 。 广西大掣“曩士学啦论文 a t , - 于璐d p a 的v i d e o p h o n e 曩 巍的研究 爱立信于2 0 0 4 年1 0 月演示了h s d p a 技术实施的第一阶段，传输速率达到 4 9 m b i t s ，该系统是首次现场演示基于商用产品并能以无线方式运行的h s d p a 系统。 在3 0 s m 世界大会上，爱立信又完成了业界首次在w c d m a 现网上基于商用产品完成 的h s d p a 第二阶段现场演示，数据速率达9 m b i t s ，刷新了h s d p a 的最高数据速率。 爱立信支持了n t td o c o m o 等公司2 0 0 6 年的h s d p a 升级服务。 北电推出超高速h s d p a 解决方案。2 0 0 5 年1 月，通过北电商用网络设备和高通第 一款可用的终端，北电和高通共同完成了第一个端到端的h s d p a 呼叫。2 0 0 5 年3 月， 北电和l g 电子利用北电商用的w c d m a 网络与l g 电子在2 0 0 5 年下半年商用的 h s d p a 终端，一起完成车载的呼叫测试。 朗讯是制定h s d p a 和h s u p a 标准的重要成员。朗讯将为美国运营商c i n g u l a r 提 供范围广泛的h s d p a 产品，包括软件、硬件和服务。此外，英国运营商m m 0 2 即将商 用的h s d p a 网络即采用朗讯的设备。 西门子推出包括基站和p c 卡终端在内的端到端解决方案。西门子于2 0 0 5 年第二季 度与欧洲、日本移动通信运营商联合进行h s d p a 现场测试；2 0 0 5 年下半年实现商用。 上海贝尔阿尔卡特于2 0 0 5 年第三季度进行h s d p a 外场试验，2 0 0 5 年底推出了商 用软件版本。上海贝尔阿尔卡特现正与高通公司开展h s d p a 互联互通测试。 终端是影响h s d p a 商用的关键因素。由于p c 卡易安装，而且可以让用户随时随 地通过笔记本电脑高速接入因特网，爱立信副总裁m i k a c lb a c k 认为“率先用于h s d p a 的首批终端将是p c 卡”。但几乎可以肯定的是，支持h s d p a 功能的手机将是h s d p a 网络终端的中坚力量。终端厂商( 如n e c 、诺基亚、摩托罗拉、l g 、三星等) 正在积极研 发h s d p a 商用手机，2 0 0 7 年底将有多款h s d p a 手机面世。 综观各w c d m a 设备厂商，至2 0 0 6 年3 月底有少数厂商进行或完成h s d p a 的外 场测试，但c d m a 设备厂商均在不遗余力地开发h s d p a 设备，虽然有终端因素的制约， 但可以预见h s d p a 网络的商用将很快实现。 2 1 4h s d p a 网络商用情况 h s d p a 网络建设成本主要用于n o d eb 和r n c 的软硬件升级，因此h s d p a 的部 署具备较高的性价比。 对于即将建设w c d m a 网络的运营商而言，将面临w c d m a 版本选择的难题。 w c d m a 版本越新技术越先进，但标准待完善和设备未成熟又使建设运营存在风险。 6 j 于8 s d p a 的v i d e o p h o n e 蜜瑰的研究 目前，中国联通正大力发展c d m a 2 0 0 0l x e v d v 网络，它提供的高速数据业务将对 中国移动造成竞争压力。中国移动势必提出应对措施。中国移动总经理王建宙表示：3 g 牌照发放后，中国移动将首先在沿海发达及重要城市部署h s d p a 网络。可以看出， h s d p a 网络将很快会在国内部署。因此，有必要研究国外运营商开展h s d p a 的案例， 借鉴它们建设和运营h s d p a 网络的经验，使我国的h s d p a 商用过程少走弯路。 n t td o c o m o 是日本最大的移动通信运营商，拥有p h s 、p d c ( 2 g ) 和f o m a ( 基于 w c d m a ) 移动通信业务。n ，r rd o c o m o 将h s d p a 定位于f o m a 的高速版。从2 0 0 4 年 开始，在两年内投资3 5 亿美元，资助6 家终端厂商( 富士通、三菱电子、摩托罗拉、 n e c 、松下、夏普) 加快h s p d a 手机终端的研发。据称h s d p a 网络侧的问题已经基本 解决，是否如期实现试商用主要受制于终端问题。 美国最大的移动通信运营商c i n g u l a r 面临的竞争情况与中国移动类似，c i n g u l a r 的 w c d m a 系统只在6 个城市有业务，而其竞争对手v c r i z o n 的e v - d o 系统已经覆盖了 3 2 个城市。c i n g u l a r 于2 0 0 4 年底宣布对w c d m a 系统进行升级，2 0 0 5 年底率先在美国 的几个主要城市的城区和效区部署h s d p a 网络。 英国第三大移动通信运营商m m 0 2 公司在2 0 0 5 年开通欧洲首个h s d p a 网络。该 h s d p a 网络率先在马恩岛开通，目前已获得成功，2 0 0 5 年年底其范围将扩大到英国、 德国和爱尔兰。 从这几家移动通信运营商开展h s d p a 的情况来看，它们均大力支持设备和终端厂 商对h s d p a 的研发并积极组织外场测试，组建实验网以验证h s d p a 的性能。大部分 运营商只在几个重要城市开始试商用，成功后再大范围推广。这些经验或多或少值得国 内运营商借鉴。 2 23 g - 3 2 4 m 协议栈 2 2 1 可视电话标准的发展 自上世纪9 0 年代以来，为推进可视电话的标准化进程，国际标准组织针对不同的 网络环境陆续开发出一系列有关多媒体可视终端和系统的h 3 2 x 系列框架性标准协议， 它们全面描述了系统及视频、音频、通信协议、复用，同步等规范【5 l 。 i t u _ t 制定的h 3 2 x 多媒体通信系列标准主要有： i t u th 3 2 0 ：在窄带i s d n ( 综合业务数字网) 进行多媒体通信的标准，1 9 9 0 年标 7 广西大掣唾士学位艴! 文i 于f 1 s d p a 的v i d e o p h o n e 曹h 毫的研究 准公布； i t u th 3 2 3 ：在口网络上进行多媒体通信标准，1 9 9 6 年标准公布； i t u th ，3 2 4 ：在g s t n 上进行多媒体通信标准，1 9 9 6 年标准公布； u th 3 2 4 m ：在移动网络上进行多媒体通信标准，1 9 9 8 年标准公布； 删- th 3 2 4 1 ：在i s d n ( 公共电话交换网) 进行多媒体通信标准； 3 g - 3 2 4 m ：由3 g p p 组织发布的，在3 g 移动网络上进行多媒体通信的标准。 可视电话协议总体的功能组件如图所示： l 鳖h 塑卜 d e l a y 匿圈 m u x ， o e m u x n e t w o r k i n t e r f a c e l 盥 c a h | u s e r i i n t e r f a c e _ 图2 - 1可视电话协议结构图 f i g u r e2 - 1f i g u r eo f v i d e o p h o n e sp r o t o c o ls m l c m r e 2 2 1 1i - i 3 2 4 标准 h 3 2 4 标准是一个伞形架构的标准，它的结构图如下： 圈2 - 2h 3 2 4 伞形结构图 f i g u r e 2 - 2f i g u r eo f h 3 2 4 su m b r e l l as l r u c t u r e h 3 2 4 是基于p s t n 的可视电话协议标准，同样也规定了视频和语音编解码的标准、 复用、解复用和控制一整套协议。其中语音编解码的标准有g7 2 3 1 ，g7 2 9 等，视频 广置r ，“塾胃陆掌位论文 | l 于h s d p a 的v i d e o p h o n e 蜜现的研! t 编解码标准有h 2 6 1 、h 2 6 3 、h 2 6 3 + ，其中多路复用与解复用采用h 2 2 3 ，控制部分 采用h 2 4 5 。在g s t n 上话音频带调制解调器v 3 4 的最高速率为5 6 k b i v s ( 双向最高速率 为3 3 6 k b i t s ) 6 。 基于不同m o d e m 的速率，具有不同的有效负载，如下表2 - 2 所示： 表2 - 2h 3 2 4 基于不同m o d e m 速率不同有效负载 t a b l e2 - 2 h 3 2 4 sd i f f e r e n te f f i c i e n tl o a db a s e do nd i f f e r e n tm o d c r ms p e e d m o d e mb i tv i r t u a lc h a n n e i r a t e k b p s ) s p e e c h v i d e o d a t a t r a n s m i s s i o n9 65 3c 4 3v a r i a b l e b i t 懵t e 1 4 45 39 1v a r i a b l e 2 8 8 6 4 r l c ：无线链路控制协议( r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) m a c ：媒体接入控制协议( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) w c d m a ：( w i d e b a n d c o d ed i v i m o nm u l t i p l ea c c e s s 、 u m t s ：( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) m o d e mi f ：为上层应用与m o d e m 之间提供接口，目的是建立话路和查询当前 状态，并与之交换数据。 h 3 2 4 一是为实现低比特率，电路交换和实时多媒体通讯的协议踟。 h 2 4 5 一控制整个h 3 2 4 协议在电话建立和挂断之间的所有信令处理过程。 h 2 2 3 一负责逻辑信道的适配与复用。其主要结构分为两层a l ( 适配层) 层和 m u x ( 复用层) 层。对于来自不同数据源的数据流，比如音频、视频和数据、控制信 息等在逻辑上形成不同的逻辑信道如音频，视频，数据和控制逻辑信道。各种不同的逻 辑信道的数据送到h 2 2 3 a l 层后，a l 层对其通过附加定的比特序列，添加对其的差 错控制等功能。然后将几种数据流统一打包( m u x 层功能) ，传输到物理层。在我们的 v i d e o p h o n e 中是将数据传输到r l c 层，再向下传输到m a c 层，l l 层( 物理层) 然后 数据从射频接口传出。 q v p _ a p p 一提供一个状态机来控制视频电话的配制，建立与挂断的过程；为 m o d e m ，编解码a p i ，与h 3 2 4 协议栈提供接口。 q v p _ a p p a p i 一执行a m s sq v i d e o p h o n e 本地a p i 。 c s d a p i 一为u m t s 协议栈提供建立电路转换电话。 c s d ：( c i r c u i ts w i t c h e dd a t a ) 电路转换数据 i v i d e o p h o n eb r e w a p i 一提供q v i d e o p h o n eb r e w a p i ，它提供下列功能： 发起挂断视频电话 接听视频来电 设置接收发送的视频源 通知客户端有视频电话相关的事件 v i d e o t e l u l a p p 一基于b r e w 相关的视频电话应用。 c o d e c a p i 一为q v i d e o p h o n e 编解码的控制提供接口；为初始化视频电话，激活 l 于i i s d p a 的v i d e o p h o n e 蜜现的研究 一个音频，视频的文件或实况提供接口，并在电话结束后清除编解码。 v i d e oe n g i n e 一管理a r mm p 4 编码与解码，和音频引擎。 a u d i oe n g i n e 一执行状态机来控制音频编解码，为m v s 控制a m r 编解码提供 接口。 a r mm p 4e n c o d e r 一执行平均信息量( 无损部分) 的编码；为配置和控制编码 提供接口，以及为d s p 执行全部的编码提供接口【1 5 1 3 1 】。 d s p ：数字信号处理 a r mm p 4d e c o d e r 一执行平均信息量( 无损部分) 的解码；为配置和控制解码 提供接口，以及为d s p 执行全部的编码提供接口【1 5 】【3 1 1 。 d s p 一涉及到d s p 的接口和装载到a d s p 的d s p 图像两方面；在v i d e o p h o n e 的前后关系中，这是一个支持m p 4 和a m r 编解码的d s p 图像。 c a mi f 一涉及到提供控制和配置c a m e r a 驱动的接口【1 6 1 。 i c a m e r a c a m e r a 服务的一个b r e w 层接口；用来控制c a m e r a 的放缩，亮度 和对比度。 i d i s p l a y 一一个b r e w 层的接e l ，用来格式化位图和显示到屏幕上。 c a l lm a n a g e r 一用来管理与电话相关的参数，和控制呼入与呼出的电话，分配电 话i d ，和给出释放的理由。 m u l t i m o d ev o i c es e r v i c e ( m v s ) 一这一层介于用户应用层与语音服务软件模块之 间，接口直接和声音合成器，e f s ，以及其它的设备驱动接口。 3 2 3 数据流程 ( 1 ) 音频： 每2 0 m s d s p 产生一个编码音频帧。数据经过i s r ( 中断服务程序) 被传送到音频 引擎，音频引擎将这些音频帧放在发送队列( 缓冲区) 。每2 0 m s 音频引擎发送帧到h 2 2 3 多路复用。h 2 2 3 将h 2 2 5 的发送信号信息与音频、视频帧一起多路复用，然后将它通 过m o d e mi f 发送到r l c ，最后通过无线发送出去口1 1 。 同样的，当r l c 从无线终端接收到信号帧，h 2 2 3 对信号解多路复用，被提取出来 的音频帧发送到音频引擎，音频引擎将音频帧放在接收队列( 缓冲区) 。每2 0 m sd s p 中的音频解码器向i s r 要求解码，然后从接收队列( 缓冲区) 得到一帧。 ( 2 ) 视频： 2 l 广冒大摩啊甄士掌位崔曙 l 于i i s d p a 的v i d e o p h o n o 实现的研究 c 锄啪为d s p 提供了一幅图像。d s p 中的视频解码器对它做有损编码，并将它送 到a r mm p 4 编码器。a r i v im p 4 编码器做无损编码，并将视频帧传送到h 2 2 3 多路复 用，然后将多路复用后的信号经过m o d e mi ，f 发送到r i 。视频帧可能被分解与发送出 去。来自于c 锄i ，f 的图像通过回叫( c a l l b k ) 发送到d 0 0 f r c lu ia p _ p n c a l i o l l 这个 d e o t e lu ia p p l e c a l i 伽利用q v pa p pa p i 转换显示格式，用m i s p l a y 来显示近端帧。 当i t l c 从无线端接收到信号帧，h 。2 2 3 对帧解多路复用。视频部分被送到h 2 2 3 的 适配层( a l ) ，当接收到一个完整的a l d u p ( 协议数据单元) ，s d u 就被提取出来了。 a r mm p 4 解码器从h 2 2 3 ( 从经过c o d e ca _ p i 登记过的回叫) 读这些视频帧。解码器 对信息进行解码，并将帧送到d s p ，d s p 傲完整的解码，并将结果帧通过回叫送到 d e 0 t e lu ia p p l i c a t i o n