（通信与信息系统专业论文）可视电话协议栈的研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 可视电话 a u d i o v i s u a l 是集图像 语音 数据等为一体的多媒体融合性通信业 务 利用通信网络实现用户之间的实时通信 移动可视电话是指利用移动网络来实 现的多媒体通信 在第三代移动通信技术 3 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 3 g 以及第四代移动通信技术 4 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 4 g 时代 移动多媒体成了最值得期待的增值业务 同时也是标志性业务 其市场前景相比目 前的语音业务有过之而无不及 本文以c 6 3 1 0 双模芯片为硬件平台和n u c l e u sp l u s 操作系统为软件平台的可视电话协议栈进行研究与实现 c 6 3 1 0 双模芯片是面向低 端用户的移动可视电话解决方案 它的面市对中国的电信事业 特别是中国3 g 的 发展具有深远的意义 本文主要贡献包括以下 1 认真分析了3 g 3 2 4 m 协议簇 深入研究了移动可视电话协议栈各模块的算 法 功能和流程 2 详细设计移动可视电话协议栈中各模块的算法 功能和流程 并通过c 代 码实现了h 2 4 5 和h 2 2 3 两个模块的基本功能和协议流程 最后利用t t c n 和s d l 软件搭建测试平台 对实现的移动可视电话协议栈进行一致性测试 3 在双模芯片c 6 3 1 0 为硬件平台 n u c l e u sp l u s 操作系统为软件平台上集成可 视电话系统 设计硬件适配程序 定量计算了本系统所有字节内存 块内存以及进 程的堆栈大小 最后对本可视电话系统中关键算法的效率进行理论分析及仿真比较 通过对本文提出的算法进行仿真和通过搭建t t c n 测试平台对本文所设计的功 能和部分流程进行协议测试 结果显示本文提出的算法和功能流程的设计符合移动 可视电话的协议标准 这为移动可视电话的进一步开发奠定良好的基础 关键词 移动多媒体 可视电话协议栈 数据通路 调度机制 内存管理 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a u d i o v i s u a li sam u l t i m e d i ai n t e g r a t i v ec o m m u n i c a t i o n ss e r v i c ew i t h a n y c o m b i n a t i o no fv i d e o v o i c ea n dd a t ai n f o r m a t i o no v e ras i n g l ec o m m u n i c a t i o nl i n k u s i n g n e t w o r k st oc o m p l e t er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nu s e r s m o b i l ev i d e o p h o n er e f e r s t ot h eu s eo fm o b i l en e t w o r k st od om u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n i nt h e3 ga n d4 ge r a m o b i l em u l t i m e d i ah a sb e c o m et h em o s ta n t i c i p a t e dv a l u e a d d e ds e r v i c e w h i c hi sa l s oa l a n d m a r kb u s i n e s s a n di ti sb e y o n dt h em a r k e tp r o s p e c t so ft h ec u r r e n tv o i c es e r v i c e t h i sp a p e rc o n d u c t sar e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no nv i d e o p h o n ep r o t o c o ls t a c k s o l r a r e u s i n gc 6 3 10d u a l m o d ec h i pa st h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n dn u c l e u sp l u s o p e r a t i n gs y s t e ma st h es o f t w a r ep l a t f o r m c 6 310d u a l m o d ec h i pi sm o b i l ev i d e op h o n e s o l u t i o nf o rl o w e n du s e r s i to ff a r r e a c h i n gs i g n i f i c a n c eo nc h i n a st e l e c o m m u n i c a t i o n i n d u s t r y i np a r t i c u l a rt h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s e3 g t h i sp a p e rc o n t r i b u t e sa sf o l l o w s 1 t h i sp a p e rc o n d u c t sc a r e f u la n a l y s i so ft h e3 g 3 2 4 m p r o t o c o ls u i t e a n di n d e p t h s t u d y o fa l g o r i t h m f u n c t i o na n d p r o c e s s e sb e t w e e nd i f f e r e n t m o d u l e s o fm o b i l e v i d e o p h o n ep r o t o c o ls t a c k 2 t h i sp a p e rp r o v i d e sd e t a i l e dd e s i g no fa l g o r i t h r n f u n c t i o na n dp r o c e s s e so f m o b i l ev i d e o p h o n ep r o t o c o ls t a c k a n di m p l e m e n t sb a s i cf e a t u r e sa n dp r o t o c o lp r o c e s s e s o ft h eh 2 4 5a n dh 2 2 3m o d u l e s 憾i i 玛cc o d e f i n a l l yi tu s e st t c na n ds d ls o l l w a r et o b u i l dt e s te n v i r o n m e n ta n dd o e sc o n f o r m a n c et e s t i n go nt h ei m p l e m e n t a t i o no fm o b i l e v i d e o p h o n ep r o t o c o ls t a c k 3 t h i sp a p e ru s e sc 6 310a st h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n dn u c l e u sp l u sa st h es o r w a r e p l a t f o r mt oi n t e g r a t em o b i l ev i d e o p h o n es y s t e m i td o e sp r o g r a m m i n go nd s pd r i v e r c o n d u c t sq u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o no fa l lt h eb y t e so f t h es y s t e mm e m o r y b l o c k i n gm e m o r y a n dp r o c e s ss t a c ks i z e l a s t l yi tg i v e st h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nc o m p a r i s o no n t h ev i d e o p h o n ek e ya l g o r i t h me f f i c i e n c yo ft h es y s t e m b yt h ea l g o r i t h ms i m u l a t i o na n di m p l e m e n t a t i o no ff u n c t i o na n ds o m ep r o c e s s e s t e s t i n g i ts h o w st h a tt h i sp a p e r sp r o p o s a li si na c c o r d a n c ew i t hm o b i l ev i d e o p h o n e p r o t o c o ls t a n d a r d w h i c hl a y sag o o df o u n d a t i o nf o rf u r t h e rd e v e l o p m e n to fm o b i l ev i d e o p h o n e k e yw o r d s m o b i l em u l t i m e d i a a u d i o v i s u a lp r o t o c o l d a t ap a t h s c h e d u l em e c h a n i s m m e m o r ym a n a g e 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g 3 g p p 3 p p 2 a l a 吸 a r q a s n 1 a 玎讧 b c c e s e c f s m c c l c s e c n c r c c s d t x e i f e c g s l n h d l c 脏c i s d n i t c 砌t t l c n l c s e l t e m c 缩略表 3 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n n l i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t n l i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t2 a d a p t a t i o nl a y e r a d a p t i v em u l t i p l er a t e a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o n 0 n e a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b e a r e rc a p a b i l i t y c a p a b i l i t ye x c h a n g es i g n a l i n ge n t i t y c o m m u n i c a t i n gf i n i t es t a t em a c h i n e s c o m m o ni n t e r m e d i a t ef o r m a t c l o s el o g i n a lc h a n n e ls i g n a l l i n ge n t i t y c o r en e t w o r k c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c i r c u i ts w i t c h e d d i s c o n t i n u o u st r a n s m i s s i o n e r r o ri n d i c a t i o n f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n g e n e r a ls w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r o l l e r h e a d e re r r o rc o n t r o l i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln c t w o r k i n f o r m a t i o nt r a n s f e rc a p a b i l i t y i m p l e m e n t a t i o nu n d e r t e s t j o i n tv i d e ot e a m l o 酉c a lc h a n n e l n u m b e r l 0 9 i c a lc h a n n e ls i g n a l l i n ge n t i t y l o n gt e r me v o l u t i o n m u l t i p l e xc o d e v 三代移动通信 第三代合作项目 第三代合作项目2 适配层 自适应多码速 自动重传请求 抽象语法符号 异步传输模式网 承载能力 能力交互信令实体 通信有限状态机 普通中间格式 关闭逻辑信道信令实体 核心网 循环冗余校验码 电路交换 非连续传输 错误指示 前向纠错 普通电话网 高级数据链路控制 头错误控制 综合业务数字网 信息传统输能力 被测实体 联合视频组 逻辑信道号 逻辑信道信令实体 长期演进 复用码 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 m p e g m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p 运动图像专家组 m s c m e s s a g es e q u e n c ec h a r t s消息序列图 m s d s em a s t e r s l a v ed e t e r m i n a t i o ns i g a n l l i n ge n t i t y主信令实体 m tm o b i l et e r m i n a t e d由移动台终止 m u x m u l t i p l e xl a y e r 复用层 n s r pn u m b e r e ds r p编号的简单重传 p d up r o t o c o ld a t au n i t协议数据单元 p e rp a c k e de n c o d i n gr u l e s分组编码规则 p h y p h y s i c a ll a y e r物理层 p m p a c k e tm a r k e r 标识码 p s t np u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k公共交换电话网络 p t p a y l o a dt y p e数据类型 q o sq u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 r c r e p e a tc o u n t重复长度 r i r e p e a ti n d i c a t o r 重复指示 s d us e r v i c ed a t au n i t服务数据单元 s d l s p e c i f i c a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e规范描述语言 s n s e q u e n c en u m b e r序列号 s r p s i m p l er e t r a n s m i s s i o np r o t o c o l简单传输协议 t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x时分双工 t r c nt r e ea n dt a b u l i l l c o m b i n e dn o t a t i o n树表结合表法 i t ra nu n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k 切订t s 陆地无线接入网 v c e g v i d e oc o d ee x p e r tg r o u p视频编码专家组 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 可视电话的发展史 第一章绪论 可视电话的发展可以追溯到1 9 5 6 年 当时美国贝尔电话实验室成功研制了扫描 线为6 0 条 频带为1 2 0 0 h z 的窄带电视电话 1 9 5 9 年他们开始研制一种新的可视电 话 并于1 9 6 4 年研制成功p i c t u r e p h o n em o di 型可视电话机 扫描线为2 7 5 条 频带为5 0 0 k h z 传送黑白静止硬拷贝图像 图像和话音采用分时传送 接下来研 制的p i c t u r e p h o n em o d 一 在上世纪7 0 年代在匹兹堡和芝加哥间开始用于商业服 务 提供黑白静止或活动的点对点电视会议业务 8 0 年代 日本制订了可视电话的1 日本技术委员会 标准 在模拟电话网 上传送黑白静止图像 显示屏清晰度1 0 0 1 0 0 像素 5 6 秒传送1 幅图像 从此 可视电话走向了标准化 为不同厂家可视产品之间互通奠定了基础 1 9 8 4 到1 9 8 9 年 r r u t 第1 5 研究组 一个开发自愿性标准 用于会话和非会 话类音 视频应用的先进移动图像编码组织 即视频编码专家组 v i d e oc o d ee x p e r t g r o u p v c e g 制定了视频通信的第一个视频编解码标准h 2 6 1 协议标准 l 并在 1 9 9 0 年底正式颁布 h 2 6 1 使用帧间预测消除空间域冗余 并使用运动矢量来进行 运动补偿 速率为6 4 k b s 的整数倍 该算法采取了在图像质量与运动幅度之间的平 衡的折中机制 剧烈运动图像质量比静止图像质量要差 属于恒定码流可变质量的 编码 h 2 6 1 比之前的m p e g 压缩编码所占的c p u 运算量少很多 h 2 6 1 制定不久 c c i t t 国际电报电话资询委员会 马上提出了电视会议 可视电话协议标准并建议使用h 2 6 1 作为视频压缩编码标准 在1 9 9 0 年1 0 月该建 议正式通过并制订了h 3 2 0 协议标准t 2 h 3 2 0 标准是一部最早适用于速率从5 6 k b p s 到2 m b p s 的窄带综合业务数字通信网 n a r r o wi n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g j t a ln e t w o r k n i s d n 的多媒体通信标准 由于h 3 2 0 标准主要满足和适应电路交换的特性 因 此h 3 2 0 标准的视频会议被广泛用于v s a t d d n i s d n 等电路交换网络 1 9 9 5 年7 月 由i t u t 的v c e g 和i s o a e c 运动图像专家组 m o v i n gp i c t u r e e x p e r t sg r o u p m p e g 组成的联合视频组 j 0 h a tv i d e ot e a m d 发布标准h 2 6 2 m p e g 2 i s o i e c1 3 8 1 8 2 也被称为n u th 2 6 2 它主要用于数字电视系统 适合 标清和高清电视 适合各种媒体传输 包括卫星 有线 地面等 都能有效地传输 1 9 9 6 年3 月 i t u t 的v c e g 组织制定了低于6 4 k b s 的窄带通信信道的视频 编码标准h 2 6 3 协议标准例 h 2 6 3 跟h 2 6 1 的基本原理是一样的 只是在h 2 6 1 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 基础做了一些改善 以提高性能和纠错能力 如 h 2 6 3 的运动补偿使用半像素精 率 而h 2 6 1 使用全像素精度和循环滤波 h 2 6 1 数据流层结构有一些在h 2 6 3 中 也是可选的 h 2 6 3 标准是最早的低速率标准 它的制定标志着低速率的视频通信 时代的到来 同时也推动了可视电话发展 1 9 9 6 年3 月 i t u t 制定了h 3 2 1 h 3 2 2 h 3 2 4 三大协议标准 h 3 2 1 h 3 2 2 协议都是h 3 2 0 的转换标准 他们主要用于局域网 其中h 3 2 1 协议标准的会议电 视终端应用于异步传输模式网 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a t m 网络的转换标 准 h 3 2 2 协议标准主要用于e t h e m e t 以太网 h 3 2 4 是在h 2 6 3 的基础上发制 定的用于普通电话网 g e n e r a ls w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k g s t n 的可视电话标 准 由于电话网带宽的限制 决定了语音和图象都必须采用高压缩比的算法 以低 码率进行传输 在g s t n 进行可视电话 语音虽然仍然能够和普通电话的质量相当 但是图象却不会太好 虽然如此 凭借着当时普通电话网的广泛使用 可视电话得 到较好发展 但是当时的芯片技术 集成电路技术等的限制 可视电话终端比较昂 贵 阻碍了可视电话的全面推广 1 9 9 6 年1 1 月 i t u t 组织制定h 3 2 3 协议标准 7 1 h 3 2 3 标准是基于t p c i p 包的多媒体通信系统 它广泛用于p c 机电脑 趁着i n t e m e t 的快速发展以及个人电 脑全面普及 基于h 3 2 3 标准的可视电话 会议电话等得到了很好的发展 采取h 3 2 3 标准的可视通信拥有费用低和承载媒介广泛等诸多优势 使它一直是企业 政府以 及个人青睐的可视通信方式 1 9 9 8 年2 月 i t u 制定h 3 2 4 m 协议标准 8 1 它是在原来的h 3 2 4 的基础上为 了使之能够在无线移动高误码率条件下进行传输 在h 2 2 3 中定义了4 种不同健壮 性的数据报模式 9 1 2 配套进行了算法及流程改进 随着3 g 标准制定 3 g p p 的s p 组织在1 9 9 8 年的2 月到1 9 9 9 年的1 2 月进行了5 次会议 并于s p0 5 会议上制定第 一个正式商用的3 g 3 2 4 m 标准 1 3 1 4 1 3 g 3 2 4 m 是h 3 2 4 m 的派生的 只在h 3 2 4 m 基础上进行了部分修改 3 g 3 2 4 m 对h 3 2 4 m 中的有一些子协议强制要求 如视频 编制码h 2 6 3 语音编码a m r 等 有一些可选要求 如视频编码h 2 6 4 语音编码 g 7 2 1 等 2 0 0 1 年 日本n r rd o c o m o 公司建成了全球一张w c d m a3 g 商用网络 拉 开了3 g 全球商用的序幕 同年 n r td o c o m o 公司在 w 0 r l dp ce x p o 会场上对 第三代移动电话 f o m a 进行了演示 第一次实现了3 g 可视电话通信 从此 移 动可视电话正式登上了历史舞台 2 0 0 3 年3 月 i t u t 的 t 组织制定了h 2 6 4 视频编码标准 1 5 1 也是i s o i e c 的m p e g 4 的第l o 部分 1 9 9 8 年1 月份开始草案征集 1 9 9 9 年9 月 完成第一个 草案 2 0 0 1 年5 月制定了其测试模式t m l 8 2 0 0 2 年6 月的 t 第5 次会议通过 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 了h 2 6 4 的f c d 板 h 2 6 4 相对于先前的视频压缩标准 h 2 6 4 引入了很多先进的 技术 包括4 x 4 整数变换 空域内的帧内预测 1 4 像素精度的运动估计 多参考 帧与多种大小块的帧间预测技术等 新技术带来了较高的压缩比 同时大大提高了 算法的复杂度 在之后h 3 2 4 标准规定终端可选支持h 2 6 4 但是对于终端来说 受功耗 体积 成本 工艺等多种因素的影响 支持h 2 6 4 视频编码的终端主要用 于高端市场 2 0 0 7 年3 月8 号 中国移动制定并颁布基于t d s c d m a 的行业标准1 1 6 1 制定 了基于t d 的制式的总体技术要求 终端技术规范 业务规范等等 同年 中国联 通 中国电信分别制定并颁布了w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 行业标准 2 0 0 7 年5 月1 6 日 中国信息产业部制定并颁布了3 g 移动可视电话行业标准 l 涉及 t d s c d m a w c d m a 两种制式 它规定了t d s c d m a w c d m a 电路域可视电话 业务总体特征 功能和协议结构 媒体编解码和复用 业务流程 认证 计费和统 计 业务服务质量以及终端要求等内容 2 0 0 9 年1 月7 日 工业和信息代部在当日 下午2 3 0 分钟举办3 g 牌照发放会议 给中国移动 中国联通 中国电信发放3 g 运营牌照 从此 中国正式进行了3 g 时代 3 g 提供比2 g 更大的带宽 高速的3 g 移动网络具备向提供各种各样业务追求 其中可视电话业务是最为普通的多媒体业 务 是未来3 g 以及l t e 网络承载的最大业务 也是人们最为期待的移动通信服务 1 2 移动可视电话的发展现状 2 0 0 1 年 日本n r rd o c o m o 公司建成了全球一张w c d m a3 g 商用网络 拉 开了3 g 全球商用的序幕 作为全球最早提供3 g 业务的国家 日本在实际运营中积 累了大量经验 在时速达两百多公里的新干线列车上拨打可视电话 也可以达到令 人满意的效果 日本商用3 g 以后 香港 北美 欧洲等地的运营商也开始进军3 g 市场 并大力推出可视电话业务 2 0 0 9 年1 月7 日 工业和信息产业部给中国移动 中国联通 中国电信发放3 g 运营牌照 从此 中国也正式进行了3 g 时代 可视电话的第一次大面积普及是基本p c 的t c p i p 包交换视频电话 会议电话 用户只要有一台p c 机 加上一个摄像头 麦克风就可以跟对方进行可视通信 但 是 随着3 g 的广泛普及以及l t e 无线技术的快速发展及逐渐商用 移动终端的可 视电话迎合更加广大用户 届时 可视通信服务跟移动无线网络一样将无处不在 无时不有 据估计 截至2 0 1 0 年 全球移动用户达5 3 亿 预计到2 0 1 4 年 全球移 动网络用户将突破7 0 亿户 与全球移动用户相比 3 g 用户数量却有点雷声大 雨 点小 全球移动设备供应协会 g s a 发布的市场调研数据显示 截至2 0 1 0 年1 月份 全球3 g 用户已经超过8 8 5 亿 年增长率超2 9 但据估计 截至2 0 1 1 年 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 3 g 用户只有9 4 亿 只占全球移动总人数的1 7 8 与之前估计2 9 的增长估计有 2 亿多的缺口 同样在中国 3 g 商用已两年多的时间 而在刚刚过去的2 0 1 0 年 全国3 g 用户才达到4 7 0 5 2 万 与先前工信部提出的2 0 1 1 年3 g 用户达到1 5 亿户 有1 亿多的缺口 2 0 1 1 要达到l 亿3 g 用户的增长 中国三个运营商可谓任重而道 远 3 g 用户增长速度过慢直接影响移动可视电话终端的发展 反过来 移动可视电 话终端的发展也很大程度上制约着3 g 用户的增长 对于中国以及欠发达国家来说 目前影响3 g 用户数量增长的原因除了3 g 资费比较高外 3 g 手机的价格普遍很高 远远超出普通用户消费能力是3 g 业务推广的最大障碍 3 g 手机价格居高不下的原 因是目前移动多媒体手机芯片的成本较高 目前典型移动多媒体芯片的解决方案有 1 双处理器实现 一个是多媒体数据处理器 g i j p 一个控制处理器 c p u 3 g 3 2 4 m 所有模块都在g u p 中实现 2 视频 语音的编解码用硬件加速实现用 控制协议和用a r m 实现 如德州 仪器的o m a p 3 4 3 0 芯片 它采取6 5 n m 工艺 集成了a r mc o r t e x a 8 处理器 以及v a 2 多媒体硬件加速器 3 一个a r m 加d s p 处理器芯片 a r m 用来处理复杂度低或没有实时要求的运 算 如控制协议和h 2 2 3 的复用解复用等 d s p 芯片用来完成计算复杂度高的操作 如音频编解码 视频编解码等 采取这种解决方案的有 高通公司的m s m 6 x x x 系列 芯片 德州仪器 n 的达芬奇系列芯片和a d 的b l a c k f i n 系列芯片等 前面两种解决方案的图像处理效果显著 但是成本很高 目前市场上的高端手 机 如 苹果的i p h o n e5 中的a 5 芯片 三星的1 9 0 0 0 的s 5 p c i l 0 芯片等等 都采取这 两种方式之一 市场上很多可视电话手机也采取删加d s p 的形式 采取这种方式 的手机多媒体解决方案的优势体现在可以很快推出产品且成本低 但此方案的手机 视频通信画面质量较差 时延较大且产品间容易变得同质化 导致市场竞争力很差 阻碍了3 g 业务进军巨大的中低端市场 双模芯片c 6 3 1 0 是面向低端市场的手机芯片解决方案 本文是基于无线基带芯 片集成移动多媒体功能的研究和实现 致力于打造一款拥有自主知识产权的 低价 格的 高性能的移动多媒体行业标杆芯片 以推动中国 乃至全球的3 g 以及l t e 的 快速发展 1 3 本论文任务及内容安排 本论文是对利用a r m 加d s p 作为可视电话解决方案的研究和实现 本论文的 任务主要是 1 评估3 g 3 2 4 m 可视电话系统各模块的算法 并根据算法所需要的处理能力 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 的大小在c 6 3 1 0 芯片中对各模块进行合理安排 2 研究及评估复用实体选择算法 复用与解复用算法 提高数据传输效率 3 解决如何提高内存分配精度 评估栈的大小 h 2 2 3 进程采取怎样的触发 机制等等 4 解决如何设计d s p 和a r m 的通信 提高通信效率 5 对本文提出的算法进行仿真和对实现的可视电话协议栈进行一致性测试 以评估本文提出的移动可视电话方案可行性 本论文的内容安排如下 第一章 绪论 首先介绍可视电话发展史 然后介绍了移动可视电话发展状况 第二章 可视电话协议栈的研究与分析 主要介绍了可视电话协议栈中h 2 2 3 和h 2 4 5 的主要算法 功能及流程 然后介绍可视电话整体软件架构 第三章 可视电话协议栈的设计与实现 首先介绍了h 2 4 5 h 2 2 3 两个模块中 功能和流程的实现 然后介绍了处理器之间的通信机制 硬件适配层 设计 任务管理 内存管理及堆栈分配等 第四章 协议功能测试及性能分析 首先介绍了可视电话协议栈一致性测试 然后对整个系统的内存管理 算法进行性能参数的分析 第五章 总结和展望 总结了本文所做工作 并探讨进一步的研究方向 5 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 第二章可视电话协议栈的分析与研究 2 1 移动可视电话的工作原理 可视电话业务是同时传输图像 语音和文本等数据的多媒体通信业务 实现用 户面对面的实时沟通 即通话双方在通话过程中不仅仅能够听到对方的声音还能够 互相看到对方的场景 移动多媒体技术是指通过移动终端对多媒体数据数字化采样 压缩与存储 再通过移动网络承载 传输到另一个移动终端进行重现 多媒体业务 是把多媒体数据通过移动网络提供交互的和实时的媒体服务 移动多媒体应用特点 是 它所能支配的系统资源有限 如移动终端的c p u 计算能力 存储能力 电池电 量以及移动网络的带宽等等 可视电话终端包括摄像头 话筒 a d 转换芯片 语 音视频编解码芯片组成 它的工作原理如图2 1 所示 i 系统控剞层 h 2 4 5l 复 用 l 摄像头卜一 i i 视频奠碣卜 和 解 复 用 l 话胃卜 一 dl l语音壕码卜 图2 1 移动可视电话的工作原理 摄像头摄下来的模拟信号经加换转电路后成为数字信号 数字信号经过视 频编码或者语音编码后进行复用 复用后的数据通过3 g 网络传输到对等终端 之后 在对等终端以相反的方式进行解析并播放 移动可视电话既可以通过分组方式实现 也可以通过电路方式来实现 最初第 三代合作伙伴项目 t h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 3 g p p 和第三代合作 伙伴项目2 t h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t2 3 g p p 2 设想为一个全口 的解决方案 然而在现实中 p 协议无法实现3 g 多媒体功能 问题在于p 通信对 高比特误码率非常敏感 而在整个公用监察网络中这种高误码率很常见 1 8 1 因此目 前的移动可视电话业务都是基于电路域承载来实现 基于电路域可视电话移动网络 结构如图2 2 所示 6 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 图2 2t d 电路域可视电话网络结构图 移动可视电话最早以国际电信联盟电信远程通信标准化组织 t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o ro fi t u i t u t 的h 3 2 4 m 为标准 3 g p p 的3 g 3 2 4 m 是基于电路交换网的移动多媒体传统输协议簇例 由i t u t 的h 3 2 4 m 派 生而来 两个3 g 3 2 4 m 终端之间可视电话的可视通信结构如图2 3 所示 2 23 g 3 2 4 m 协议架构 图2 3 终端间连接结构图 3 g 一3 2 4 m 和h 3 2 4 m 的协议架构基本相同 但为了使3 g 3 2 4 m 更好地应用到 传输环境更差移动网络环境中 3 g 3 2 4 m 在h 3 2 4 m 基础上进行了适当的修改 3 g 3 2 4 m 包含若干子协议以实现通信双方数据的传输 3 g 3 2 4 m 协议架构如图2 4 所示 7 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 图2 4 可视电话终端协议总体架构 从图中可知 3 g 3 2 4 m 系统包括的协议有媒体格式协议 h 2 6 3 a m r 多 媒体通信控制协议 h 2 4 5 低比特率多媒体复用协议 h 2 2 3 以及为了保证h 2 4 5 协议正确传输的简单传输协议 n s p r 和控制信道分割重组层 c c s r l 协议 其中h 2 2 3 和h 2 4 5 是最基本的两个协议 中国移动要求媒体格式协议的视频编解 码必须支持h 2 6 3 语音编解码必须支持a m rn b a m rn a r r o w b a n d b 本文主要 研究可视电话的协议栈 媒体格式协议在此不作介绍 下面主要介绍可视电话协议 栈的两个最基本的协议h 2 4 5 和h 2 2 3 2 3 多媒体通信控制协议 h 2 4 5 主要用于3 g 3 2 4 m 终端间的端到端的控制信息的交互 以实现通信信道 的建立 维护和释放 h 2 4 5 控制信息由s r p n s r p 以及c c s r l 等协议提供可靠的 端到端通信 在易出错环境下保证了h 2 4 5 控制信息可靠传输 为了节省带宽 h 2 4 5 与对等层交互的控制信息都采取抽象语法符号标准编码 发送端把控制消息通过 a s n 1 语法规则编码成二进制数据流 之后通过移动无线网络传输到另一个终端 该终端利用a s n 1 语法把收到的数据流解析成h 2 4 5 控制消息阎 8 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 2 3 1 协议过程 通过呼叫信令程序建立c s 连接之后渊 h 2 4 5 呼叫控制协议就会在可视通话之 前交互支持的能力信息和申请打开逻辑信道 同时在可视通话过程中对信道进行管 理 h 2 4 5 定义了1 0 个信令实体分别来管理对应的1 0 个过程 有一些过程没有定义特 定的实体进行管理 所有过程都彼此独立 h 2 4 5 主要的过程如表2 1 所示 每一个 过程独自承载特定的功能 但是某一时刻不一定可以触发某一过程 如主从确认过 程还没有完成时 像逻辑信道打开过程则不能进行 因此h 2 4 5 需要对所有这此过程 进行有效的管理 确保流程的交互能够有序地进行 表2 1h 2 4 5 过程 是否定 h 2 4 5 过程功能描述 义实体 为了解决多个终端在同一呼叫过程中同时引发相似事件时会出现 资源冲突的问题 引入了主从决定过程 使用该过程可以将多方通 主从确认过程是 信中其中一个终端确定为主终端 m a s t e r 其他均被认为是从属 终端 s l a v e 通信各方交换各自所能接受和传输的信息类型 其中包括多路复用 能力交换过程 是 能力 视频能力 音频能力 数据应用能力 加密鉴别和完整性能 力 会议能力 复用流能力 复用有效载荷能力 前向纠错能力等 用于开通或关闭逻辑信道 逻辑信道是在两个端点间用于数据传输 逻辑信道过程 是 的通路 交换多路复用表信息 提供机制允许传输端指定并通知接收端接收 多路复用表协 是新的h 2 2 3 多路复用表条目 接收端也可以请求多路复用表条目的 商过程 再传输 使用这个命令 在会议中的任何时候 接收方可以请求变更传输模 式 假定这个模式是在发送端的传输能力范围之内 这里的传输 模式请求规程 否 模式包括视频模式 音频模式 数据模式 加密模式 h 2 3 5 模式 多路复用流模式等 确定环回时延 否 用来确定两个终端间的环路延迟 会议请求和响 否用于控制多点会议 如 密码请求 会议入座控制等 应 流控制命令 否 接收方为任意逻辑信道上的传输比特率固定一个上限 结束会话否 终端关闭所有逻辑信道 取消呼叫并告知呼叫结束 9 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 2 3 2 控制流程 iu e ai im g w is 鬻al f h l r a bi im g wl s 嚣bl i u i ii i 呼叫请求 s e t u p i t c f u d i 0 2 路由信息请求 r a h 2 2 3 h 2 4 5 l s r i b c n u n 3 漫游号码请求 p r n f b c m m 4 漫游号码响应 5 路由信息响应 p r na c k 6 呼叫处理中 s r i f b c m m 但c r a m 7 呼叫建立请jt t a m b c m m 8 寻呼 9 寻呼响应 l o 呼叫建立指示 i t c u d i o r a h 2 2 3 h 2 4 5 1 i1 呼叫确认 b c m m 1 4 振铃 h 2 铝 1 3 b i c ca c ld 饵c r a m 1 2 振铃 h 2 4 3 过程 1 6 b i c c n h l过程 1 5 呼叫连接 1 7 呼叫连接确认 1 8 呼叫连接指示 1 9 呼叫连接确认 爹 臻鬈鬻譬i 9 霉 7 i z 笺琴鼍 罗雾譬i 鼍虢秘立承 臻4 葛鬻黟 雾移譬雾登 锡 3 g 电路域可视电话通话过程 iil 鬃 璺笺j i j 爹覆魏誓 群露 i 拢玩嬲翅澄 i 鬻魏 i 嚣掌嚣二 镶 象荔溺 2 2 释放连接请求 2 3 释放连接诵求i a m b c m m 2 4 释放连接指示 2 5 释放莹接完成 2 6 释放连接指示 2 8 释放连接应答 2 7 释放连接确认 2 9 释放连接完成 图2 5 可视电话呼叫建立流程 移动可视电话与目前c s 业务 即语音通话 其实是一样的 只是移动可视电 话需要的带宽比c s 业务更大 可视电话业务的呼叫流程与c s 业务基本相同幽j 主叫方的3 g 3 2 4 m 终端手机发送s e t u p 消息通知m s c 请求建立可视电话业务 通过配置s e t u p 消息中的b ci e 承载控制消息单元 参数 请求建立一条6 4 k 透 明同步传输的信道 当呼叫建立协议成功接通物理通道后 开启h 2 4 5 控制信息的 交互 如 能力的交互 主从确认 逻辑信道申请 复用实体条目 m u l t i p l e xe n t r y m e 的协商等过程 通可视电话业务信道接通以后 开启语音和视频数据的传输 l o 重庆邮电大学硕士论文第二章可视电话协议栈的分析与研究 如图2 5 所示 能力交换流程 主从限定流程 打开多路 复用流程 打开逻辑 通道流程 关闭逻辑 通道流程 h 2 4 5 关闭流程 图2 6h 2 4 5 流程图 h 2 4 5 协议主要对可视电话的建立 维护和释放进行控制 其主要的控制流程 如图2 6 所示 从图中可知 h 2 4 5 对可视电话的控制可分为三个部分 第一部分是 建立h 2 4 5 通信通道的过程 主要包括能力交互过程 主从确认过程 打开逻辑通 道过程 打开多路复用过程 第二部分是维持可视电话通话所需要的辅助性控制过 重庆邮电大学硕士论文 第二章可视电话协议栈的分析与研究 程 如模式请求过程 确定回环时延过程等 第三部分是可视电话通信通道的关闭 过程 包括关闭逻辑信道过程 c l o s el 0 舀c a lc h a n n e ls i g n a l l i n gp r o e e a u r e