孫少鵬，趙旨忠

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

H.323協(xié)議是國(guó)際電信聯(lián)盟第16研究工作組于1996年提出了基于包交換網(wǎng)絡(luò)不保證服務(wù)質(zhì)量的多媒體會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)，是IP語(yǔ)音技術(shù)發(fā)展中的一塊里程碑，它一度得到了業(yè)界的廣泛接受，尤其在視頻會(huì)議領(lǐng)域有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用，研制生產(chǎn)和裝備了許多基于H.323協(xié)議的設(shè)備。SIP是IETF提出來(lái)的一個(gè)應(yīng)用控制(信令)協(xié)議，可用來(lái)創(chuàng)建、修改以及終結(jié)多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì)話進(jìn)程。參與會(huì)話的成員可以通過(guò)組播方式、單播連網(wǎng)或者兩者結(jié)合的形式進(jìn)行通信。SIP由于其簡(jiǎn)單易用、通用性好的特性被廣為使用，并被認(rèn)為是未來(lái)發(fā)展的主流協(xié)議。但是SIP也存在和目前已經(jīng)大量裝備的H.323裝備的互通(尤其是視頻方面的互通)難題。

Asterisk是一款實(shí)現(xiàn)IP-PBX功能的影響力最大的開(kāi)源軟件，它能夠提供完善的PBX功能，支持多種主流的VoIP協(xié)議和系統(tǒng)接口?？梢越柚浣鉀QSIP和H.323的視頻互通問(wèn)題。

1 Asterisk軟件

Asterisk是一種開(kāi)源、集中式語(yǔ)音平臺(tái)，首先設(shè)計(jì)運(yùn)行于Linux系統(tǒng)［1］。但是實(shí)際上要根據(jù)自身的需求，在Asterisk上定制開(kāi)發(fā)，才會(huì)真正達(dá)到所要的目標(biāo)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球在Asterisk上做開(kāi)發(fā)的公司應(yīng)該在1 000家以上，其開(kāi)源的代碼和開(kāi)放的架構(gòu)以及豐富的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，讓很多小廠家找到了可以做復(fù)雜業(yè)務(wù)的平臺(tái)［2］。

圖1所示為Asterisk的源碼目錄結(jié)構(gòu)(未列出config、sounds等配置和音頻等文件)。目錄結(jié)構(gòu)與軟件的一些功能相對(duì)應(yīng)。其中agi(Asterisk Gatewav Interface)目錄為外部程序提供了控制dialplan(撥號(hào)方案)的標(biāo)準(zhǔn)接口。通常AGI腳本用于復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯，數(shù)據(jù)庫(kù)連接以及存取其他外部資源;apps目錄包含了Asterisk的dialplan應(yīng)用函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，如回音echo，放音play以及呼叫dial等。這些應(yīng)用函數(shù)注冊(cè)到asterisk的核心模塊并完成預(yù)定操作;cdr目錄是指呼叫數(shù)據(jù)記錄(Call Data Record)，通過(guò)這部分可以將記錄存入不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)或CSV文本。如MYSQL或PGSQL等數(shù)據(jù)庫(kù);Channels目錄里面放置了通道驅(qū)動(dòng)(Channel Driver)，封裝了 SIP、H.323和IAX等協(xié)議，對(duì)應(yīng)的通道為chan_sip、chan_h323等。但是具體的channel接口定義在main文件夾中。所有的呼叫都是通過(guò)一種Channel呼入到asterisk的核心的。Codecs和formats目錄分別包含音頻、視頻編碼部分，其中音頻支持 ilbc、g.726、alaw、ulaw和speex等格式，還可以通過(guò)增加編解碼函數(shù)來(lái)增加Asterisk支持的編碼格式。視頻支持H.264、H.263、jpeg等視頻編碼格式;funcs目錄下封裝了一些數(shù)學(xué)、時(shí)間等函數(shù);include目錄下是Asterisk使用的頭文件;Main目錄是Asterisk的核心模塊，包含asterisk.c，pbx.c等核心文件;doc目錄包含一些txt使用說(shuō)明文檔;utils目錄下包含了一些靜音、短消息等常用功能;另外，還包含Addon目錄之下存儲(chǔ)的一些附加功能如其中ooh323協(xié)議棧用于取代了之前使用的oh323等協(xié)議棧。

圖1 Asterisk的目錄結(jié)構(gòu)圖

Asterisk的功能劃分為內(nèi)部核心和外圍動(dòng)態(tài)可加載模塊。內(nèi)部核心包括的模塊是:PBX交換核心、調(diào)度與I/O管理、應(yīng)用調(diào)用器、編解碼轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)模塊裝載和CDR核心組成。

外圍動(dòng)態(tài)可加載模塊包括以 App_開(kāi)始的Applications、以 unc_開(kāi)始的 Functions、以 res_開(kāi)始的Resources、以 chan_開(kāi)始的 Channels和以 codec_開(kāi)始的Codec編解碼模塊等。

2 協(xié)議介紹

H.323協(xié)議是國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union，ITU)第16研究工作組于1996年提出的基于包交換網(wǎng)絡(luò)不保證服務(wù)質(zhì)量的多媒體會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)［3］，是IP語(yǔ)音技術(shù)發(fā)展中的重要里程碑，它得到了業(yè)界的廣泛接受并曾獲得過(guò)廣泛的應(yīng)用。

H.323協(xié)議是一個(gè)協(xié)議簇，其中包括有H.323、H.225.0、H.245、H.450 和 RTP/RTCP(使用 IETF的定義)等協(xié)議［3］。具體完成:協(xié)議消息的接收與發(fā)送;協(xié)議消息的ASN.1編解碼;消息中關(guān)鍵信息的提取和存儲(chǔ);H.245協(xié)商狀態(tài)機(jī)處理;H.450.x系列業(yè)務(wù)流程處理等。H.323協(xié)議層向業(yè)務(wù)層提供與上述處理相關(guān)的服務(wù)。

H.323業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)H.323系統(tǒng)的初始化、呼叫事件的接收、各種任務(wù)的調(diào)度以及基于用戶自定義的呼叫流程控制任務(wù)等，包括一系列完成具體呼叫流程的子狀態(tài)機(jī)，分別完成用戶輸入號(hào)碼、用戶認(rèn)證、地址解析、呼叫建立、通話質(zhì)量管理、話路釋放以及各種補(bǔ)充業(yè)務(wù)等處理流程的具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)于各業(yè)務(wù)流程中與H.323相關(guān)的消息處理和過(guò)程，業(yè)務(wù)層將請(qǐng)求其下的協(xié)議層提供具體服務(wù)。

SIP協(xié)議是由IETF提出來(lái)的一個(gè)應(yīng)用控制協(xié)議。用來(lái)創(chuàng)建、修改以及終結(jié)多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì)話進(jìn)程［4］。參與會(huì)話的成員可以通過(guò)組播方式、單播連網(wǎng)或者兩者結(jié)合的形式進(jìn)行通信。

SIP協(xié)議借鑒了 HTTP、SMTP等協(xié)議，支持代理、重定向和登記定位用戶等功能，支持用戶移動(dòng)，與 RTP/RTCP(Real-time Transport Protocol)、SDP(Session Description Protocol)和RTSP(Real Time Streaming Protocol)等協(xié)議配合，支持話音、視頻、數(shù)據(jù)、Email、呈現(xiàn)、IM 和 Chat等應(yīng)用。

根據(jù)RFC3261定義，SIP應(yīng)用有如下幾個(gè)功能實(shí)體，不同的功能實(shí)體組成全部的SIP應(yīng)用。

userAgentclient:發(fā)起請(qǐng)求的邏輯實(shí)體。

userAgentserver:接收請(qǐng)求的邏輯實(shí)體。

proxyserver:代表客戶端轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求或響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，包括路由、呼叫控制、業(yè)務(wù)提供和計(jì)費(fèi)認(rèn)證授權(quán)等。

RedirectServer:將請(qǐng)求中的地址映射為零個(gè)或多個(gè)新的地址返回給客戶端，完成路由功能。

Registerserver:接收注冊(cè)請(qǐng)求，提供定位服務(wù)。

3 視頻網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

SIP/H.323視頻網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)SIP和H.323信令之間的互通的功能實(shí)體，作為H.323用戶端點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)H.323信令的呼叫發(fā)起和終結(jié)，并能夠完成到網(wǎng)守的注冊(cè)，將SIP域的號(hào)碼注冊(cè)到網(wǎng)守，使網(wǎng)守路由呼叫時(shí)將到SIP域的呼叫路由到視頻網(wǎng)關(guān)。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)也能夠作為一個(gè)SIP終端設(shè)備能夠發(fā)起和終結(jié)SIP呼叫。總之，網(wǎng)關(guān)需要完成SIP和H.323系統(tǒng)之間信令轉(zhuǎn)換、媒體協(xié)商和媒體流轉(zhuǎn)發(fā)等主要功能。

如圖2所示，SIP/H.323視頻網(wǎng)關(guān)位于SIP網(wǎng)和H.323網(wǎng)之間，完成H.323音頻/視頻電話與SIP音頻/視頻電話的互通功能。由于Astersik軟件支持SIP的視頻呼叫但是不能支持H.323系統(tǒng)的視頻呼叫，因此需要修改的主要是H.323通道的視頻支持。

圖2 視頻網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如前所述，Asterisk軟件中對(duì)各種協(xié)議的支持全部放置在Channels目錄下，其中包含了通道驅(qū)動(dòng)(Channel Driver)，封裝了 SIP、H.323和 IAX等協(xié)議，對(duì)應(yīng)的通道為 chan_sip、chan_h323等。目前H.323協(xié)議的通道已經(jīng)放棄了chan_h323及oh323等通道，而是選用OOH323模塊，其位于Asterisk軟件的Addon目錄下，該通道基于Objective公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)源H.323協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議棧h323目錄下存放的是根據(jù)asn.1編碼編譯而成的c代碼用于asn.1的封裝。Src目錄下包含了協(xié)議棧的消息及狀態(tài)處理等c文件。

根據(jù)增加視頻功能的需求修改OOH323通道時(shí)需要給通道增加如下的能力:

①視頻能力協(xié)商的支持，H.245進(jìn)行能力協(xié)商時(shí)，需要增加本地視頻能力的支持聲明;

②媒體中的視頻通道;

③呼叫接通后對(duì)視頻包的正確轉(zhuǎn)發(fā);

④保留對(duì)音頻通話的正確支持;

⑤呼叫請(qǐng)求信令中將呼叫類型改為從音頻呼叫改為視頻呼叫。

如圖3所示，表示H.323終端設(shè)備發(fā)起的呼叫流程［6］，在發(fā)起呼叫之前的初始化過(guò)程中網(wǎng)關(guān)設(shè)定了默認(rèn)的音頻和視頻編碼支持類型。呼叫流程［2，3］為:

①H.323端點(diǎn)發(fā)起Setup消息;

②視頻網(wǎng)關(guān)收到Setup后向H.323系統(tǒng)的網(wǎng)守發(fā)送ARQ消息并接收ACF消息用于確認(rèn)呼叫的合法性;

③網(wǎng)關(guān)向SIP終端設(shè)備發(fā)送攜帶默認(rèn)視頻及音頻編碼支持類型的INVITE消息;

④網(wǎng)關(guān)收到SIP終端的100 TRYING消息后向H.323端點(diǎn)設(shè)備回復(fù)Call proceeding消息;

⑤網(wǎng)關(guān)收到SIP終端設(shè)備的180 RINGING消息后向H.323端點(diǎn)發(fā)送Alerting消息表示被叫設(shè)備振鈴;

⑥隨后網(wǎng)關(guān)與H.323終端進(jìn)行主從決定、能力協(xié)商及打開(kāi)邏輯通道等過(guò)程［5］，該過(guò)程在H.323的第4版之后在Connect之前可完成;

⑦SIP終端用戶摘機(jī)，SIP終端發(fā)送200 OK消息到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)發(fā)送Connect消息到H.323端點(diǎn)設(shè)備并回復(fù)ACK到SIP終端，同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行媒體流的雙向轉(zhuǎn)發(fā)，包括視頻和音頻流2個(gè)通道。

SIP側(cè)發(fā)起視頻互通呼叫流程如圖4所示。

圖3 H323側(cè)發(fā)起視頻互通呼叫流程

在完成呼叫信令和H.245d主從決定、能力協(xié)商及打開(kāi)邏輯通道等過(guò)程后，開(kāi)始進(jìn)行媒體流的雙向轉(zhuǎn)發(fā)，包括視頻和音頻流2個(gè)通道。在Asterisk軟件中需要設(shè)置視頻為轉(zhuǎn)發(fā)模式，網(wǎng)關(guān)將雙方視頻包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)完成視頻互通。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了Asterisk軟件及特點(diǎn)，給出了SIP和H.323協(xié)議的簡(jiǎn)單說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上提出了使用Asterisk實(shí)現(xiàn)音視頻通話互通的流程和方法。按照以上方法，經(jīng)過(guò)編寫(xiě)、調(diào)試的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試過(guò)程，最終網(wǎng)關(guān)在實(shí)際使用中能夠準(zhǔn)確完成H.323會(huì)議系統(tǒng)和SIP終端之間的互聯(lián)互通，互通雙方畫(huà)面流暢、聲音清晰。并且呼叫建立和拆除過(guò)程迅速、利落。證明本文提出的SIP和H.323協(xié)議解決方案正確、高效，能夠滿足音視頻的實(shí)際互通要求，并且該方法基于現(xiàn)有成熟軟件，其系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，且需修改部分的工作量較小，因此該方法具有相當(dāng)高的工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

［1］ MEGGELEN J V，MADSEN L，ASTERISK J S.The Future of Telephony(第2版)［M］.O’Reilly Media，Inc，2007.

［2］李紅偉.基于Asterisk網(wǎng)關(guān)的研究［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2010.

［3］ ITU-T，H.323v7:Packet-based Multimedia Communications Systems［S］，2009.

［4］ IETF， RFC3261， SIP:Session Initiation Protocol［S］，2002.

［5］ ITU-T，H.225.0v7:Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for Packet-based Multimedia Communication Systems［S］，2009.

［6］張智江，張?jiān)朴?，劉韻?SIP協(xié)議及其應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.