宽带流媒体在个人多媒体终端的实现

中国电信集团北京研究院 强磊

　　摘要：本文通过对个人多媒体终端的能力要求和SIP协议的介绍，以及个人多媒体终端上支持宽带流媒体业务的实现结构和实现流程，阐述了如何通过SIP协议在个人多媒体终端上支持宽带流媒体业务。

　　关键词：SIP　个人多媒体终端　宽带流媒体业务

一、引言

　　在个人多媒体终端上实现如视频点播（VOD）、高清晰电视（HDTV）、远程教学、远程医疗等宽带流媒体业务是一件非常吸引人的事情。基于SIP协议实现的个人多媒体终端，可以较好地与宽带流媒体业务平台连接以实现上述业务。

二、个人多媒体终端支持宽带流媒体业务

　　用户要使用宽带流媒体的服务内容就必须使用终端设备来接收流媒体。目前，终端设备主要可分为两大类：一类是PC个人电脑结合媒体播放软件而成的软终端；另一类是由专业硬件芯片制成的个人多媒体终端。前者以其功能强大、实现简单而成为目前支持宽带流媒体业务的主要终端设备。但随着用户需求的发展，更需要在传统固定电话和移动电话上支持宽带流媒体业务，以达到支持宽带流媒体业务终端的可移动性、易操作性和目的专一性。然而，随着芯片技术的发展，这种需求已逐渐被满足，支持宽带流媒体业务的终端通过智能电话的形式来实现，已经没有太多的技术难点。因此，探讨如何在个人多媒体终端上支持宽带流媒体业务，就成为一个非常重要和有价值的课题。

支持宽带流媒体业务的个人多媒体终端可以从以下几个方面概括：

　　（1）它是一部功能强大的电话终端，能够支持目前普通POTS电话终端或移动电话终端的基本业务他大部分的补充业务，例如振铃、播放回铃音、忙音、DTMF等信号音。

　　（2）为了支持宽带流媒体，它必须具有编解码功能，特别是解码功能，才能对所接收的流媒体进行解码，从而实时播放。由于要考虑到个人多媒体终端的性能一般都没有PC机强大，因而为了保证解码的速度，解码功能一部分可以由专业的DSP（数字信号处理）芯片完成，例如可在个人多媒体终端中集成可以对MPEG4、MP3、REAL等的解码芯片。除了这些专业解码芯片外，个人多媒体终端为了支持基本的VOIP语音通话，还必须具备支持语音编码（如G.711，G.729，G.723.1算法）的编码与解码硬件DSP芯片或软件包。

　　（3）为了能够缓存所要播放的媒体流，个人多媒体终端必须具备较大的存储空间，一般来说，至少具有16M的内存空间。

　　（4）为了能够运行个人多媒体终端内的各种协议栈和软件包，终端必须具备功能比较强大的专业嵌入式CPU，并且为了有效统一地管理各种软硬件资源，建议在个人多媒体终端内配备嵌入式操作系统。

　　（5）个人多媒体终端还需要具备相关的视、音频播放装置，例如彩色液晶屏等。

　　（6）为了能够支持宽带传输，个人多媒体终端还需要配备高速以太网接口，如100M或1000M的网口。

　　（7）为了支持流媒体的接收，个人多媒体终端还必须具备基本的TCP/IP协议栈，传输流媒体的实时传输协议，如RTP、RTCP、RTSP等。终端为了能够与应用服务器进行协商，从而建立会话，还必须支持SIP、H.323或MGCP信令控制协议。除此之外，智能电话还有可能需要支持HTTP、RADIUS等相关协议。

　　具备上述要素的终端设备就可以基本支持宽带流媒体业务。这种支持宽带流媒体业务的终端可以向宽带流媒体应用系统提出媒体播放请求，宽带流媒体应用系统立即将所请求媒体实时传输到个人多媒体终端的播放缓冲区中，智能电话的解码播放系统再将缓冲区中的媒体数据流解码，然后在视、音频播放装置上播出。

三、用于个人多媒体终端的SIP协议

　　个人多媒体终端必须支持SIP、H.323或MGCP等信令控制协议。在这些协议中，SIP协议以其自身具备的诸多优点成为终端IP信令控制协议中的首选。本文所描述的支持宽带流媒体业务的个人多媒体终端就将SIP作为其必备协议。

　　SIP（Session Initiation Protocol，会话发起协议）是由IETF提出的IP电话信令协议，其主要目的是为了解决IP网中的信令控制，从而构成新一代的通信平台。在使用全IP技术的时代，利用SIP技术可以实现大量的新应用，宽带流媒体业务就是这些新应用之一。

　　SIP协议用于控制互联网或者其它网络上的设备初始化、管理和终止的交互式会话进程，包括语音和整个IP网络有关的内容。它能方便地实现多个用户终端的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体类型（语音、视频和数据等）、媒体的编解码格式、对组播和单播的支持等。

　　SIP协议通俗地说是进行“连接”、“断开连接”等各种控制的协议，安装在与IP网相连的电话机和作为电话网和IP网络中介的网关等机器上。从技术上看，SIP是与WWW自动检索中使用的HTTP相似的协议，在不进行接收确认的UDP和进行接收确认的TCP协议中都可使用。SIP协议的处理采用了每台设备都可进行协议处理的负载均衡体系。在设计上，SIP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@主机地址、被叫号码@PSTN网关地址和普通电话号码的描述等。SIP主叫按照被叫地址可以识别出被叫是否连接在与某一网关相连的传统电话网上，然后通过相连的网关发起被叫，并建立呼叫。

　　SIP协议借鉴了其他Internet标准和协议的设计思想，优点如下：

　　(1)它是基于文本的协议，而H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。因此，SIP对以文本形式表示的消息在词法和语法分析上就比较简单。

　　(2)SIP会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，呼叫建立时间短。在H.323中，呼叫建立过程和进行媒体参数等协商的信令控制过程是分开进行的，因此呼叫建立时间长。

　　(3)H.323为实现补充业务定义了专门的协议，如H.450.1、H.450.2和H.450.3等，而SIP只要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能很方便地支持补充业务或智能业务。

　　(4)H.323进行集中、层次式控制，虽然集中控制便于管理（如便于计费和带宽管理等），但当用于控制大型会议电话时，H.323中执行会议控制功能的多点控制单元很可能成为瓶颈。SIP类似于其他的Internet协议，在设计上就为分布式的呼叫模型服务，具有分布式的组播功能。

四、个人多媒体终端上宽带流媒体实现结构

　　在个人多媒体终端上支持宽带流媒体业务的实现结构。个人多媒体终端与宽带流媒体应用系统之间有两个接口，一个是通过SIP代理服务器与应用服务器之间实现IP信令交互，从而建立媒体流会话的SIP协议接口；另一个是在个人多媒体终端与宽带流媒体应用系统中，缓冲区代理或媒体服务器之间建立的RTP媒体流传输接口。个人多媒体终端通过上述两个IP信令控制与媒体流传输接口和宽带流媒体应用系统交互，从而在终端上实现宽带流媒体业务。

五、个人多媒体终端上流媒体业务实现流程

　　个人多媒体终端为实现宽带流媒体业务与宽带流媒体应用系统之间的详细。它主要包括三个阶段的交互：(1)HTTP鉴权与业务请求阶段；(2)个人多媒体终端与服务器间媒体能力协商和会话建立交互阶段；(3)RTSP控制/RTP传输阶段。在这个流程中，为了强调智能电话终端与宽带流媒体应用系统之间的交互，因而对宽带流媒体应用系统内部各功能服务器之间的交互流程有所忽略。

　　(1)用户通过宽带流媒体应用系统中用户管理模块所包含的门户网站，来浏览流媒体内容目录Web页面，从而选定某个应用，然后用户输入认证的用户名、密码通过HTTP或其它协议提交给应用服务器。

　　(2)用户管理模块将上述认证信息交给认证授权模块进行认证。

　　(3)用户管理模块将认证/授权的结果以HTTP或其它协议的形式返回给用户，同时更新用户数据库。

　　(4)如果用户通过了认证，则证明他是合法用户，从而进行用户授权。用户输入用户名、密码后通过HTTP或其它协议提交给用户管理模块。

　　(5)用户管理模块将这些信息传送给认证授权模块进行授权验证，如果用户通过授权，用户管理模块则会为他分配一个有时效性的临时用户ID，用户管理模块会将该用户ID通知给应用服务器。

　　(6)用户管理模块通过HTTP或其它协议将该授权结果返回给个人多媒体终端。如果授权成功，在这个结果中还包括用户即将与之交互的应用服务器URL地址和有时效性的临时用户ID。

　　(7)如果上述两步HTTP认证与授权都通过后，则进入SIP协议双方能力协商和会话建立阶段。个人多媒体终端根据得到的应用服务器URL地址向应用服务器发出INVITE请求，在INVITE请求中用SDP协议描述了智能电话终端用于建立RTP连接的资源信息，例如地址信息、支持的视音频类型、采样率等。同时，该INVITE请求中的Authorization头域中包含了经过加密的临时用户ID，它被应用服务器用来验证该用户的真实性。

　　(8)应用服务器向个人多媒体终端发送100 TRYING响应；表示由终端发送来的INVITE请求正在应用系统内部处理。

　　(9)宽带流媒体应用系统对INVITE请求进行一系列的处理。这些处理包括：内容分发管理器根据应用服务器的要求，并结合访问用户的地址信息，选择特定缓冲区代理作为本内容缓冲的站点，并将本内容分发到该缓冲区代理中。内容分发管理器把所选择的缓冲区代理的地址及用于建立RTP连接的端口资源信息发给应用服务器。

　　(10)应用服务器根据所选择的缓冲区代理的地址及用于建立RTP连接的端口资源能力信息组装200 OK响应发送给个人多媒体终端。

　　(11)智能电话终端发送ACK确认消息。

　　(12)应用服务器接收到ACK确认消息后，通知所选择的缓冲区代理按照与终端协商好的能力要求准备资源，等待与个人多媒体终端建立RTSP控制连接和RTP传输连接，同时通知记费服务器开始记费。

　　(13)RTSP控制与RTP传输阶段。

　　(14)智能电话终端发送BYE请求以停止流媒体服务，终止会话。在此之前，需要断开RTSP连接。

　　(15)应用服务器向终端发送BYE请求的200 OK响应消息，表示确认停止服务。

摘自　网络世界