中國電信集團(tuán)北京研究院 強(qiáng)磊
摘要：本文通過對個人多媒體終端的能力要求和SIP協(xié)議的介紹，以及個人多媒體終端上支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)流程，闡述了如何通過SIP協(xié)議在個人多媒體終端上支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)。
關(guān)鍵詞：SIP 個人多媒體終端 寬帶流媒體業(yè)務(wù)
一、引言
在個人多媒體終端上實現(xiàn)如視頻點播（VOD）、高清晰電視（HDTV）、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等寬帶流媒體業(yè)務(wù)是一件非常吸引人的事情。基于SIP協(xié)議實現(xiàn)的個人多媒體終端，可以較好地與寬帶流媒體業(yè)務(wù)平臺連接以實現(xiàn)上述業(yè)務(wù)。
二、個人多媒體終端支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)
用戶要使用寬帶流媒體的服務(wù)內(nèi)容就必須使用終端設(shè)備來接收流媒體。目前，終端設(shè)備主要可分為兩大類：一類是PC個人電腦結(jié)合媒體播放軟件而成的軟終端；另一類是由專業(yè)硬件芯片制成的個人多媒體終端。前者以其功能強(qiáng)大、實現(xiàn)簡單而成為目前支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的主要終端設(shè)備。但隨著用戶需求的發(fā)展，更需要在傳統(tǒng)固定電話和移動電話上支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)，以達(dá)到支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)終端的可移動性、易操作性和目的專一性。然而，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，這種需求已逐漸被滿足，支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的終端通過智能電話的形式來實現(xiàn)，已經(jīng)沒有太多的技術(shù)難點。因此，探討如何在個人多媒體終端上支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)，就成為一個非常重要和有價值的課題。
支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的個人多媒體終端可以從以下幾個方面概括：
（1）它是一部功能強(qiáng)大的電話終端，能夠支持目前普通POTS電話終端或移動電話終端的基本業(yè)務(wù)他大部分的補(bǔ)充業(yè)務(wù)，例如振鈴、播放回鈴音、忙音、DTMF等信號音。
（2）為了支持寬帶流媒體，它必須具有編解碼功能，特別是解碼功能，才能對所接收的流媒體進(jìn)行解碼，從而實時播放。由于要考慮到個人多媒體終端的性能一般都沒有PC機(jī)強(qiáng)大，因而為了保證解碼的速度，解碼功能一部分可以由專業(yè)的DSP（數(shù)字信號處理）芯片完成，例如可在個人多媒體終端中集成可以對MPEG4、MP3、REAL等的解碼芯片。除了這些專業(yè)解碼芯片外，個人多媒體終端為了支持基本的VOIP語音通話，還必須具備支持語音編碼（如G.711，G.729，G.723.1算法）的編碼與解碼硬件DSP芯片或軟件包。
（3）為了能夠緩存所要播放的媒體流，個人多媒體終端必須具備較大的存儲空間，一般來說，至少具有16M的內(nèi)存空間。
（4）為了能夠運(yùn)行個人多媒體終端內(nèi)的各種協(xié)議棧和軟件包，終端必須具備功能比較強(qiáng)大的專業(yè)嵌入式CPU，并且為了有效統(tǒng)一地管理各種軟硬件資源，建議在個人多媒體終端內(nèi)配備嵌入式操作系統(tǒng)。
（5）個人多媒體終端還需要具備相關(guān)的視、音頻播放裝置，例如彩色液晶屏等。
（6）為了能夠支持寬帶傳輸，個人多媒體終端還需要配備高速以太網(wǎng)接口，如100M或1000M的網(wǎng)口。
（7）為了支持流媒體的接收，個人多媒體終端還必須具備基本的TCP/IP協(xié)議棧，傳輸流媒體的實時傳輸協(xié)議，如RTP、RTCP、RTSP等。終端為了能夠與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行協(xié)商，從而建立會話，還必須支持SIP、H.323或MGCP信令控制協(xié)議。除此之外，智能電話還有可能需要支持HTTP、RADIUS等相關(guān)協(xié)議。
具備上述要素的終端設(shè)備就可以基本支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)。這種支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的終端可以向?qū)拵Я髅襟w應(yīng)用系統(tǒng)提出媒體播放請求，寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)立即將所請求媒體實時傳輸?shù)絺�人多媒體終端的播放緩沖區(qū)中，智能電話的解碼播放系統(tǒng)再將緩沖區(qū)中的媒體數(shù)據(jù)流解碼，然后在視、音頻播放裝置上播出。
三、用于個人多媒體終端的SIP協(xié)議
個人多媒體終端必須支持SIP、H.323或MGCP等信令控制協(xié)議。在這些協(xié)議中，SIP協(xié)議以其自身具備的諸多優(yōu)點成為終端IP信令控制協(xié)議中的首選。本文所描述的支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的個人多媒體終端就將SIP作為其必備協(xié)議。
SIP（Session Initiation Protocol，會話發(fā)起協(xié)議）是由IETF提出的IP電話信令協(xié)議，其主要目的是為了解決IP網(wǎng)中的信令控制，從而構(gòu)成新一代的通信平臺。在使用全I(xiàn)P技術(shù)的時代，利用SIP技術(shù)可以實現(xiàn)大量的新應(yīng)用，寬帶流媒體業(yè)務(wù)就是這些新應(yīng)用之一。
SIP協(xié)議用于控制互聯(lián)網(wǎng)或者其它網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備初始化、管理和終止的交互式會話進(jìn)程，包括語音和整個IP網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的內(nèi)容。它能方便地實現(xiàn)多個用戶終端的多媒體會話的建立和終結(jié)，并能動態(tài)調(diào)整和修改會話屬性，如會話帶寬要求、傳輸?shù)拿襟w類型（語音、視頻和數(shù)據(jù)等）、媒體的編解碼格式、對組播和單播的支持等。
SIP協(xié)議通俗地說是進(jìn)行“連接”、“斷開連接”等各種控制的協(xié)議，安裝在與IP網(wǎng)相連的電話機(jī)和作為電話網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)中介的網(wǎng)關(guān)等機(jī)器上。從技術(shù)上看，SIP是與WWW自動檢索中使用的HTTP相似的協(xié)議，在不進(jìn)行接收確認(rèn)的UDP和進(jìn)行接收確認(rèn)的TCP協(xié)議中都可使用。SIP協(xié)議的處理采用了每臺設(shè)備都可進(jìn)行協(xié)議處理的負(fù)載均衡體系。在設(shè)計上，SIP充分考慮了對其他協(xié)議的擴(kuò)展適應(yīng)性，它支持許多種地址描述和尋址，包括： 用戶名@主機(jī)地址、被叫號碼@PSTN網(wǎng)關(guān)地址和普通電話號碼的描述等。SIP主叫按照被叫地址可以識別出被叫是否連接在與某一網(wǎng)關(guān)相連的傳統(tǒng)電話網(wǎng)上，然后通過相連的網(wǎng)關(guān)發(fā)起被叫，并建立呼叫。
SIP協(xié)議借鑒了其他Internet標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的設(shè)計思想，優(yōu)點如下：
(1)它是基于文本的協(xié)議，而H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的二進(jìn)制方法表示其消息。因此，SIP對以文本形式表示的消息在詞法和語法分析上就比較簡單。
(2)SIP會話請求過程和媒體協(xié)商過程等是一起進(jìn)行的，呼叫建立時間短。在H.323中，呼叫建立過程和進(jìn)行媒體參數(shù)等協(xié)商的信令控制過程是分開進(jìn)行的，因此呼叫建立時間長。
(3)H.323為實現(xiàn)補(bǔ)充業(yè)務(wù)定義了專門的協(xié)議，如H.450.1、H.450.2和H.450.3等，而SIP只要充分利用已定義的頭域，必要時對頭域進(jìn)行簡單擴(kuò)展就能很方便地支持補(bǔ)充業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)。
(4)H.323進(jìn)行集中、層次式控制，雖然集中控制便于管理（如便于計費和帶寬管理等），但當(dāng)用于控制大型會議電話時，H.323中執(zhí)行會議控制功能的多點控制單元很可能成為瓶頸。SIP類似于其他的Internet協(xié)議，在設(shè)計上就為分布式的呼叫模型服務(wù)，具有分布式的組播功能。
四、個人多媒體終端上寬帶流媒體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)
在個人多媒體終端上支持寬帶流媒體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。個人多媒體終端與寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)之間有兩個接口，一個是通過SIP代理服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器之間實現(xiàn)IP信令交互，從而建立媒體流會話的SIP協(xié)議接口；另一個是在個人多媒體終端與寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)中，緩沖區(qū)代理或媒體服務(wù)器之間建立的RTP媒體流傳輸接口。個人多媒體終端通過上述兩個IP信令控制與媒體流傳輸接口和寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)交互，從而在終端上實現(xiàn)寬帶流媒體業(yè)務(wù)。
五、個人多媒體終端上流媒體業(yè)務(wù)實現(xiàn)流程
個人多媒體終端為實現(xiàn)寬帶流媒體業(yè)務(wù)與寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)之間的詳細(xì)。它主要包括三個階段的交互：(1)HTTP鑒權(quán)與業(yè)務(wù)請求階段；(2)個人多媒體終端與服務(wù)器間媒體能力協(xié)商和會話建立交互階段；(3)RTSP控制/RTP傳輸階段。在這個流程中，為了強(qiáng)調(diào)智能電話終端與寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)之間的交互，因而對寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部各功能服務(wù)器之間的交互流程有所忽略。
(1)用戶通過寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)中用戶管理模塊所包含的門戶網(wǎng)站，來瀏覽流媒體內(nèi)容目錄Web頁面，從而選定某個應(yīng)用，然后用戶輸入認(rèn)證的用戶名、密碼通過HTTP或其它協(xié)議提交給應(yīng)用服務(wù)器。
(2)用戶管理模塊將上述認(rèn)證信息交給認(rèn)證授權(quán)模塊進(jìn)行認(rèn)證。
(3)用戶管理模塊將認(rèn)證/授權(quán)的結(jié)果以HTTP或其它協(xié)議的形式返回給用戶，同時更新用戶數(shù)據(jù)庫。
(4)如果用戶通過了認(rèn)證，則證明他是合法用戶，從而進(jìn)行用戶授權(quán)。用戶輸入用戶名、密碼后通過HTTP或其它協(xié)議提交給用戶管理模塊。
(5)用戶管理模塊將這些信息傳送給認(rèn)證授權(quán)模塊進(jìn)行授權(quán)驗證，如果用戶通過授權(quán)，用戶管理模塊則會為他分配一個有時效性的臨時用戶ID，用戶管理模塊會將該用戶ID通知給應(yīng)用服務(wù)器。
(6)用戶管理模塊通過HTTP或其它協(xié)議將該授權(quán)結(jié)果返回給個人多媒體終端。如果授權(quán)成功，在這個結(jié)果中還包括用戶即將與之交互的應(yīng)用服務(wù)器URL地址和有時效性的臨時用戶ID。
(7)如果上述兩步HTTP認(rèn)證與授權(quán)都通過后，則進(jìn)入SIP協(xié)議雙方能力協(xié)商和會話建立階段。個人多媒體終端根據(jù)得到的應(yīng)用服務(wù)器URL地址向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出INVITE請求，在INVITE請求中用SDP協(xié)議描述了智能電話終端用于建立RTP連接的資源信息，例如地址信息、支持的視音頻類型、采樣率等。同時，該INVITE請求中的Authorization頭域中包含了經(jīng)過加密的臨時用戶ID，它被應(yīng)用服務(wù)器用來驗證該用戶的真實性。
(8)應(yīng)用服務(wù)器向個人多媒體終端發(fā)送100 TRYING響應(yīng)；表示由終端發(fā)送來的INVITE請求正在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部處理。
(9)寬帶流媒體應(yīng)用系統(tǒng)對INVITE請求進(jìn)行一系列的處理。這些處理包括：內(nèi)容分發(fā)管理器根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的要求，并結(jié)合訪問用戶的地址信息，選擇特定緩沖區(qū)代理作為本內(nèi)容緩沖的站點，并將本內(nèi)容分發(fā)到該緩沖區(qū)代理中。內(nèi)容分發(fā)管理器把所選擇的緩沖區(qū)代理的地址及用于建立RTP連接的端口資源信息發(fā)給應(yīng)用服務(wù)器。
(10)應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)所選擇的緩沖區(qū)代理的地址及用于建立RTP連接的端口資源能力信息組裝200 OK響應(yīng)發(fā)送給個人多媒體終端。
(11)智能電話終端發(fā)送ACK確認(rèn)消息。
(12)應(yīng)用服務(wù)器接收到ACK確認(rèn)消息后，通知所選擇的緩沖區(qū)代理按照與終端協(xié)商好的能力要求準(zhǔn)備資源，等待與個人多媒體終端建立RTSP控制連接和RTP傳輸連接，同時通知記費服務(wù)器開始記費。
(13)RTSP控制與RTP傳輸階段。
(14)智能電話終端發(fā)送BYE請求以停止流媒體服務(wù)，終止會話。在此之前，需要斷開RTSP連接。
(15)應(yīng)用服務(wù)器向終端發(fā)送BYE請求的200 OK響應(yīng)消息，表示確認(rèn)停止服務(wù)。在詞法和語法分析上就比較簡單。
