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【醫(yī)療呼叫對講系統(tǒng)廠家】基于Android的VoIP系統(tǒng)實現(xiàn)原理

2023-10-21 09:33

　　VoIP(Voice over Internet Protocol)即首先數(shù)字化語音信號并壓縮成幀，轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，以此完成語音通話的業(yè)務(wù)，是一種利用IP協(xié)議傳輸語音數(shù)據(jù)的、新興的通信技術(shù)。

　　隨著我國三網(wǎng)融合的推進(jìn)，VoIP與IPTV(Interactive Personality TV)一起成為這一龐大工程的重要標(biāo)志。而目前手機(jī)中，VoIP的解決方案并不是很多，特別是在Google公司推出的開源操作系統(tǒng)Android中。盡管該系統(tǒng)推出時間不長，憑借強(qiáng)大的功能、良好的界面、廣泛的商業(yè)支持，為用戶帶來很好的體驗，成為2010年最熱門且發(fā)展最快的手機(jī)操作系統(tǒng)。因此，兩者的結(jié)合，將是未來的發(fā)展趨勢。本文提出一種基于PJSIP協(xié)議棧的解決方案，通過Android本地開發(fā)工具(NDK)，實現(xiàn)一個高效、穩(wěn)定且功能強(qiáng)大的VoIP系統(tǒng)，具有較高的參考和實用價值。

 VoIP設(shè)計方案

設(shè)計目標(biāo)

　　本方案所設(shè)計的系統(tǒng)包含以下功能：首先，完成用戶終端(如手機(jī))中語音數(shù)據(jù)的采集與編碼，并通過RTP(實時傳輸協(xié)議)/RTCP(RTP傳輸控制協(xié)議)進(jìn)行傳輸和控制;其次，完成會話的控制，包括會話的注冊、發(fā)起、維護(hù)與結(jié)束、注銷等;再次，作為一個應(yīng)用程序，必須實現(xiàn)一個良好的界面，與用戶交互;最后，作為一個開放系統(tǒng)，需具有良好的可擴(kuò)展性。

總體設(shè)計

　　本方案基本上符合Android的NDK框架的開發(fā)規(guī)范，將系統(tǒng)分為4層，如圖1所示。最上層為應(yīng)用層，該層將在Android SDK的框架內(nèi)，采用Java語言來實現(xiàn);第二層為JNI層，SIP協(xié)議棧有很多種實現(xiàn)，其中，采用C語言的SIP協(xié)議棧在效率、速度、系統(tǒng)占用方面有著超越其他庫(如Java協(xié)議棧)的優(yōu)勢，因此，該方案將在第三層采用純C語言實現(xiàn)的PJSIP協(xié)議棧。為了讓Java應(yīng)用層能調(diào)用協(xié)議棧層，在兩層之間需要一個銜接的橋梁，這就是JNI層。最后一層是驅(qū)動層，這部分一般是由手機(jī)廠商來實現(xiàn)的，本文將不做重點介紹。

 VoIP的具體實現(xiàn)

  • 　　這里將實現(xiàn)一個完整的VoIP系統(tǒng)，包括協(xié)議棧的實現(xiàn)、JNI的編寫以及上層UI的設(shè)計實現(xiàn)等。

    • 　SIP協(xié)議棧及UA

  • 　　SIP協(xié)議棧直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的質(zhì)量與效率，本文將采用純C語言開發(fā)的PJSIP庫。該庫采用C語言開發(fā)，且源碼開放，在兼容性與效率上有明顯優(yōu)勢，不僅體積小(完整的SIP封裝也不過150 KB)，同時還實現(xiàn)了一個內(nèi)存池，使得安全系數(shù)與運行效率大為提高，該系統(tǒng)所采用的就是優(yōu)化后的PJSIP庫。

    •  PJSIP協(xié)議棧

  • PJSIP協(xié)議棧遵循標(biāo)準(zhǔn)的SIP協(xié)議，采用分層架構(gòu)：SIP/SDP消息編碼解析層、傳輸管理層、SIP終端、事務(wù)層、會話層以及應(yīng)用層等。由于SIP協(xié)議采用文本消息發(fā)送請求和響應(yīng)，所以首先需要將SIP消息按照巴斯克范式(ABNF)編碼和解析，這就是SIP/SDP消息編碼解析層所完成的功能。傳輸管理層用來管理用戶代理與服務(wù)器之間的請求和相應(yīng);SIP終端是PJSIP中轉(zhuǎn)機(jī)制的實現(xiàn)，它主要負(fù)責(zé)管理各個SIP組建，例如像SIP終端實例注冊組件，分發(fā)消息到事務(wù)層、會話層及應(yīng)用層，回傳處理結(jié)果，管理定時器、I/O隊列等;事務(wù)層通過狀態(tài)機(jī)機(jī)制管理SIP信令，每一次狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的改變都將觸發(fā)回調(diào)函數(shù);會話層負(fù)責(zé)會話的發(fā)起與響應(yīng)，一般與應(yīng)用層結(jié)合在一起，用于用戶交互，不同的平臺有不同的實現(xiàn)，本文使用Andriod的GUI來實現(xiàn)。

  • PJSIP是一個高度封裝的庫，實際上它是通過PJSUA子庫來實現(xiàn)應(yīng)用的。一個完整的PJSUA生命周期，首先需要初始化，通過函數(shù)init()來實現(xiàn)。在這個函數(shù)中，將創(chuàng)建代理、初始化變量和堆棧，以及創(chuàng)建一個UDP傳輸并在最后啟動代理;第二步將為UA添加用戶，如果需要的話，還要向服務(wù)器注冊用戶;當(dāng)用戶添加成功后，此時可以建立一個呼叫連接，發(fā)起會話;當(dāng)會話連接成功后，就可以使用SRTP協(xié)議實時傳輸加密后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行通話。最后的過程是掛起或銷毀呼叫。

    • UA原理

    　　UA(User Agency)是協(xié)議棧的具體實現(xiàn)，PJSIP通過封裝了的PJSUA來實現(xiàn)，在這一點上，大部分的SIP庫都大同小異，在此將介紹UA的工作原理。

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