移动可视电话现网实现的方案探讨

作者：联通新时讯通信有限公司 何玄

欢迎访问e展厅 展厅 2 手机/通信/网络设备展厅 手机, 调制解调器, 网管控制器, 光传输系统, 程控交换机, ... 移动可视电话业务作为一种具有完全3G通信业务特征的高级业务，正随着3G业务的来临而越来越近地进入现实。移动可视电话是否只是在3G网络上才能实现的高级特征业务？现有网络是否可以承担起移动可视电话业务？移动可视电话现在到底离我们还有多远？这一系列的问题既是对未来3G业务的探讨也是对现有移动通信网络的挑战。 一、可视电话业务 移动可视电话是一种同时使用了视频和话音的点对点通信业务，在两个移动终端、移动终端和固定视频电话或者PC机等之间实现视音频的双向实时交流。可视电话业务是由美国贝尔实验室于1964年首先提出的解决方案，并在20世纪90年代由国际电信联盟（ITU-T）制定的H.32X的系列多媒体通信标准。基于无线终端的移动可视电话业务是由UMTS定义的一种高级的3G业务，与以往传统的移动业务有着极大的区别，带宽、成本、设备和服务的限制使这一业务的开展对系统提供商、移动网络运营商都是很大的考验。因此，移动网络运营商都把移动可视电话作为3G网络的代表业务和“杀手锏”业务，不约而同地选择通过移动可视电话业务的推广来促进3G网络的发展。目前，虽然我国的3G还没有开始大规模的商用部署，但是消费市场对移动视频业务的认可程度和期望值很高，预计在不久的将来移动可视电话业务将是推动3G网络发展的源动力。 另一方面针对企业/行业用户群体，将移动视频通信延伸到企业内部，和企业内部的原建固定视频会议系统相融合，预计将为企业内部通信带来全新的发展。设想一下，不久将来伴随着移动可视电话成熟，企业的高层通过随身携带的视讯移动电话，简单拨号后接入正在召开的企业决策会议，和公司同仁探讨企业的决策。由多媒体即时会议系统(MMIC)控制电话会议多点控制单元（MCU）将非常简单地完成多个手机和固定宽带企业用户进行多方视频电话会议。 随着视频电话业务的大规模应用，运营成本也将随着大规模降低。移动可视电话业务也将成为第三方的增值业务的接入平台，流媒体在技术上已经趋于成熟，数字版权体系的建立，将为移动视频内容铺平道路。通过设立相应的视频网关，移动可视电话用户在互相拨打视频电话之余，也可以拨叫特定服务器号码获得VOD和LIVETV的享受。 二、主要标准体系中的移动可视电话 移动可视电话通话的同时，主被叫双方都要同时发出和接收多媒体的视音频信号，这样不仅对终端高要求，同时对于传输网络的依赖非常密切。目前在3G业务的若干标准协议中，WCDMA标准首先将移动可视电话业务进行了规定。 WCDMA R99网络设备中在电路域专为移动可视电话敷设一根64kbit/s的通道，专为移动视频通信服务。移动终端上专设有视频电话按键。移动视频终端涉及要求遵循3G-324M的技术规范。3G-324M源于ITU-T的H.324协议，原目标设计主要用于V.34 modem，也就是如何在普通电话上进行可视电话，3G-324M为H.324改良后无线网络版本，相关内容在3G TS 26.110/111的相关3GPP规范中描述。 通过3G-324M的协议栈可以清楚地了解到，3G-324M的视频编解码主要采用的是H.263，也可以采用MPEG-4/H.261，视频尺寸大小为QCIF。音频编码采用的是AMR，或者G.723（VoIP领域主流编码格式）。用户控制和系统控制都采用业界标准的协议。最为特殊的引入H.223Multiplex/Demultiplex（复用/解复用）单元，通过该单元将视频、音频和控制信息封装成一个单独3G-324M的数据流，通过64kbit/s的电路通道完成移动视频通信。 经过在试验室中对WCDMA移动可视电话的测试发现很多问题，需要改进的方面还有很多。 （1）早期的不同厂家和同厂家不同型号的终端不能互通，经过两年的IOT测试现在基本解决。 （2）量或质量问题。有时用可视电话拨叫对方，会自动转到普通语音通话。 （3）质量有待提高。QCIF的大小H.263编码图像尚让人接受，但图像还原缺乏立体感。在无线环境一旦裂化，图像出现马赛克后，图像不会自动复合，终端死机。 三、现网环境下实现移动可视电话的必要因素 在现有移动数据网络中开展移动可视电话业务是否可行？是什么因素限制了此项业务的发展？如何平衡各个因素使得业务能够得以实现？业务成功后是否具有商用前景？ 1. 终端能力是实现业务的基础 伴随移动网络的发展和移动数据业务的提高推出，移动终端技术不断获得突破，例如MMS和照相/摄像功能推出，直接和间接地促使移动用户更换手机。同时终端厂商为了获得高利润的回报，又促使下一轮不断创新。伴随新业务的推出，移动终端技术在显示屏、CPU、内存、电池和软件等各个方面不断提高，为移动可视电话业务终端在硬件技术上扫清障碍。 据分析，完成移动可视电话业务终端需要如下硬件条件： （1）图像捕获：技术已成熟，照相/摄像手机就可以很好地证明这一点。 （2）音视频编解码：由于网络带宽和带宽波动的影响，我们需要选择一种高效编解码器，保证输出媒体流能够有效通过承载网络，另一方面，终端的CPU的处理能力有限，能否能够有效的运行编解码器，并使得移动用户获得良好的体验将是业务成功的关键。 （3）网络功能：包括媒体传输和接续信令两部分。  ●如何建立PPP连接； ●如何采用有效的信令减少CPU的负荷也将是业务成功的关键。 总结上述3点，实现移动可视电话业务终端需要有强大的处理能力来支撑，终端需满足语音、数据和视频同时传送，终端需同时处理H.323、MGCP、SIP、H.248等协议完成呼叫处理，支持不同的视音频压缩格式，提供静音监测和丢包补偿等QoS保障，对于数据需要支持大流量的数据收发和处理，支持各种分装协议/IP协议/路由协议/NAT/DHCP等，对于视频业务大流量视频数据的接收，解码、还原和纠错等功能。 3G业务手机终端支持的视频终端除了内嵌高速CPU和相当规模的内存外，还内置大规模的DSP媒体处理器来完成视频电话业务。针对目前现网试验条件下的功能手机，从硬件配置和软件平台以及开发环境等方面均无适用终端。另一方面因得益于终端智能化程度的提高，内嵌无线模块和摄像头的智能终端为现网条件下的移动可视电话试验提供可借鉴的终端平台，使用智能终端就成为进行现网条件下可视电话业务试验的基础。 2. 应用层控制协议是实现业务的方向保证 目前国际上IP网络通信的主要标准有H.323和SIP，两者都对IP电话系统信令提出了完整的解决方案，初衷都是作为多媒体通信的应用层控制（信令）协议的，因此都利用RTP（Real-Time Protocol）作为媒体传输协议，但两者的设计风格截然不同。H.323采用的是传统的电话信令模式，包括一系列协议；而SIP借鉴其他互联网协议，采用基于文本的协议。这里对两种协议进行阐述和比较。传统可视电话系统的信令及协议主要采用ITU-T的H.32X列标准，具有相同的系统框架。不同之处在于面向的网络不同，因此具有不同的网络接口，不同的信令过程，以及为适应不同的网络而优化设计的包结构。复用协议规定了视频数据、语音数据等打包标准，而控制协议的作用是在终端之间协商通信方式，如视频编码标准的协商，语音编码标准的协商，信道带宽的协商等。 SIP的主要目的是为了解决IP网中的信令控制，以及同软交换的通信，从而构成下一代的增值业务平台。SIP用于发起会话，它能控制多个参与者参加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、对多播和单播的支持等。SIP在设计上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PSTN电话号码的描述等。SIP的最强大之处就是用户定位功能，其本身含有向注册服务器注册的功能，也可以利用其他定位服务器如DNS、LDAP等提供的定位服务器来增强其定位功能。 相比之下，H.323沿用的是传统的电话信令模式，其最大优势在于比较成熟，现有较多的基于H.323协议的终端及系统产品。H.323符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次式控制，便于计费和与传统的电话网相连。SIP借鉴了互联网的标准和协议的设计思想，在风格上遵循简练、开放、兼容和可扩展的原则，结构比较简单，在大型组网和计费方面还不很成熟。由此可见，H.323和SIP各有利弊。当前的固定可视电话业务以H.323协议为主，但从移动业务和现网的传输及网络承载能力看，H.323对于网络的依赖过大，同时对移动终端的消耗较大。SIP简单、灵活等特点能适应使用移动终端进行现网可视电话业务的要求。 3. 移动网络决定移动可视电话业务的成功 对于未来不同的3G网络，数据链路带宽的约束几乎不复存在，但是针对目前现网状况，尚可提供相对低速率的移动可视电话的业务服务。由此，该业务受到的网络带宽的影响和对现网网络带宽的测算成为讨论现网可视电话实现方案的必经之路。现阶段国内的民用移动通信分组网络分别为CDMA 1x数据网络和GPRS数据网络，这两个网络均采用分组方式进行运营。考虑到移动可视电话最大的特点，就是数据流的上下行要求保持一致，即数据对称性，并依照移动可视电话所需的最小数据码流，对目前的移动网络现网进行测算和测试，发现上下行信道的有效带宽至少需保持在40～60kbit/s，这是基于现网进行移动可视电话方案探讨的基础。如果移动网络不具备此上下行信道的有效带宽，该业务会出现跳帧、音话同步效果差、时延加大以至于无法进行通信等结果。从移动可视电话业务的传输带宽需求看，对移动网络的上下行链路的要求明显超过了对可视电话系统本身的要求。 对外网络带宽稳定性的控制也应该是根据实际网络的稳定连接速率进行计算。根据测试分析，造成移动可视电话业务跳帧、时延、音话同步效果不理想的主要原因是网络传输问题，上述表征是由于无线信号时好时坏，网络有效带宽一直波动造成的。由于可视电话编码后是一种视频流，流式传输要求网络不能出现稍许错误，所以有效带宽只能控制在无线带宽波动的下延点，如图[《中国多媒体视讯》第十一期]所示。 另外，由于在无线网络传送信号时，终端会将要发送的数据包截为100byte左右的片在无线网络上传送，到网络侧再将所有片重新组成数据包，这样如客户端软件输出的数据包过大，在无线侧传送时出错的概率将大幅度提高。 4. 调节网络与终端间的性能平衡达到实现业务的目的 针对网络情况，选择最低的输出码流，将网络限制降到最低成为进一步工作目标。 （1）在终端可承受的范围内，重新选择编解码方式 首先以网络传送带宽40kbit/s为设计带宽，选择视频编解码方式，选择范围在H.263、MPEG-4、H.264中产生。由于视频信息的内容千变万化，很难用一种固定的模型进行描述，针对这种复杂的情况，惟一的方法就是把图像分成许多大小不同的块，对不同的块按不同内容自适应地采取不同的编码模式。 目前的视频压缩编码技术已有重大的进展，H.264编码标准在于高精度，多模式的运用估计，4×4块的整数变换，统一的VLC，帧内预测以及容错性和抗误码能力。H.264在同一码率下，利用以上新的编码技术，相对于H.263或MPEG-4可使码率降低一半，或者说同样的码率下，峰值信噪比约有2dB的提高。但其代价是复杂度高（计算量大），所以H.264的性能改进是以增加复杂性为代价的。 通过对现网无线终端的测试，以目前的终端处理能力，采用H.264进行视频编码对终端的消耗过大，并且依靠单独的软件是无法完全完成H.264的编解码工作的。对比H.263和MPEG-4，由于MPEG-4在出现马赛克后有较佳愈合效果而胜出，视频输出码率32kbit/s。在音频编码方面，选择AMR低输出可变码流方案，解决了如何采用不到10kbit/s带宽完成音频编码传送的问题。 （2）选择合适的会话协议，减轻终端处理负荷 由于在分组域内完成电话拨叫业务，接续的信令只能采用软交换方式中的H.323或SIP。根据对应用层控制协议的讨论，考虑到SIP的建议性，移动终端采用会话发起协议（SIP），对终端不会加重负荷，最后选择SIP作为会话协议。同时，将视频解码工作和音视频转换等工作安排在系统后台进行，这样有助于减少业务对移动终端的依赖，也可以抵消业务对终端处理能力的消耗，以更好地提高业务的质量。 （3）针对现网特点，制定适当的业务 在现网环境下试验移动可视电话业务，需针对现网分组网的数据传出的特点制定合适的业务。可根据目前现网的无线数据传输速率制定中低速率的可视电话，同时也可适当地制定单项可视电话业务。充分考虑现网的网络条件，也可针对相应的业务需求对现网进行简单的数据资源调整，以达到业务开展的目的。 四、结束语 从整体的方案探讨和技术测试中可以看到，现有无线数据分组网络对移动可视电话业务有所限制，但是只要满足了上述的若干必要条件，在高速稳定的现网移动数据分组网环境中，有效地平衡终端和网络因素的情况下，实现的单向乃至双向移动可视电话业务还是可以接受的，业务质量也可以达到一定的要求。也就是说，实现移动可视电话业务还是有可能的，如何商用，如何开展业务要视各地不同的网络配置情况来考虑。好在3G离我们不再遥远，移动可视电话业务的实现指日可待。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/29/2005)