解析：基于PC平臺的VoIP通信模式的實(shí)現
2007/02/05
1 序言
近幾年來(lái)傳統電信業(yè)的發(fā)展勢頭逐漸減弱。在激烈的市場(chǎng)競爭中，電信業(yè)需要不斷地去尋找新的收入增長(cháng)點(diǎn)。VoIP在全球隨著(zhù)技術(shù)的成熟及各種人為管制的放松，開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。低廉的費用、低的帶寬、話(huà)音和數據應用的集成以及應用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)使VoIP必然成為了人們的選擇。
IP（Internet Protocol）電話(huà)是一種數字電話(huà)，是技術(shù)創(chuàng )新的一種通信服務(wù)業(yè)務(wù)。它把語(yǔ)音、壓縮編碼、打包分組、分配路由、存儲交換、解包解壓等交換處理在IP網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現語(yǔ)音通信。
傳統的電話(huà)網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語(yǔ)音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s。而VoIP是以IP分組交換網(wǎng)絡(luò )為傳輸平臺，對模擬的語(yǔ)音信號進(jìn)行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無(wú)連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。不同編碼方案應用于VoIP，使得話(huà)音可以以不同的速率進(jìn)行傳輸，使得VoIP的傳輸帶寬進(jìn)一步減小到5-11kbit/s。
傳統的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )都有自己遵循的協(xié)議，在呼叫過(guò)程中都要用到這些協(xié)議，比如用于電路交換的7號信令等。H.323和sip信令協(xié)議被廣泛應用于VoIP網(wǎng)絡(luò )中。H.323是一個(gè)框架性協(xié)議，這一框架體系結構包括H.323終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守和MCU。網(wǎng)關(guān)是VoIP的重要組成部分，網(wǎng)關(guān)完成了兩項功能的轉換，媒體信息編碼的轉換和信令的轉換。通過(guò)這兩種轉換，網(wǎng)關(guān)將TCP/IP網(wǎng)和PSTN網(wǎng)連接連了起來(lái)。
2 VoIP軟件的實(shí)現
一般IP電話(huà)的業(yè)務(wù)可分為3類(lèi): PC-to-PC， PC-to-Phone和Phone-to-Phone。這里主要是針對PC-to-PC的編程過(guò)程進(jìn)行介紹。
IP電話(huà)的基本數據流程為：呼叫方經(jīng)錄音設備獲取音頻流，然后對音頻流進(jìn)行編碼、壓縮、打包處理。其中計算機對輸入的不同類(lèi)型的數據進(jìn)行不同的處理（如果是音頻數據，采用無(wú)連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸；如果是信令和數據則采用面向連接的TCP協(xié)議進(jìn)行傳輸），然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò )傳輸到被叫方。被呼叫方接收到數據以后，再進(jìn)行一系列的反變換，解包、解壓和解碼，送入放音緩沖區，經(jīng)音頻設備輸出語(yǔ)音。
2.1 通信模塊的實(shí)現
MFC中提供了封裝的Socket類(lèi)，它提供了全面的由事件驅動(dòng)的Socket通信能力。程序必須按要求通過(guò)此Socket發(fā)送和接收數據。Winsock使用的是TCP協(xié)議或UDP協(xié)議，允許建立并保持一個(gè)到遠程計算機上的連接，且可以在連接結束之前實(shí)時(shí)地進(jìn)行數據交換。用戶(hù)僅通過(guò)設置屬性并借助事件處理就能輕而易舉地連接到一個(gè)遠程的計算機上。使用Winsock時(shí)，通信的雙方需要選定相同的協(xié)議。TCP協(xié)議適用于傳送大容量、需要安全性保證的數據文件; 而UDP協(xié)議適用需要分別與很多下屬通信，或建立的連接比較多且為時(shí)變的情況，如語(yǔ)音通信。
Socket是面向客戶(hù)/服務(wù)器模式設計的，它針對客戶(hù)和服務(wù)器程序提供了不同的系統調用。同時(shí)它還分為面向連接和無(wú)連接兩種類(lèi)型。對于語(yǔ)音傳輸，由于語(yǔ)音對實(shí)時(shí)性要求高，所以采用無(wú)連接的形式。而對于信令和數據傳輸，對準確性要求比較高，通常采用面向連接的形式。
//服務(wù)器端
sock=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）; //創(chuàng )建socket
if （bind（sock，（sockaddr*）&serv，addlen）） //綁定
{
m_edit.SetWindowText（"bind error"）；
}
listen（sock，5）；
AfxBeginThread（serthread，0）； //調用線(xiàn)程
//客戶(hù)端
clisock=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）；// 創(chuàng )建socket
while（connect（clisock，（sockaddr*）&（cli），sizeof（cli））!=0）
{
dlg->m_edit.SetWindowText（"等待....."）；
for （int i=0；i<=65000;i++） //空循環(huán)
for（int j=0；j<=200;j++）；
………
}
2.2 音頻模塊的實(shí)現
IP電話(huà)音頻功能的實(shí)現主要包括語(yǔ)音的錄制和播放。因為在IP電話(huà)中采集實(shí)時(shí)的音頻數據而不是WAVE文件，而且要把實(shí)時(shí)的語(yǔ)音數據傳輸出去，所以編程過(guò)程中采用了底層音頻處理函數， 這些函數允許應用程序直接與底層驅動(dòng)程序通信，對錄制和播放提供更靈活的控制。對于波形設備來(lái)說(shuō)，不論是錄制還是播放波形，系統要處理的數據量都很大，為了少占用內存，底層服務(wù)函數以數據塊為單位進(jìn)行處理， 應用程序要自己分配內存，并將內存塊的地址、大小等信息告訴底層音頻驅動(dòng)程序。
首先介紹幾個(gè)要用到的數據結構。WAVEFORMATEX結構定義了WAVE音頻數據文件的格式。WAVEHDR結構定義了波形音頻緩沖區。讀出的數據首先要填充此緩沖區才能送音頻設備播放，聲音的采集和播放都是在操作這個(gè)音頻數據塊結構。 實(shí)際上主要用到的就是第一個(gè)成員變量lpData，所以只要在分配緩沖區（內存）的同時(shí)相應分配WAVEHDR數據塊結構， 然后將緩沖區的指針賦給對應的數據塊結構的成員變量lpData，這樣當一個(gè)緩沖區填滿(mǎn)后，也就是一個(gè)音頻數據塊填滿(mǎn)了，通過(guò)消息機制就可以在消息函數中進(jìn)行處理和播放，播放完后又可通過(guò)消息函數把緩沖區再送給音頻設備輸入驅動(dòng)程序，繼續進(jìn)行采集并播放。
當一次性分配多個(gè)緩沖區和數據塊結構并賦給音頻設備輸入驅動(dòng)程序后，至于把哪個(gè)緩沖區填滿(mǎn)，然后再把哪個(gè)空緩沖區賦給設備輸入驅動(dòng)程序，不需人為干預，完全由Windows控制。在程序設計中可以使用兩個(gè)數據塊，交替進(jìn)行，當正播放第一個(gè)緩沖區，就用第二個(gè)緩沖區接收。
//檢查語(yǔ)音輸入/輸出設備
if（!waveInGetNumDevs（））
{
return FALSE;
}
if（!waveOutGetNumDevs（））
{
return FALSE;
}
//打開(kāi)音頻設備之前，需要先設置音頻數據格式
……………
//分配緩沖區所需要的內存
pWaveOutHdr=（LPWAVEHDR）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，sizeof（WAVEHDR））;
pWaveHdr1=（LPWAVEHDR）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，sizeof（WAVEHDR））;
pWaveHdr2=（LPWAVEHDR）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，sizeof（WAVEHDR））;
//放音緩沖區
pOutBuffer1=（char*）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，PCMBUFFER_SIZE*BLOCK_PER_BUFFER+500）;
pOutBuffer2=（char*）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，PCMBUFFER_SIZE*BLOCK_PER_BUFFER+500）;
rBuffer=（char*）GlobalAllocPtr（GHND|GMEM_SHARE，PCMBUFFER_SIZE）; //接收緩沖區
//打開(kāi)音頻設備
result=waveOutOpen（（LPHWAVEOUT）&hWaveOut，WAVE_MAPPER，（LPWAVEFORMATEX）&pcm.wf，（DWORD）hwnd，0L， CALLBACK_WINDOW）
2.3 語(yǔ)音壓縮模塊的實(shí)現
VoIP帶寬比電路交換更窄的主要原因是對數據進(jìn)行了壓縮處理。VoIP除了可使用最普通的編碼技術(shù)G.711外，還可以采用G.728， G.729， G.723.1等其它多種編碼方案。
G.711有A律和μ律兩種形式。G.711通常被稱(chēng)為PCM（脈沖編碼調制）。如果在編程中選擇PCM編碼方式。
G.711提供了良好的語(yǔ)音質(zhì)量，但是它的主要缺點(diǎn)是需要64Kbit/s的帶寬。所以在程序中靈活的選擇編碼方式是很重要的。
ITU-T推薦的G.723.1標準可以同時(shí)支持兩種速率的編碼。一種是6.3kbit/s另一種是5.3kbit/s。所以，G.723.1在高速率下提供了好的通話(huà)質(zhì)量，是一種好的編碼方案。在程序中的實(shí)現是通過(guò)對G.723.1軟件包中相應功能函數的調用來(lái)完成的，而且，在進(jìn)行壓縮以前要將G.723.1的鏈接庫導入程序中。
在需要進(jìn)行壓縮時(shí)，要調用下面G.723.1的編碼和解碼函數：
void Coder（FLOAT *DataBuff， char *Vout）; //編碼
void Decod（FLOAT *DataBuff， char *Vinp， short int Crc）; //解碼
2.4 RTP封裝
因為語(yǔ)音傳輸對實(shí)時(shí)性要求非常高， 所以在程序中要采用基于UDP的RTP傳輸。UDP無(wú)法做到避免分組丟失和確保分組有序傳輸，運行在UDP上的RTP幫助實(shí)現了這些功能，RTP含有一個(gè)時(shí)間戳，可以利用這個(gè)時(shí)間戳來(lái)確保信息同步的傳輸給了目的用戶(hù)并計算出了時(shí)延和抖動(dòng)。
在程序中要對語(yǔ)音數據進(jìn)行RTP格式封裝，使用了makertp（）函數。而在解析是使用了isrtp（）函數。
LONG makertp（databuf *pdata，unsigned long ssrc_i，unsigned long timestamp_i，unsigned short seq_i，int spurt）;
BOOL isrtp（unsigned char *pkt，int len）;
在進(jìn)行RTCP 格式的封裝時(shí)，使用了三個(gè)函數：
rtcp_make_sdes（）;
rtcp_make_sr（）;
rtcp_make_rr（）。
3 結論
本文主要是利用VC＋＋語(yǔ)言來(lái)實(shí)現PC-to-PC的軟件電話(huà)，它提供給Internet用戶(hù)在全球任何地方上網(wǎng)便可以呼叫對方的能力，提高了通信效率，是一種新的通信模式。
中國聯(lián)通網(wǎng)站
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