首頁(yè) > VoIP（Voice over Internet Protocol）即首先數字化語(yǔ)音信號并壓縮成幀，轉換為IP數據包在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，以此完成語(yǔ)音通話(huà)的業(yè)務(wù)，是一種利用IP協(xié)議傳輸語(yǔ)音數據的、新興的通信技術(shù)。
隨著(zhù)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志。而目前手機中，VoIP的解決方案并不是很多，特別是在Google公司推出的開(kāi)源操作系統Android中。盡管該系統推出時(shí)間不長(cháng)，憑借強大的功能、良好的界面、廣泛的商業(yè)支持，為用戶(hù)帶來(lái)很好的體驗，成為2010年最熱門(mén)且發(fā)展最快的手機操作系統。因此，兩者的結合，將是未來(lái)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(guò)Android本地開(kāi)發(fā)工具（NDK），實(shí)現一個(gè)高效、穩定且功能強大的VoIP系統，具有較高的參考和實(shí)用價(jià)值。
1 VoIP設計方案
1.1 設計目標
本方案所設計的系統包含以下功能：首先，完成用戶(hù)終端（如手機）中語(yǔ)音數據的采集與編碼，并通過(guò)RTP（實(shí)時(shí)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(huì )話(huà)的控制，包括會(huì )話(huà)的注冊、發(fā)起、維護與結束、注銷(xiāo)等；再次，作為一個(gè)應用程序，必須實(shí)現一個(gè)良好的界面，與用戶(hù)交互；最后，作為一個(gè)開(kāi)放系統，需具有良好的可擴展性。
1.2 總體設計
本方案基本上符合Android的NDK框架的開(kāi)發(fā)規范，將系統分為4層，如圖1所示。最上層為應用層，該層將在A(yíng)ndroid SDK的框架內，采用Java語(yǔ)言來(lái)實(shí)現；第二層為JNI層，SIP協(xié)議棧有很多種實(shí)現，其中，采用C語(yǔ)言的SIP協(xié)議棧在效率、速度、系統占用方面有著(zhù)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(yǔ)言實(shí)現的PJSIP協(xié)議棧。為了讓Java應用層能調用協(xié)議棧層，在兩層之間需要一個(gè)銜接的橋梁，這就是JNI層。最后一層是驅動(dòng)層，這部分一般是由手機廠(chǎng)商來(lái)實(shí)現的，本文將不做重點(diǎn)介紹。
2 VoIP的具體實(shí)現
這里將實(shí)現一個(gè)完整的VoIP系統，包括協(xié)議棧的實(shí)現、JNI的編寫(xiě)以及上層UI的設計實(shí)現等。
2.1 SIP協(xié)議棧及UA
SIP協(xié)議棧直接關(guān)系到整個(gè)系統的質(zhì)量與效率，本文將采用純C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的PJSIP庫。該庫采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，且源碼開(kāi)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(guò)150 KB），同時(shí)還實(shí)現了一個(gè)內存池，使得安全系數與運行效率大為提高，該系統所采用的就是優(yōu)化后的PJSIP庫。
2.1.1 PJSIP協(xié)議棧
PJSIP協(xié)議棧遵循標準的SIP協(xié)議，采用分層架構：SIP／SDP消息編碼解析層、傳輸管理層、SIP終端、事務(wù)層、會(huì )話(huà)層以及應用層等。由于SIP協(xié)議采用文本消息發(fā)送請求和響應，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(lái)管理用戶(hù)代理與服務(wù)器之間的請求和相應；SIP終端是PJSIP中轉機制的實(shí)現，它主要負責管理各個(gè)SIP組建，例如像SIP終端實(shí)例注冊組件，分發(fā)消息到事務(wù)層、會(huì )話(huà)層及應用層，回傳處理結果，管理定時(shí)器、I／O隊列等；事務(wù)層通過(guò)狀態(tài)機機制管理SIP信令，每一次狀態(tài)機狀態(tài)的改變都將觸發(fā)回調函數；會(huì )話(huà)層負責會(huì )話(huà)的發(fā)起與響應，一般與應用層結合在一起，用于用戶(hù)交互，不同的平臺有不同的實(shí)現，本文使用Andriod的GUI來(lái)實(shí)現。
PJSIP是一個(gè)高度封裝的庫，實(shí)際上它是通過(guò)PJSUA子庫來(lái)實(shí)現應用的。一個(gè)完整的PJSUA生命周期，首先需要初始化，通過(guò)函數init（）來(lái)實(shí)現。在這個(gè)函數中，將創(chuàng )建代理、初始化變量和堆棧，以及創(chuàng )建一個(gè)UDP傳輸并在最后啟動(dòng)代理；第二步將為UA添加用戶(hù)，如果需要的話(huà)，還要向服務(wù)器注冊用戶(hù)；當用戶(hù)添加成功后，此時(shí)可以建立一個(gè)呼叫連接，發(fā)起會(huì )話(huà)；當會(huì )話(huà)連接成功后，就可以使用SRTP協(xié)議實(shí)時(shí)傳輸加密后的數據，進(jìn)行通話(huà)。最后的過(guò)程是掛起或銷(xiāo)毀呼叫。
2.1.2 UA原理
UA（User Agency）是協(xié)議棧的具體實(shí)現，PJSIP通過(guò)封裝了的PJSUA來(lái)實(shí)現，在這一點(diǎn)上，大部分的SIP庫都大同小異，在此將介紹UA的工作原理。
一個(gè)典型的UA包含UAC（User Agency Client）和UAS（User Agency Server）兩部分。會(huì )話(huà)由UAC發(fā)起。當呼叫發(fā)起時(shí)，UAC將首先發(fā)送“IN-VITE”消息給SIP代理服務(wù)器，服務(wù)器收到“INVITE”消息后將返回一個(gè)應答“200 OK”，并回答“ACK”進(jìn)行確認，同時(shí)通知主叫用戶(hù)（即會(huì )話(huà)發(fā)起用戶(hù)）上線(xiàn)通話(huà)。如果主叫端（用戶(hù)端）主動(dòng)結束會(huì )話(huà)，UAC將返回“BYE”消息，同時(shí)通知服務(wù)器；如果用戶(hù)端收到服務(wù)器傳來(lái)的“BY-E”消息，回答“200”，并結束會(huì )話(huà)。
服務(wù)器端，UAS收到UAC（用戶(hù)端）發(fā)來(lái)的“INVITE”消息，首先從消息中提取出主、被叫對象，然后檢查當前是否有空閑信道，若沒(méi)有則返回“486 BUSY HERE”（即系統忙）消息；接著(zhù)將檢查被叫用戶(hù)是否在服務(wù)區，如果被叫對象不在服務(wù)范圍，則返回“404 NOT FOUND”（即用戶(hù)不在服務(wù)區）；若被叫用戶(hù)成功上線(xiàn)，則返回“200 OK”，同時(shí)準備開(kāi)始會(huì )話(huà)。
SIP協(xié)議棧一般使用SIP統一資源定位符（URL）來(lái)標識，它根據URL來(lái)尋址，如集群用戶(hù)“200”，“300”分別對應SIP用戶(hù)為“200@192.168. 1.100”，“300@192．168．1．100”。本文中也使用這種方式來(lái)測試通信。
2.2 JNI的實(shí)現
PJSIP庫和Java類(lèi)連接是通過(guò)JNI來(lái)實(shí)現的，這也是Android NDK的實(shí)現機制，JNI是SUN公司推出的用于Java調用其他語(yǔ)言的接口。
首先需要一個(gè)中間類(lèi)，這個(gè)類(lèi)中主要建立一些方法用于調用C／C++本地函數。它們的類(lèi)型均為“publicstatic native int”，以便其他的Java類(lèi)能夠調用。
2.2.1 新建PJSIP類(lèi)
為各個(gè)待實(shí)現的類(lèi)新建一個(gè)包，可以命名為“com．a(chǎn)ndroid．VoIP．pjsip”，在該包中添加該系統相關(guān)的一些類(lèi)，主要有如下6個(gè)類(lèi)：
2.2.2 頭文件的生成
C庫與Java間還需通過(guò)一個(gè)后綴為“．h”的頭文件來(lái)銜接，這個(gè)頭文件可以手動(dòng)編寫(xiě)，也可以通過(guò)“Javah”來(lái)生成，該工具包含在JDK中，是由SUN公司提供的。
Javah生產(chǎn)的頭文件包含一定的規則，例如，本例中，它將生成的函數聲明為“Java_com_android_IMSandroid_pjsip_**”的形式，以便在調用C庫時(shí)能正確識別。
由于Java中的數據類(lèi)型與C／C++不盡相同，因此還必須注意參數傳遞時(shí)參數類(lèi)型的轉換。本文所涉及到的Java數據類(lèi)型有String和int型，Javah生成的頭文件中會(huì )先定義好需要傳遞的參數類(lèi)型以及函數返回類(lèi)型，例如方法“add_account（String sip_user，Stringsip_dom-ain，String sip_passwd）”，在頭文件中將定義函數的形式為“JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_android_IMSandroid_pjsip_add_lac-count（JNIEnv*，jclass，jstring，jstring，jstring）”，其中JNIEXPORT為JNI外部函數聲明，jint是“jni．h”中定義C語(yǔ)言中整形的對應類(lèi)型，JNCALL是JNI關(guān)鍵字。比較特殊的是JNIEnv，它是一個(gè)指向類(lèi)型為JNIEnv_的一個(gè)特殊JNI數據結構的指針，它的每個(gè)元素都指向一個(gè)JNI函數的指針，jclass會(huì )根據引用Java類(lèi)的不同而不同，本文中“pjsip．class”是靜態(tài)類(lèi)，因此這里的jclass指的是類(lèi)本身，如果是非靜態(tài)類(lèi)則指的是對象。后面幾個(gè)就是pjsip類(lèi)需要傳遞的參數，根據“jni．h”的定義，String類(lèi)型對應jstring，int對應jint。然而這只是函數申明與類(lèi)中方法的形式對應，參數的具體傳遞還需要相應的轉化，具體實(shí)現將在下一節詳細介紹。
2.2.3 JNI接口函數的實(shí)現
創(chuàng )建了pjsip庫類(lèi)和頭文件之后，必須應用一個(gè)庫接口函數，這部分是pjsip接口的實(shí)現，限于篇幅，本文只講解幾個(gè)重要函數的實(shí)現。
（1）init函數
首先是init函數，對應的接口函數為JNICALL Java_com_android_IMSandroid_pjsip_init。該函數在系統初始化時(shí)調用，其作用是配置相關(guān)參數，并發(fā)起一個(gè)pjsua應用。它先通過(guò)函數“pjsua_create（）”創(chuàng )建一個(gè)“pjsua”應用，然后通過(guò)三個(gè)函數“pjsua_config_default（＆cfg）”，“pjsua_logging_config_default（&log_cfg”），“pjsua_media_config_default（＆media_cfg）”配置其相關(guān)參數，其中cfg是pjsua的相關(guān)參數，主要是狀態(tài)改變時(shí)的回調函數；log_cfg用來(lái)配置log級別；media_cfg中包含時(shí)鐘頻率、聲道數目等相關(guān)參數。
完成配置之后就可以使用pjsua_init（＆cfg，＆log_cfg，＆media_cfg）將先前配置的參數初始化。在初始化之后，還需為pjsua添加一個(gè)udp傳輸，這一步是通過(guò)pjsua_transport_create（PJSIP_TRANSPORT_UDP，&cfg，NULL）來(lái)實(shí)現的，cfg中包含指定的通訊端口，3GPP建議使用5060。
需要注意的是，配置完以上參數之后，還需指定SPEEX編碼優(yōu)先級，一般將其設為最大，可以通過(guò)函數pisua_codec_set_priority（＆-speex_codec_id，255）來(lái)實(shí)現。所有配置完成之后，就可以發(fā)起pjsua，即最后調用pjsua_start（）。成功的話(huà)，本函數的返回類(lèi)型為PJ_SUCCESS。
（2）make_call函數
另一個(gè)很重要的函數是make_call，其在本接口文件中對應的函數為Java_com_Android_IMSandroid_pjsip_make_lcall，這個(gè)函數一般在發(fā)起會(huì )話(huà)時(shí)調用，它與上一個(gè)函數在結構上最大的不同在于本函數需要傳遞一個(gè)字符串參數，前面提到，Java與C／C++在參數結構上并不完全相同，因此這里需要將Java傳遞過(guò)來(lái)的String類(lèi)型的參數轉化，可以通過(guò)“url_ptr=（char*）env-》GetStringUTFChars（url，&iscopy）”來(lái)實(shí)現。env-》GetStringUTFChars在“jni．h”中定義，其功能是將jsting類(lèi)型（Java）的url復制到char*類(lèi)型（C）的url_ptr中，以此來(lái)完成參數類(lèi)型的轉換。
為了保證傳遞地址的有效性，還需要使用pjsua_verify_sip_url（url_ptr）驗證，這個(gè)函數主要驗證url_ptr是符合SIP的規則，即是否是一個(gè)合法的SIP地址。然而char*型的地址pjsua中還是不能直接使用的，這是因為pjsua重新封裝了參數類(lèi)型，所以最后還需要將其轉化成pj_ str_t類(lèi)型，pjlib提供pj_str（）函數可以完成轉化。在完成了參數的轉化后，調用“pjsua_call_make_call（）”，將發(fā)起會(huì )話(huà)。
（3）hangup函數和pjsua_destroy函數
這兩個(gè)函數用來(lái)銷(xiāo)毀和掛斷會(huì )話(huà)，一般在需結束的時(shí)候調用，它們在接口函數中對應Java_com_android_
IMSandroid_pjsip_hangup和Java_com_android_IMSandroid_pjsip_destroy，由于沒(méi)有參數傳遞，也沒(méi)有其他的調用，因此這兩個(gè)函數非常簡(jiǎn)單，基本上直接調用pjsua提供的pjsua_call_hangup_all（）和pjsua_destroy（）就能實(shí)現。pisua中這兩個(gè)函數將完成內存釋放、賬戶(hù)注銷(xiāo)等工作。
（4）add_account函數
該函數在基本的pjsua中并不是必須的，但如果要使用SIP服務(wù)器的話(huà)，就必須實(shí)現該函數，它在接口函數中對應“Java_com_android_I-MSandroid_pjsip_add_1account”，同“make_call”一樣，也需要傳遞參數，不同的是，它傳遞三個(gè)參數，只是原理大體一樣。
首先它將參數轉化后保持到cfg，通過(guò)“pjsua_acc_add（＆cfg，PJ_TRUE，＆ace_id）”將參數添加到pjsua。pjsua將以其中的sip服務(wù)器為目的地址，注冊會(huì )話(huà)發(fā)起申請，經(jīng)過(guò)一系列的操作之后，與目的地址發(fā)起會(huì )話(huà)。
2.2.4 主程序與用戶(hù)界面
系統的主程序是一個(gè)標準的Android應用程序，它使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，符合SDK規范。與一般的SDK程序不同的是，該類(lèi)中必須使用Syst-em．loadLibrary加載PJSIP庫文件。形式如下：
System．loadLibrary（“pjsip-jni”）；
其中，pjsip-jni就是上節中PJSIP協(xié)議棧生成的庫。
主程序中的基本方式均按照上節中的過(guò)程，創(chuàng )建并初始化PJSUA；當call按鍵被觸發(fā)時(shí)發(fā)起會(huì )話(huà)，調用make-call（）方法；當用戶(hù)接受通話(huà)時(shí)，點(diǎn)擊hang或cancel按鍵，觸發(fā)hang（）或采用destry（）方法等。
用戶(hù)接口是通過(guò)Android SDK來(lái)實(shí)現的，這部分幾乎全都是Java語(yǔ)言，由于UI不是本文的重點(diǎn)，因此只介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的界面，實(shí)際應用中用戶(hù)交互是非常重要的。為了實(shí)現所需的功能，至少需要一個(gè)文本框來(lái)提供SIP地址，以及兩個(gè)按鍵來(lái)控制會(huì )話(huà)發(fā)起和結束。另外，在呼叫與通話(huà)過(guò)程中，還需要一個(gè)頁(yè)面來(lái)顯示，這里可以通過(guò)對話(huà)框來(lái)顯示，最后的界面如圖2所示。
封裝后安裝到Android手機、MID或虛擬機中，并發(fā)起會(huì )話(huà)。與開(kāi)源SIP軟件Linphone通信的結果如圖2所示。
4 結語(yǔ)
通過(guò)測試表明，該系統能夠對發(fā)起并很好地控制SIP信令，該系統由于采用SIP協(xié)議，因此與所有采用這一協(xié)議的軟件均能通信，如Lin-phone，Kphone等，功能測試中表現良好，實(shí)現了VoIP的基本需求。同時(shí)如果要增加功能，可以在Java類(lèi)中添加相應的方法并在應用層調用即可，具有一定的可擴展性。
由于手機等手持設備在規格和配置上的差異，該系統在具體的設備上使用時(shí)，界面略有不同，但是同系統架構的手機使用時(shí)并不影響功能，在HTC Desire和MOTO Milestone上測試均能正常使用。但是，當移植到不同的架構時(shí)（即使同時(shí)ARM架構），仍需做一定的優(yōu)化，一般采取主流平臺的多種版本方式來(lái)解決，這也是所有多廠(chǎng)商移動(dòng)設備上一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題。
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