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基于數字電視網絡可視電話的設計與實現--實用設計


國家科技支撐計劃項目(2008BAH28B06-05);科技部中小企業創新基金項目(09C26225115524);重慶市科委科技攻關計劃項目(CSTC2009AC6203,CSTC2009AC2086)

 

金純  王曉 何音建 盛謙
1.重慶郵電大學 通信與信息工程學院,重慶   郵編:400065;
2.重慶廣電手持電視有限公司,重慶   郵編:401121;
3.重慶有線電視網絡有限公司, 重慶   郵編:400051.

摘要:介紹了一種基于數字電視網絡可視電話的原理和實現方案。利用數字電視點對點協議和SIP協議,完成了通信雙方實時的語音和視頻信息的交互。具體介紹了整個系統基于TVPP所采取的框架結構,最后討論了系統實現的關鍵技術和設計方案。

關鍵詞:數字電視;可視電話;數字電視點對點協議;SIP協議

TN949.197;TN949.28     A
Design and Implementation of Visual Phone Based on Digital TV Network
Jin chun1,2,3, Wang xiao2, He yin-jian3 , Sheng qian3

  1. Chongqing University of Posts and Telecommunications, College of Communication and information Engineering, Chongqing  P.C:400026, China; 2. Chongqing Radio&TV DMMB Co., Ltd., Chongqing P.C:401121, China; 3. Chongqing CATV Network Co., Ltd., Chongqing  P.C:400051, China )

Abstract: The theory and implementation of visual phone based on digital TV network is introduced in this paper. By using SIP and TVPP protocol,the instant information exchange of audio and video stream is realized. And then, the whole system structure based on TVPP protocol is introduced. Finally, the key techniques and design scheme are all discussed.
Keywords: digital TV; visual phone; TVPP; SIP

       2007年6月,Wibree技術被納入藍牙技術聯盟(SIG),并更名為ULP(超低功耗)藍牙【1】。它繼承了傳統藍牙規范的優點,優化運用,且耗能更少,成本更低,用于小型設備件的簡單的數據傳輸。

1  引言
利用互聯網進行實時信息通信成為近些年來出現的一種新的網絡技術,包括即時通信、視頻會議,IP語音技術(VoIP)等。然而在國內互聯網的普及遠不如廣電網,通過互聯網來進行的可視電話在很多地區都無法實現。
筆者基于SIP和數字電視點對點協議(TVPP)[1-2],提出了一個通過廣電網來實現可視電話的設計方案;诂F有的有線數字電視網絡進行寬帶接入,在互聯網上進行通話,通話時運用互聯網語音傳輸協議。利用電視機作為可視電話的顯示屏幕,用遙控器來撥打電話,在有電話來臨時,用戶能夠將數字電視節目切換到通話狀態,實現打電話和看電視兩不誤。這一方案,同樣可以應用在即時通信和視頻會議等領域。[3]
2  系統設計

基于數字電視的可視電話方案以TVPP協議作為支撐,它完成了數字電視間數據的點對點雙向傳輸,其TVMMS (Television's Multimedia Message Service System)系統進行的統一編尋址保證了用戶能夠準確地找到通信對方,在業務上實現了與電信網和互聯網的橋接,其整體結構如圖1所示
可視電話系統的結構圖
  圖1  可視電話系統的結構圖

在CAM中,圖像通過鏡頭生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面,然后轉為電信號,經過模數轉換后變為數字圖像信號,再送到數字信號處理芯片中加工處理,再通過USB接口傳輸到藍牙接入設備。
遙控器同時具有藍牙和紅外兩種遙控功能,它是學習型的,能夠將絕大多數遙控器和機頂盒上的功能拷貝到自己的按鍵上,并實現相應的功能。利用它,不僅可以遙控數字電視,還可以打接可視電話、發送互動短信。
藍牙電纜調制解調器帶有藍牙功能,可以接收藍牙遙控器發送的數據,遙控器通過它可把數據傳到廣電網上的數字電視,還可以經過網關與電信網和互聯網的用戶實現互通。[4]
對于終端用戶來說,只需擁有一套低價的通話設備(包括遙控器、信號自動切換設備、藍牙接入設備和攝像頭等),按動遙控器即可以完成可視通話及相關的各種服務。終端用戶間直接利用TVPP協議在廣電網之間實現可視電話的情況如圖2所示。

終端用戶在廣電網之間通話框圖

圖2 終端用戶在廣電網之間通話框圖

當用戶A準備向被叫用戶B撥打電話時,首先打開電視機、Cable Modem、話筒、攝像頭之類的設備,然后Cable Modem向所在主叫視頻服務器A發送撥號請求。這個過程和普通打電話是一樣的。之后主叫視頻服務器A在收到請求后先由CA系統確認用戶信息,包括撥打電話的用戶是否合法、能否使用此項功能等,主叫視頻服務器A然后判斷是否還有空余的通道可以給主叫用戶A使用,并返回信號,如果都正常,通道也有空閑,主叫用戶A就被允許撥打對方號碼,主叫視頻服務器A收到撥號的號碼后根據號碼地址查詢數據庫,找到此號碼所屬的視頻服務器,然后向其發送請求通信。被叫視頻服務器B收到信號后也同樣先確認用戶信息,判斷是否還有空閑的通道讓被叫用戶B通信,接著向主叫服務器A返回信號。如果主叫服務器A和被叫服務器B都確認通信沒有問題,兩用戶間的傳輸通道就建立好了,主叫用戶A的藍牙Cable Modem就會將話筒和攝像頭采集到的圖像發送到所屬的主叫服務器A上,通過主叫服務器A和被叫服務器B間的中轉,主叫用戶A的信號就到了被叫服務器B中,然后被叫服務器B對信號進行加擾、加密、復用等處理后將其送入QAM調制模塊,調制成RF信號,并通過混合器與普通的電視節目信號混合,混合器輸出最終的信號通過HFC網絡以廣播模式向被叫用戶B發送。被叫用戶B的用戶單元在CA系統的控制下自動確認來自主叫用戶A的信號是否合法,如合法則對主叫用戶A傳來的信號進行解碼輸出,這樣被叫用戶B就能在電視機上收到用戶A發送過來的圖像和語音信號。主叫用戶A接收被叫用戶B的信號過程同理。[5-7]
3  系統實現
3.1  實現原理
電視機可以同時接收音視頻信號,而且在收看電視的同時可以接聽電話,實現電視和電話的自動切換。而且,由于充分使用了有線電視的網絡,使HFC網絡的帶寬優勢得到體現,且廣電網與互聯網實現互通,終端用戶之間不僅在廣電網之間可以實現可視電話,在廣電網與其他網絡之間也可以實現可視電話。
可視通信功能和STB功能的啟動和切換流程具體步驟如下:
1) STB開機時,系統成功初始化。
2) 主應用進程等待用戶指令,包括用戶發起呼叫或者用戶接受來呼的指令、用戶使用STB基本功能的指令和用戶關機指令,如果檢測到用戶發起呼叫或者用戶接受來呼的指令則執行步驟3),如果檢測到用戶使用STB基本功能的指令則執行步驟5),如果檢測到關機指令則執行步驟8)。
3) 啟動可視通信功能模塊后,執行步驟4)。
4) 使用可視通信功能,當前功能使用完畢時執行步驟2)。
5) 啟動STB基本功能模塊后,執行步驟6)。
6) 使用數字電視或VoD功能,同時等待用戶發起呼叫或者用戶接受來呼的指令,如果收到用戶發起呼叫或者用戶接受來呼的指令則執行步驟7),否則,當前功能使用完畢時執行步驟2)。
7) 切換到可視通信功能模塊后,執行步驟4);
8) 系統反初始化,主應用進程結束。
3.2  關鍵技術
本方案的關鍵技術包括電視機的編尋址、用戶號碼解析及路由、無縫切換、基礎元數據系統等。

  1. 電視機編尋址

通信雙方要準確找到對方就必須得讓通信雙方有一個地址,就像目前的電話號碼一樣。利用TVPP協議,其核心系統TVMMS能夠對數字電視機屏幕進行編尋址,解決了目前傳統的電視機還不能進行編尋址的問題。
數字電視機頂盒智能卡(IC卡)含有一個唯一的十進制編號。該編號可用于SMS(Subscriber Management System)和CAS(Conditional Access System)對STB進行尋址、授權等。
同時,TVMMS網關/服務器也實行統一編號,0500~9999的全號段分配給各TVMMS網關/服務器,而0000~0499作為保留號段。這些號段的具體分配辦法由國家廣播電影電視總局統一制定。用戶終端的識別號(ID)則是由TVMMS網關/服務器編號與機頂盒智能卡編號兩者組合而成,形成11位的號碼長度,這也是為符合人們的使用習慣。識別號位數采用與手機號位數一致,而且該識別號與用戶終端具有一一映射的關系。其中 TVMMS網關/服務器編號位于高地址位,智能卡編號位于低地址位。例如,某TVMMS網關/服務器編號是"1000",機頂盒智能卡編號是 "3344556",那么該用戶終端的ID為"10003344556"。
對用戶終端的具體尋址過程,首先是通過前4位數字即TVMMS網關/服務器編號,確定用戶終端所在的TVMMS網關/服務器,再由TVMMS網關/服務器根據后7位數字即機頂盒智能卡編號唯一確定目的終端地址。

  1. 用戶號碼解析及路由

號碼解析實質上就是號碼的映射,在數字電視網絡上進行點對點的號碼解析。TVMMS系統的TVMMS網關/服務器收到消息并檢查地址信息,判斷目的接收者是否位于管轄之內,再進行相應的操作,接收者在正確接收后要發送應答消息。

  1. 無縫切換

這里的無縫切換是指數字電視與可視電話音視頻間的無縫切換,它能夠保證用戶在通話時不掉線,而且聲音和視頻圖像的質量不受到影響。
語音信號是通過遙控器輸入輸出的,視頻信號是通過攝像頭輸入電視機輸出的,因而在傳輸時音視頻信號要分開,進行異步傳輸;電視信號都是在電視機上輸出的,進行的是同步傳輸。因而進行切換時不僅要進行音視頻的切換,還要進行可視電話信號和數字電視信號之間的切換。
4) 基礎元數據系統
基礎元數據系統作為可視電話業務的后臺支撐,用于搜集終端設備用戶數據,以支撐計費、管理、控制等營運平臺。
4  小結
隨著廣電網絡雙向化改造的逐步完成,充分利用現有的有線數字電視網絡,構造一個全國性的可視電話網絡,可為人們提供新的可視電話方式,推動國家的數字化和網絡化進程。并且,該可視電話使用的不是傳統的固定電話網,其資源更為廉價,能為用戶節約很多話費。筆者所設計的基于數字電視的可視電話,實現了廣播電視網與互聯網和電信網在業務層面上的互聯互通,對"三網融合"也具有一定的推動作用。

參考文獻:
[1] 金純,湯芳劍,萬寶紅,等.基于SIP和TVPP協議的短信網關的研究和實現[J].電視技術,2009,32(1):71-73.
[2] 金純,楊帆,盛謙,等. 數字電視網絡點對點短消息協議研究[J].電視技術,2009,32(4):14-15.
[3] 熊平華,楊建剛.IP可視電話視頻會議系統設計與實現[J].計算機工程與設計,2004(4):619-621.
[4] 詹鵬飛,馬興,陳前斌.藍牙可視電話系統研究[J].重慶郵電學院學報:自然科學版,2004(2):52-56.
[5] 周華貴,王庫,陳楊.可視電話在數字機頂盒中的實現[J].電視技術,2005,29(S1):152-154.
[6] 黃旌,汪洋,畢大園.基于PC的可視電話音頻視頻子系統的實現[J].微計算機信息,2005,29(8):106-107.
[7] 何彬,張國清.SIP可視電話系統的信令流分析[J].計算機工程與應用,2005,29(15):157-159.

作者簡介:(請刪除作者介紹)
金純 (1966- ),博士,教授,碩士研究生導師,研究方向為通信網。

責任編輯:許                  收稿日期:2010-7-28

 
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