一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法及系統的製作方法
2023-09-17 04:58:10 1
專利名稱：一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基於IP網絡和以會話發起協議 (Session Initiation Protocol, SIP)作為控制信令的語音通信系統中的SIP終端編 解碼算法動態協商的方法及系統。
背景技術：
在基於IP網絡和以SIP作為控制信令的語音通信系統中，以往的流程往往 是會話雙方(SIP終端之間，或者SIP終端與媒體網關(MediaGateway, MGW) 之間)在開始通話，即建立媒體通道進行媒體交換之前，預先進行媒體協商。協 商的方式是在SIP消息中攜帶會話描述協議(Session Description Protocol, SDP) 消息體，用以描述SIP終端的媒體能力信息，包括語音或視頻使用的編解碼算法、 IP位址和媒體流使用的埠等等；並利用SDP協議的提供/應答 (OFFER/ANSWER)機制，實現與對端之間的媒體協商。協商完成之後開始通話 並進行媒體交互，在這之後進行交互的語音編解碼算法都是採用協商確定的算 法。
基於IP的語音通信，媒體流都是在分組交換網上傳送，每一路通話都佔用 一定的網絡帶寬資源。在話務量不高或者網絡帶寬資源足夠豐富的情況下，能夠 保證媒體流的實時和無損傳輸；當網絡上一個端點到另一端點的話路媒體流過多 時，該網絡就會出現擁塞。擁塞後的網絡在其上傳送的所有媒體流就會出現丟包 過多，時延過大，導致在該網絡上承載的正常語音通話語音質量下降，嚴重時甚 至會導致通話無法正常進行。解決該問題的理想辦法是建設足夠大帶寬的分組交 換網，使其不會產生擁塞，但這樣做一方面成本過高，另一方面巨大帶寬的分組 網大多時間話務量不高時其上面只傳送很少的媒體流，產生巨大的浪費。
在網絡上傳輸的語音數據是在終端採集後按照一定的編碼算法進行壓縮，然 後通過實時傳輸協議(Realtime Transport Protocol, RTP)發送到對端；再由對端 用相應的解碼算法進行解碼還原。由於語音編解碼技術的不斷進步，現在能夠選 擇的編解碼算法非常之多，如G711A、 G711u、 (1729、 G723.1、 (1726、 G728、 AMR、 iLBC、 Speex等等。終端支持的可用於媒體協商的編解碼算法也有很多
5種。不同的編碼算法，數據壓縮比例有高有低，同樣的語音數據，得到的壓縮後 數據有大有小。例如，G711、 G729和G723.1三種編解碼算法，壓縮後的純語 音數據量(不考慮RTP和IP包頭)在網絡上傳輸的速率分別為64Kbps (bitper second,位每秒)、8Kbps和5.3Kbps。明顯地，同樣帶寬情況下，低速率的編解 碼格式能傳送更多的話路。然而低速率傳送的語音在話音質量會有一些的下降， 例如對於G711、 G729和G723.1三種算法，反映語音編碼質量的平均意見值 (Mean Opinion Score, MOS)分別為4.1、 3.92和3.8。
傳統的動態語音編解碼切換方法， 一般是在網絡側進行，由媒體網關監視是 否發生擁塞，當檢測到出現擁塞時，向軟交換上報網絡擁塞事件，軟交換對該網 關上以後新建立的呼叫切換為低速率的編解碼格式，擁塞嚴重時會對新呼叫建立 進行限制。再有對己建立的呼叫向媒體網關下命令向低速率強行切換。這種方法 如果有一側網關不支持低速率的編解碼格式，媒體流就會中斷。因此迫切需要一 種方法，當話路不多時，以高速率的編解碼格式傳送媒體流，提供給用戶清晰、 高質量的語音業務；而當網絡出現擁塞時，動態調整媒體流的編解碼格式到低速 率的格式，降低網絡上的媒體流量，避免出現網絡擁塞而影響業務；同時保證被 調整的媒體流降低到低速率的格式後，雖然清晰度稍有下降，但仍能保持繼續進 行而不中斷。
另外，傳統的語音編解碼切換方法，往往只考慮交換側的網絡資源狀況，而 在呼叫通道上，從端到端的所有傳輸環節都可能造成媒體包的丟失。媒體協商的 主體是終端與終端之間，或者終端與媒體網關之間，對於終端支持的語音編解碼 算法信息在終端側最完整。因此若能由終端檢測和統計對端發過來的媒體流，就 能夠反映和預測未來整個呼叫通道上的網絡資源狀況；還可根據本端支持的編解 碼算法信息，進行調整後發起新的媒體協商，以動態地適應網絡資源狀況。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種SIP終端編解碼算法動態協商的方 法，並在此基礎上提供一種SIP終端編解碼算法動態協商的系統，以解決現有切 換語音編解碼技術中存在的不能從終端發起、未對端到端的RTP流實時檢測和 統計的問題。
本發明所述一種SIP終端編解碼算法動態協商的方法，包括以下步驟 步驟A: SIP終端對收到的媒體流進行實時檢測，並周期性統計媒體流的丟
6包數量，計算一定周期內的網絡丟包率；
步驟B: SIP終端基於歷史時段的網絡丟包率對本端支持的語音編解碼算法 進行排序；
步驟C:判斷編解碼算法列表是否發生變化，若是，則SIP終端發出包含有 新的編解碼算法列表的請求消息，與通話對端進行媒體協商；協商成功後，雙方 以新的編解碼格式進行通訊；否則，執行步驟A。
所述SIP終端是指SIP電話、PC客戶端或者其它支持SIP協議的終端。
所述通話對端是指通話對方的SIP終端或者媒體網關MGW。
所述步驟A進一步包括
步驟Al:通話開始時，SIP終端設置收包計數器和丟包計數器；並設置檢 測步長以及預測周期
步驟A2:通話進行過程中，SIP終端在步長範圍對接收到的語音RTP包進 行檢測，記錄一個步長內相同負荷值的所有RTP包頭部的序列號(Sequence Number)欄位；每收到一個RTP包，收包計數器加1，並計算前後兩個RTP包序 列號的差值，若差值不為l，則丟包計數器增加該差值減l;
步驟A3:計算一個步長內的丟包率，記錄該值將收包計數器和丟包計數 器清零；並判斷步長累計時間是否到達預測周期，若是，則提交丟包率統計數據 記錄；否則，執行步驟A2。
步驟A3中所述丟包率的值為丟包計數器的值除以收包計數器的值和丟包計 數器的值的和。
步驟A2中所述相同負荷值的所有RTP包是指同一類型的所有RTP包。 所述步驟B進一步包括
步驟B1:根據丟包率計算一個檢測周期內的丟包率均值和丟包率方差其 中，丟包率均值代表一定周期內網絡資源狀況平均水平，丟包率方差代表網絡資 源的穩定性；以此對未來時段的網絡資源狀況進行預測；
步驟B2:判斷丟包率均值的大小，若丟包率均值大於設定的丟包率閾值上 限，則按照佔用帶寬的高低調整本地的語音編解碼算法列表，其中佔用帶寬低的 算法設置為高優先級；若丟包率均值小於設定的丟包率閾值下限，且丟包率方差 小於設定的方差閾值，則按照佔用帶寬的高低調整本地的語音編解碼算法列表， 其中佔用帶寬高的算法設置為高優先級；否則，本地的語音編解碼算法列表不變；
步驟B3:判斷本地的語音編解碼算法列表是否發生變化，若是，則存儲變化後的算法優先級列表。
步驟B2中所述丟包率閾值上限的值在運行過程中可根據實際的網絡狀況， 以及SIP終端支持的編解碼算法佔用帶寬的情況進行修正。
步驟B2中所述丟包率閾值下限的值在運行過程中可根據實際的網絡狀況， 以及SIP終端支持的編解碼算法佔用帶寬的情況進行修正。
步驟B2中所述方差閾值在運行過程中可根據實際的網絡狀況，以及SIP終 端支持的編解碼算法佔用帶寬的情況進行修正。
所述步驟C進一步包括
步驟C1:若本地的語音編解碼算法列表發生變化，則通過SIP協議的請求 消息與通話對端重新發起媒體協商，該消息攜帶的SDP消息體中包含了重新調 整優先級後的編解碼算法列表；
步驟C2:通話對端收到該消息後，按照收到消息中的算法優先級順序及本 地支持的編解碼算法確定最終的編解碼算法；然後返回200OK消息，其中包含 攜帶該算法信息的SDP消息體；
步驟C3:請求消息發起端收到200OK並確認後，雙方後續的語音媒體交互 以新的編解碼格式進行。
步驟C2中所述最終的編解碼算法是通話對端通過提取SDP消息中的編解碼 算法信息，與本地支持的編解碼算法取交集，然後按照收到消息中的算法優先級 順序選擇交集中優先級高的編解碼算法確定的。
本發明所述SIP終端編解碼算法動態協商的系統，包括
檢測單元，用於通話過程中檢測接收到的RTP包，記錄包頭的序列號欄位；
統計單元，用於獲取並統計來自檢測單元的數據，在一個步長內計算網絡丟
包率；並計算預測周期內丟包率的均值和方差；
預測單元，用於根據統計單元得到的數據，預測未來時段的網絡資源狀況，
包括判斷丟包率均值是否在設定的丟包率閾值範圍內；參考丟包率方差和閾值的 值，進行決策是否調整編解碼算法的優先級列表；
存儲單元，用於在編解碼算法的優先級發生變化時，存儲變化後的優先級列
表；
執行單元，用於在預測單元發出指令後，攜帶變化後存儲單元中的編解碼算 法優先級列表作為SDP消息體，發起新的媒體協商，並負責隨後的信令交互。 本發明所述的方法和系統，即可用於下一代網絡(Next Generation NetworkNGN)環境，此時與所述SIP終端進行信令交互的網絡側設備是軟交換(Soft Switch, SS);另外也可用於IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem, IMS)環 境，此時與所述SIP終端進行信令交互的網絡側設備是服務-呼叫會話控制功能 (Serving-Call Session Control Function, S-CSCF)。
採用本發明所述方法和系統，與現有技術相比，能夠在呼叫終端側實時地對 RTP流進行檢測和統計，動態調整會話採用的編解碼算法以適應網絡資源狀況， 使用戶得到最佳的語音質量體驗。
圖1是實現本發明所述方法的系統結構圖2是實現本發明所述方法，對端是SIP終端時的進行信令交互的示意圖； 圖3是實現本發明所述方法，對端是媒體網關時的進行信令交互的示意圖。
具體實施例方式
下面將通過附圖對本發明做進一步詳細說明。
如圖1所示，為實現本發明所述的方法，SIP終端(SIP User Equipment, SIP
UE)需要增加本發明所述的系統，圖中
11檢測單元，用於通話過程中檢測接收到的RTP包，記錄包頭的序列號字
段；
12統計單元，用於獲取檢測單元提供的數據進行統計，並在一個步長內計 算網絡丟包率；在經過多個步長達到預測周期以後，計算該周期內丟包率的均值
和方差；
13預測單元，用於根據統計單元得到的數據，預測未來時段的網絡資源狀 況；判斷丟包率均值是否在設定的丟包率閾值範圍之外，並參考丟包率方差和閾 值的值，進行決策是否調整編解碼算法的優先級列表；
14執行單元，用於在預測單元發出指令後，攜帶變化後存儲單元中的編解 碼算法優先級列表作為SDP消息體，發起新的媒體協商，並負責隨後的信令交 互。
15存儲單元，用於當編解碼算法的優先級列表發生變化時，存儲變化後的 優先級列表。
如圖2所示，是本發明的一個經簡化的應用環境。在網絡側只列出了與本實施例緊密相關的網元，它們與SIP終端一起進行信令交互實現本發明。在NGN 環境下進行呼叫控制的是SS，在IMS環境下進行呼叫控制的是S-CSCF，以下 說明以NGN環境為例。
圖2所示是兩個SIP UE——21-UE1和23-UE2之間通話，其中媒體流不經 過MGW直接到達對端。UE之間的信令交互經過22-SS。圖中，假設UE1支持 的語音編解碼算法包括5種格式，它們構成UE1當前的編解碼格式列表 CodecList—old{Codec_l, Codec—2， Codec—3， Codec_4, Codec_5}。UEl與UE2建立 呼叫進行媒體協商的時候假設協商的結果是Codec—1;通話開始之後UE1與UE2 以Codec—1作為編解碼方式互相發送媒體流。
在通話開始時候，UE1設置收包計數器PacketCounter和丟包計數器 LoseCounter;同時設置丟包率的閾值下限RateHold一down和閾值上限 RateHold—up,以及丟包率方差的閾值VarHold;還需要設置對RTP包的統計步 長Delta,預測周期Period;其中，Period為若干個Delta: Period = n*Delta。
步驟201 ，通話過程中UE1與UE2以Codec—1作為編解碼格式互相發送RTP包。
步驟202，為本發明的核心部分，細分為以下子步驟
a) 對收到的RTP進行實時檢測，每收到一個RTP包，PacketCounter增1; 判斷相鄰RTP包的包頭Sequence Number欄位的值，如果相差不為1，則 LoseCounter增加該差值減1;
b) 時間達到檢測步長 Delta 後，計算丟包率 ri=LoseCounter/(PacketCounterfLoseCounter),其中i-l,2，…，n;然後將計數器 PacketCounter和LoseCounter清零，返回步驟a)繼續進行；
c) 判斷時間是否達到預測周期Delta,若是，則執行步驟d);否則，執行 步驟a);
d) 計算該周期內的丟包率均值Avr和方差Var;其中，Avr代表一定周期內 網絡資源狀況平均水平，Var代表網絡資源的穩定性；以此對未來時段的網絡資 源狀況進行預測；
e) 判斷Avr與RateHold_down和RateHold_up的關係若Avr大於 RateHold_up,則按照佔用帶寬的高低調整本地的語音編解碼算法的優先級，其 中佔用帶寬低的算法設置為高優先級；若Avr小於RateHold—down並且Var小於 VarHold,則調整語音編解碼算法的優先級，其中佔用帶寬高的算法設置為高優先級
f)判斷UE1的編解碼算法列表CodecList是否發生改變；若沒有改變，返回步驟a)重新開始執行；否則執行步驟203，發起新的媒體協商。
步驟203， UE1以新的編解碼算法列表CodecList—new作為SDP消息體通過re-INVITE發起新的媒體協商；
步驟204， SS收到以後轉發到UE2;
步驟205， UE2根據收到的新的編解碼算法優先列表，結合本端支持的編解碼算法，確定後續交互的媒體格式，放在200OK的SDP消息體中返回給SS;步驟206， SS轉發給UE1;步驟207-208, UE1發出ACK確認；
步驟209， UE1與UE2之間以新的編解碼算法交互媒體流。
例如，經過步驟202後，UE1得到新的媒體優先級列表CodecList_new{Codec_3, Codec—4, Codec—1， Codec—2, Codec—5} ; UE2收到re-INVITE以後根據本端支持的編解碼格式確定以Codec—3作為最終的媒體格式，在這之後的通話中雙方將以Codec—3格式的媒體進行交互。
以上步驟中使用的幾個閾值RateHold一down、 RateHold—up和VarHold,即可以由用戶在初始化的時候進行設置；也可以根據實際的網絡狀況以及本端支持的編解碼算法佔用帶寬情況，在運行過程中進行修正，以得到最適合的值，使得在一定帶寬下能夠得到最優的語音質量。
圖3所示的情況與圖2不同之處是UE進行媒體交互的直接對象是MGW，通過MGW與通話對方進行媒體交互。這種情況下SS與MGW的信令交互(步驟304)是通過媒體網關控制協議(Media Gateway Control Protocol, MGCP)進行的，其它的步驟與圖2所示情況基本相似，在此不再贅述。
以上描述的實施例是說明性的而不是限制性的，本發明還可有其他多種實施例，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1、一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟A會話發起協議終端對收到的媒體流進行實時檢測，並周期性統計媒體流的丟包數量，計算一定周期內的網絡丟包率；步驟B會話發起協議終端基於歷史時段的網絡丟包率對本端支持的語音編解碼算法進行排序；步驟C判斷編解碼算法列表是否發生變化，若是，則會話發起協議終端發出包含有新的編解碼算法列表的請求消息，與通話對端進行媒體協商；協商成功後，雙方以新的編解碼格式進行通訊；否則，執行步驟A。
2、 如權利要求1所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，所述通話對端是指通話對方的會話發起協議終端或者媒體網關。
3、 如權利要求1所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，所述步驟A進一步包括步驟Al:通話開始時，會話發起協議終端設置收包計數器和丟包計數器； 並設置檢測步長以及預測周期；步驟A2:通話進行過程中，會話發起協議終端在步長範圍對接收到的語音 實時傳輸協議包進行檢測，記錄一個步長內相同負荷值的所有實時傳輸協議包頭 部的序列號欄位；每收到一個實時傳輸協議包，收包計數器加l，並計算前後兩 個實時傳輸協議包序列號的差值，若差值不為1，則丟包計數器增加該差值減1;步驟A3:計算一個步長內的丟包率，記錄該值，將收包計數器和丟包計數 器清零；並判斷步長累計時間是否到達預測周期，若是，則提交丟包率統計數據 記錄；否則，執行步驟A2。
4、 如權利要求1所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，所述步驟B進一步包括步驟B1:根據丟包率計算一個檢測周期內的丟包率均值和丟包率方差； 步驟B2:判斷丟包率均值的大小，若丟包率均值大於設定的丟包率閾值上限，則按照佔用帶寬的高低調整本地的語音編解碼算法列表，其中佔用帶寬低的算法設置為高優先級；若丟包率均值小於設定的丟包率閾值下限，且丟包率方差 小於設定的方差閾值，則按照佔用帶寬的高低調整本地的語音編解碼算法列表， 其中佔用帶寬高的算法設置為高優先級；否則，本地的語音編解碼算法列表不變;步驟B3:判斷本地的語音編解碼算法列表是否發生變化，若是，則存儲變 化後的算法優先級列表。
5、 如權利要求1所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，所述步驟C進一步包括-步驟Cl:若本地的語音編解碼算法列表發生變化，則通過會話發起協議協 議的請求消息與通話對端重新發起媒體協商，該消息攜帶的會話描述協議消息體 中包含了重新調整優先級後的編解碼算法列表；步驟C2:通話對端收到該消息後，按照收到消息中的算法優先級順序及本 地支持的編解碼算法確定最終的編解碼算法；然後返回200OK消息，其中包含 攜帶該算法信息的會話描述協議消息體；步驟C3:請求消息發起端收到200OK並確認後，雙方後續的語音媒體交互 以新的編解碼格式進行。
6、 如權利要求3所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，步驟A3中所述丟包率的值為丟包計數器的值除以收包計數器的值和 丟包計數器的值的和。
7、 如權利要求4所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，步驟B2中所述丟包率閾值上、下限的值在運行過程中可根據實際的 網絡狀況，以及SIP終端支持的編解碼算法佔用帶寬的情況進行修正。
8、 如權利要求4所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，步驟B2中所述方差閾值在運行過程中可根據實際的網絡狀況，以及 SIP終端支持的編解碼算法佔用帶寬的情況進行修正。
9、 如權利要求5所述的會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，其 特徵在於，步驟C2所述最終的編解碼算法是通話對端通過提取會話描述協議消息中的編解碼算法信息，與本地支持的編解碼算法取交集，然後按照收到消息中 的算法優先級順序選擇交集中優先級高的編解碼算法確定的。
10、 一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的系統，其特徵在於，包括檢測單元，用於通話過程中檢測接收到的實時傳輸協議包，記錄包頭的序列 號欄位；統計單元，用於獲取並統計來自檢測單元的數據，在一個步長內計算網絡丟包率；並計算預測周期內丟包率的均值和方差；預測單元，用於根據統計單元得到的數據，預測未來時段的網絡資源狀況， 包括判斷丟包率均值是否在設定的丟包率閾值範圍內；參考丟包率方差和閾值的 值，進行決策是否調整編解碼算法的優先級列表；存儲單元，用於在編解碼算法的優先級發生變化時，存儲變化後的優先級列表；執行單元，用於在預測單元發出指令後，攜帶變化後存儲單元中的編解碼算 法優先級列表作為會話描述協議消息體，發起新的媒體協商，並負責隨後的信令 交互。
全文摘要
本發明涉及一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的方法，該方法通過會話發起協議終端在呼叫過程中對收到的媒體流進行實時檢測，周期性統計媒體流的丟包率；並基於歷史時段的網絡丟包率對語音編解碼算法進行排序，然後主動發起與通話對端或者媒體網關的媒體協商，成功後雙方以新的編解碼格式進行通訊；本發明還在上述方法的基礎上提供一種會話發起協議終端編解碼算法動態協商的系統，該系統包括檢測單元，統計單元，預測單元，存儲單元以及執行單元。本發明能夠在呼叫終端側實時地對實時傳輸協議流進行檢測和統計，動態調整會話採用的編解碼算法以適應網絡資源狀況，使用戶得到最佳的語音質量體驗。
文檔編號H04L1/00GK101483494SQ200810065149
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月7日 優先權日2008年1月7日
發明者張繼棟, 昊 董, 鄧加瓊 申請人:中興通訊股份有限公司