贾菁珅;张成
【摘 要】VoLTE(Voice Over LTE)是通过LTE网络作为业务接入、IMS网络实现业务控制的语音解决方案.其语音通话业务是整个LTE网络优先级最高的,拥有通过质量更好、稳定性更强的优势.VoLTE语音数据由IPv6承载基于SIP协议传输,使用AMR语音编码格式.文章对VoLTE语音传输中的信令协议流程进行了分析,并对AMR语音数据的传输和播放解析方法进行了研究.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】3页(P77-79)
【关键词】VoLTE;SIP协议;AMR编译码器
【作 者】贾菁珅;张成
【作者单位】武汉虹旭信息科技有限公司,湖北武汉,430074;武汉虹旭信息科技有限公司,湖北武汉,430074
【正文语种】中 文
0 引言
LTE网络架构将全新的核心网EPC以及无线接入网技术E-UTRAN引入，架构采用的是承载与承载分离的方式。这种扁平的全IP网络架构可以为用户提供低时延且高带宽的移动数据业务。在网络结构及功能上LTE网络发生了较大调整，但用户对高品质的语音和视频通话业务需求却是与日俱增，与2G和3G网络相比，LTE也相应完成了语音业务的进阶。 1 VoLTE的基本概念
VoLTE语音业务通俗来说就是使用数据流量进行语音通话,这与电话、QQ电话、FaceTime、Skype等这类VoIP网络电话相似，但是VoLTE走的是移动数据网络上的专用通道。
VoLTE 技术引入了 IMS（IP Multimedia Subsystem），即IP多媒体子系统，用于提供包括VoIP等多媒体IP服务。因为LTE网络只传送数据包，所以和其它数据一样，LTE把语音数据和其有关的信令数据都打包成数据包传输，同时给予了更高的优先级别。IMS网络接收处理这些数据包，并将这些数据包的语音数据和信令部分作区分。与VoIP一样，IMS管理的数据包分为：媒体包（用户面）和信令包（控制面）。IMS信令管理部分实际上是实现SIP服务器的功能，媒体网关则负责用户面消息。所以简化之后的整个IMS网络结构分为两个部分：媒体网关和SIP服务。 VoLTE是通过IMS网络实现业务控制、LTE网络作为业务接入的语音解决方案，是目前主流的4G语音目标解决方案。本文主要研究VoLTE中的语音业务的传输，分析SIP的呼叫流程，并对VoLTE下AMR语音编码格式的解析转换方式进行研究。
2 VoLTE中的SIP呼叫流程
SIP(Session Initiation Protocol)协议用于修改、创建和释放一个或多个用户会话，是一个存在于应用层信令控制协议。这些会话可以是多媒体分发、IP电话或Internet多媒体会议。会话的用户可以通过网状单播、组播或两者的结合体进行通信。
2.1 基于SIP的语音呼叫流程
SIP消息分为请求消息和响应消息。请求消息包含三个元素:请求行、头域、消息体响应消息包含三个元素:状态行、头域、消息体。请求行包括了方法名、请求的URL、协议版本号。表1中展示了SIP定义的七种方法。 表1 SIP请求方法定义方法名 定义INVITE 邀请用户加入呼叫BYE 终止两个用户之间的呼叫OPTIONS 请求关于服务器能力的信息ACK 确认客户机接收到对INVITE的最终响应REGISTER 提供地址解析的映射让服务器知道其它用户的位置INFO 用于会话中信令CANCEL 表示在收到对请求的最终响应之前取消该请求，对于已完成的请求则无影响
状态行包括了协议版本号、状态码、原因/指示文本。表2中展示了SIP定义的六类状态码。
表2 SIP响应状态码定义状态码 定义临时响应消息表示己收到请求正在处理。如：100试呼叫Trying、180振铃Ringing、181呼叫正在前转、200成功响应OK等2xx 终止两个用户之间的呼叫3xx 请求关于服务器能力的信息4xx 确认客户机接收到对INVITE的最终响应5xx 提供地址解析的映射让服务器知道其它用户的位置6xx 用于会话中信令1xx
要想成功建立SIP呼叫需包含两个请求消息:INVITE请求和ACK请求。INVITE请求用于邀请被叫被叫方接收邀请后返回200OK响应主叫方应发ACK证实消息进行确认。如图1所示是SIP建立通话的呼叫流程。
图1 SIP呼叫流程
2.2 SDP协商信息
SIP作为一个信令控制协议不能完成有关会话双方媒体能力集的协商以及双方通道的建立。因此SIP需要借助会话描述协议SDP来封装会话的具体参数细节才能完成整个通信流程中必要的消息交互。
SIP消息体用SDP协议描述SDP通常包括会话信息和媒体信息。其目的就是在媒体会话中传递媒体流信息允许会话描述的接收者去参与会话。信息包含会话名和目的、会话活动时间由于参与会话的资源是受限制的因此包括会话负责人的联系信息等附加信息非常有用。媒体信息包含媒体类型、传输协议、媒体格式、多播地址和媒体传输端口、用户联系地址和传输端口的远端地址。
其中有关语音数据部分传输比较重要的部分是媒体描述，格式如下：
m=<媒体><端口><传送><格式列表>
例如：m=audio 27618 RTP/AVP 113 111。解释为协议为RTP剖面为AVP，编码格式为113或者111。后面的描述字段a=中会对编码格式进行具体说明，具体格式如下：
a=rtpmap:<净荷类型号><编码名>/<时钟速率>[/<编码参数>]
例如：a=rtpmap:113 AMR-WB/16000/1。解释为编码格式为AMR宽带，编码率为16000Hz，单声道传输。
3 AMR音频解析与播放
AMR语音编码格式包括宽带AMR-WB共8种编码速率，最高23.65kbps以及窄带AMR-NB，从12.2kbps到4.75kbps。VoLTE主要采用AMR-WB编码，但实际情况中采用哪种编码器取决于终端能力和网络侧调度。如果双方都开通VoLTE服务，那么语音采用的是AMR-WB/16000/1(单声道编码)；如果只有一方用户开通VoLTE服务，那么语音采用的是AMRN
B/8000/1（单声道编码）。本章节将详细分析如何从VoLTE语音数据包中解析出音频并播放。
3.1 AMR的传输格式
AMR-NB与AMR-WB两种不同语音模式下，不同比特率对应的语音帧长度以及格式在RFC 3984与RFC 4867协议标准中给出了定义。例如，AMR-WB的模式0代表比特率为23.85kbps，FT字段长度为4比特，语音帧净长度为477比特，填充位为6比特，总字节长度为61。
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