基于数字电视网络可视电话的设计与实现--实用设计

摘要：介绍了一种基于数字电视网络可视电话的原理和实现方案。利用数字电视点对点协议和SIP协议，完成了通信双方实时的语音和视频信息的交互。具体介绍了整个系统基于TVPP所采取的框架结构，最后讨论了系统实现的关键技术和设计方案。

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技术被纳入蓝牙技术联盟(SIG)，并更名为ULP(超低功耗)蓝牙【1】。它继承了传统蓝牙规范的优点，优化运用，且耗能更少，成本更低，用于小型设备件的简单的数据传输。

1  引言
利用互联网进行实时信息通信成为近些年来出现的一种新的网络技术，包括即时通信、视频会议，IP语音技术(VoIP)等。然而在国内互联网的普及远不如广电网，通过互联网来进行的可视电话在很多地区都无法实现。
笔者基于SIP和数字电视点对点协议（TVPP）[1-2]，提出了一个通过广电网来实现可视电话的设计方案。基于现有的有线数字电视网络进行宽带接入，在互联网上进行通话，通话时运用互联网语音传输协议。利用电视机作为可视电话的显示屏幕，用遥控器来拨打电话，在有电话来临时，用户能够将数字电视节目切换到通话状态，实现打电话和看电视两不误。这一方案，同样可以应用在即时通信和视频会议等领域。[3]
2  系统设计

在CAM中，图像通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面，然后转为电信号，经过模数转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，再通过USB接口传输到蓝牙接入设备。
遥控器同时具有蓝牙和红外两种遥控功能，它是学习型的，能够将绝大多数遥控器和机顶盒上的功能拷贝到自己的按键上，并实现相应的功能。利用它，不仅可以遥控数字电视，还可以打接可视电话、发送互动短信。
蓝牙电缆调制解调器带有蓝牙功能，可以接收蓝牙遥控器发送的数据，遥控器通过它可把数据传到广电网上的数字电视，还可以经过网关与电信网和互联网的用户实现互通。[4]
对于终端用户来说，只需拥有一套低价的通话设备（包括遥控器、信号自动切换设备、蓝牙接入设备和摄像头等），按动遥控器即可以完成可视通话及相关的各种服务。终端用户间直接利用TVPP协议在广电网之间实现可视电话的情况如图2所示。

图2 终端用户在广电网之间通话框图

当用户A准备向被叫用户B拨打电话时，首先打开电视机、Cable Modem、话筒、摄像头之类的设备，然后Cable Modem向所在主叫视频服务器A发送拨号请求。这个过程和普通打电话是一样的。之后主叫视频服务器A在收到请求后先由CA系统确认用户信息，包括拨打电话的用户是否合法、能否使用此项功能等，主叫视频服务器A然后判断是否还有空余的通道可以给主叫用户A使用，并返回信号，如果都正常，通道也有空闲，主叫用户A就被允许拨打对方号码，主叫视频服务器A收到拨号的号码后根据号码地址查询数据库，找到此号码所属的视频服务器，然后向其发送请求通信。被叫视频服务器B收到信号后也同样先确认用户信息，判断是否还有空闲的通道让被叫用户B通信，接着向主叫服务器A返回信号。如果主叫服务器A和被叫服务器B都确认通信没有问题，两用户间的传输通道就建立好了，主叫用户A的蓝牙Cable Modem就会将话筒和摄像头采集到的图像发送到所属的主叫服务器A上，通过主叫服务器A和被叫服务器B间的中转，主叫用户A的信号就到了被叫服务器B中，然后被叫服务器B对信号进行加扰、加密、复用等处理后将其送入QAM调制模块，调制成RF信号，并通过混合器与普通的电视节目信号混合，混合器输出最终的信号通过HFC网络以广播模式向被叫用户B发送。被叫用户B的用户单元在CA系统的控制下自动确认来自主叫用户A的信号是否合法，如合法则对主叫用户A传来的信号进行解码输出，这样被叫用户B就能在电视机上收到用户A发送过来的图像和语音信号。主叫用户A接收被叫用户B的信号过程同理。[5-7]
3  系统实现
3.1  实现原理
电视机可以同时接收音视频信号，而且在收看电视的同时可以接听电话，实现电视和电话的自动切换。而且，由于充分使用了有线电视的网络，使HFC网络的带宽优势得到体现，且广电网与互联网实现互通，终端用户之间不仅在广电网之间可以实现可视电话，在广电网与其他网络之间也可以实现可视电话。
可视通信功能和STB功能的启动和切换流程具体步骤如下：
1） STB开机时，系统成功初始化。
2） 主应用进程等待用户指令，包括用户发起呼叫或者用户接受来呼的指令、用户使用STB基本功能的指令和用户关机指令，如果检测到用户发起呼叫或者用户接受来呼的指令则执行步骤3），如果检测到用户使用STB基本功能的指令则执行步骤5），如果检测到关机指令则执行步骤8）。
3） 启动可视通信功能模块后，执行步骤4）。
4） 使用可视通信功能，当前功能使用完毕时执行步骤2）。
5） 启动STB基本功能模块后，执行步骤6）。
6） 使用数字电视或VoD功能，同时等待用户发起呼叫或者用户接受来呼的指令，如果收到用户发起呼叫或者用户接受来呼的指令则执行步骤7），否则，当前功能使用完毕时执行步骤2）。
7） 切换到可视通信功能模块后，执行步骤4）；
8） 系统反初始化，主应用进程结束。
3.2  关键技术
本方案的关键技术包括电视机的编寻址、用户号码解析及路由、无缝切换、基础元数据系统等。

1. 电视机编寻址

通信双方要准确找到对方就必须得让通信双方有一个地址，就像目前的电话号码一样。利用TVPP协议，其核心系统TVMMS能够对数字电视机屏幕进行编寻址，解决了目前传统的电视机还不能进行编寻址的问题。
数字电视机顶盒智能卡（IC卡）含有一个唯一的十进制编号。该编号可用于SMS（Subscriber Management System）和CAS（Conditional Access System）对STB进行寻址、授权等。
同时，TVMMS网关/服务器也实行统一编号，0500~9999的全号段分配给各TVMMS网关/服务器，而0000~0499作为保留号段。这些号段的具体分配办法由国家广播电影电视总局统一制定。用户终端的识别号（ID）则是由TVMMS网关/服务器编号与机顶盒智能卡编号两者组合而成，形成11位的号码长度，这也是为符合人们的使用习惯。识别号位数采用与手机号位数一致，而且该识别号与用户终端具有一一映射的关系。其中 TVMMS网关/服务器编号位于高地址位，智能卡编号位于低地址位。例如，某TVMMS网关/服务器编号是"1000"，机顶盒智能卡编号是 "3344556"，那么该用户终端的ID为"10003344556"。
对用户终端的具体寻址过程，首先是通过前4位数字即TVMMS网关/服务器编号，确定用户终端所在的TVMMS网关/服务器，再由TVMMS网关/服务器根据后7位数字即机顶盒智能卡编号唯一确定目的终端地址。

1. 用户号码解析及路由

号码解析实质上就是号码的映射，在数字电视网络上进行点对点的号码解析。TVMMS系统的TVMMS网关/服务器收到消息并检查地址信息，判断目的接收者是否位于管辖之内，再进行相应的操作，接收者在正确接收后要发送应答消息。

1. 无缝切换

这里的无缝切换是指数字电视与可视电话音视频间的无缝切换，它能够保证用户在通话时不掉线，而且声音和视频图像的质量不受到影响。
语音信号是通过遥控器输入输出的，视频信号是通过摄像头输入电视机输出的，因而在传输时音视频信号要分开，进行异步传输；电视信号都是在电视机上输出的，进行的是同步传输。因而进行切换时不仅要进行音视频的切换，还要进行可视电话信号和数字电视信号之间的切换。
4） 基础元数据系统
基础元数据系统作为可视电话业务的后台支撑，用于搜集终端设备用户数据，以支撑计费、管理、控制等营运平台。
4  小结
随着广电网络双向化改造的逐步完成，充分利用现有的有线数字电视网络，构造一个全国性的可视电话网络，可为人们提供新的可视电话方式，推动国家的数字化和网络化进程。并且，该可视电话使用的不是传统的固定电话网，其资源更为廉价，能为用户节约很多话费。笔者所设计的基于数字电视的可视电话，实现了广播电视网与互联网和电信网在业务层面上的互联互通，对"三网融合"也具有一定的推动作用。

参考文献：
[1] 金纯，汤芳剑，万宝红，等.基于SIP和TVPP协议的短信网关的研究和实现[J].电视技术，2009，32（1）：71-73.
[2] 金纯，杨帆，盛谦，等. 数字电视网络点对点短消息协议研究[J].电视技术，2009，32（4）：14-15.
[3] 熊平华，杨建刚.IP可视电话视频会议系统设计与实现[J].计算机工程与设计，2004（4）：619-621.
[4] 詹鹏飞，马兴，陈前斌.蓝牙可视电话系统研究[J].重庆邮电学院学报：自然科学版，2004（2）：52-56.
[5] 周华贵，王库，陈杨.可视电话在数字机顶盒中的实现[J].电视技术，2005，29（S1）：152-154.
[6] 黄旌，汪洋，毕大园.基于PC的可视电话音频视频子系统的实现[J].微计算机信息，2005，29（8）：106-107.
[7] 何彬，张国清.SIP可视电话系统的信令流分析[J].计算机工程与应用，2005，29（15）：157-159.

作者简介：(请删除作者介绍)
金纯 (1966- )，博士，教授，硕士研究生导师，研究方向为通信网。

责任编辑：许   盈               收稿日期：2010-7-28