内容概要

内容概要 • 3G-H.324M协议概要介绍 • H.223协议介绍 • H.245协议介绍 • 媒体协议介绍 • 呼叫建立过程示例 • 参考资料

3G-H.324M协议概要介绍 • 协议由来 • 可视电话是驱动3G业务的关键，而基于电路交换的3G-H.324M协议是目前能够提供无线网络视频电话业务的可行方案。目前，WCDMA R99 CS域的视频电话就是采用该协议实现的。 • 协议演变 H.324 －> H.324M －> 3G-H.324M H.324:该协议指定了如何用同步V.34 Modem进行基于POTS（Plain Old Telephone Systems）的多媒体通信。 H.324M:该协议是H.324标准的“移动部分”扩展，在H.324附件C和H.223附件A、B、C中都分别做了定义。 3G-H.324M: 3GPP采用H.324M建议作为3G网络电路交换域中视频电话的一个标准，被其采纳的建议被命名为3G-H.324M，并且针对话音、视频和多路复用操作提出了一些要求：要求GSM－AMR成为音频编码的可选编码标准之一；强制规定ITU H.263为视频编码标准；添加H.223附件B用来保护复用数据。3G网络中一般通过64kb/s电路载体链路传输3G-H.324M视频电话业务。 • 协议结构

3G-H.324M协议是通过以下一系列子协议及技术来实现视频电话的呼叫控制及多媒体通信的。3G-H.324M协议是通过以下一系列子协议及技术来实现视频电话的呼叫控制及多媒体通信的。 • Error Resilience Services and Concealment • H.223 Multiplexing/Demultiplexing • 3G-324M Adaptation Layers • H.245 Call Control Channel • Voice Channel—adaptive multi-rate (AMR) and G.723.1 Codecs • Video Channel—H.263 and MPEG-4 Simple Profile Codecs

协议结构图

H.223协议介绍 • 基本功能 • 该协议可将多种媒体流（视频，话音，用户数据，控制信令（H.245））复合成单一信息流，从而可以在一条传输信道上传送；同时把接收到的比特流分解成不同的多媒体流。 • 3G-H.324M使用ITU-T H.223 level 2的“移动部分”扩展作为它的复合协议。 • H.223 协议结构复用器的结构如右图所示，复用器包括：复用层（Multiplex Layer）及适配层（Adaptation Layer）。

抗数据通信错误机制 • H.223移动部分附件在错误保护和控制方面做了一些功能定义，这些都有效地使多路复用器在无线网络环境中增强了抗数据通信错误的能力。 • 3G-H.324M定义了4种 H.223传送级别以支持不同程度地容错传输。 • Level 0:即baseline H.223，支持同步和比特填充。支持16种不同的复合模式以集成媒体、控制和数据分组包。这些复合模式是通过终端协商而定。Level 0的容错能力是有限的。比特错误能够影响HDLC协议，干扰比特填充等。 • Level 1: 在H.223 Annex A中定义，支持同步机制，并对错误倾向信道(error-prone channels)的性能有了较大提高。HDLC被一个更健壮的帧和大长度的帧旗帜所代替。 • Level2:在H.223 Annex B中定义，对Level 1有更进一步的增强，包括了一个更健壮的MUX-PDU帧。 • Level3:在H.223 Annex C中定义，定义了最强健的传输机制。包括了改良的复合及适配层。包括了前向错误纠正（FEC）和重传输（ARQ）机制。

适配层 • 在适配层和它的高层（适配层用户）之间传递的信息单元称为适配层服务数据单元（AL Serviece Data Unit，AL－SDU），适配层通过增加一些额外的字节来对AL－SDU进行适配，然后将其送到复用层，这些额外的字节是用来进行错误检测、序列标号以及重传的。 • H.223定义了3种类型的适配层，分别是AL1、AL2、AL3。 • AL1：用于数据传输，典型的用于传送用户数据和H.245控制消息。依赖于上层来进行错误的控制和处理。 • AL2：提供8比特的CRC和可选的用于丢失率检测的序列号。 AL2能够处理各种长度的AL SDUs（服务数据单元）。该层主要用于音频适配。 • AL3：该层主要用于视频适配，包括了16位比特的CRC和可选的序列号。能够处理各种长度的AL SDUs，支持可选的重传机制。

复用层 • MUX层负责将来自AL层的信息通过下层（物理层）所提供的服务传送到远端。MUX与AL层之间交换的逻辑单元称为MUX－SDUs。两个MUX对等层之间传送的数据包称为MUX－PDUs，其实就是MUX－SDUs通过MUX层的服务传送到远端的数据包。 • MUX－PDU的结构 PM – Packet Marker，包标志码，1 bit。 MC – Multiplex Code，复用码，4 bits, 它通过指向一个多路复用表的入口。 HEC – Header Error Control，包头误码控制码，3 bits。 Information Field －信息域，信息域为传送的各类数据。

复用表 • 在协议中，采用逻辑信道的概念，对控制数据、音频及视频提供相应的逻辑信道，并按包复用形式将各逻辑信道的内容复合成帧结构码流输出。每一种码流由单方向的逻辑信道所标识，LCN标识逻辑信道编号。LCN0被固定分配给H.245控制信道。所有其他的逻辑信道将被动态地分配给音频、视频或数据流。 • 在协议中，语音和图像的复用传输，是通信双方通过控制协议H.245互相传送一个复用表项来确定的。相互通信的两个终端在每个方向上各维护一张复用表，该表由16个表项组成。每个表项描述了一种复用方法。16个表项不必全用上，只需根据需要选用。每个表项完全由具体实现来决定。下面举一例说明复用表的内容和复用方法。 • Five logical channels are assumed as follows: • LCN0: control • LCN1: audio I • LCN2: data • LCN3: video • LCN4: audioII • Audio logical channels are designated as non-segmentable, and all others are designated as segmentable.

复用表示例 其中，LCNn表示一个逻辑信道；RC，Repeat Count，表示重复次数；UCF，Until Closeing Flag。该复用表中第四表项的意思是：在复用帧中，先放一个字节的LCN2的数据(data) ，再放3个字节的LCN3数据(video)，如此重复下去，直到本复用帧结束。接受时，按同样方法将数据取出即可。

复用帧结构示例 说明：每一帧信息以帧标识(Flag)开始，帧标识由“01111110”8位码组成。接着是帧首(Header)，也由8位码组成，其中，包括1位包标识码(PM)、4位复用码(MC)及3位帧首误码控制码(HEC)。其次是信息域，信息域中为传送的各类数据，图中画出了音频、数据及视频各自占用的逻辑信道及字节数。当一帧数据结束后接着又出现一个帧标识，它既可以作为下一帧的开始，又可当作上一帧的关闭帧标识。

H.245协议介绍 • 基本概述 • H.245是3G-H.324M中所采用的多媒体通信控制信令协议，其主要用于3G-H.324M 终端间的端到端H.245信息交换，从而实现通信信道的建立、维护和释放。在H.245中称通信信道为逻辑信道。每个逻辑信道在打开时赋予一个标识号，H.245控制信道本身被视为一个特殊的永久逻辑信道，其信道号指定为0(LCN0)，在整个呼叫期间始终存在。其他逻辑信道（1-65535）同H.223多路复用表中的条目对应，用作传输视频、音频、数据或控制信息的逻辑信道。 • 协议结构：该协议的上层是3G-H.324M终端设备（以下简称设备）中的系统用户层，下层是终端的多路复用层。系统用户层通过向H.245协议层发送命令就可启动或关闭终端，并对终端进行维护和环回测试；H.245协议层接受到系统用户的命令后依据协议规定作相应操作，需要与对端交换信息时根据SRP协议向多路复用层发送消息，同时接收并处理来自对端的消息，需要告知系统用户时，则向系统用户回应。相关协议栈如右图所示：

主要功能（规程） 建立了呼叫信令程序连接后，H.245呼叫控制协议就会被用来解决呼叫媒体类型问题，并在呼叫建立前，该协议需要用来建立媒体流，同时在呼叫建立后，对呼叫进行管理。主要功能包括： • 主从决定（MasterSlaveDetermination）：为了解决多个终端在同一呼叫过程中同时引发相似事件时会出现资源冲突的问题，引入了主从决定规程。使用该规程可以将多方通信中其中一个终端确定为主终端（Master），其他均被认为是从终端(Slave)。 • 能力交换 (Capability exchange)：通信双方交换各自的通信能力。 • 逻辑信道（Logical Channel）：用于开通或关闭一个单向或双向逻辑信道。 • 关闭逻辑信道信令（Close Logical Channel）：用于接收端请求关闭逻辑信道。 • 多路复用表修改 (Multiplex Table Entry Modification)：交换多路复用表信息。 • 模式请求(Mode Request)：在能力交换完成后，允许一个终端请求远端在它的传输方向上选定一个操作模式。 • 确定环回时延(Round Trip Delay)：用来确定两个终端间的环路延迟。 • 维护环回(Maintenance Loop)：用于系统维护时进行的逻辑信道环回、媒体环回、系统环回等。

H.245消息 • H.245消息采用ASN.1语法。 • H.245消息分为4种类型：请求、响应、命令和指示消息。 • 主要的H.245消息如下表所示：

H.245消息的一般交互过程 • 在链路中，H.245消息是通过复用帧的载荷传送的。H.245消息会被压缩成简单相应协议（SRP）请求帧，一个SRP帧由一个帧头和载荷组成。H.245消息以ASN.1帧格式的列字节形式包含在载荷中，即，H.245消息先用ASN.1编码器使其“串起来”，而ASN.1编码器能够把消息中的文本转换成二进制队列字节，同时将其压缩以减少对带宽的需求。通过编码得到的队列可以容纳一个或更多的H.245消息，从而充实了SRP请求帧的载荷。根据SRP规范，一个H.245实体在收到一个SRP响应之前不允许发送一个新的SRP请求帧。一个响应SRP由一列的字节组成，包含编号和非编号两种类型。编号SRP（NSRP）响应帧合并了SRP请求帧的序列号，而非编号响应帧不包括序列号。H.324M规范中定义了NSRP和SRP的使用规则。 • 一般交换过程 • 终端交换性能第一个被终端发送（或接收）的H.245消息是终端性能请求消息，一个终端的性能请求消息告知了终端在支持音频和视频编码方面的性能、它的复用器在3个AL层上承载音频和视频的性能、是否支持简单或嵌套的复用选项、它所支持的移动方面的扩展。 • 主从模式的选定下一步交换的H.245消息是“MasterSlaveDetermination(MSD)Request”，其目的是决定一个终端是“主”还是“从”。H.324M中有两种逻辑信道：单向逻辑信道和双向逻辑信道。在3G-H.324M协议操作中，直到涉及到双向逻辑信道时，这种主从模式才变得很重要。一个双向逻辑信道可以在前向和反向信道上承载媒体，同时，一个终端的反向信道就是另一端的前向信道，如果两端同时想打开双向逻辑信道，就会面临着如何去解决冲突的问题。在大多数的3G-H.324M终端只支持H.223复用器的AL3层承载视频，而在AL3的概念中，双向逻辑信道是必需的。 • 话音和视频的逻辑信道一旦MSD流程完成，端点就可根据对方的接受能力发起信道建立过程。信道打开恒由发送方启动。在单向信道情况下，“打开逻辑信道”消息包含前向逻辑信道号及信道参数。其中信道参数包括数据类型、媒体信息是否需要确保传送、是否执行静音抑止、目的地终端标记等。

对于双向信道打开的过程和单向信道基本相同，其主要差别在于消息还包括反向信道参数，故一次消息交换同时建立两个方向的信道。此外，请求方收到对端的证实消息后，还需回发一个确认消息，表示反方向信道建立成功，可以开始传送信号。对于双向信道打开的过程和单向信道基本相同，其主要差别在于消息还包括反向信道参数，故一次消息交换同时建立两个方向的信道。此外，请求方收到对端的证实消息后，还需回发一个确认消息，表示反方向信道建立成功，可以开始传送信号。 • 复用表由发送端用户设备定义的复用表目录和这些表目录间的通信使得接收端用户能够成功的解复用出MUX-PDU帧。一个H.223复用表最多有16个目录，其中15个是用户可定义的，目录0除外（一般用于H.245控制消息的传送）。复用表目录（MTE）就是有索引和列表的一种结构，列表中包括了复用帧中逻辑信道数据的合并。MTE可以是简单的，也可以是嵌套的。根据3G-H.324M标准，终端应能够在一个或多个H.245MTE请求流程消息里定义复用表目录。一旦MTE被定义，它的索引将被设置在MUX-PDU的帧头，使接收端解复用器可以分解PDU且把多个信道的8位字节压缩成适合的SDU。MTE在使用之前应先被定义好，否则将会被接收端丢弃。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－媒体交换－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ • 逻辑信道的关闭媒体交换完毕后，进入逻辑信道的关闭过程。逻辑信道的打开和关闭均由媒体发送方发起。在特殊情况下，如接收方无法解码输入信息时，也可以由接收方提出关闭信道请求。发送方可以接收请求，也可以拒绝该请求。需明确的是，接收方只能提出请求，真正的关闭过程仍由发送方启动。

媒体协议介绍 • 音频协议 • 3G-H.324M协议将AMR编解码定为必选的音频编解码，同时也推荐使用G.723.1。 • AMR支持12.2 ~ 4.75kbps间的语音速率。同时，支持CNG（comfort noise generation）和DTX（discontinuous transmission）模式。它能动态的调整语音速率和差错控制，能针对当前信道的条件提供最好的话音质量。 • G.723.1支持5.3kbit/s 和 6.3kbit/s两种速率。 • 关于这两种语音编解码更具体更详细的内容，可以参考相应的编解码规范。 • 视频协议 • 3G-H.324M协议将H.263 baseline level 10定为必选的视频编解码，同时也推荐使用MPEG-4 simple profile level 0。 H.263 是由H.323系统遗留下来的编解码方式，这样也同时解决了3G-H.324M与H.323系统间视频编码的兼容问题。而MPEG-4与H.263 baseline 相比，更具灵活性，能够高效的处理图像，并提供了高级的差错检测及纠正机制，由于具备这些优点，大部分设备提供商更倾向于采用MPEG-4 作为视频编解码。 • 这两种编解码都采用QCIF（Quarter Common Intermediate Format，1/4公共中间格式）输入图像格式。 MPEG-4提供了一系列工具包来加强差错恢复功能，包括了数据分割，RVLC（Reversible variable length codes,可逆变长编码），重同步标识，以及HEC（Header Extension Codes,头扩展编码）。

活动图像 H.263视频编解码的图像格式中QCIF为必选项, CIF和SQCIF为可选项。 • 图像格式：公共中间格式（CIF）：288行×352像素； 1/4公共中间格式（QCIF）：144行×176像素；子1/4公共中间格式（SQCIF）：96行×128像素。 • 图像帧频： SQCIF：不小于15帧/秒； QCIF：不小于10帧/秒； CIF：不小于3帧/秒。 • 关于这两种视频编解码更具体更详细的内容，可以参考相应的编解码规范。 • 用户数据应用 • T.120是用户数据应用的一个例子。该协议支持包括了数据和图像传送的多点数据会议。 • 数据协议：各种数据协议都能被3G-H.324M协议所支持。这些数据协议用于支持数据应用。某种特定的协议或协议集往往被数据应用所规定。各种协议提供了不同程度的差错检测和纠正功能。

呼叫建立过程示例 • 在WCDMA R99的CS域中，视频电话在核心网络两交换机之间所走的呼叫控制信令是ISUP 7号信令；媒体控制信令是H.245。 • 两个3G-H.324M终端间视频电话的连接结构图 • 两个3G-H.324M终端间视频电话的建立信令流程 • 信令结构图

Out-band Call Control In-band Bearer Control H.245 Wireless Network Wireless Network I/F Audio CODEC AMR H.223 Video CODEC H.263/MPEG-4 说明：控制信令分两部分，首先是呼叫控制信令（带外），WCDMA R99 CS域中采用的是ISUP 7号信令；再者是媒体控制信令（带内），采用的是H.245媒体控制信令。呼叫双方在呼叫控制信令沟通完成后，建立起一条物理信道用于双方通信的承载，一般为一条64kbps UDI信道；然后就开始在该物理信道上通过H.245信令来建立各种逻辑信道，进行媒体通信。

呼叫控制信令流图示

呼叫建立信令流程简述 • 主叫方的3G-324M终端通过手机发送一个04.08 SETUP空中消息到主叫侧的MSC/VLR,将呼叫建立程序激活。其中，SETUP消息中的参数Bearer Capability Information Element(BC IE)应包含下表中所列的参数值：说明：通过setup 消息的BC IE参数，终端可以通知MSC自己所需要的服务。以上表为例，终端要求建立一条64k透明同步传输的信道，同时要求BC IE User Information Layer 1 应包含H.223/H.245 的标准值，以致通信双方能够成功地激活3G-324M应用。 • 主叫侧的MSC接收到SETUP消息后，向被叫侧的MSC发送一条ISUP消息（IAM），激活一个呼叫的建立。

被叫侧的MSC收到IAM消息，得知被叫号码后，就向被叫手机发送SETUP消息。通知被叫有一个类型为透明UDI承载服务的呼叫向它发出，并且该呼叫的User Information Layer 1 capability值设为H.223/H.245。 • 接着，被叫手机检查完所要求的承载能力后，就回一个CALL-CONFIRMED消息给MSC，该消息中所包含的BC IE定义了相关的承载参数，并且这些参数的设置与上表中所设置的参数是一致的。 • 然后，被叫端的手机向被叫侧MSC发送ALERTING消息，告诉交换机被叫用户已经开始振铃，从而主叫侧的MSC将回铃声连接到主叫用户。 • 最后，当被叫应答时，被叫端手机发送CONNECT消息到被叫侧的MSC，接着再由主叫侧的MSC传送到主叫端手机。 • 此时，两个3G-324M终端间的呼叫连接就建立起来了。这样端到端的复用层交互就可以执行起来，再通过使用H.245的open logical channel procedure，就可以将逻辑信道建立起来，从而进行媒体通信。 • H.245媒体控制信令流程呼叫控制信令完成呼叫连接后，进入媒体通信建立的控制信令流程。

Call Setup Master or Slave role comes into play in Logical Channel negotiation procedures Originating terminal is Master Terminal Capabilities exchange informs peer of your sending and receiving capabilities. Logical Channels will use these capabilities 3G Terminal - O 3G Terminal - T MasterSlaveDetermination MasterSlaveDetermination MasterSlaveAck (slave) MasterSlaveAck Terminal Capabilites Terminal CapabilitiesAck Terminal Capabilites Terminal CapabilitiesAck

MUX setup To inform the peer H.223 layer how to interpret received data containing multiplexed audio, video and control information 3G Terminal - O 3G Terminal - T MuxTable MuxTableAck MuxTable MuxTableAck

Audio Setup OpenLogicalChannel Uni-directional OLCs specify forward parameters (transmit configuration) only Subset of previously specified terminal capabilities 3G Terminal - O 3G Terminal - T OLC Uni-directional Audio OLC Ack OLC Uni-directional Audio OLC Ack

Video Setup Bi-directional channels specify forward and reverse parameters (receiving configuration) Race conditions are a common occurrence Can adversely affect setup time After recognizing a race condition: Slave responsible for re-proposing the bi-directional video channel Master waits for proposition, time out can occur. Extra confirmation step 3G Terminal - O 3G Terminal - T OLC Bi-directional Video OLC Reject OLC Bi-directional Video OLC Reject OLC Bi-directional Video OLC Accept OLC Confirm

Call in progress Asynchronous mid-call messages. Flow in either direction 3G Terminal - O 3G Terminal - T Video Fast Update User Indication Video Fast Update User Indication Round Trip Delay Delay Response

Call Teardown Typically hard and fast termination CloseLogicalChannel maybe be used midstream 3G Terminal - O 3G Terminal - T EndSession

参考资料 • [1] ITU-T Recommendation H.324: “Terminal for low bit-rate multimedia communication”. • [2] ITU-T Recommendation H.223: “Multiplexing protocol for low bit rate multimedia communication”. • [3] ITU-T Recommendation H.223 - Annex A: “Multiplexing protocol for low bit rate multimedia communication - Annex A: Multiplexing protocol for low bit rate multimedia mobile communication over low error-prone channels”. • [4] ITU-T Recommendation H.223 - Annex B: “Multiplexing protocol for low bit rate multimedia communication - Annex B: Multiplexing protocol for low bit rate multimedia mobile communication over moderate error-prone channels”. • [5] ITU-T Recommendation H.223 - Annex C: “Multiplexing protocol for low bit rate multimedia communication - Annex C: Multiplexing protocol for low bit rate multimedia mobile communication over highly error-prone channels”. • [6] ITU-T Recommendation H.245: “Control protocol for multimedia communication.” • [7] 3GPP 26112-110:”Codec(s) for Circuit Switched Multimedia Telephony Service Call Set-up Requirements” • [8] 3GPP 26111-340:”Codec for circuit switched multimedia telephony service; Modifications to H.324” • [9] 3GPP 26110-310:”Codec for Circuit Switched Multimedia Telephony Service; General Description”.

[10] ITU-T Recommendation G.723.1: "Dual rate speech coder for multimedia communication transmitting at 5.3 & 6.3 kbit/s" • [11] ITU-T Recommendation H.263: "Video coding for low bitrate communication“ • [12] ITU-T Recommendation T.120: "Data protocols for multimedia conferencing". • [13] 3GPP Technical Specification 3GPP TS 26.071: “Mandatory Speech Codec; General Description” • [14] GB18119-低比特率通信的视频编码. • [15] ITU-T Recommendation H.130-198811-I-国际连接使用的会议电视或可视电话数字编解码器的帧结构特性. • [16] YD 1288-2003-I-基于H.323和基于会话初始协议（SIP）的IP电话互通技术要求. • [17] YD 1237-2002-I-PSTN的可视电话进网技术要求和测试方法. • [18] ITU-T Recommendation F.720-199208-I-可视电话业务—概述.

Thank you! .The End.

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