CN1459960A - 用于ip语音重放的可再用多协议元体系结构 - Google Patents

Abstract

一个基于数据包的实时数据接收机，包括一个协议指定插件和一个通用重放引擎。协议指定插件接收一个数据包，分析数据包，产生一个时间戳，将该数据包转发到通用的重放引擎中。重放引擎基于时间戳确定重放时间，并在适当时间重放数据包。任何的数据包仅仅通过改变协议指定的插件便可以被处理。

Description

用于IP语音重放的可再用多协议元体系结构

技术领域

本发明涉及一种可再用多协议元体系结构，特别是一种用于IP语音重放的可再用多协议元体系结构。

背景技术

随着在半导体工业中不断地强调集成，新的产品必须能够从任何接口向任何其它接口传送信息，从任何信息格式向其它信息格式转换，并且如同被介绍的那样提供新的业务和技术。在成包网中发送语音的能力是这种集成革命的一个特征。在IP语音(VoIP)中，模拟语音资源被数字化和量子化为样值，这些样值被一起成包为有效负载单元。一个标头附标在每个有效负载单元，最后得到的数据包通过网络发送到它的目的地。除了包含低层领域例如为数据包组进行的路由选择信息，数据包标头还必须包含记录和再定时信息，这些信息能够被目的地用于从数据包中释放语音样值，一个语音呼叫的所有的数据包都是正确的并且无失真。

在这个新的集成竞争中存在这样的问题，即传送关于VoIP有效负载的本质上相同的信息存在着许多不同的方式。在RFC1889记载的实时传送协议(RTP)提供了一组适合于通过一个IP网络传送语音有效负载的端到端的功能。RTP标头格式定义了——除其它的特征外——32比特声源标识符，7比特有效负载类型，16比特序列号，和32比特时间戳。另一方面，在ITU_T标准I.366.2记载的一个特殊业务集成子层(SSCS)规范，提供了一组用于通过AAL2传送语音有效负载的格式和程序。根据有效负载类型字段和序列号之间的连接，SSCS标头格式定义了一个将被分隔的5比特UUI码点。当然，还存在这种协议的许多其它的例子。

发明内容

过去，IP语音的硬件结构被明确地制作成支持协议的。在过去对于由一个协议支持的设备来说，这种传统的方式已经是足够的了。然而，作为早期的规定，随着不断强调集成，设备被期望能够处理多种协议，通常能够从任何VoIP封装转换成其它类型。本发明为多协议VoIP处理提供一个元体系结构，一个结构方法。在这种结构方式中，在协议中所有冗余都已经被收集和模块化，所以许多硬件结构能够进行从一种执行方式到另一种执行方式的再用，节省了大量的工程耗费。

本发明其它的目的，优势和新的特点将在随后的描述中在一定程度上被阐明，对于本领域的技术人员来说，通过随后的实施例或者通过对本发明实践，另一部分部分内容是显而易见的。本发明的目的和优势能够借助于后附权利要求中特别指出的特征和其结合得以认识和实现。

鉴于前述中的需要，本发明旨在提出一个模块化的重放系统，该系统包含一个匹配协议指定模式的通用重放引擎。这些部件对于任何实时的或者VoIP协议来说是可以再次使用的。协议指定插件被用于在必须时转换和格式化接收到的任务，并为重放引擎抽取任何信息。因为协议指定模块将数据包转换为被通用重放引擎接受的预定的格式，通过转换成适合的协议指定的模块，同样的重放引擎可以用于任何协议。

协议指定模块接收一个数据包。这种模块由两个部件组成，一个预处理器和一个时间戳产生器。预处理器分析和获取任何被重放引擎需要的信息，例如在数据包本机格式中的时间戳。时间戳产生器为数据包与通用重放引擎兼容产生一个时间戳。

通用重放引擎在预定的时间戳下处理数据包。通用重放引擎包括一个将时间戳转换成重放时间的变换器和一个比较器。将时间戳转换成重放时间的变换器计算一个数据包的重放时间。计算重放时间时，变换器添加到时间戳中一个观测的延迟时间和一个抖动延迟。观测的延迟时间是远程的到本地的时钟的映射与传播延迟的组合。抖动延迟使得重放引擎调节无序地或者以不一致的速度接收的数据包。比较器比较重放时间与本地时间，并且在适当的时间重放数据包。当然，如果使用的协议与通用重放引擎相兼容，那么协议指定的模块就不需要了。

至于运行，数据包被协议指定模块接收。数据包通过预处理器进行分析。然后将数据包转发到时间戳产生器中，该时间戳产生器决定数据包最初格式时的数据包时间戳，然后产生与通用重放引擎兼容的时间戳。具有变换的时间戳的数据包转发到通用的重放引擎中，在这里被将时间戳转换成重放时间的变换器处理。

然后变换器决定重放时间。在产生一个重放时间时，变换器获得时间戳并且添加一个延迟因数，该延迟因数由两个成分组成，一个观测的延迟和一个抖动的延迟。观测的延迟成分是本地到远程时钟映射的不一致性和传播延迟的总和。抖动延迟通常是可以调节的，其使得重放引擎调节被无序接收或者是以一种不一致的速度接收的数据包。比较器保存数据包直到适当的时间，然后数据包进行重放。

在这些已经被描述的有益之处和改进中，本发明其它的目的和优势将根据随后的、结合附图进行的描述变得显而易见。附图构成了本说明的一部分，其包含本发明典型的实施例，并表示了各实施例中的各种目的和特点。

附图说明

附图表示了进行本发明的目前的最好实施模式。

附图1表示按本发明的匹配一个协议指定插件的系统方框图。

附图2表示附图1所示的本发明系统和协议指定的插件的更详细的方框图。

附图3表示本发明运行的方框图。

具体实施方式

本发明中通用多协议重放引擎设想了一个模块化的系统，该系统包含一个在必要时与协议指定插件匹配的通用重放引擎。在优选实施例中，引擎和协议指定的模块在硬件上有发展，当然作为本领域的技术人员能够容易地理解，本发明模块化的设计包括硬件、软件、或者上述的组合。

参照附图1，其表示本发明一个实施例的方框图，通常标记为10。一个到达的任务被协议指定插件12处理，然后将其转发到通用重放引擎14中。任务被通用重放引擎14处理之后，结果或者被发送到重放设备进行输出，或者发送到重放引擎的其它设备中以便进行进一步的处理。本发明首先关心关于VoIP的算法例如如何将时间戳变换为重放时间，关心用于执行算法的设计、以便可以执行独立于协议的可再使用的硬件设备，而不用实际上对任务重放。

在优选实施例中，输入到重放引擎14中的是具有32比特时间戳的数据包，正如在RTP中提供的一样。如果协议不是设计为重放引擎14可以接受的协议，那么协议指定插件12必须依照在数据包标头的内容产生一个时间戳。

参照附图2，其对本发明有更详细的描述。预处理器20和时间戳产生器22包括协议指定插件模块12，将时间戳转换成重放时间的变换器24和比较器26包括通用重放引擎14。计划的是，这些部件的功能都可以由硬件、软件或者上述二者的组合实现。。

附图2中重放引擎14的运行将在这里被解释。一个任务(没有表示)——典型的是一个已接收的VoIP数据包——将到达协议指定插件模块12。预处理器20分析数据包和获取任何被重放引擎14或者时间戳产生器22需要的信息，例如在本机格式中的数据包的时间戳。然后时间戳产生器22转换时间戳，将其从数据包最初的格式转换到兼容通用重放引擎14的格式。数据包然后被转发到通用重放引擎14。变换器24利用由数据包标头明确地提供的时间戳或者从标头中的信息隐含产生的时间戳决定任务的重放时间。优选地，任务还包含一个32比特的时间戳，表示由模拟源产生的数据包中的第一个音频样值的时间。时间戳使得近似的重放时间从数据包中推知。为了确定在接收端音频听起来没有失真，样值时间t_s被映射成重放时间t_p，其中映射是一个简单的加和的变换：t_p-t_s+Δ。

为Δ决定一个恰当的数值，应当注意到，从将时间戳转换成重放时间的映射是三种成分的总和，发送者和接受者时钟之间的不同，从发送者到接收者数据包的传播延迟，和抖动公差。

决定Δ的第一个成分是远程的到本机的时钟映射。两个不同的计算机的时钟通常不能同步，因此每个计算机有其自己的时间。当然，时钟速率，例如是8KHz，通常是预先被协商的。协商时钟速率的握手协议是本领域众所周知的。相反，很困难的是，在双方都没有一个可用的同步源时在任何给定的时间协商实际时钟的读数，例如一个卫星(GPS)。因此，在IP网络中，通常可被接受的是，按照协商频率双方都有具备相当精确的时钟速率的时钟，但是在任何给定的时间中，网络中任何时钟的数值是任意的。应当注意到存在每隔125微秒就协商时钟速率的系统，而不是实际的时间戳。

例如，发送者的时钟读901次，而接收机的时钟可能读192次，因此加法变换因数的第一个成分Δ，即远程到本机时钟的映射，是通过计算时钟之间的不同计算的，在这个例子中是901-192＝709。

决定Δ的第二个因数是传播延迟。即使在发送方和接收方的时钟同步，将数据包从发送机发送到接收机仍然要花费一定的时间。这个延迟还是用于从发送的时间戳计算重放时间的加法变换因数Δ的一部分。

决定Δ的第三个因数是抖动延迟公差。如果在计算Δ中仅仅使用远程到本机的时钟映射和传播延迟，那么重放时间将总是等于取样时间，为远程的到本机的时钟的不同进行校对，添加从发送机到接收机发送数据包所需的延迟。当一个数据包以一个恒定的速率被接收时进行这种工作方式，实际上，尤其对于IP网络，这是不一定的情况。一些数据包可能会比预期的时间早到，造成堵塞，而其它数据包可能会花更长的时间才能到达。数据包到达速率的变动被认为是抖动延迟。为了补偿抖动，重放引擎必须长时间缓冲数据包，使得足够允许顺序地、规则地播放数据包。因此，为了补偿抖动，插入一个附加的重放延迟，该延迟是必须在计算Δ中使用的。典型地，可接收的抖动延通常是在128-256微秒之间，并被编程到系统中。

理论上这三个因数组成了Δ，实际上前两个因数，即远程到本地时钟的映射和传播延迟是不可分配的。前两个因数作用的总和，观测的延迟或者d₀，能够通过观测从接收者时钟上的到达时间减去采样时间例如发送者的时间戳来求取。该差值d₀表示远程到本地时钟映射和传播延迟作用的总和。在一个呼叫的开始，观测的延迟的平均数值可以用于计算该呼叫中产生的平均值d₀。例如，前四个数据包的观测的延迟可用于计算d₀。

抖动公差d₁是对每个呼叫可编程的数值。因此，Δ由Δ＝d₀+d₁决定。

在将时间戳转换成重放时间的变换器24处理任务之后，该任务被转发到相对于目前时间的对比重放时间子方块26。逻辑上，一旦一个重放时间被指定，该时间便经常受到监测并不断地与目前时间比较。当两个时间相等时，数据包或者任务被重放。一个缓冲器经常用于实际地执行该程序。

如本发明计划的那样，通用重放引擎14被设计成可被任何VoIP封装协议再使用的。在尖端技术汇集的产品中，这种再使用能够发生在同样的产品中，因此能够支持多种VoIP协议。为了再使用通用重放引擎14的信号指令，针对每个协议的协议指定插件12应用于每个所支持的协议。

附图1和2的实施例表示一个协议指定插件与重放引擎之间一一对应的相关性，还设计大量的协议指定插件耦合到一个信号重放引擎。多路复用或者其它的交换装置可以用于选择适合的协议指定的插件。例如协议指定插件可以被编程为当接收的数据包被协议指定插件承认，仅仅产生一个输出。

更进一步，本发明的通用重放引擎14还被设计为在没有为任何指定协议安排协议指定插件的情况下运行。例如，如果通用重放引擎14被设计为可读RTP格式的数据包，那么当重放引擎用于在兼容RTP的网络中的设备时，不需要协议指定插件12。当然，协议指定插件12对于任何非RTP兼容网络来说是必须的。在这个实施例中，协议指定插件12必须将任何接收的数据包转换成一个具有RTP兼容时间戳的RTP兼容的格式。

参照附图3，其表示一个本发明系统构想的方法，被整体标记为300。在步骤302，一个数据包被接收。数据包通过协议指定插件从接收机中被接收。在步骤304，处理器20处理数据包使得其可以与通用重放引擎14兼容。预处理将包括，但不限制于，重新格式化数据包的标头，抽取信息例如在最初格式的数据包的时间戳，获得记录和再定时数据。在步骤306，数据包被时间戳产生器22处理。时间戳产生器产生一个时间戳，例如用于通用重放引擎14的RTP时间戳。模块12是指定的协议，将数据包的时间戳转换为一种与通用重放引擎14兼容的格式。

在步骤308，数据包被通用重放引擎14中的将时间戳转换成重放时间的变换器24处理。重放时间通过将加法变换因数Δ添加到数据包的时间戳中进行计算。如前面已经讨论的，加法变换因数Δ因数是由三个部分组成的，一个远程到本机的时钟映射部分，一个传播延迟部分，和一个抖动延迟部分。

经过计算重放时间之后，在步骤310中，重放时间与系统时间相比较。如果重放时间大于系统时间，那么如步骤312表示的那样，数据包被删除。

如果步骤310中重放时间不大于系统时间，那么在步骤314处理继续。步骤314，数据包被缓冲直到重放时间，因此在步骤316，数据包被发送到重放设备。

虽然本发明已经描述了将时间戳转换为RTP，本领域的技术人员可以容易地认识到，使重放引擎能够确定地决定重放时间的任何时间戳都能够利用。

尽管本发明已经参照一定的优选实施例被表示和描述，等效的替代和修改对于阅读和理解了该说明书的本领域的技术人员来说是显而易见的。本发明包括所有这些等效的替代和修改，并且不局限于以下权利要求所述的范围。

Claims (21)

1.一个接收并且播放成包的实时数据的方法，包括：

提供一个通用多协议重放引擎；

提供一个通信地耦合到多协议重放引擎的协议指定插件；

通过所说插件接收数据包，该数据包具有时间戳，该插件

    分析数据包的头部，且

    将时间戳转换为一个重放引擎可读取的格式；

将时间戳变换为重放时间；且

在重放时间播放该数据包。

2.如权利要求1所述的方法，其中数据包是一个IP语音数据包。

3.如权利要求1所述的方法，其中重放引擎可读取的格式是RTP格式。

4.如权利要求1所述的方法，变换步骤还包括在时间戳中添加一个观测的延迟和一个抖动延迟。

5.如权利要求4所述的方法，其中观测的延迟是通过对观测到的大量的数据包的延迟取平均值计算的。

6.一个基于数据包的实时数据接收机，包括：

一个协议指定插件，该插件还包括

一个处理器，其包括存储在计算机可读介质中的计算机可读指令，该计算机可读指令接收数据包并且分析该数据包，和

一个时间戳产生模块，其包括存储在计算机可读介质中的计算机可读指令，以便为数据包产生时间戳。

7.如权利要求6所述的基于数据包的实时数据包接收机，其还包括：

一个通用多协议重放引擎，该通用的多协议重放引擎还包括

一个将时间戳转换成重放时间的转换器，转换器包括存储在计算机可读介质中的用于产生一个重放时间的计算机可读指令，和

一个比较器，该比较器包括存储在计算机可读介质中的、决定数据包何时被重放的计算机可读指令。

8.如权利要求7所述的基于数据包的实时数据包接收机，其中时间戳是一个符合RTP的时间戳。

9.如权利要求7所述的基于数据包的实时数据接收机，其中用于产生重放时间的计算机可读指令还包括：

计算一个观测延迟的指令；

决定一个抖动延迟的指令；和

将观测延迟和抖动延迟添加到时间戳的指令。

10.一个计算机可读的指令介质，包括：

一个第一计算机可读介质，该第一计算机可读介质包括：

接收数据包的装置；和

为数据包产生时间戳的装置。

11.如权利要求10所述的计算机可读的指令介质，还包括：

一个第二计算机可读的指令介质，该第二计算机可读的指令介质包括：

从第一计算机可读的指令介质中接收数据包和时间戳的装置；

为数据包产生重放时间的装置；和

在重放时间处理数据包的装置。

12.如权利要求11所述的计算机可读的指令介质，其中时间戳符合RTP。

13.如权利要求11所述的计算机可读的指令介质，其中产生重放时间的装置还包括：

决定一个观测延迟的装置；

决定一个抖动延迟的装置；且

其中重放时间是通过将观测延迟和抖动延迟添加到时间戳中进行计算的。

14.如权利要求11所述的计算机可读的指令介质，其还包括：

用于比较重放时间与目前系统时间的装置，其中该比较装置使得数据包在一个恰当的时间被处理。

15.一个基于数据包的实时数据接收机，包括：

一个协议指定插件；和

一个通用重放引擎；

其中协议指定插件通信地耦合到通用重放引擎；且

其中协议指定插件接收数据包，将数据包转换为一个有通用重放引擎可读格式的转换数据包，且将转换的数据包发送到通用重放引擎；

其中通用重放引擎决定数据包何时应当被重放，以及按此重放数据包。

16.如权利要求15所述的基于数据包的实时接收机，其中协议指定插件还包括时间戳产生器，其中与通用重放引擎兼容的时间戳被发送到具有转换的数据包的通用重放引擎。

17.如权利要求16所述的基于数据包的实时接收机，协议指定插件还包括预处理器，其中预处理器接收数据包，将数据包转换为转换数据包，将该转换数据包发送到时间戳产生器中。

18.如权利要求17所述的基于数据包的实时接收机，通用重放引擎还包括一个将时间戳变换为重放时间的变换器，其基于时间戳计算重放时间。

19.如权利要求18所述的基于数据包的实时接收机，其中将时间戳变换为重放时间的变换器通过将观测的延迟和抖动的延迟添加到时间戳中来计算重放时间。

20.如权利要求19所述的基于数据包的实时接收机，其中通用重放引擎还包括一个比较器，该比较器比较重放时间与目前系统的时间，并引起数据包在适当的时间播放。

21.一个通用多协议IP语音重放引擎，包括：

一个协议指定插件模块，协议指定插件模块还包括：

预处理一个数据包的装置；

从预处理的数据包中产生一个时间戳的装置；和

一个通用重放引擎，它通信地耦合到插件模块，该重放引擎还包括：

计算重放时间的装置；和

比较重放时间与接收机的本机时间的装置；

其中计算重放时间的装置通过将观测延迟和预编程的抖动延迟添加到时间戳中来计算重放时间；

其中当重放时间与接收机本机时间相同时，播放数据包；且

其中通用重放引擎可以通过改变一个适当的协议指定插件模块在任何协议下进行使用。

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