Android 语音通话模块介绍（一） 开源的SIP协议栈

Android 语音通话模块介绍（一）

PJSIP简介

PJSIP是一个开放源代码的SIP协议栈；官网地址（http://www.pjsip.org/），它支持多种SIP的扩展功能 。PJLIB, PJLIB-UTIL, PJMEDIA, and PJSIP are released under dualopen source GPL oralternative license.

PJSIP包括的内容

PJSIP - Open Source SIP Stack[开源的SIP协议栈]

PJMEDIA - Open Source Media Stack[开源的媒体栈]

PJNATH - Open Source NAT Traversal Helper Library[开源的NAT-T辅助库]

PJLIB-UTIL - Auxiliary Library[辅助工具库]

PJLIB - Ultra Portable Base Framework Library[基础框架库]

PJSIP的优点

a、高度的可移殖性
只需简单的编译一次，它能够在多种平台上运行（所有Windows系统列, Windows Mobile, Linux,所有Unix 系列,MacOS X, RTEMS,Symbian OS, 等等）。

b、极小的内存需求
官方宣称编译后的库，完全实现SIP的功能只需要150K的内存空间，这使得PJISPi不仅仅是嵌入开发的理想平台，并且实用于那些内存运行于极小内存平台的应用，这也意味着极小的用户下载时间。

c、高效的性能
这意味着极小的CPU运算需求下能同时实现更多的通话。

d、支持多种SIP功能及扩展功能
多种SIP功能和扩展功能，例如多人会话，事件驱动框架，会话控制（presence），即时信息，电话传输，等等在库文件里得以实现。

e、丰富的文档资料

PJSIP开发人员提供了大量的极有价值的文档资料供大家使用。

PJMEDIA简介

PJMEDIA是一个为PJSIP建立一个完整特性SIP用户代理应用提供的补充库，这些应用包括：softphones/hardphones，gateways or B2BUA. 使用PJSIP与PJMEDIA一起开发的应用，具备如下的特性：

a、高度的可移殖性
与PJSIP/PJLIB一起，PJMEDIA可运行在许多平台上，包括服务器、桌面、PDA系统，定制的硬件、PDA或移动电话。

b、多种功能
会议桥接、多种编解码器、丢包隐蔽/ PLC，音频发生器，静音探测器，声学回声消除/ AEC，RFC2833，RTP / RTCP协议栈，speex/iLBC/GSM/G.711编解码器等。

c、高质量
PJMEDIA支持频率为16KHz、32Khz的编码和解码，事实上能支持任何音频采样率，可提供高质量的采样转换。PJMEDIA也可以容忍一定量的网络或声音设备的不稳定和一些数据包丢失。

d、很好的支持嵌入式/DSP
占用内存小，灵活性好。该媒体组件被设计成可替换成相应功能的硬件。

e、较好的文档资料

PJMEDIA配备了相当不错的文档。

PJNATH简介

PJNATH是一个新的库，帮助应用程序进行NAT穿越。它实现了NAT穿越的最新规范：STUN、TURN和ICE。

PJNATH可以作为一个独立库，在您的软件中使用，也可以使用PJSUA- LIB库，该库很好的与PJSIP，PJMEDIA和PJNATH整合在一起，使用起来比较简单。

PJNATH的特点

a、STUNbis实现，
实现符合RFC5389​​标准。既提供需要使用的STUN网络接口，又提供基于STUN但更高层次的框架，既TURN和ICE。

b、NAT类型检测，
根据RFC3489（STUN） ，在前端可以执行NAT类型检测。该检测方法不能对所有NAT类型进行穿越，但该信息可能仍然是有用，以便进行故障排除，已经被ICE整合，因此提供了该检测方式。

c、TURN实现，

TURN是一个中继通信协议，通过使用中继，并结合ICE，提供了高效的最低代价的通信路径。PJNATH中TURN的实现，符合draft-ietf-behave-turn-14草案。

d、ICE实现，

ICE是一个发现两个端点之间的通信路径协议。PJNATH中ICE的实现符合draft-ietf-mmusic-ice-19.txt草案

e、在未来，将实现更多的协议（如UPnP IGD和SOCKS5）。

PJLIB-UTIL简介

PJLIB-UTIL是一个辅助库，为PJMEDIA和PJSIP提供支持。这个库中的一些功能/组件：占用内存小的XML解析，STUN客户端库，异步/缓存DNS解析，哈希/加密功能等 。

PJLIB简介

q占用内存小，高性能，高可移植性的抽象库和框架，被PJSIP和PJMEDIA使用。

PJLIB是PJLIB-UTIL、PJMEDIA和PJSIP唯一依赖的库，因为它提供了完整的抽象，不仅仅是操作系统依赖的属性，还包括LIBC的抽象，并提供了一些有用的数据结构。

PJLIB基础框架库提供的功能

Ø内存的处理、数据的存储
.数据结构的（hash表、link表、二叉树、等）
.caching和pool；缓冲池和内存池

ØOS抽象
.线程、互斥、临界区、锁对象、事件对象
.定时器
.pj_str_t字符串

Ø操作系统级别的函数抽象
.socket的抽象(tcp/udp)
.文件的读写

Ø使用前的初始化，使用后的清理

pjsip的整体框架图（图1.1）

如图1.1展示了PJSIP框架的各模块，可以看出从上到下，Application（pjsua）模块可调用下层所有的模块，也即是PJSUA处于最高层，其整合了下层模块的全部功能以

这也就是为什么我们基本的操作都在PJSUA这里进行。是因为通过PJSUA，我们就能很方便的深入到其他模块中。接着Application模块往下就是PJSUA_lib层，要让应用层（

PJSUA）能更好的调用，当然得有个封装好的库，这个库就是PJSUA_LIB库，称为高层用户代理库，集合SIP，Media以及NAT穿越，所以也就有了往下的PJMEDIA-CODEC和PJMEDIA（负责SDP协商媒体编码和媒体传输），PJNATH（解决NAT穿越），PJSUA-UA（提供SIP用户代理库），PJSIP-SIMPLE（实现presence和及时消息），PJSIP（核协议栈，SIP协议），PJLIB-UTIL（提供有用的工具函数）以及PJLIB（每个功能根据其所在的层次以及负责的功能提供丰富的接口）等模块。

从实现上来看，最上层为应用层，该层将在Android SDK的框架内，采用Java语言来实现；第二层为JNI层，SIP协议栈有很多种实现，其中，采用C语言的SIP协议栈在效

、速度、系统占用方面有着超越其他库（如Java协议栈）的优势，因此，该方案将在第三层采用纯C语言实现的PJSIP协议栈。为了让Java应用层能调用协议栈层，在两层之

间需要一个衔接的桥梁，这就是JNI层。最后一层是驱动层，这部分一般是由手机厂商来实现的，此处将不做重点介绍。

SIP协议栈及ＵＡ

SIP协议栈直接关系到整个系统的质量与效率，许多开源项目基本上都是采用纯C语言开发的PJSIP库。该库采用C语言开发，且源码开放，在兼容性与效率上有明显优势，不仅体积小（完整的SIP封装也不过150 KB），同时还实现了一个内存池，使得安全系数与运行效率大为提高

PJSIP协议栈

PJSIP协议栈遵循标准的SIP协议，采用分层架构：SIP／SDP消息编码解析层、传输管理层、SIP终端、事务层、会话层以及应用层等。由于SIP协议采用文本消息发送请求和响应，所以首先需要将SIP消息按照巴斯克范式（ABNF）编码和解析，这就是SIP／SDP消息编码解析层所完成的功能。传输管理层用来管理用户代理与服务器之间的请求和相应；SIP终端是PJSIP中转机制的实现，它主要负责管理各个SIP组建，例如像SIP终端实例注册组件，分发消息到事务层、会话层及应用层，回传处理结果，管理定时器、I／O队列等；事务层通过状态机机制管理SIP信令，每一次状态机状态的改变都将触发回调函数；会话层负责会话的发起与响应，一般与应用层结合在一起，用于用户交互，不同的平台有不同的实现，这里主要使用Andriod的GUI来实现。


PJSIP是一个高度封装的库，实际上它是通过PJSUA子库来实现应用的。一个完整的PJSUA生命周期，首先需要初始化，通过函数init（）来实现。在这个函数中，将创建代理、初始化变量和堆栈，以及创建一个UDP传输并在最后启动代理；第二步将为UA添加用户，如果需要的话，还要向服务器注册用户；当用户添加成功后，此时可以建立一个呼叫连接，发起会话；当会话连接成功后，就可以使用SRTP协议实时传输加密后的数据，进行通话。最后的过程是挂起或销毁呼叫。

UA原理

UA（User Agency）是协议栈的具体实现，PJSIP通过封装了的PJSUA来实现，在这一点上，大部分的SIP库都大同小异，在此将介绍UA的工作原理。

一个典型的UA包含UAC（User Agency Client）和UAS（User Agency Server）两部分。会话由UAC发起。当呼叫发起时，UAC将首先发送“IN-VITE”消息给SIP代理服务器，服务器收到“INVITE”消息后将返回一个应答“200 OK”，并回答“ACK”进行确认，同时通知主叫用户（即会话发起用户）上线通话。如果主叫端（用户端）主动结束会话，UAC将返回“BYE”消息，同时通知服务器；如果用户端收到服务器传来的“BY-E”消息，回答“200”，并结束会话。

服务器端，UAS收到UAC（用户端）发来的“INVITE”消息，首先从消息中提取出主、被叫对象，然后检查当前是否有空闲信道，若没有则返回“486 BUSY HERE”（即系统忙）消息；接着将检查被叫用户是否在服务区，如果被叫对象不在服务范围，则返回“404 NOT FOUND”（即用户不在服务区）；若被叫用户成功上线，则返回“200 OK”，同时准备开始会话。

SIP协议栈一般使用SIP统一资源定位符（URL）来标识，它根据URL来寻址，如集群用户“200”，“300”分别对应SIP用户为“200@192.168. 1.100”，“300@192．168．1．100”。本文中也使用这种方式来测试通信。

Pjsip实例分析

代码：simple_pjsua.c

/**
 * simple_pjsua.c
 *
 * This is a very simple but fully featured SIP user agent, with the 
 * following capabilities:
 *  - SIP registration
 *  - Making and receiving call
 *  - Audio/media to sound device.
 *
 * Usage:
 *  - To make outgoing call, start simple_pjsua with the URL of remote
 *    destination to contact.
 *    E.g.:
 *	 simpleua sip:user@remote
 *
 *  - Incoming calls will automatically be answered with 200.
 *
 * This program will quit once it has completed a single call.
 */

#include <pjsua-lib/pjsua.h>

#define THIS_FILE	"APP"

#define SIP_DOMAIN	"example.com"
#define SIP_USER	"alice"
#define SIP_PASSWD	"secret"


/* Callback called by the library upon receiving incoming call */
static void on_incoming_call(pjsua_acc_id acc_id, pjsua_call_id call_id,
			     pjsip_rx_data *rdata)
{
    pjsua_call_info ci;

    PJ_UNUSED_ARG(acc_id);
    PJ_UNUSED_ARG(rdata);

    pjsua_call_get_info(call_id, &ci);

    PJ_LOG(3,(THIS_FILE, "Incoming call from %.*s!!",
			 (int)ci.remote_info.slen,
			 ci.remote_info.ptr));

    /* Automatically answer incoming calls with 200/OK */
    pjsua_call_answer(call_id, 200, NULL, NULL);
}

/* Callback called by the library when call's state has changed */
static void on_call_state(pjsua_call_id call_id, pjsip_event *e)
{
    pjsua_call_info ci;

    PJ_UNUSED_ARG(e);

    pjsua_call_get_info(call_id, &ci);
    PJ_LOG(3,(THIS_FILE, "Call %d state=%.*s", call_id,
			 (int)ci.state_text.slen,
			 ci.state_text.ptr));
}

/* Callback called by the library when call's media state has changed */
static void on_call_media_state(pjsua_call_id call_id)
{
    pjsua_call_info ci;

    pjsua_call_get_info(call_id, &ci);

    if (ci.media_status == PJSUA_CALL_MEDIA_ACTIVE) {
	// When media is active, connect call to sound device.
	pjsua_conf_connect(ci.conf_slot, 0);
	pjsua_conf_connect(0, ci.conf_slot);
    }
}

/* Display error and exit application */
static void error_exit(const char *title, pj_status_t status)
{
    pjsua_perror(THIS_FILE, title, status);
    pjsua_destroy();
    exit(1);
}

/*
 * main()
 *
 * argv[1] may contain URL to call.
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    pjsua_acc_id acc_id;
    pj_status_t status;

//  创建PJSIP
    /* Create pjsua first! */
    status = pjsua_create();
    if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error in pjsua_create()", status);

//  校验被叫SIP地址是否正确
    /* If argument is specified, it's got to be a valid SIP URL */
    if (argc > 1) {
	status = pjsua_verify_url(argv[1]);
	if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Invalid URL in argv", status);
    }

//    初始化PJSUA，设置回调函数
    /* Init pjsua */
    {
	pjsua_config cfg;
	pjsua_logging_config log_cfg;

	pjsua_config_default(&cfg);
	cfg.cb.on_incoming_call = &on_incoming_call;
	cfg.cb.on_call_media_state = &on_call_media_state;
	cfg.cb.on_call_state = &on_call_state;

	pjsua_logging_config_default(&log_cfg);
	log_cfg.console_level = 4;

	status = pjsua_init(&cfg, &log_cfg, NULL);
	if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error in pjsua_init()", status);
    }

//    创建PJSIP的传输端口
    /* Add UDP transport. */
    {
	pjsua_transport_config cfg;

	pjsua_transport_config_default(&cfg);
	cfg.port = 5060;
	status = pjsua_transport_create(PJSIP_TRANSPORT_UDP, &cfg, NULL);
	if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error creating transport", status);
    }

//    启动PJSIP
    /* Initialization is done, now start pjsua */
    status = pjsua_start();
    if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error starting pjsua", status);

//    设置SIP用户帐号
    /* Register to SIP server by creating SIP account. */
    {
	pjsua_acc_config cfg;

	pjsua_acc_config_default(&cfg);
	cfg.id = pj_str("sip:" SIP_USER "@" SIP_DOMAIN);
	cfg.reg_uri = pj_str("sip:" SIP_DOMAIN);
	cfg.cred_count = 1;
	cfg.cred_info[0].realm = pj_str(SIP_DOMAIN);
	cfg.cred_info[0].scheme = pj_str("digest");
	cfg.cred_info[0].username = pj_str(SIP_USER);
	cfg.cred_info[0].data_type = PJSIP_CRED_DATA_PLAIN_PASSWD;
	cfg.cred_info[0].data = pj_str(SIP_PASSWD);

	status = pjsua_acc_add(&cfg, PJ_TRUE, &acc_id);
	if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error adding account", status);
    }

//    发起一个呼叫
    /* If URL is specified, make call to the URL. */
    if (argc > 1) {
	pj_str_t uri = pj_str(argv[1]);
	status = pjsua_call_make_call(acc_id, &uri, 0, NULL, NULL, NULL);
	if (status != PJ_SUCCESS) error_exit("Error making call", status);
    }

//    循环等待
    /* Wait until user press "q" to quit. */
    for (;;) {
	char option[10];

	puts("Press 'h' to hangup all calls, 'q' to quit");
	if (fgets(option, sizeof(option), stdin) == NULL) {
	    puts("EOF while reading stdin, will quit now..");
	    break;
	}

	if (option[0] == 'q')
	    break;

	if (option[0] == 'h')
	    pjsua_call_hangup_all();
    }

    /* Destroy pjsua */
    pjsua_destroy();

    return 0;
}

simple_pjsua.c的main函数主要流程:

这里可以分析一下它的代码及流程图：

1、一开始是回调使用的函数，例如on_incoming_call当来电话的时候，pjsip会自动去调用你写的这个函数，前提是你在初始化pjsua的时候设置了on_incoming_call = &on_incoming_call，
2、error_exit退出应用所需要的操作

3、main函数：

(1)pjsua_create()创建pjsua的第一步，如果是要打电话要确认URL是否是正确的pjsua_verify_url

(2)初始化pjsua，pjsua_config_default(&cfg)来初始化配置，然后设置一些回调函数，设置日志，最后初始化pjsua_init(&cfg, &log_cfg, NULL);

(3)创建UDP的传输，设置端口号

(4)接下来就是启动pjsua，通过pjsua_start();

(5)创建账户，这个是重点所在，pjsua_acc_config_default初始化配置，然后设置相关的内容，id对应这url，realm是服务器的域名，还有密码和用户名，最后调用pjsua_acc_add(&cfg, PJ_TRUE, &acc_id);来实现帐号的注册。

4、打电话，上面也提到过，你打电话的话需要验证URL是否正确的pjsua_verify_url，然后调用pjsua_call_make_call来打电话。

5、挂电话，调用pjsua_call_hangup_all();

6、最后销毁，pjsua_destroy();