PJSIP

      本方案基本上符合Android的NDK框架的开发规范，将系统分为4层，如图1所示。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协议栈在效率、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，本文将不做重点介绍。



2 VoIP的具体实现

这里将实现一个完整的VoIP系统，包括协议栈的实现、JNI的编写以及上层UI的设计实现等。

2.1 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，本文将采用纯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，该系统所采用的就是优化后的PJSIP库。

2.1.1 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，本文使用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。

2.1.2 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“[email protected]. 1.100”，“300@192．168．1．100”。本文中也使用这种方式来测试通信。

2.2 JNI的实现

PJSIP库和Java类连接是通过JNI来实现的，这也是Android NDK的实现机制，JNI是SUN公司推出的用于Java调用其他语言的接口。

首先需要一个中间类，这个类中主要建立一些方法用于调用C／C++本地函数。它们的类型均为“publicstatic native int”，以便其他的Java类能够调用。

2.2.1 新建PJSIP类

为各个待实现的类新建一个包，可以命名为“com．android．VoIP．pjsip”，在该包中添加该系统相关的一些类，主要有如下6个类：




　　
　　这些类分别为上节中原理各个步骤的实现。这部分仅仅是为C库的调用提供一个接口，因此具体的实现将放在本地C／C++程序中。

2.2.2 头文件的生成

C库与Java间还需通过一个后缀为“．h”的头文件来衔接，这个头文件可以手动编写，也可以通过“Javah”来生成，该工具包含在JDK中，是由SUN公司提供的。

Javah生产的头文件包含一定的规则，例如，本例中，它将生成的函数声明为“Java_com_android_IMSandroid_pjsip_**”的形式，以便在调用C库时能正确识别。

由于Java中的数据类型与C／C++不尽相同，因此还必须注意参数传递时参数类型的转换。本文所涉及到的Java数据类型有String和 int型，Javah生成的头文件中会先定义好需要传递的参数类型以及函数返回类型，例如方法“add_account（String sip_user，Stringsip_dom-ain，String sip_passwd）”，在头文件中将定义函数的形式为“JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_android_IMSandroid_pjsip_add_lac- count（JNIEnv*，jclass，jstring，jstring，jstring）”，其中JNIEXPORT为JNI外部函数声 明，jint是“jni．h”中定义C语言中整形的对应类型，JNCALL是JNI关键字。比较特殊的是JNIEnv，它是一个指向类型为JNIEnv_ 的一个特殊JNI数据结构的指针，它的每个元素都指向一个JNI函数的指针，jclass会根据引用Java类的不同而不同，本文中 “pjsip．class”是静态类，因此这里的jclass指的是类本身，如果是非静态类则指的是对象。后面几个就是pjsip类需要传递的参数，根据 “jni．h”的定义，String类型对应jstring，int对应jint。然而这只是函数申明与类中方法的形式对应，参数的具体传递还需要相应的 转化，具体实现将在下一节详细介绍。

2.2.3 JNI接口函数的实现

创建了pjsip库类和头文件之后，必须应用一个库接口函数，这部分是pjsip接口的实现，限于篇幅，本文只讲解几个重要函数的实现。

（1）init函数

首先是init函数，对应的接口函数为JNICALL Java_com_android_IMSandroid_pjsip_init。该函数在系统初始化时调用，其作用是配置相关参数，并发起一个 pjsua应用。它先通过函数“pjsua_create（）”创建一个“pjsua”应用，然后通过三个函数 “pjsua_config_default（＆cfg）”，“pjsua_logging_config_default（&log_cfg”），“pjsua_media_config_default（＆media_cfg）” 配置其相关参数，其中cfg是pjsua的相关参数，主要是状态改变时的回调函数；log_cfg用来配置log级别；media_cfg中包含时钟频 率、声道数目等相关参数。

完成配置之后就可以使用pjsua_init（＆cfg，＆log_cfg，＆media_cfg）将先前配置的参数初始化。在初始化之后，还需 为pjsua添加一个udp传输，这一步是通过 pjsua_transport_create（PJSIP_TRANSPORT_UDP，&cfg，NULL）来实现的，cfg中包含指定的通 讯端口，3GPP建议使用5060。

需要注意的是，配置完以上参数之后，还需指定SPEEX编码优先级，一般将其设为最大，可以通过函数 pisua_codec_set_priority（＆-speex_codec_id，255）来实现。所有配置完成之后，就可以发起pjsua，即最 后调用pjsua_start（）。成功的话，本函数的返回类型为PJ_SUCCESS。

（2）make_call函数

另一个很重要的函数是make_call，其在本接口文件中对应的函数为 Java_com_Android_IMSandroid_pjsip_make_lcall，这个函数一般在发起会话时调用，它与上一个函数在结构上最 大的不同在于本函数需要传递一个字符串参数，前面提到，Java与C／C++在参数结构上并不完全相同，因此这里需要将Java传递过来的String类 型的参数转化，可以通过“url_ptr=（char*）env-》GetStringUTFChars（url，&iscopy）”来实现。 env-》GetStringUTFChars在“jni．h”中定义，其功能是将jsting类型（Java）的url复制到char*类型（C）的 url_ptr中，以此来完成参数类型的转换。

为了保证传递地址的有效性，还需要使用pjsua_verify_sip_url（url_ptr）验证，这个函数主要验证url_ptr是符合 SIP的规则，即是否是一个合法的SIP地址。然而char*型的地址pjsua中还是不能直接使用的，这是因为pjsua重新封装了参数类型，所以最后 还需要将其转化成pj_ str_t类型，pjlib提供pj_str（）函数可以完成转化。在完成了参数的转化后，调用“pjsua_call_make_call（）”，将发 起会话。

（3）hangup函数和pjsua_destroy函数

这两个函数用来销毁和挂断会话，一般在需结束的时候调用，它们在接口函数中对应Java_com_android_

IMSandroid_pjsip_hangup和Java_com_android_IMSandroid_pjsip_destroy，由于 没有参数传递，也没有其他的调用，因此这两个函数非常简单，基本上直接调用pjsua提供的pjsua_call_hangup_all（）和 pjsua_destroy（）就能实现。pisua中这两个函数将完成内存释放、账户注销等工作。

（4）add_account函数

该函数在基本的pjsua中并不是必须的，但如果要使用SIP服务器的话，就必须实现该函数，它在接口函数中对应 “Java_com_android_I-MSandroid_pjsip_add_1account”，同“make_call”一样，也需要传递参 数，不同的是，它传递三个参数，只是原理大体一样。

首先它将参数转化后保持到cfg，通过“pjsua_acc_add（＆cfg，PJ_TRUE，＆ace_id）”将参数添加到pjsua。pjsua将以其中的sip服务器为目的地址，注册会话发起申请，经过一系列的操作之后，与目的地址发起会话。

2.2.4 主程序与用户界面

系统的主程序是一个标准的Android应用程序，它使用Java语言开发，符合SDK规范。与一般的SDK程序不同的是，该类中必须使用Syst-em．loadLibrary加载PJSIP库文件。形式如下：

System．loadLibrary（“pjsip-jni”）；

其中，pjsip-jni就是上节中PJSIP协议栈生成的库。

主程序中的基本方式均按照上节中的过程，创建并初始化PJSUA；当call按键被触发时发起会话，调用make-call（）方法；当用户接受通话时，点击hang或cancel按键，触发hang（）或采用destry（）方法等。

用户接口是通过Android SDK来实现的，这部分几乎全都是Java语言，由于UI不是本文的重点，因此只介绍一个简单的界面，实际应用中用户交互是非常重要的。为了实现所需的功 能，至少需要一个文本框来提供SIP地址，以及两个按键来控制会话发起和结束。另外，在呼叫与通话过程中，还需要一个页面来显示，这里可以通过对话框来显 示，最后的界面如图2所示。




　　
　　3 封装与调试

为了能在Android平台上方便地使用该系统，在实现了PJSIP协议栈、JNI接口以及UI之后，还需将上面所有的模块进行封装。 Android SDK提供了一些很有用的工具，如aapt等，由于本文重点不在AndriodSDK，所以可以采用集成开发工具（如集成在Eclipse中的ADT）来 封装。在工程libs（如果不存在则新建）目录下新建一个名为armeabi的目录，将上节生成的．so库文件放到该目录下。ADT在封装资源时会自动将 该库文件封装到apk文件中，apk是Android操作系统中应用程序的封装形式，在所有android平台中均能使用。

封装后安装到Android手机、MID或虚拟机中，并发起会话。与开源SIP软件Linphone通信的结果如图2所示。

4 结语

通过测试表明，该系统能够对发起并很好地控制SIP信令，该系统由于采用SIP协议，因此与所有采用这一协议的软件均能通信，如Lin- phone，Kphone等，功能测试中表现良好，实现了VoIP的基本需求。同时如果要增加功能，可以在Java类中添加相应的方法并在应用层调用即 可，具有一定的可扩展性。

由于手机等手持设备在规格和配置上的差异，该系统在具体的设备上使用时，界面略有不同，但是同系统架构的手机使用时并不影响功能，在HTC Desire和MOTO Milestone上测试均能正常使用。但是，当移植到不同的架构时（即使同时ARM架构），仍需做一定的优化，一般采取主流平台的多种版本方式来解决， 这也是所有多厂商移动设备上一个无法避免的问题。