一種寬帶集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器會(huì)話數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)策略

竇春斌，肖志輝，陳一山

（1.西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 成都610031；2.邁普通信技術(shù)股份有限公司 成都610041）

1 引言

集群系統(tǒng)是為了滿足行業(yè)指揮調(diào)度的需求而開發(fā)的、面向多種行業(yè)應(yīng)用的專用無(wú)線通信系統(tǒng)，經(jīng)歷了從模擬、數(shù)字到數(shù)字集群加寬帶接入系統(tǒng)的歷程。隨著無(wú)線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，集群系統(tǒng)將向數(shù)據(jù)寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化，即寬帶集群通信系統(tǒng)的方向發(fā)展。寬帶集群系統(tǒng)支持多會(huì)話業(yè)務(wù)功能，如呼叫保持、多路終端音/視頻通話、單呼、組呼等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，分為4個(gè)層次：終端、接入子系統(tǒng)、交換控制平臺(tái)、調(diào)度應(yīng)用平臺(tái)。其中，多樣化終端之間，通過(guò)接入子系統(tǒng)與交換控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相互通信。調(diào)度應(yīng)用平臺(tái)是集群系統(tǒng)中的安全運(yùn)營(yíng)支撐子系統(tǒng)，包括多媒體調(diào)度臺(tái)、錄音服務(wù)器、安全服務(wù)器等。

錄音服務(wù)器系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄通信信息，包括呼叫號(hào)碼、呼叫時(shí)間、通話內(nèi)容等，起著服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督、解決糾紛等重要作用。錄音服務(wù)器的發(fā)展也經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的發(fā)展歷程。但現(xiàn)在市場(chǎng)上的許多錄音服務(wù)器在支持業(yè)務(wù)類型方面具有一定的局限性，往往僅能支持單一類型，如果想滿足多會(huì)話業(yè)務(wù)能力，就必須購(gòu)買多套錄音服務(wù)器系統(tǒng)。為了滿足寬帶集群系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)需求，錄音系統(tǒng)必須朝著在基于網(wǎng)絡(luò)支持的同時(shí)處理語(yǔ)音、高速數(shù)據(jù)、移動(dòng)圖像等多會(huì)話業(yè)務(wù)方向發(fā)展。

圖1 寬帶多媒體集群系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示的寬帶多媒體集群系統(tǒng)架構(gòu)中，錄音服務(wù)器控制并保存來(lái)自交換控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)事后查詢與實(shí)時(shí)監(jiān)控。錄音服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)分為控制平面和業(yè)務(wù)平面。本文研究了寬帶集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器的業(yè)務(wù)平面，提出了一種存儲(chǔ)會(huì)話數(shù)據(jù)的策略，可以在同一時(shí)間完成多組會(huì)話數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且支持單呼、組呼、音頻、視頻等特殊業(yè)務(wù)的需求。

2 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

錄音服務(wù)器需要處理的是寬帶集群系統(tǒng)通信中的會(huì)話數(shù)據(jù)，由實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（real-time transport protocol，RTP）傳送。其中，RTP是一種在Internet上處理多媒體數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用UDP分組來(lái)承載。RTP數(shù)據(jù)報(bào)文分組格式如圖2所示。

RTP頭部報(bào)文格式如圖3所示。其中，載荷類型（PT），7 bit，標(biāo)識(shí)了RTP載荷的類型；序列號(hào)（SN），16 bit，發(fā)送方每發(fā)送完一個(gè)RTP分組就將該域的值增加1，接收方可以由該域檢測(cè)分組的丟失及恢復(fù)分組序列，序列號(hào)的初始值是隨機(jī)的；同步源標(biāo)識(shí)符（SSRC），32 bit，同步源指RTP分組流的來(lái)源，在同一個(gè)RTP會(huì)話中不能有兩個(gè)相同的SSRC值。

3 存儲(chǔ)策略

據(jù)統(tǒng)計(jì)，寬帶集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器平均1 s約存儲(chǔ)50 KB會(huì)話數(shù)據(jù)，一天約4 320 MB，如果磁盤空間按160 GB計(jì)算，則錄音服務(wù)器可以存儲(chǔ)約40天的會(huì)話數(shù)據(jù)。進(jìn)行錄音服務(wù)器后期查詢時(shí)，主要的查詢條件是：時(shí)間、呼叫人和呼叫類型（單呼、組呼、音頻、視頻）。

上述分析表明，集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器所面臨的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是數(shù)量龐大，但數(shù)據(jù)間關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單。大數(shù)據(jù)量在處理時(shí)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)囤積、丟失等問(wèn)題。根據(jù)錄音服務(wù)器的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和面臨的問(wèn)題，集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器需要實(shí)現(xiàn)兩大功能：快速提取會(huì)話數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。錄音服務(wù)器怎樣實(shí)現(xiàn)這兩大功能，高效地完成從接收、處理到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程，需要考慮如下兩點(diǎn)。

（1）實(shí)時(shí)處理，快速接收數(shù)據(jù)，不囤積數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)丟失

順序接收技術(shù)是將同一時(shí)間收到的所有數(shù)據(jù)存于一個(gè)大的緩存中，按照時(shí)間的先后順序依次接收；按照某個(gè)接收規(guī)則，在接收時(shí)判斷優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)先被接收。兩種方法顯然都不適合實(shí)時(shí)處理的思想。多線程接收技術(shù)，是為了同步完成多項(xiàng)接收任務(wù)，提高資源使用效率以及系統(tǒng)的性能。錄音服務(wù)器運(yùn)用多線程接收技術(shù)，設(shè)定系統(tǒng)性能可接受的線程數(shù)目，每個(gè)存儲(chǔ)會(huì)話數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)接收線程，每一個(gè)接收線程對(duì)應(yīng)一個(gè)處理線程。為了保證數(shù)據(jù)無(wú)丟失，錄音服務(wù)器運(yùn)用緩存機(jī)制，將未處理的數(shù)據(jù)存于緩存中，并及時(shí)清空已處理的數(shù)據(jù)緩存空間。

（2）實(shí)現(xiàn)高效存儲(chǔ)，便于事后查詢

針對(duì)錄音服務(wù)器“數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)間關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單”的特點(diǎn)，如果用復(fù)雜的分布式存儲(chǔ)，反而會(huì)降低存儲(chǔ)效率，采用比較簡(jiǎn)單的分級(jí)目錄及文件存儲(chǔ)的形式，可以達(dá)到高效存儲(chǔ)的目的。根據(jù)單呼、組呼的會(huì)話類型，目錄層級(jí)設(shè)為“/日期/主叫號(hào)/被叫號(hào)/”（單呼）或“/日期/組號(hào)/”（組呼）；根據(jù)音頻、視頻的會(huì)話類型，可以將文件后綴類型設(shè)為“.artp”（單呼）或“.vrtp”（組呼）?？紤]到分級(jí)目錄的查詢效率很低，先選擇數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)會(huì)話信息，再定位存儲(chǔ)路徑的方法，有利于事后的查詢工作。

綜上所述，寬帶集群系統(tǒng)錄音服務(wù)器可以采用“多線程+緩存機(jī)制+分級(jí)目錄文件存儲(chǔ)形式+數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)會(huì)話信息”的存儲(chǔ)策略。

4 存儲(chǔ)策略實(shí)現(xiàn)

4.1 會(huì)話數(shù)據(jù)的獲取方法

錄音服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)分為控制平面和業(yè)務(wù)平面。如圖4所示，當(dāng)需要錄音時(shí)，交換控制平臺(tái)向錄音服務(wù)器的控制平面發(fā)送“錄音開始請(qǐng)求”協(xié)議報(bào)文，協(xié)商成功則控制平面分配port地址，同時(shí)生成新的RecordItem對(duì)象（RecordItem中存儲(chǔ)錄音的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括主叫號(hào)、被叫號(hào)、會(huì)話類型、分配的端口號(hào)等），并用此port地址作為RecordItem的鍵值存入RecordItemMap緩存中。

業(yè)務(wù)平面一直處在監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)RecordItemMap中有新的RecordItem時(shí)，會(huì)添加新的接收RTP任務(wù)到任務(wù)池，如圖5所示。

圖4 業(yè)務(wù)平面與控制平面的交互

圖5 業(yè)務(wù)平面數(shù)據(jù)緩存分析

當(dāng)有新任務(wù)時(shí)，業(yè)務(wù)平面任務(wù)池的接收線程會(huì)利用多線程并發(fā)方式，使協(xié)商好的地址（RecordItem）接收來(lái)自交換控制平臺(tái)的所有RTP數(shù)據(jù)流，并將會(huì)話數(shù)據(jù)放入緩沖池（RecordData>）中，每一個(gè)端口號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)會(huì)話的數(shù)據(jù)流。

4.2 文件存儲(chǔ)規(guī)則

如圖5所示，存儲(chǔ)線程從緩沖區(qū)獲取會(huì)話數(shù)據(jù)，解析RTP頭報(bào)文，按固定格式存儲(chǔ)payload數(shù)據(jù)（RTP分組中的有效載荷）到文件中，文件格式為“RTP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+RTP payload數(shù)據(jù)”。每一個(gè)文件都有RTP管理頭，存儲(chǔ)當(dāng)前記錄數(shù)據(jù)的文件長(zhǎng)度和時(shí)間信息等。

錄音服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)有以下幾種類型，根據(jù)不同的通話類型，需要用不同的方法進(jìn)行存儲(chǔ)。

（1）雙向音頻通話

雙向音頻通話，即單呼音頻會(huì)話類型，記錄的信息是雙向的。如圖6所示，通話雙方的RTP數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)文件中，如果雙方都不說(shuō)話，則插入相應(yīng)的靜音。當(dāng)RTP屬性更改（如編碼協(xié)商、呼叫保持/恢復(fù)或達(dá)到限定文件大?。r(shí)，存入另一個(gè)文件。

根據(jù)SSRC對(duì)RTP流進(jìn)行分段處理，避免SSRC發(fā)生變化時(shí)，可能存在時(shí)間間隔不一致的問(wèn)題。對(duì)雙向音頻通話的RTP流報(bào)文采用“10個(gè)報(bào)文之后，如果新出現(xiàn)SSRC，則進(jìn)行分段”的策略進(jìn)行分段，分段示意如圖7所示。在11個(gè)報(bào)文后，出現(xiàn)了SSRC為4的報(bào)文，在此種情況下，解碼流程將對(duì)RTP報(bào)文進(jìn)行分段處理，各分段報(bào)文解碼后，直接拼接即可。

圖6 雙向視頻通話存儲(chǔ)

（2）集群音頻通話

如圖8所示，集群音頻通話類型為單向通話。同一時(shí)間只有一個(gè)用戶可以發(fā)言，故用戶每一次發(fā)言記錄一個(gè)數(shù)據(jù)文件。

根據(jù)SSRC對(duì)集群音頻通話進(jìn)行分類處理。由于是單向通話，每一個(gè)用戶發(fā)言時(shí)，其他用戶沒(méi)有發(fā)言權(quán)，故該用戶在發(fā)言時(shí)，只有一個(gè)SSRC標(biāo)識(shí)源的RTP數(shù)據(jù)流，一旦變更用戶發(fā)言，RTP數(shù)據(jù)流的SSRC也會(huì)隨之改變。圖9描述了3個(gè)用戶進(jìn)行集群音頻通話的情景，橫向?yàn)闀r(shí)間軸，每個(gè)用戶在發(fā)言時(shí)，其他用戶處于等待發(fā)言狀態(tài)。此通話需要存4個(gè)文件，其中SSRC為3的用戶由于中間有中斷，屬于兩次發(fā)言，需要存兩個(gè)文件。

圖9 SSRC集群分組

（3）集群視頻通話

根據(jù)SSRC對(duì)集群視頻通話進(jìn)行分類處理，如圖10所示。由于是單向通話，每一個(gè)用戶發(fā)言時(shí)，其他用戶沒(méi)有發(fā)言權(quán)，但與集群音頻通話不同的是，每人說(shuō)話時(shí)需要存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)文件，一個(gè)為音頻，一個(gè)為視頻。故該用戶在發(fā)言時(shí)，有兩個(gè)SSRC標(biāo)識(shí)源的RTP數(shù)據(jù)流，一個(gè)是音頻，一個(gè)是視頻。一旦變更用戶發(fā)言，RTP數(shù)據(jù)流的兩個(gè)SSRC也會(huì)隨之改變。

4.3 文件路徑及文件名策略

根據(jù)會(huì)話類型的不同，數(shù)據(jù)文件利用分級(jí)目錄名、文件名表示錄音的時(shí)間及時(shí)間段下的呼叫類型，存儲(chǔ)于磁盤中。

所有的錄音文件放在統(tǒng)一的路徑（如../record/）下，按“日期”進(jìn)行分布存儲(chǔ)，如圖11所示。日期以天為單位，按“年—月—日”規(guī)則命名文件夾。每一個(gè)待存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件按照日期找到自己所屬的路徑，接下來(lái)判斷目標(biāo)文件記錄的是雙向通話數(shù)據(jù)還是群組呼叫記錄。

圖11 文件路徑關(guān)系

單呼只有兩個(gè)發(fā)言人，為了清楚地標(biāo)記出主叫號(hào)和被叫號(hào)，單呼記錄文件路徑設(shè)定為“../主叫號(hào)/被叫號(hào)/”。圖11中，主叫號(hào)是“3000”，被叫號(hào)是“2000”。單呼存儲(chǔ)時(shí)兩路存于一個(gè)文檔中，考慮到文件大小及音頻、視頻文件類型，單呼文件命名規(guī)則是：如果是音頻文件，以“時(shí)間_序號(hào).artp”格式命名；如果是視頻文件，以“時(shí)間_序號(hào).vrtp”格式命名。如圖12所示的某日某主叫與被叫之間的音頻會(huì)話記錄，包括3個(gè)時(shí)間段，其中“16∶16”時(shí)段，會(huì)話時(shí)間較長(zhǎng)，保存了3個(gè)文件。

圖12 單呼記錄文件

對(duì)于每一個(gè)組呼會(huì)話，都有固定的群組號(hào)，為了區(qū)分不同時(shí)間段的會(huì)話，將“/會(huì)話群組號(hào)/時(shí)間段/”作為組呼的文件存儲(chǔ)路徑。如圖13所示，組號(hào)為“0012”在“2012年10月22日”的3個(gè)時(shí)間段的會(huì)話記錄存儲(chǔ)路徑。

圖13 組呼記錄文件

由于群組呼叫的每一個(gè)會(huì)話中，會(huì)出現(xiàn)2個(gè)及以上發(fā)言人的情況，且每個(gè)發(fā)言人有可能會(huì)存儲(chǔ)多個(gè)文件，所以文件命名需要區(qū)分發(fā)言人及發(fā)言的先后順序，考慮到文件大小及音頻、視頻文件類型，按照“發(fā)言序列號(hào)_caller_序號(hào).artp”的格式命名音頻文件，按照“發(fā)言序列號(hào)_caller_序號(hào).vrtp”的格式命名視頻文件。某日某時(shí)間段的某會(huì)話組的呼叫記錄如圖14所示。例如“2_028-105_2.artp”，代表此文件是callID為028-105發(fā)言的音頻數(shù)據(jù)，它在當(dāng)前會(huì)話中是第2個(gè)發(fā)言人，因?yàn)榘l(fā)言數(shù)據(jù)過(guò)長(zhǎng)，此文件是028-105當(dāng)前發(fā)言的第2個(gè)文件。

圖14 組呼記錄文件

4.4 錄音信息存儲(chǔ)

為了提供方便的查詢，利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)錄音信息，設(shè)表名為RecordInform，SQL語(yǔ)句如下所述。

CREATE TABLE RecordInform

(

callID character varying(20),

starttime timestamp without time zone,

stoptime timestamp without time zone,

calltype character varying(5),

callernum character varying(20),

calleenum character varying(20),

audiotype character varying(5),

videotype character varying(5),

filepath character varying(100)

)

callID是一個(gè)會(huì)話的唯一標(biāo)識(shí)；starttime和stoptime是會(huì)話的開始和結(jié)束時(shí)間；calltype是會(huì)話類型，有單呼、組呼兩種；callernum和calleenum是會(huì)話的主叫和被叫，如果會(huì)話類型是組呼，則被叫號(hào)為組號(hào)；audiotype是話音的編碼類型；videotype是視頻的編碼類型；filepath是當(dāng)前會(huì)話文件的存儲(chǔ)路徑。

有查詢需求時(shí)，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)RecordInform表，定位文件存儲(chǔ)路徑，將查詢結(jié)果（包括錄音開始時(shí)間、錄音結(jié)束時(shí)間、數(shù)據(jù)文件及信息列表）返回給客戶端，如果客戶端要回放文件，則調(diào)用解碼庫(kù)函數(shù)，將得到的RTP數(shù)據(jù)解析，得到音頻或視頻。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

筆者對(duì)本文提出的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：主要在IP語(yǔ)音電話雙方、群聊的通話過(guò)程中，錄音服務(wù)器在協(xié)商好的通話端口號(hào)下抓取語(yǔ)音數(shù)據(jù)，分組提取解析RTP報(bào)文，并保存于文件中。錄音服務(wù)器處理1、2、5、10路語(yǔ)音數(shù)據(jù)（10 s/G.711語(yǔ)音格式）所用時(shí)間見表1。可以看出，4組實(shí)驗(yàn)耗時(shí)基本相同，為15～16 s。其中，錄音開始時(shí)間是服務(wù)器接收到第一個(gè)會(huì)話記錄的時(shí)間；錄音結(jié)束時(shí)間是將會(huì)話數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定文件結(jié)束的時(shí)間。

表1 錄音服務(wù)器存儲(chǔ)多路會(huì)話消耗的時(shí)間

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢“時(shí)間”/“呼叫人”條件定位目標(biāo)文件。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查找到的一路語(yǔ)音數(shù)據(jù)，經(jīng)解碼所得的Wav文件波形如圖14所示，回放時(shí)基本沒(méi)有失真。

圖14 回放波形

6 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單分析了寬帶集群系統(tǒng)中錄音服務(wù)器對(duì)多會(huì)話業(yè)務(wù)的需求，提出了一種存儲(chǔ)策略，并驗(yàn)證了方法的可行性。但由于RTP的多樣性，需要分別處理；寬帶集群系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大，需要考慮錄音服務(wù)器的性能問(wèn)題；視頻數(shù)據(jù)需要考慮同步問(wèn)題等。因此，在實(shí)際研究工作中，對(duì)錄音服務(wù)器會(huì)話數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ)方法需要進(jìn)一步分析。

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2 RFC3550.RTP:a Transport Protocol for Real-Time Applications,2003

3 嚴(yán)俊,馬小駿,顧冠群.RTP的研究與實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2000,36(9)

4 王備戰(zhàn),牛振喜,樓潤(rùn)瑜等.基于RTP的IP實(shí)時(shí)音頻傳輸研究.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,19(1):48～51

5 劉佳翔.RTP流媒體識(shí)別算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電腦知識(shí)與技術(shù),2011(2)

6 趙浩然.論數(shù)據(jù)分區(qū)對(duì)海量數(shù)據(jù)處理的必要性.科學(xué)之友,2011(11)