一种FreeSWITCH流量镜像WebSocket音频推流方案

环境:CentOS 7.9_x64

FreeSWITCH版本: 1.10.11(docker 23.0.6部署)

Python版本:3.9.12

之前遇到过一个需求:

在不影响生产系统业务(FreeSWITCH服务)的情况下,实时推送WebSocket格式语音流给解析服务器,以完成后续服务(比如实时辅助、实时质检等)。

今天整理下该需求的可行性验证笔记并提供示例代码,如需商业使用请参考文章自行实现。

本文使用的FreeSWITCH是基于docker部署,如有使用docker部署FreeSWITCH的需求,可参考如下文章:
https://www.cnblogs.com/MikeZhang/p/dockerPackFs20230617.html

一、整体结构

为了演示方便,本文使用基于主机的流量镜像方案,生产环境可使用交换机的镜像口来替换。

此外,关于编码方面,这里做下简化:

1)流量镜像rtp编码是g711a(pcma);

2)ws推流的目标编码是 L16(16k);

整体结构如下:

二、流量镜像环境准备及策略实现

1、环境说明

整体结构如下:

说明:

1)192.168.137.100机器部署freeswitch,并配置流量镜像推流;

2)192.168.137.101机器部署流量镜像推流程序、ws模拟服务程序;

2、推流策略实现及效果验证

这里使用iptables的tee模块实现流量镜像功能,为了演示方便,这里使用udp流量全推的方案。

1)推流策略配置

流量镜像配置示例:

复制代码
[root@host100 pbx]# cat /root/tee1.sh
#! /bin/bash
iptables -t mangle -F
iptables -t mangle -I PREROUTING 1 -p udp  -j TEE --gateway 192.168.137.101
iptables -t mangle -I POSTROUTING 1 -p udp -j TEE --gateway 192.168.137.101
iptables -t mangle -L -v
[root@host100 pbx]#

2)推流效果验证

在100机器上执行如下命令:

复制代码
nc -u 192.168.137.108 33330

输入 123456 ,然后执行 ctrl + d 键进行发送。

在101机器上进行抓包:

复制代码
tcpdump -i enp0s3 udp  port 33330  -vvvvvvvvvvvvvvvv

使用tcpdump验证效果如下:

使用wireshark验证效果如下:

三、搭建ws验证服务器

为了方便方案验证,这里使用python模拟个ws服务器,该服务器会将收到的音频数据存储为本地pcm文件以便验证。

这里用的python3.9环境,环境部署可参考如下文章:
https://www.cnblogs.com/MikeZhang/p/centos7-install-py39-20220704.html

配合验证的ws服务器代码如下(wsServer2.py):

复制代码
import os,json,time
from websockets.sync.server import serve
gPcmDir="pcmFiles"
def handler(ws):
    callid,tag = "",0
    fout,fName = None,""
    clientId = id(ws)
    for msg in ws:
        #print("%s,len msg : %d "% (fName,len(msg)))
        #msg2 = "I got your message: {}".format(msg)
        #websocket.send(msg)
        if type(msg) == str:
        #if msg.find("initConfig") > -1:
            print(msg)
            dtmp = json.loads(msg)
            var1 = dtmp.get("call_id")
            if var1 : call_id = var1
            var2 = dtmp.get("tag")
            if None != var2 : tag = var2 
            print(call_id,tag)
            #fName = "%s-%d.pcm" % (call_id,role)
            fName = "%s/%s.pcm" % (gPcmDir,tag)
            if None == fout : fout = open(fName,"wb")
            if "end" == dtmp.get("type"):
                fout.close()
        if type(msg) == bytes:
            fout.write(msg)
    return None
def main():
    if not os.path.isdir(gPcmDir):os.makedirs(gPcmDir)
    with serve(handler, "0.0.0.0", 8765) as server:
        server.serve_forever()
if __name__ == "__main__":
    main()

启动脚本如下(start.sh

复制代码
#! /bin/bash
#pydir=$PWD
pydir=/root/python39
export CFLAGS="-I$pydir/include"
export LDFLAGS="-L$pydir/lib"
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$pydir/lib
$pydir/bin/python3.9 wsServer2.py

运行效果如下:

四、核心功能实现

这里列举下核心功能,并提供python示例代码。

1、从抓包数据中提取alaw音频

关键点如下:

1)抓包功能通过libpcap实现;

2)解析sdp获取rtp端口信息;

3)根据rtp协议从payload中解析并提取音频数据;

4)使用ffmpeg将提取的alaw格式音频转换为wav格式,以便验证音频的正确性;

示例代码如下(pcap2alaw.py):

完整代码可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20250816 获取。

2、alaw音频转换成pcm音频(L16)

alaw2pcm示例代码:

复制代码
import os,struct,socket
import ctypes as ct
import audioop
rawFile = b"g711a_export1.raw"
sampwidth = 4
i,step = 0,160//sampwidth
fout = open("pcm_export1.raw","wb")
with open(rawFile,"rb") as fin:
    while True:
        data = fin.read(step)
        if not data : break
        data2 = audioop.alaw2lin(data, sampwidth)
        fout.write(data2)

提取的音频导入效果如下:

关于pcm音频的播放可参考如下文章:
https://www.cnblogs.com/MikeZhang/p/pcm20232330.html

3、pcm音频以ws格式发送

pcm转ws示例代码如下(pcm2ws.py):

完整代码可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20250816 获取。

运行效果如下:

五、WebSocket音频推流方案

这里描述下独立程序的推流方案,即:所有功能都在一个程序里面实现,比如单独的python脚本。

1、模块设计

模块设计如下:

2、程序设计

大致设计思路如下:

1)启动独立线程ThrdLiveCap,使用libpcap实时抓取流量镜像过来的数据,并将数据推送到指定队列;

2)启动独立线程ThrdPktParse,解析sip协议,提取uuid、rtp端口等关键信息,并将解析的数据存储到全局缓存中;

3)启动独立线程ThrdRtp2Ws,监测并启动独立线程,进行ws推流;

3、示例代码

这里提供下示例代码。

完整代码可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20250816 获取。

4、运行效果

1)编写拨号方案

内容如下:

复制代码
  <extension name="playTest">
      <condition field="destination_number" expression="^10087$">
        <action application="answer"/>
        <action application="playback" data="local_stream://moh"/>
      </condition>
    </extension>

2)注册1000分机,拨打10087号码,在101机器上启动rtp2ws脚本、wsServer脚本,可成功接收rtp文件。

运行效果如下:

文件导入效果如下(s16le 16K):

可正常播放。

对应的pcm文件可从文末提供的渠道获取。

六、资源下载

本文相关资源及运行环境,可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20250816 获取。

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