Java 網路語音傳輸實戰：基於 GSM 壓縮的點對點對講系統

背景與挑戰

Java 在多媒體傳輸上受限於頻寬與即時性，語音傳輸常採用「點對點」模式。核心難點在於：穩定的網路連線、適當的取樣率、高效的壓縮編解碼。本文採用開源專案 Answer Machine (jsresources.org) 提供的 AudioCapture、AudioPlayStream、AMAudioFormat 等類別，搭配 Tritonus GSM codec，實作一個精簡的網路對講機。

關鍵技術棧

專案建置

1. 下載 tritonus_share.jar、tritonus_gsm.jar 放入 classpath。
2. 編譯打包：
   set CLASSPATH=.;tritonus_gsm.jar;tritonus_share.jar
javac am\*.java am\audio\*.java
jar cmf packaging\manifest.mf am.jar am\*.class am\audio\*.class
3. 產出 am.jar (約 8KB)，專案引用即可，執行期無需 Tritonus jar。

系統架構三層設計

• 表現層：jphone 主類別，實作 Runnable、ActionListener，負責 UI、初始化音訊硬體、啟動執行緒。
• 控制層：VoiceSender (執行緒) 讀取 AudioCapture 串流 → 經 CallLink 發送；CallLink 管理 Socket 連線、監聽、輸入/輸出串流。
• 傳輸層：TCP Socket 雙向通訊，Port 固定為 TALK_PORT。

核心程式碼片段

音訊硬體初始化

private AudioCapture PhoneMIC;
private AudioPlayStream PhoneSPK;
private AudioFormat format;

format = AMAudioFormat.getLineAudioFormat(AMAudioFormat.FORMAT_CODE_GSM);
PhoneMIC = new AudioCapture(AMAudioFormat.FORMAT_CODE_GSM);
PhoneSPK = new AudioPlayStream(format);
PhoneMIC.open(); PhoneSPK.open();
PhoneSPK.start(); // 啟動播放執行緒

接收迴圈 (主執行緒)

byte[] gsmData = new byte[bufSize];
InputStream in = curCallLink.getInputStream();
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
    int n = in.read(gsmData);
    if (n == -1) break;
    PhoneSPK.write(gsmData, 0, n);
}

發送執行緒 (VoiceSender)

InputStream micStream = PhoneMIC.getAudioInputStream();
PhoneMIC.start();
OutputStream out = curCallLink.getOutputStream();
byte[] buf = new byte[bufSize];
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
    int n = micStream.read(buf);
    if (n > 0) out.write(buf, 0, n);
}

CallLink 網路通訊類別

class CallLink {
    String ipAddr; Socket outSock; ServerSocket inServSock; Socket inSock;
    CallLink(String ip) { ipAddr = ip; }
    void open() throws IOException { if (ipAddr!=null) outSock=new Socket(ipAddr, TALK_PORT); }
    void listen() throws IOException { inServSock=new ServerSocket(TALK_PORT); inSock=inServSock.accept(); }
    InputStream getInputStream() throws IOException { return inSock!=null? inSock.getInputStream():null; }
    OutputStream getOutputStream() throws IOException { return outSock!=null? outSock.getOutputStream():null; }
    void close() throws IOException { if(inSock!=null) inSock.close(); if(outSock!=null) outSock.close(); }
}

編譯與執行

# c.bat (編譯)
javac -classpath .;lib\am.jar jphone.java

# r.bat (執行)
java -classpath .;lib\am.jar jphone

雙方輸入對方 IP，點擊「撥出電話」。亦可輸入 127.0.0.1 自我測試，敲擊麥克風聽回聲驗證。

效能與優化方向

• GSM 6.10 將 128kbps 壓縮至 13kbps，極適合語音頻寬。
• 發送/接收執行緒同步運作，網路延遲極低，體驗近乎即時。
• 可延伸：加入緩衝區抖動控制、VAD (語音活動偵測)、加密傳輸、NAT 穿透等。