流媒體技術在無線網絡中的應用

1、移動流媒體業務概述 　　 流媒體即媒體內容通過數據網絡傳送到客戶端的同時，在客戶端播放的一種機制。流媒體技術首先出現在固定網絡通信中，在網絡上傳送音視頻等多媒體信息的方法主要采用下載和流式兩種傳送方式。對于下載方式而言，由于大文件往往需要大量的存儲容量，同時受到網絡帶寬的限制，下載常常會花數分鐘甚至數小時，延遲很大。對于流式傳輸而言，聲音、影像或動畫等文件邊下載邊播放，當聲音等時基媒體在客戶機上播放時，文件的剩余部分在后臺從服務器內繼續下載，不僅使啟動延時呈十倍、百倍地縮短，而且也不需要太大的緩存容量，避免了用戶必須等待整個文件全部從網上下載后才能觀看的缺點。 　　 在移動網絡，流媒體業務主要面向GPRS/EDGE、UMTS等提供較高帶寬(100kbit/s以上)的無線分組網絡，可根據流媒體源的不同分為視頻業務和音頻業務。目前，基于固定網絡的VOD、AOD業務，已經受到了用戶的廣泛歡迎。在無線網絡，空中接口帶寬的增加為流媒體業務的開展提供了良好的基礎，結合無線系統不受時間、地點限制的特點，使得移動流媒體業務更具吸引力。 2、移動流媒體業務框架 　　 移動流媒體系統網絡總體架構與固定網絡流媒體結構大致相同，都由流媒體服務器、客戶端及相應的后臺管理系統、內容緩存設備組成。如下圖所示為移動流媒體業務框架圖。 圖1　移動流媒體業務框架圖 　　 完整的流媒體業務由流媒體服務器、流媒體客戶端、門戶(Portal)、用戶管理系統、緩存服務器構成。對于移動流媒體系統，流媒體服務器通過Gi接口與無線核心網GGSN相連。 　　 門戶是為提供更便利的流媒體內容訪問能力的服務器。例如，門戶可能會提供內容瀏覽器和搜索工具。最簡單的情況下，它只包含一個Web/WAP頁。流媒體內容存儲于內容服務器上，而流媒體內容鏈接列表可位于網絡中的任何位置。同時，通過門戶，內容提供商(CP)向流媒體服務器和流媒體緩存發布內容，門戶提供對CP的認證和內容發布的接口。 　　 管理系統用于存儲用戶參數和設備功能信息，用于控制如何向移動用戶提供流媒體內容。 　　 客戶端發起流媒體業務，連接到其選擇的服務器，流媒體服務器也可以發送實時的內容。會話發起時，流媒體服務器與管理系統協商，并根據終端能力傳送流媒體信息。 3、關鍵技術分析 　　 3.1　流媒體傳送協議 　　 (1)RTP/RTCP協議 　　 RTP(Real-time Transport Protocol)是在Internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協議，工作于一對一或一對多的傳輸情況，可提供時間信息和實現流同步。RTP通常使用UDP未傳送數據，也可在TCP或ATM協議之上工作。當應用程序開始一個RTP會話時，會使用到兩個端口，一個作為RTP端口，一個作為RTCP端口。RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，而是依靠RTCP提供這些服務。 　　 RTCP(Real-time Transport Control Protocol)與RTP共同提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，參與者周期性地傳送RTCP包，這些包中含有已發送數據包的數量、丟失數據包的數量等統計數據，服務器可根據這些信息動態地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP與RTCP的配合使用可有效地進行反饋，從而減小開銷，提高傳輸效率，非常適合傳送網上的實時數據。 　　 (2)實時流協議RTSP(Real-time Streaming Protocol) 　　 RTSP是由RealNetworks、Netscape共同提出的一種協議，它定義了如何使一對多應用程序有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。RTSP是在服務器端與客戶端建立和控制音視頻流的協議，它在服務器端和客戶端扮演“遠程遙控器”的角色，客戶端可以對服務器上的音視頻流作播放、暫停、快進、定位、錄制等操作。RTSP是一個應用層協議，它必須以底層的RTP、RSVP等協議為依托，才能夠在Internet上提供完整的流媒體傳輸服務。在數據選擇傳送通路和傳送機制上都遵循底層的RTP或TCP協議。它能夠為單點傳送和多點傳送流式多媒體提供很高的播放性能，同時也能夠兼容不同廠商的發送端和接收端的應用程序。 　　 (3)資源預訂協議RSVP(Resource Reserve Protocol)RSVP是Internet上的資源預訂協議，使用RSVP預留一部分網絡資源(即帶寬)，能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。 　　 RSVP運行在傳輸層，屬于傳輸控制協議。RSVP的組成元素有發送者、接收者和主機或路由器。發送者負責讓接收者知道數據將要發送，以及需要什么樣的QoS；接收者負責發送一個通知到主機或路由器，這樣他們就可以準備接收即將到來的數據主機或路由器負責留出所有合適的資源。 　　 RSVP協議的兩個重要概念是流與預定。流是從發送者到一個或多個接收者的連接特征，通過IP包中“流標記”來認證。發送者在發送一個流前要傳輸一個路徑信息到目的接收方，這個信息包括源IP地址、目的IP地址和一個流規格。這個流規格是由流的速率和延遲組成。接收者實現預定后，基于接收者的模式能夠實現一種分布式解決方案。 　　 3.2　編碼格式 　　 (1)視頻編碼格式 　　 3GPP UMTS視頻媒體編解碼技術規范是ITU-T H.263，也是PSS必須使用的視頻解碼器，同時還支持MPEG-4解碼器，在實際應用中，兩個視頻解碼器可選。最近提出的H.264標準以其高壓縮質量、高網絡適應性等特性引起了業界的廣泛興趣，目前各手機生產廠家紛紛展開對H.264編碼技術在手機上應用的研究，對3GPP PSS R6也在積極考慮將其納入規范。 　　 (2)音頻編碼格式 　　 3GPP UMTS音頻媒體編解碼應支持Extended AAC+或Extended AMR-WB，可以同時支持兩種編解碼格式，同時還可以支持MPEG-4解碼器。 　　 而對于CDMA 2000系統，還至少應該支持13KQCELP、AAC、AMR-NB三者之一。 4、移動流媒體技術應用展望 　　 在無線通信領域中，3G是以寬帶和多樣化的要求為主，不僅提供高質量的語音，更應該提供及時的多媒體服務。移動流媒體技術應用主要有以下幾種情況： 　　 (1)移動音樂 　　 如果3G手機具備MP3功能，運營商聯合唱片公司每星期發布Pop Music排行榜，用戶在試聽歌曲片段之后，可通過小額支付下載到手機中，相當于運營商開唱片店。 　　 (2)移動電視 　　 用戶通過3G手機收看電視節目，以簡便操作獲取娛樂感受。為了保證較好的收看效果，帶寬必須保證在100kbit/s左右。考慮到空中帶寬的有限性和用戶的巨大數量，可采用廣播方式，而不要采用VOD方式。電視節目可精選為新聞、卡通、搞笑短片、MTV、經典片斷、電影預告片、TV節目預告、精彩片斷，以滿足大部分用戶的需求，同時保證方案的低成本。 　　 (3)直播 　　 各種體育賽事、演唱會、會議等大型事件的直播。此外，也可以用在交通、家庭等需要監控的場所。 　　 (4)各種融合業務形態 　　 流媒體和MMS的融合，將一些視頻片斷通過MMS在用戶之間轉發；流媒體和位置業務的融合，將路況信息、道路指引通過流媒體的形式展示給用戶等等。 　　 移動流媒體業務的開展給移動增值服務帶來了新的希望，2.5G、3G以及超3G無線網絡的發展也使得流媒體技術可以被用到無線終端設備上，隨著3G無線網絡的應用，用戶的網絡帶寬可以達到384kbit/s。另一方面，手機設備運算能力越來越強。總之，移動流媒體技術仍在不停發展和完善中。