流媒体技术在无线网络中的应用

1、移动流媒体业务概述 　　 流媒体即媒体内容通过数据网络传送到客户端的同时，在客户端播放的一种机制。流媒体技术首先出现在固定网络通信中，在网络上传送音视频等多媒体信息的方法主要采用下载和流式两种传送方式。对于下载方式而言，由于大文件往往需要大量的存储容量，同时受到网络带宽的限制，下载常常会花数分钟甚至数小时，延迟很大。对于流式传输而言，声音、影像或动画等文件边下载边播放，当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分在后台从服务器内继续下载，不仅使启动延时呈十倍、百倍地缩短，而且也不需要太大的缓存容量，避免了用户必须等待整个文件全部从网上下载后才能观看的缺点。 　　 在移动网络，流媒体业务主要面向GPRS/EDGE、UMTS等提供较高带宽(100kbit/s以上)的无线分组网络，可根据流媒体源的不同分为视频业务和音频业务。目前，基于固定网络的VOD、AOD业务，已经受到了用户的广泛欢迎。在无线网络，空中接口带宽的增加为流媒体业务的开展提供了良好的基础，结合无线系统不受时间、地点限制的特点，使得移动流媒体业务更具吸引力。 2、移动流媒体业务框架 　　 移动流媒体系统网络总体架构与固定网络流媒体结构大致相同，都由流媒体服务器、客户端及相应的后台管理系统、内容缓存设备组成。如下图所示为移动流媒体业务框架图。 图1　移动流媒体业务框架图 　　 完整的流媒体业务由流媒体服务器、流媒体客户端、门户(Portal)、用户管理系统、缓存服务器构成。对于移动流媒体系统，流媒体服务器通过Gi接口与无线核心网GGSN相连。 　　 门户是为提供更便利的流媒体内容访问能力的服务器。例如，门户可能会提供内容浏览器和搜索工具。最简单的情况下，它只包含一个Web/WAP页。流媒体内容存储于内容服务器上，而流媒体内容链接列表可位于网络中的任何位置。同时，通过门户，内容提供商(CP)向流媒体服务器和流媒体缓存发布内容，门户提供对CP的认证和内容发布的接口。 　　 管理系统用于存储用户参数和设备功能信息，用于控制如何向移动用户提供流媒体内容。 　　 客户端发起流媒体业务，连接到其选择的服务器，流媒体服务器也可以发送实时的内容。会话发起时，流媒体服务器与管理系统协商，并根据终端能力传送流媒体信息。 3、关键技术分析 　　 3.1　流媒体传送协议 　　 (1)RTP/RTCP协议 　　 RTP(Real-time Transport Protocol)是在Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议，工作于一对一或一对多的传输情况，可提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP未传送数据，也可在TCP或ATM协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时，会使用到两个端口，一个作为RTP端口，一个作为RTCP端口。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，而是依靠RTCP提供这些服务。 　　 RTCP(Real-time Transport Control Protocol)与RTP共同提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间，参与者周期性地传送RTCP包，这些包中含有已发送数据包的数量、丢失数据包的数量等统计数据，服务器可根据这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP与RTCP的配合使用可有效地进行反馈，从而减小开销，提高传输效率，非常适合传送网上的实时数据。 　　 (2)实时流协议RTSP(Real-time Streaming Protocol) 　　 RTSP是由RealNetworks、Netscape共同提出的一种协议，它定义了如何使一对多应用程序有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP是在服务器端与客户端建立和控制音视频流的协议，它在服务器端和客户端扮演“远程遥控器”的角色，客户端可以对服务器上的音视频流作播放、暂停、快进、定位、录制等操作。RTSP是一个应用层协议，它必须以底层的RTP、RSVP等协议为依托，才能够在Internet上提供完整的流媒体传输服务。在数据选择传送通路和传送机制上都遵循底层的RTP或TCP协议。它能够为单点传送和多点传送流式多媒体提供很高的播放性能，同时也能够兼容不同厂商的发送端和接收端的应用程序。 　　 (3)资源预订协议RSVP(Resource Reserve Protocol)RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源(即带宽)，能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。 　　 RSVP运行在传输层，属于传输控制协议。RSVP的组成元素有发送者、接收者和主机或路由器。发送者负责让接收者知道数据将要发送，以及需要什么样的QoS；接收者负责发送一个通知到主机或路由器，这样他们就可以准备接收即将到来的数据主机或路由器负责留出所有合适的资源。 　　 RSVP协议的两个重要概念是流与预定。流是从发送者到一个或多个接收者的连接特征，通过IP包中“流标记”来认证。发送者在发送一个流前要传输一个路径信息到目的接收方，这个信息包括源IP地址、目的IP地址和一个流规格。这个流规格是由流的速率和延迟组成。接收者实现预定后，基于接收者的模式能够实现一种分布式解决方案。 　　 3.2　编码格式 　　 (1)视频编码格式 　　 3GPP UMTS视频媒体编解码技术规范是ITU-T H.263，也是PSS必须使用的视频解码器，同时还支持MPEG-4解码器，在实际应用中，两个视频解码器可选。最近提出的H.264标准以其高压缩质量、高网络适应性等特性引起了业界的广泛兴趣，目前各手机生产厂家纷纷展开对H.264编码技术在手机上应用的研究，对3GPP PSS R6也在积极考虑将其纳入规范。 　　 (2)音频编码格式 　　 3GPP UMTS音频媒体编解码应支持Extended AAC+或Extended AMR-WB，可以同时支持两种编解码格式，同时还可以支持MPEG-4解码器。 　　 而对于CDMA 2000系统，还至少应该支持13KQCELP、AAC、AMR-NB三者之一。 4、移动流媒体技术应用展望 　　 在无线通信领域中，3G是以宽带和多样化的要求为主，不仅提供高质量的语音，更应该提供及时的多媒体服务。移动流媒体技术应用主要有以下几种情况： 　　 (1)移动音乐 　　 如果3G手机具备MP3功能，运营商联合唱片公司每星期发布Pop Music排行榜，用户在试听歌曲片段之后，可通过小额支付下载到手机中，相当于运营商开唱片店。 　　 (2)移动电视 　　 用户通过3G手机收看电视节目，以简便操作获取娱乐感受。为了保证较好的收看效果，带宽必须保证在100kbit/s左右。考虑到空中带宽的有限性和用户的巨大数量，可采用广播方式，而不要采用VOD方式。电视节目可精选为新闻、卡通、搞笑短片、MTV、经典片断、电影预告片、TV节目预告、精彩片断，以满足大部分用户的需求，同时保证方案的低成本。 　　 (3)直播 　　 各种体育赛事、演唱会、会议等大型事件的直播。此外，也可以用在交通、家庭等需要监控的场所。 　　 (4)各种融合业务形态 　　 流媒体和MMS的融合，将一些视频片断通过MMS在用户之间转发；流媒体和位置业务的融合，将路况信息、道路指引通过流媒体的形式展示给用户等等。 　　 移动流媒体业务的开展给移动增值服务带来了新的希望，2.5G、3G以及超3G无线网络的发展也使得流媒体技术可以被用到无线终端设备上，随着3G无线网络的应用，用户的网络带宽可以达到384kbit/s。另一方面，手机设备运算能力越来越强。总之，移动流媒体技术仍在不停发展和完善中。