滿足第三代移動通信高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的的中流媒體系統(tǒng)的設(shè)計

一、 引言

移動流媒體技術(shù)是把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，讓移動終端用戶能夠邊下載邊觀看、收聽，而不需要等到整個多媒體文件下載完成才能夠觀看的技術(shù)。實際上移動流媒體技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)音視頻技術(shù)和移動通信技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它是融合很多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后所產(chǎn)生的技術(shù)，它會涉及到流媒體數(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲以及網(wǎng)絡(luò)通信等多項技術(shù)。

近年來，圖像壓縮技術(shù)有了長足的發(fā)展，MPEG4和H.263都是基于視頻壓縮的標(biāo)準(zhǔn)，也是現(xiàn)在各大公司開展流媒體項目所選擇的標(biāo)準(zhǔn)，MPEG4是移動圖像專家組提出來的標(biāo)準(zhǔn)，它是在MPEG1與MPEG2的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。MPEG1是針對CD存儲的視頻壓縮、MPEG2是針對數(shù)字電視的視頻壓縮（DVD）、而MPEG4是圖像壓縮的綜合方法，H.263是由國際電信聯(lián)盟提出來的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它是針對視頻會議的視頻壓縮。

如今，無線通信技術(shù)的發(fā)展異常迅猛，無線網(wǎng)絡(luò)帶寬也越來越能夠滿足開展各種業(yè)務(wù)的需要，本文中流媒體系統(tǒng)的設(shè)計是基于聯(lián)通CDMA2000 1X無線網(wǎng)絡(luò)，CDMA2000 1X是完全兼容IS-95的第三代移動通信系統(tǒng)，采用碼分和頻分結(jié)合的多址技術(shù)。CDMA2000 1X提供增強速率集：前向RC3-RC9、反向RC3-RC6，對于不同的環(huán)境可以采用不同的高速空中信道速率進行數(shù)據(jù)傳送。單個用于傳輸分組數(shù)據(jù)的空中信道的最大傳輸速率可以達到307.2kbps，從而能夠滿足第三代移動通信高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求。由此看來，在如此良好的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬環(huán)境下是足以開展起移動流媒體業(yè)務(wù)的。

二、 移動流媒體系統(tǒng)功能簡介

1. 功能描述

流媒體基本業(yè)務(wù)可以分為以下三種典型業(yè)務(wù)模式：

（1）流媒體點播：內(nèi)容提供商將預(yù)先錄制好的多媒體內(nèi)容編碼壓縮成相應(yīng)格式，存放在內(nèi)容服務(wù)器上并把內(nèi)容的描述信息以及鏈接放置在流媒體的門戶上。最終用戶就可以通過訪問門戶，發(fā)現(xiàn)感興趣的內(nèi)容，有選擇的進行播放。

（2）流媒體直播：流媒體編碼服務(wù)器將實時信號編碼壓縮成相應(yīng)的格式，并經(jīng)由流媒體服務(wù)器分發(fā)到用戶的終端播放器。根據(jù)實時內(nèi)容信號源的不同，又可以分為電視直播、遠程監(jiān)控等。

（3）下載播放：用戶將流媒體內(nèi)容下載并存儲到本地終端中，然后可以選擇在任意時間進行播放。對于下載播放，主要的限制指標(biāo)是終端的處理能力和終端的存儲能力，內(nèi)容提供商可以制作出較高質(zhì)量的視頻內(nèi)容（高帶寬，高幀速率），但需要考慮內(nèi)容的下載時間及終端的存儲空間。

2. 功能要求

（1）流媒體業(yè)務(wù)必須向用戶提供內(nèi)容發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)使用兩個基本功能，還必須具備與其他服務(wù)或應(yīng)用的接口能力。流媒體內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)是指用戶使用支持流媒體業(yè)務(wù)的手機或其他移動終端，訪問流媒體業(yè)務(wù)平臺Portal，通過頁面瀏覽、分類查找或直接搜索功能發(fā)現(xiàn)流媒體內(nèi)容的過程。而流媒體業(yè)務(wù)的使用是指用戶發(fā)現(xiàn)指定流媒體內(nèi)容后進一步使用流媒體業(yè)務(wù)的過程，包括流媒體內(nèi)容的在線播放、流媒體內(nèi)容的下載播放以及收看實時流媒體廣播服務(wù)。

（2）不同的終端之間處理能力有很大區(qū)別，所支持的協(xié)議也各不相同，流媒體業(yè)務(wù)必須具備有對終端適配的功能。

（3）對于移動用戶來說，在同一地點的不同時間或在同一時間的不同地點所能使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬會有很大的不同，所以用統(tǒng)一帶寬速率壓縮的內(nèi)容無法滿足不同用戶的實時播放需求。流媒體業(yè)務(wù)應(yīng)該根據(jù)用戶的實際使用狀況，提供帶寬適配的功能。

（4）流媒體業(yè)務(wù)應(yīng)具有可以傳送多種通用流媒體文件格式，包括MPEG4、H.263、RealNetworks、Windows Media，靜止圖像如JPEG、GIF、動畫GIF、BMP等，特殊格式如SMIL和SVG等的功能。

（5）流媒體業(yè)務(wù)必須具有認(rèn)證和管理的功能。

在滿足了上述功能的前提下，整個流媒體系統(tǒng)才能正常運行起來。

三、 移動流媒體系統(tǒng)的組網(wǎng)方案和協(xié)議結(jié)構(gòu)

1. 組網(wǎng)方案

流媒體系統(tǒng)的組網(wǎng)可以分為單點系統(tǒng)和多點系統(tǒng)兩種方式，在前期用戶數(shù)量少的時候，可以使用單點系統(tǒng)，單點系統(tǒng)適合集中建設(shè)模式，全網(wǎng)只有一個核心流媒體業(yè)務(wù)平臺，單點系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在兩個不同類型的地區(qū)，位于A類地區(qū)用戶相當(dāng)于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網(wǎng)直接接入到本地的流媒體業(yè)務(wù)平臺使用，如圖1所示。

圖1 單點流媒體系統(tǒng)組網(wǎng)

單點系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在兩個不同類型的地區(qū)，位于A類地區(qū)用戶相當(dāng)于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網(wǎng)直接接入到本地的流媒體業(yè)務(wù)平臺使用流媒體服務(wù)；B類地區(qū)的用戶在接入本地的分組網(wǎng)后還需要通過骨干網(wǎng)連接到遠端的流媒體業(yè)務(wù)平臺。

當(dāng)用戶數(shù)量增加的時候，系統(tǒng)負荷會加大，單點系統(tǒng)則不能滿足整個業(yè)務(wù)的要求，此時就要在單點系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級為多點系統(tǒng)，實現(xiàn)方法是在流媒體用戶數(shù)量多的地方增加地方級流媒體業(yè)務(wù)平臺，原有的流媒體業(yè)務(wù)平臺作為中央流媒體業(yè)務(wù)平臺，實現(xiàn)流媒體用戶的漫游計費和對全國內(nèi)容的統(tǒng)一管理，如圖2所示。

圖2 多點流媒體系統(tǒng)組網(wǎng)

有別于單點系統(tǒng)，除了A類地區(qū)和B類地區(qū)以外，在多點系統(tǒng)中增加了C類地區(qū)。C類地區(qū)是流媒體用戶較多的地方，有自己的地方級流媒體業(yè)務(wù)平臺，可實現(xiàn)自主計費和內(nèi)容維護，這樣就可以大大減少中央流媒體業(yè)務(wù)平臺的負擔(dān)。

2. 協(xié)議結(jié)構(gòu)

移動流媒體系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 流媒體系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)圖

流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)有特定的實時傳輸協(xié)議，其中包括Internet本身的多媒體傳輸協(xié)議，以及一些實時流式傳輸協(xié)議等，只有采用合適的協(xié)議才能更好地發(fā)揮流媒體的作用，保證傳輸質(zhì)量。IETF（Internet工程任務(wù)組，Internet規(guī)劃與發(fā)展的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織）已經(jīng)設(shè)計出幾種支持流媒體傳輸?shù)膮f(xié)議。主要包括實時傳輸協(xié)議RTP（Real-time Transport Protocol）、實時傳輸控制協(xié)議RTCP（Real-time Transport Control Protocol）、實時流協(xié)議RTSP（Real-time Streaming Protocol）。除上述協(xié)議之外，流媒體技術(shù)還包括對于流媒體類型的識別。

（1）實時傳輸協(xié)議RTP

RTP是用于Internet 上針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當(dāng)應(yīng)用程序開始一個RTP 會話時將使用兩個端口：一個給RTP，一個給RTCP。RTP本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP 提供這些服務(wù)。通常RTP算法并不作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)層來實現(xiàn)，而是作為應(yīng)用程序代碼的一部分。

（2）實時傳輸控制協(xié)議RTCP

RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)。

（3）實時流協(xié)議RTSP

實時流協(xié)議RTSP是由real Networks和Netscape共同提出的，該協(xié)議定義了一對多應(yīng)用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請求由客戶機發(fā)出，服務(wù)器作出響應(yīng)。使用RTSP時，客戶機和服務(wù)器都可以發(fā)出請求，即RTSP可以是雙向的。

（4）會話描述協(xié)議SDP（Session Description Protocol）

SDP會話描述協(xié)議只是一種用于會話描述的格式（協(xié)議），它并不是一個傳輸協(xié)議，也不包含在媒體的編解碼之中，而是用于在不同傳輸協(xié)議間傳遞消息的通知協(xié)議，其主要目的是解決多媒體會話通知、邀請和另外一些媒體會話的初始化工作。SDP內(nèi)容包括：會話名稱和目的、會話活躍時間、媒體類型 （視頻、音頻等）、傳輸協(xié)議 （RTP/UDP/IP等）、媒體編碼格式（H.263、MPEG4等）、接收媒體的相關(guān)信息（地址、端口和格式等）。

四、 移動流媒體系統(tǒng)的相關(guān)接口和標(biāo)準(zhǔn)

為了使整個移動流媒體系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)運作起來，各個平臺與終端的接口和標(biāo)準(zhǔn)必須要有合理統(tǒng)一的規(guī)定。

1. 流媒體業(yè)務(wù)平臺與用戶終端的接口

（1）用戶在流媒體內(nèi)容門戶網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)內(nèi)容時，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP或WAP協(xié)議，以HTML、XHTML或WML格式的文件進行信息交互。

（2）用戶在下載流媒體文件時，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP或WAP相關(guān)下載協(xié)議，將流媒體內(nèi)容從流媒體下載服務(wù)器下載到手機端。

（3）用戶在實時播放流媒體文件時，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、RTCP、RTP等協(xié)議來傳送流媒體文件，并實現(xiàn)播放和基本的控制功能。

2. 流媒體業(yè)務(wù)平臺的網(wǎng)管接口

流媒體業(yè)務(wù)平臺提供標(biāo)準(zhǔn)的SNMP管理配置接口，與網(wǎng)管系統(tǒng)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP協(xié)議通訊，管理員可通過SNMP管理工具實現(xiàn)對流媒體業(yè)務(wù)平臺出錯機制的管理，并可以自定義一些非標(biāo)準(zhǔn)的出錯機制。

流媒體業(yè)務(wù)平臺報告的錯誤主要包括：

● 系統(tǒng)重新啟動、系統(tǒng)流量以及系統(tǒng)軟件導(dǎo)致的可用系統(tǒng)資源降低等反常情況。

● 某一網(wǎng)元不工作或處于不良工作狀態(tài)。

● 對于管理員單獨定義的監(jiān)控對象達到報警條件。

對于多個事件引發(fā)的多個相同錯誤，系統(tǒng)只會產(chǎn)生一條報警記錄。另外，系統(tǒng)還允許管理員對報警結(jié)果進行有條件的過濾，保證管理員只得到有用信息。

3. 流媒體業(yè)務(wù)平臺與計費系統(tǒng)的接口

流媒體業(yè)務(wù)平臺與計費系統(tǒng)之間的連接協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用協(xié)議采用FTP文件傳輸協(xié)議，由流媒體業(yè)務(wù)平臺產(chǎn)生的CDR以文件為單位進行數(shù)據(jù)交換。

五、 總結(jié)

本文是基于CDMA2000 1X下的流媒體系統(tǒng)的設(shè)計以及運用的總結(jié)，包括了整個系統(tǒng)的功能、組網(wǎng)方案和協(xié)議結(jié)構(gòu)，以及整個系統(tǒng)的運行模式，其中含有認(rèn)證、鑒權(quán)過程，具有較強的實用性，至今國內(nèi)在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行的流媒體業(yè)務(wù)都還處于初級嘗試的階段。本文所介紹的系統(tǒng)－一運行方案，為在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下整個流媒體業(yè)務(wù)的開展和建立提供了一種思路。

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