移动流媒体技术解析及其应用方案

一、移动流媒体简介

    流媒体最先出现在固定互联网络。目前在网络上传输音视频等多媒体信息的方法主要采用下载和流式两种传输方案。对于下载方案而言，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。

    流媒体是流式传输支持的业务。在无线网络，流媒体业务主要面向cdma2000、GPRS/EDGE、UMTS等提供较高带宽（100kbps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，基于有线的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。

    基于流媒体的业务应用非常广泛，如世界杯精彩进球片段回放、移动商务的股指和期指回放、电影精彩片断欣赏、流行音乐欣赏等，同时通过视频卡进行视频、音频源的采集，还可进行节目的直播，电视、CD等节目源的实时播放。移动流媒体业务可为移动用户提供在线不间断的声音、影像或动画等多媒体的播放，用户无须事先下载到本地，支持的媒体格式包括Mov、MPEG4、MP3、wav、avi、au、Flash等，可以播放音频、视频以及混合媒体格式。移动流媒体可以提供视频点播、视频直播、音频点播、音频直播等业务，内容包括电视、录像、娱乐信息、体育频道、音乐欣赏、新闻、动画等。

    二、移动流媒体的技术特征

    实现流媒体的关键技术是流式传输。流式传输的定义很广泛，主要是指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。

    流式传输分为顺序流式传输和实时流式传输。

    顺序流式传输采用顺序下载方式，在下载文件的同时用户可观看在线节目，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的部分，这种方式不象实时流式传输那样，可以在传输期间根据用户连接的速度进行调整。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频节目，如讲座、演说和演示等，它也不支持现场广播。严格地说，它是一种点播技术。

    实时流式传输可保证媒体信号带宽与网络连接匹配，可实时观看节目。实时流与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可对观看内容进行快进或后退。理论上，实时流一经播放就不可停止，但可进行周期暂停。

    流式传输模式一般会使用RTP/UDP、RTSP/TCP两种通信协议与A/V（Audio/Video）Server建立联系，将服务器的输出重定向到一个运行A/V Player程序所在客户机的目的地址。如图1所示，流式传输系统一般都要配置一套专用的服务器和播放器。

图1  流式传输基本原理

    三、移动流媒体的传输协议

图2  流媒体传输协议

    1、实时传输协议RTP、RTCP

    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来传送数据，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，一个给RTP，一个给RTCP。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。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。

    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

    实时流协议RTSP（Real-time Streaming Protocol）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在体系结构上位于RTP、RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。与HTTP相比，RTP传送的是多媒体数据，而HTTP传送HTML。在使用RTSP时，客户机和服务器均可发出请求，也就是说RTSP可双向服务，而HTTP的请求是由客户机发出，服务器进行响应。

    3、资源预订协议RSVP

    音视频数据流对网络的延时比数据业务更敏感，如何在网络中传输高质量的音视频信息，除了带宽要求之外，还需其它条件。RSVP（Resource Reservation Protocol）是一种正在开发的Internet资源预订协议，它通过采取预留一部分网络资源（带宽）的措施，在一定程度上为流媒体传输提供QoS。某些试验性系统，如网络视频会议工具vic就集成了RSVP。

    3GPP UMTS视频媒体编解码技术规范是ITU-T H.263 profile 0 level 10，也是PSS必须使用的视频解码器。此外，PSS还应该支持H.263 Profile 3 Level 10解码器和MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0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标准也引起了业界的广泛兴趣，3GPP PSS R6也在积极考虑将其纳入规范。

    四、华为移动流媒体业务解决方案

    1、体系结构

图3  华为流媒体业务解决方案示意图

    图3为华为移动流媒体业务解决方案的示意图，下面对其中的主要模块进行描述。

    ※  Stream Media Server

    这是infoxTM-OpenStream的核心部分，主要进行流式媒体的编解码、连接管理、优先级调度、会话管理等工作。它通过实时传输会话管理协议接收CP/SP的视音频源，实现数据压缩，并实时传输媒体格式，与GGSN/PDSN组网，进行视音频源的传递，系统具有高性能的处理能力。

    ※  Presentation Server

    实现用户浏览内容的入口和导航功能，可进行用户个性化设置、QoS设置等，并可实现业务推荐和排行、业务预览和查询界面、终端适配等功能，可为不同类型的终端提供不同的业务界面和业务集合。

    ※  Content Storage内容存储服务器

    可为编辑的视频、音频剪辑提供存储，并支持大容量并发用户的视音频处理。

    ※  DRM Manager数字版权管理模块

    负责包装内容，生成应用License，限制终端内容的转发和多次播放等。

    ※  Service Publisher业务发布

    业务发布窗口，是一种面向CSP的业务发布门户。

    ※  SP代理

    实现SP流媒体节目源的实时传输，并支持向SP实时发送流媒体内容的计费信息，以便SP与运营商结算。

    2、系统特点

    ※  视频、音频、动画、静止画面一体化移动多媒体平台；

    ※  符合MPEG-4技术标准；

    ※  可变动态速率控制，从9.6kbps-384 kbps；

    ※  编码一次即可适用多重带宽；

    ※  支持电路交换和包交换网络；

    ※  媒体流方式和下载方式并存；

    ※  具有强大的纠错功能，针对移动环境特别优化（10-3 BER）；

    ※  支持多种移动网络：CDMA、GPRS、CDMA 1X，WCDMA等。

    五、移动流媒体的主要应用

    ■  Mobile Music、MP3

    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后，可通过小额支付下载到手机上，相当于运营商开唱片店。这项业务要求手机必须具备MP3功能。

    ■  Mobile TV

    用户通过手机收看电视节目，以简便操作获取娱乐感受，相当于运营商开电视台。为了保证收视效果，带宽必须保证在100kbps左右。考虑到空中带宽的有限性和巨大的用户数量，建议运营商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、幽默短片、MTV、经典片断、电影预告片、TV节目预告、精彩片断等，满足大部分用户的需求，同时保证方案的低成本。

    ■  Infotainment on demand

    新闻、体育、时尚消费资讯、偶像资讯等。

    ■  Live直播

    体育赛事、演唱会、会议等大型事件的直播，也可用于交通、家庭等需要监控的场所。

    ■  视频广告

    可通过多种媒体（视频、图像、文字）组成商品广告、电影广告、旅游广告等。

    ■  视频短片

    搞笑短片、旅游景点介绍、广告宣传、企业形象宣传等。

    ■各种融合业务形态

    融合流媒体和MMS，将一些视频片断通过MMS在用户之间转发；融合流媒体和位置业务，将路况、道路指引等信息通过流媒体的形式展示给用户。