基于CDMA1X的移動流媒體系統的實現 - 全文

　?? 一、引言

　　移動流媒體技術是把連續的影像和聲音信息經過壓縮處理后放到網絡服務器上，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。

　　近年來，圖像壓縮技術有了長足的發展，MPEG4和H.263都是基于視頻壓縮的標準。MPEG1是針對CD存儲的視頻壓縮、MPEG2是針對數字電視的視頻壓縮(DVD)、而MPEG4是圖像壓縮的綜合方法，H.263是由國際電信聯盟提出來的壓縮標準，它是針對視頻會議的視頻壓縮。

　　本文中流媒體系統的設計是基于聯通CDMA2000 1X無線網絡，CDMA2000 1X是完全兼容IS-95的第三代移動通信系統，采用碼分和頻分結合的多址技術。CDMA2000 1X提供增強速率集：前向RC3-RC9、反向RC3-RC6，對于不同的環境可以采用不同的高速空中信道速率進行數據傳送。單個用于傳輸分組數據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據業務的要求。由此看來，在如此良好的無線網絡帶寬環境下是足以開展起移動流媒體業務的。

　　二、移動流媒體系統功能簡介

　　1. 功能描述

　　流媒體基本業務可以分為以下三種典型業務模式：

　　(1)流媒體點播：內容提供商將預先錄制好的多媒體內容編碼壓縮成相應格式，存放在內容服務器上并把內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，發現感興趣的內容，有選擇的進行播放。

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

　　(3)下載播放：用戶將流媒體內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，主要的限制指標是終端的處理能力和終端的存儲能力，內容提供商可以制作出較高質量的視頻內容(高帶寬，高幀速率)，但需要考慮內容的下載時間及終端的存儲空間。

　　2. 功能要求

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

　　(2)不同的終端之間處理能力有很大區別，所支持的協議也各不相同，流媒體業務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絡帶寬會有很大的不同，所以用統一帶寬速率壓縮的內容無法滿足不同用戶的實時播放需求。流媒體業務應該根據用戶的實際使用狀況，提供帶寬適配的功能。

　　(4)流媒體業務應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)流媒體業務必須具有認證和管理的功能。

　　在滿足了上述功能的前提下，整個流媒體系統才能正常運行起來。

　　三、移動流媒體系統的組網方案和協議結構

　　1. 組網方案

　　流媒體系統的組網可以分為單點系統和多點系統兩種方式，在前期用戶數量少的時候，可以使用單點系統，單點系統適合集中建設模式，全網只有一個核心流媒體業務平臺，單點系統的組網結構存在兩個不同類型的地區，位于A類地區用戶相當于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網直接接入到本地的流媒體業務平臺使用，如圖1所示。

　　圖1 單點流媒體系統組網

　　單點系統的組網結構存在兩個不同類型的地區，位于A類地區用戶相當于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網直接接入到本地的流媒體業務平臺使用流媒體服務;B類地區的用戶在接入本地的分組網后還需要通過骨干網連接到遠端的流媒體業務平臺。

　　當用戶數量增加的時候，系統負荷會加大，單點系統則不能滿足整個業務的要求，此時就要在單點系統的基礎上升級為多點系統，實現方法是在流媒體用戶數量多的地方增加地方級流媒體業務平臺，原有的流媒體業務平臺作為中央流媒體業務平臺，實現流媒體用戶的漫游計費和對全國內容的統一管理，如圖2所示。

　　圖2 多點流媒體系統組網

　　有別于單點系統，除了A類地區和B類地區以外，在多點系統中增加了C類地區。C類地區是流媒體用戶較多的地方，有自己的地方級流媒體業務平臺，可實現自主計費和內容維護，這樣就可以大大減少中央流媒體業務平臺的負擔。

　　2. 協議結構

　　移動流媒體系統的協議結構如圖3所示。

　　流式傳輸的實現有特定的實時傳輸協議，其中包括Internet本身的多媒體傳輸協議，以及一些實時流式傳輸協議等，只有采用合適的協議才能更好地發揮流媒體的作用，保證傳輸質量。IETF(Internet工程任務組，Internet規劃與發展的主要標準化組織)已經設計出幾種支持流媒體傳輸的協議。主要包括實時傳輸協議RTP(Real-time Transport Protocol)、實時傳輸控制協議RTCP(Real-time Transport Control Protocol)、實時流協議RTSP(Real-time Streaming Protocol)。除上述協議之外，流媒體技術還包括對于流媒體類型的識別。

　　(1)實時傳輸協議RTP

　　RTP是用于Internet 上針對多媒體數據流的一種傳輸協議。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流同步。RTP通常使用UDP來傳送數據，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協議之上工作。當應用程序開始一個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據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。通常RTP算法并不作為一個獨立的網絡層來實現，而是作為應用程序代碼的一部分。

　　(2)實時傳輸控制協議RTCP

　　RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料，因此，服務器可以利用這些信息動態地改變傳輸速率，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上的實時數據。

　　(3)實時流協議RTSP

　　實時流協議RTSP是由real Networks和Netscape共同提出的，該協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。RTSP在體系結構上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數據傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數據。HTTP請求由客戶機發出，服務器作出響應。使用RTSP時，客戶機和服務器都可以發出請求，即RTSP可以是雙向的。

　　(4)會話描述協議SDP(Session Description Protocol)

　　SDP會話描述協議只是一種用于會話描述的格式(協議)，它并不是一個傳輸協議，也不包含在媒體的編解碼之中，而是用于在不同傳輸協議間傳遞消息的通知協議，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)、傳輸協議 (RTP/UDP/IP等)、媒體編碼格式(H.263、MPEG4等)、接收媒體的相關信息(地址、端口和格式等)。

　　四、移動流媒體系統的相關接口和標準

　　為了使整個移動流媒體系統能夠協調運作起來，各個平臺與終端的接口和標準必須要有合理統一的規定。

　　1. 流媒體業務平臺與用戶終端的接口

　　(1)用戶在流媒體內容門戶網站發現內容時，流媒體業務平臺與終端用戶之間采用標準的HTTP或WAP協議，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，流媒體業務平臺與終端用戶之間采用標準的HTTP或WAP相關下載協議，將流媒體內容從流媒體下載服務器下載到手機端。

　　(3)用戶在實時播放流媒體文件時，流媒體業務平臺與終端用戶之間采用標準的RTSP、RTCP、RTP等協議來傳送流媒體文件，并實現播放和基本的控制功能。

　　2. 流媒體業務平臺的網管接口

　　流媒體業務平臺提供標準的SNMP管理配置接口，與網管系統之間采用標準的SNMP協議通訊，管理員可通過SNMP管理工具實現對流媒體業務平臺出錯機制的管理，并可以自定義一些非標準的出錯機制。

　　流媒體業務平臺報告的錯誤主要包括：

　　● 系統重新啟動、系統流量以及系統軟件導致的可用系統資源降低等反常情況。

　　● 某一網元不工作或處于不良工作狀態。

　　● 對于管理員單獨定義的監控對象達到報警條件。