基于CDMA1X的移動(dòng)流媒體系統的實(shí)現

移動(dòng)流媒體技術(shù)是把連續的影像和聲音信息經(jīng)過(guò)壓縮處理后放到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上，讓移動(dòng)終端用戶(hù)能夠邊下載邊觀(guān)看、收聽(tīng)，而不需要等到整個(gè)多媒體文件下載完成才能夠觀(guān)看的技術(shù)。實(shí)際上移動(dòng)流媒體技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )音視頻技術(shù)和移動(dòng)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(huì )涉及到流媒體數據的采集、壓縮、存儲以及網(wǎng)絡(luò )通信等多項技術(shù)。

近年來(lái)，圖像壓縮技術(shù)有了長(cháng)足的發(fā)展，MPEG4和H.263都是基于視頻壓縮的標準，也是現在各大公司開(kāi)展流媒體項目所選擇的標準，MPEG4是移動(dòng)圖像專(zhuān)家組提出來(lái)的標準，它是在MPEG1與MPEG2的基礎上發(fā)展來(lái)的。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(lián)盟提出來(lái)的壓縮標準，它是針對視頻會(huì )議的視頻壓縮。

如今，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展異常迅猛，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶寬也越來(lái)越能夠滿(mǎn)足開(kāi)展各種業(yè)務(wù)的需要，本文中流媒體系統的設計是基于聯(lián)通CDMA2000 1X無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，CDMA2000 1X是完全兼容IS-95的第三代移動(dòng)通信系統，采用碼分和頻分結合的多址技術(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(jìn)行數據傳送。單個(gè)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(mǎn)足第三代移動(dòng)通信高速分組數據業(yè)務(wù)的要求。由此看來(lái)，在如此良好的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶寬環(huán)境下是足以開(kāi)展起移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的。

二、 移動(dòng)流媒體系統功能簡(jiǎn)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(diǎn)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(wù)器上并把內容的描述信息以及鏈接放置在流媒體的門(mén)戶(hù)上。最終用戶(hù)就可以通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)門(mén)戶(hù)，發(fā)現感興趣的內容，有選擇的進(jìn)行播放。

（2）流媒體直播：流媒體編碼服務(wù)器將實(shí)時(shí)信號編碼壓縮成相應的格式，并經(jīng)由流媒體服務(wù)器分發(fā)到用戶(hù)的終端播放器。根據實(shí)時(shí)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(hù)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(shí)間進(jìn)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(zhì)量的視頻內容(高帶寬，高幀速率)，但需要考慮內容的下載時(shí)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(hù)提供內容發(fā)現和業(yè)務(wù)使用兩個(gè)基本功能，還必須具備與其他服務(wù)或應用的接口能力。流媒體內容的發(fā)現是指用戶(hù)使用支持流媒體業(yè)務(wù)的手機或其他移動(dòng)終端，訪(fǎng)問(wèn)流媒體業(yè)務(wù)平臺Portal，通過(guò)頁(yè)面瀏覽、分類(lèi)查找或直接搜索功能發(fā)現流媒體內容的過(guò)程。而流媒體業(yè)務(wù)的使用是指用戶(hù)發(fā)現指定流媒體內容后進(jìn)一步使用流媒體業(yè)務(wù)的過(guò)程，包括流媒體內容的在線(xiàn)播放、流媒體內容的下載播放以及收看實(shí)時(shí)流媒體廣播服務(wù)。

（2）不同的終端之間處理能力有很大區別，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(dòng)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在同一地點(diǎn)的不同時(shí)間或在同一時(shí)間的不同地點(diǎn)所能使用的網(wǎng)絡(luò )帶寬會(huì )有很大的不同，所以用統一帶寬速率壓縮的內容無(wú)法滿(mǎn)足不同用戶(hù)的實(shí)時(shí)播放需求。流媒體業(yè)務(wù)應該根據用戶(hù)的實(shí)際使用狀況，提供帶寬適配的功能。

（4）流媒體業(yè)務(wù)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(dòng)畫(huà)GIF、BMP等，特殊格式如SMIL和SVG等的功能。

（5）流媒體業(yè)務(wù)必須具有認證和管理的功能。

在滿(mǎn)足了上述功能的前提下，整個(gè)流媒體系統才能正常運行起來(lái)。

三、 移動(dòng)流媒體系統的組網(wǎng)方案和協(xié)議結構

1. 組網(wǎng)方案

流媒體系統的組網(wǎng)可以分為單點(diǎn)系統和多點(diǎn)系統兩種方式，在前期用戶(hù)數量少的時(shí)候，可以使用單點(diǎn)系統，單點(diǎn)系統適合集中建設模式，全網(wǎng)只有一個(gè)核心流媒體業(yè)務(wù)平臺，單點(diǎn)系統的組網(wǎng)結構存在兩個(gè)不同類(lèi)型的地區，位于A(yíng)類(lèi)地區用戶(hù)相當于本地用戶(hù)，用戶(hù)接入后可以通過(guò)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(diǎn)流媒體系統組網(wǎng)

單點(diǎn)系統的組網(wǎng)結構存在兩個(gè)不同類(lèi)型的地區，位于A(yíng)類(lèi)地區用戶(hù)相當于本地用戶(hù)，用戶(hù)接入后可以通過(guò)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(lèi)地區的用戶(hù)在接入本地的分組網(wǎng)后還需要通過(guò)骨干網(wǎng)連接到遠端的流媒體業(yè)務(wù)平臺。

當用戶(hù)數量增加的時(shí)候，系統負荷會(huì )加大，單點(diǎn)系統則不能滿(mǎn)足整個(gè)業(yè)務(wù)的要求，此時(shí)就要在單點(diǎn)系統的基礎上升級為多點(diǎn)系統，實(shí)現方法是在流媒體用戶(hù)數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(shí)現流媒體用戶(hù)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(diǎn)流媒體系統組網(wǎng)

有別于單點(diǎn)系統，除了A類(lèi)地區和B類(lèi)地區以外，在多點(diǎn)系統中增加了C類(lèi)地區。C類(lèi)地區是流媒體用戶(hù)較多的地方，有自己的地方級流媒體業(yè)務(wù)平臺，可實(shí)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(yè)務(wù)平臺的負擔。

2. 協(xié)議結構

移動(dòng)流媒體系統的協(xié)議結構如圖3所示。

　　圖3 流媒體系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議結構圖

流式傳輸的實(shí)現有特定的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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規劃與發(fā)展的主要標準化組織）已經(jīng)設計出幾種支持流媒體傳輸的協(xié)議。主要包括實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP（Real-time Transport Protocol）、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP（Real-time Transport Control Protocol）、實(shí)時(shí)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(lèi)型的識別。

（1）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP

RTP是用于Internet 上針對多媒體數據流的一種傳輸協(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(shí)間信息和實(shí)現流同步。RTP通常使用UDP來(lái)傳送數據，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當應用程序開(kāi)始一個(gè)RTP 會(huì )話(huà)時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給RTP，一個(gè)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(wù)。通常RTP算法并不作為一個(gè)獨立的網(wǎng)絡(luò )層來(lái)實(shí)現，而是作為應用程序代碼的一部分。

（2）實(shí)時(shí)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(huì )話(huà)期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類(lèi)型。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷(xiāo)使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數據。

（3）實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP

實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP是由real Networks和Netscape共同提出的，該協(xié)議定義了一對多應用程序如何有效地通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )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(hù)機發(fā)出，服務(wù)器作出響應。使用RTSP時(shí)，客戶(hù)機和服務(wù)器都可以發(fā)出請求，即RTSP可以是雙向的。

（4）會(huì )話(huà)描述協(xié)議SDP（Session Description Protocol）

SDP會(huì )話(huà)描述協(xié)議只是一種用于會(huì )話(huà)描述的格式（協(xié)議），它并不是一個(gè)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(huì )話(huà)通知、邀請和另外一些媒體會(huì )話(huà)的初始化工作。SDP內容包括:會(huì )話(huà)名稱(chēng)和目的、會(huì )話(huà)活躍時(shí)間、媒體類(lèi)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(dòng)流媒體系統的相關(guān)接口和標準

為了使整個(gè)移動(dòng)流媒體系統能夠協(xié)調運作起來(lái)，各個(gè)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(yè)務(wù)平臺與用戶(hù)終端的接口

（1）用戶(hù)在流媒體內容門(mén)戶(hù)網(wǎng)站發(fā)現內容時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶(hù)之間采用標準的HTTP或WAP協(xié)議，以HTML、XHTML或WML格式的文件進(jìn)行信息交互。

（2）用戶(hù)在下載流媒體文件時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶(hù)之間采用標準的HTTP或WAP相關(guān)下載協(xié)議，將流媒體內容從流媒體下載服務(wù)器下載到手機端。

（3）用戶(hù)在實(shí)時(shí)播放流媒體文件時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺與終端用戶(hù)之間采用標準的RTSP、RTCP、RTP等協(xié)議來(lái)傳送流媒體文件，并實(shí)現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)平臺提供標準的SNMP管理配置接口，與網(wǎng)管系統之間采用標準的SNMP協(xié)議通訊，管理員可通過(guò)SNMP管理工具實(shí)現對流媒體業(yè)務(wù)平臺出錯機制的管理，并可以自定義一些非標準的出錯機制。

流媒體業(yè)務(wù)平臺報告的錯誤主要包括：

● 系統重新啟動(dòng)、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(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控對象達到報警條件。

對于多個(gè)事件引發(fā)的多個(gè)相同錯誤，系統只會(huì )產(chǎn)生一條報警記錄。另外，系統還允許管理員對報警結果進(jìn)行有條件的過(guò)濾，保證管理員只得到有用信息。

3. 流媒體業(yè)務(wù)平臺與計費系統的接口

流媒體業(yè)務(wù)平臺與計費系統之間的連接協(xié)議采用標準的TCP/IP協(xié)議，應用協(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(jìn)行數據交換。

五、 總結

本文是基于CDMA2000 1X下的流媒體系統的設計以及運用的總結，包括了整個(gè)系統的功能、組網(wǎng)方案和協(xié)議結構，以及整個(gè)系統的運行模式，其中含有認證、鑒權過(guò)程，具有較強的實(shí)用性，至今國內在無(wú)線(xiàn)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－一運行方案，為在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下整個(gè)流媒體業(yè)務(wù)的開(kāi)展和建立提供了一種思路。