基于CDMA1X的移动流媒体系统的实现 - 全文

　   一、 引言

　　移动流媒体技术是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上，让移动终端用户能够边下载边观看、收听，而不需要等到整个多媒体文件下载完成才能够观看的技术。

　　近年来，图像压缩技术有了长足的发展，MPEG4和H.263都是基于视频压缩的标准。MPEG1是针对CD存储的视频压缩、MPEG2是针对数字电视的视频压缩(DVD)、而MPEG4是图像压缩的综合方法，H.263是由国际电信联盟提出来的压缩标准，它是针对视频会议的视频压缩。

　　本文中流媒体系统的设计是基于联通CDMA2000 1X无线网络，CDMA2000 1X是完全兼容IS-95的第三代移动通信系统，采用码分和频分结合的多址技术。CDMA2000 1X提供增强速率集：前向RC3-RC9、反向RC3-RC6，对于不同的环境可以采用不同的高速空中信道速率进行数据传送。单个用于传输分组数据的空中信道的最大传输速率可以达到307.2kbps，从而能够满足第三代移动通信高速分组数据业务的要求。由此看来，在如此良好的无线网络带宽环境下是足以开展起移动流媒体业务的。

　　二、 移动流媒体系统功能简介

　　1. 功能描述

　　流媒体基本业务可以分为以下三种典型业务模式：

　　(1)流媒体点播：内容提供商将预先录制好的多媒体内容编码压缩成相应格式，存放在内容服务器上并把内容的描述信息以及链接放置在流媒体的门户上。最终用户就可以通过访问门户，发现感兴趣的内容，有选择的进行播放。

　　(2)流媒体直播：流媒体编码服务器将实时信号编码压缩成相应的格式，并经由流媒体服务器分发到用户的终端播放器。根据实时内容信号源的不同，又可以分为电视直播、远程监控等。

　　(3)下载播放：用户将流媒体内容下载并存储到本地终端中，然后可以选择在任意时间进行播放。对于下载播放，主要的限制指标是终端的处理能力和终端的存储能力，内容提供商可以制作出较高质量的视频内容(高带宽，高帧速率)，但需要考虑内容的下载时间及终端的存储空间。

　　2. 功能要求

　　(1)流媒体业务必须向用户提供内容发现和业务使用两个基本功能，还必须具备与其他服务或应用的接口能力。流媒体内容的发现是指用户使用支持流媒体业务的手机或其他移动终端，访问流媒体业务平台Portal，通过页面浏览、分类查找或直接搜索功能发现流媒体内容的过程。而流媒体业务的使用是指用户发现指定流媒体内容后进一步使用流媒体业务的过程，包括流媒体内容的在线播放、流媒体内容的下载播放以及收看实时流媒体广播服务。

　　(2)不同的终端之间处理能力有很大区别，所支持的协议也各不相同，流媒体业务必须具备有对终端适配的功能。

　　(3)对于移动用户来说，在同一地点的不同时间或在同一时间的不同地点所能使用的网络带宽会有很大的不同，所以用统一带宽速率压缩的内容无法满足不同用户的实时播放需求。流媒体业务应该根据用户的实际使用状况，提供带宽适配的功能。

　　(4)流媒体业务应具有可以传送多种通用流媒体文件格式，包括MPEG4、H.263、RealNetworks、Windows Media，静止图像如JPEG、GIF、动画GIF、BMP等，特殊格式如SMIL和SVG等的功能。

　　(5)流媒体业务必须具有认证和管理的功能。

　　在满足了上述功能的前提下，整个流媒体系统才能正常运行起来。

　　三、 移动流媒体系统的组网方案和协议结构

　　1. 组网方案

　　流媒体系统的组网可以分为单点系统和多点系统两种方式，在前期用户数量少的时候，可以使用单点系统，单点系统适合集中建设模式，全网只有一个核心流媒体业务平台，单点系统的组网结构存在两个不同类型的地区，位于A类地区用户相当于本地用户，用户接入后可以通过本地的分组网直接接入到本地的流媒体业务平台使用，如图1所示。

　　图1 单点流媒体系统组网

　　单点系统的组网结构存在两个不同类型的地区，位于A类地区用户相当于本地用户，用户接入后可以通过本地的分组网直接接入到本地的流媒体业务平台使用流媒体服务;B类地区的用户在接入本地的分组网后还需要通过骨干网连接到远端的流媒体业务平台。

　　当用户数量增加的时候，系统负荷会加大，单点系统则不能满足整个业务的要求，此时就要在单点系统的基础上升级为多点系统，实现方法是在流媒体用户数量多的地方增加地方级流媒体业务平台，原有的流媒体业务平台作为中央流媒体业务平台，实现流媒体用户的漫游计费和对全国内容的统一管理，如图2所示。

　　图2 多点流媒体系统组网

　　有别于单点系统，除了A类地区和B类地区以外，在多点系统中增加了C类地区。C类地区是流媒体用户较多的地方，有自己的地方级流媒体业务平台，可实现自主计费和内容维护，这样就可以大大减少中央流媒体业务平台的负担。

　　2. 协议结构

　　移动流媒体系统的协议结构如图3所示。

　　流式传输的实现有特定的实时传输协议，其中包括Internet本身的多媒体传输协议，以及一些实时流式传输协议等，只有采用合适的协议才能更好地发挥流媒体的作用，保证传输质量。IETF(Internet工程任务组，Internet规划与发展的主要标准化组织)已经设计出几种支持流媒体传输的协议。主要包括实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol)、实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control Protocol)、实时流协议RTSP(Real-time Streaming Protocol)。除上述协议之外，流媒体技术还包括对于流媒体类型的识别。

　　(1)实时传输协议RTP

　　RTP是用于Internet 上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。当应用程序开始一个RTP 会话时将使用两个端口：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，它依靠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。

　　(2)实时传输控制协议RTCP

　　RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。

　　(3)实时流协议RTSP

　　实时流协议RTSP是由real Networks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应。使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。

　　(4)会话描述协议SDP(Session Description Protocol)

　　SDP会话描述协议只是一种用于会话描述的格式(协议)，它并不是一个传输协议，也不包含在媒体的编解码之中，而是用于在不同传输协议间传递消息的通知协议，其主要目的是解决多媒体会话通知、邀请和另外一些媒体会话的初始化工作。SDP内容包括:会话名称和目的、会话活跃时间、媒体类型 (视频、音频等)、传输协议 (RTP/UDP/IP等)、媒体编码格式(H.263、MPEG4等)、接收媒体的相关信息(地址、端口和格式等)。

　　四、 移动流媒体系统的相关接口和标准

　　为了使整个移动流媒体系统能够协调运作起来，各个平台与终端的接口和标准必须要有合理统一的规定。

　　1. 流媒体业务平台与用户终端的接口

　　(1)用户在流媒体内容门户网站发现内容时，流媒体业务平台与终端用户之间采用标准的HTTP或WAP协议，以HTML、XHTML或WML格式的文件进行信息交互。

　　(2)用户在下载流媒体文件时，流媒体业务平台与终端用户之间采用标准的HTTP或WAP相关下载协议，将流媒体内容从流媒体下载服务器下载到手机端。

　　(3)用户在实时播放流媒体文件时，流媒体业务平台与终端用户之间采用标准的RTSP、RTCP、RTP等协议来传送流媒体文件，并实现播放和基本的控制功能。

　　2. 流媒体业务平台的网管接口

　　流媒体业务平台提供标准的SNMP管理配置接口，与网管系统之间采用标准的SNMP协议通讯，管理员可通过SNMP管理工具实现对流媒体业务平台出错机制的管理，并可以自定义一些非标准的出错机制。

　　流媒体业务平台报告的错误主要包括：

　　● 系统重新启动、系统流量以及系统软件导致的可用系统资源降低等反常情况。

　　● 某一网元不工作或处于不良工作状态。

　　● 对于管理员单独定义的监控对象达到报警条件。

　　对于多个事件引发的多个相同错误，系统只会产生一条报警记录。另外，系统还允许管理员对报警结果进行有条件的过滤，保证管理员只得到有用信息。

　　3. 流媒体业务平台与计费系统的接口

　　流媒体业务平台与计费系统之间的连接协议采用标准的TCP/IP协议，应用协议采用FTP文件传输协议，由流媒体业务平台产生的CDR以文件为单位进行数据交换。

　　五、 总结

　　本文是基于CDMA2000 1X下的流媒体系统的设计以及运用的总结，包括了整个系统的功能、组网方案和协议结构，以及整个系统的运行模式，其中含有认证、鉴权过程，具有较强的实用性，至今国内在无线网络环境下运行的流媒体业务都还处于初级尝试的阶段。