移動(dòng)流媒體技術(shù)應(yīng)用發(fā)展方向

1、一、 現(xiàn)狀分析在手機(jī)增值業(yè)務(wù)市場，短信、彩信、彩e等雖然有了交互、24小時(shí)不間斷等不同于傳統(tǒng)媒體的特點(diǎn)，但傳輸?shù)闹饕庆o態(tài)為主的圖像和文字內(nèi)容，影響了其媒體作用的充分發(fā)揮。隨著最終用戶需求的提升，如何更好地融合聲音、文字、圖像，支持多媒體功能，既發(fā)揮短信方便、快捷的優(yōu)點(diǎn)，又可以彌補(bǔ)短信形式單調(diào)的不足，真正使移動(dòng)用戶振聾發(fā)聵，進(jìn)入一個(gè)有聲有色、逼真形象的美麗世界成為移動(dòng)運(yùn)營商普遍關(guān)心的話題。 流媒體（Streaming Media）的出現(xiàn)改變了這種狀況。它不需要下載整個(gè)文件就可以在向播放器傳輸?shù)倪^程中一邊下載一邊播放，實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)上點(diǎn)播或觀看電影、電視的夢想?，F(xiàn)在，以流的形式進(jìn)行數(shù)字媒體的傳送，使

2、人們一定的帶寬環(huán)境下就可以在線欣賞到連續(xù)不斷的高品質(zhì)音頻和視頻節(jié)目。在互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展的時(shí)代，流媒體技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展必然會(huì)給我們的日常生活和工作帶來深遠(yuǎn)的影響。專家預(yù)言，流媒體將成為未來因特網(wǎng)上應(yīng)用的主流，實(shí)現(xiàn)溝通和傳播的多向性使傳播不再受時(shí)間和空間的限制。 所謂流媒體是指用戶通過網(wǎng)絡(luò)或者特定數(shù)字信道邊下載邊播放多媒體數(shù)據(jù)的一種工作方式。流媒體應(yīng)用的一個(gè)最大的好處是用戶不需要花費(fèi)很長時(shí)間將多媒體數(shù)據(jù)全部下載到本地后才能播放，而僅需將起始幾秒的數(shù)據(jù)先下載到本地的緩沖區(qū)中就可以開始播放，后面收到的數(shù)據(jù)會(huì)源源不斷輸入到該緩沖區(qū)，從而維持播放的連續(xù)性，因此流媒體播放器通常只是在開始時(shí)有一些時(shí)延。流媒體系統(tǒng)

3、要比下載播放系統(tǒng)復(fù)雜得多，所以需要將多媒體的編解碼和傳輸技術(shù)很好地結(jié)合在一起，才能確保用戶在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也能得到較穩(wěn)定的播放質(zhì)量。 多媒體數(shù)據(jù)在傳輸前必須要先經(jīng)過編碼器有效地壓縮成碼流，以減少對網(wǎng)絡(luò)資源的占用率。目前常用的視頻編碼器有MPEG-2、MPEG-4、H.261、H.263、H.264、Window Media視頻編碼器和Real System視頻編碼器等；編碼器有MP3、MPEG AAC、Window Media 音頻編碼器和AMR等；圖像編碼器有JPEG和JPEG2000等。多媒體編碼器所生成的碼流只包含了解碼該碼流所必需的信息，它不包含媒體間的同步、隨機(jī)訪問等系統(tǒng)信息，因此

4、編碼后的多媒體數(shù)據(jù)還要被組織成為具有特定系統(tǒng)格式的多媒體文件用于流媒體傳輸或者是存入磁盤中，目前常用的文件格式有MPEG-2系統(tǒng)，MP4，微軟公司的ASF，Real的文件格式，QuickTime的文件格式以及用于3G無線服務(wù)的3GPP和3GPP2等等。 當(dāng)流媒體在實(shí)時(shí)應(yīng)用中（如現(xiàn)場流媒體廣播），根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶的終端參數(shù)，多媒體數(shù)據(jù)是一邊被編碼一邊被流媒體服務(wù)器傳輸給用戶。而在其他的非實(shí)時(shí)應(yīng)用中，多媒體數(shù)據(jù)可以被事先編碼生成多媒體文件，存儲(chǔ)在磁盤陣列中。當(dāng)提供多媒體服務(wù)時(shí)，流媒體服務(wù)器直接讀取這些文件傳輸給用戶，這樣服務(wù)方式對設(shè)備的要求較低。目前許多流媒體服務(wù)屬于后一種方式，這樣就要求

5、流媒體服務(wù)器具有一定的機(jī)制來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶設(shè)備。目前碼流自適應(yīng)這一模塊主要采用的方法有：將多媒體文件中的視頻碼流轉(zhuǎn)換為一個(gè)特定碼率和圖像尺寸的碼流；或者把同一段視頻內(nèi)容編碼生成多個(gè)具有不同碼率和圖像尺寸的碼流，然后自適應(yīng)選擇一個(gè)最合適的碼流傳輸給用戶。生成的碼流還需要進(jìn)一步打包成為特定網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)包用于網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于現(xiàn)在許多網(wǎng)絡(luò)并不能保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠及時(shí)并完全正確地被用戶收到，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包可能需要加前向糾錯(cuò)編碼（FEC）來保護(hù)，經(jīng)過這些處理后多媒體數(shù)據(jù)就可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶，目前常用的傳輸協(xié)議有RTP/RTCP、HTTP和MMS。 用戶收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，如果存在丟包或者是比特出錯(cuò)

6、，錯(cuò)誤恢復(fù)處理會(huì)根據(jù)附加的糾錯(cuò)數(shù)據(jù)來恢復(fù)傳輸錯(cuò)誤。如果還不能恢復(fù)傳輸錯(cuò)誤，用戶端可以向服務(wù)器發(fā)出重傳請求，在解碼開始前重新傳輸丟失的包。恢復(fù)后的多媒體數(shù)據(jù)將由解碼器解碼得到重構(gòu)的多媒體數(shù)據(jù)，由于容錯(cuò)保護(hù)和數(shù)據(jù)重傳可能不能恢復(fù)所有的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤掩藏模塊可以利用重構(gòu)的多媒體數(shù)據(jù)的相關(guān)性來掩蓋這些錯(cuò)誤，最后這些數(shù)據(jù)就播放給用戶。通常流媒體系統(tǒng)中的服務(wù)器和用戶間并不是單向通信，如前面提到的重傳請求。事實(shí)上，用戶端會(huì)傳遞給服務(wù)器許多反饋信息，如終端設(shè)備的能力和網(wǎng)絡(luò)連接速度會(huì)傳給服務(wù)器的碼流自適應(yīng)模塊來調(diào)整碼流，在實(shí)時(shí)應(yīng)用中這些信息還可能傳給編碼器；用戶端的丟包率、數(shù)據(jù)包收到的時(shí)間信息和用戶緩沖區(qū)狀態(tài)等

7、信息也會(huì)傳遞給服務(wù)器來估計(jì)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況，從而控制碼流的自適應(yīng)和數(shù)據(jù)的發(fā)送策略。從上面的描述來看，實(shí)際上流媒體系統(tǒng)在多媒體信息處理中是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，目前市面上主要的產(chǎn)品有微軟公司的Windows Media， Real公司的Real System和蘋果公司的QuickTime，其中Windows Media系統(tǒng)的市場占有率最大。 二、流媒體的關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現(xiàn)流媒體的關(guān)鍵技術(shù)是流式傳輸。流式傳輸?shù)亩x很廣泛，主要是指通過網(wǎng)絡(luò)傳送媒體（如視頻、音頻）的技術(shù)總稱。 流式傳輸分為順序流式傳輸和實(shí)時(shí)流式傳輸： 順序流式傳輸采用順序下載方式，在下載文件的同時(shí)用戶可觀看在線節(jié)目，在給定時(shí)刻，用戶只能觀看

8、已下載的那部分，而不能跳到還未下載的部分，這種方式不像實(shí)時(shí)流式傳輸那樣，可以在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度進(jìn)行調(diào)整。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機(jī)訪問要求的視頻節(jié)目，如講座、演說和演示等，它也不支持現(xiàn)場廣播。嚴(yán)格地說，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。 實(shí)時(shí)流式傳輸可保證媒體信號(hào)帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接匹配，可實(shí)時(shí)觀看節(jié)目。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同，它需要專用的流媒體服務(wù)器與傳輸協(xié)議。實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，特別適合現(xiàn)場事件，也支持隨機(jī)訪問，用戶可對觀看內(nèi)容進(jìn)行快進(jìn)或后退。理論上，實(shí)時(shí)流一經(jīng)播放就不可停止，但可進(jìn)行周期暫停。流式傳輸模式一般會(huì)使用RTP/UDP、RTSP/TCP兩種通信協(xié)議與A/V（Audio/V

9、ideo）Server建立聯(lián)系，將服務(wù)器的輸出重定向到一個(gè)運(yùn)行A/V Player程序所在客戶機(jī)的目的地址。如圖1所示，流式傳輸系統(tǒng)一般都要配置一套專用的服務(wù)器和播放器。 圖1 流式傳輸基本原理移動(dòng)流媒體的傳輸協(xié)議：圖2 流媒體傳輸協(xié)議 1、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP、RTCP RTP（Real-time Transport Protocol）是在Internet上針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議，工作于一對一或一對多的傳輸情況，可提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，也可在TCP或ATM協(xié)議之上工作。當(dāng)應(yīng)用程序開始一個(gè)RTP會(huì)話時(shí)，會(huì)使用到兩個(gè)端口，一個(gè)給RTP，一個(gè)給RTCP。R

10、TP本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，而是依靠RTCP提供這些服務(wù)。通常RTP算法并不作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)層來實(shí)現(xiàn)，而是作為應(yīng)用程序代碼的一部分。RTCP（Real-time Transport Control Protocol）與RTP共同提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會(huì)話期間，參與者周期性地傳送RTCP包，這些包中含有已發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，服務(wù)器可根據(jù)這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP與RTCP的配合使用可有效地進(jìn)行反饋，從而減小開銷，提高傳輸效率，非常適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。2、實(shí)時(shí)流協(xié)議RTS

11、P 實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP（Real-time Streaming Protocol）是由RealNetworks、Netscape共同提出的一種協(xié)議，它定義了如何使一對多應(yīng)用程序有效地通過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、RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。與HTTP相比，RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)，而HTTP傳送HTML。在使用RTSP時(shí)，客戶機(jī)和服務(wù)器均可發(fā)出請求，也就是說RTSP可雙向服務(wù)，而HTTP的請求是由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)。3、資源預(yù)訂協(xié)議RSVP 音視頻數(shù)據(jù)流對網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)比數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更敏感，如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸高質(zhì)量的音視頻信息，除了帶寬要求之外，

12、還需其它條件。RSVP（Resource Reservation Protocol）是一種正在開發(fā)的Internet資源預(yù)訂協(xié)議，它通過采取預(yù)留一部分網(wǎng)絡(luò)資源（帶寬）的措施，在一定程度上為流媒體傳輸提供QoS。某些試驗(yàn)性系統(tǒng)，如網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議工具vic就集成了RSVP。3GPP UMTS視頻媒體編解碼技術(shù)規(guī)范是ITU-T H.263 profile 0 level 10，也是PSS必須使用的視頻解碼器。此外，PSS還應(yīng)該支持H.263 Profile 3 Level 10解碼器和MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0解碼器，在實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)視頻解碼器可選。最近

13、提出的H.264標(biāo)準(zhǔn)也引起了業(yè)界的廣泛興趣，3GPP PSS R6也在積極考慮將其納入規(guī)范。移動(dòng)流媒體播放器：移動(dòng)流媒體傳輸視頻數(shù)據(jù)都采用H264視頻壓縮算法進(jìn)行壓縮，以適宜無線傳輸?shù)牡蛶捑幋a (15-25 kpbs) 可以傳輸更好質(zhì)量的圖像，或者用更少的帶寬傳輸相同質(zhì)量的視頻。至于移動(dòng)終端的流媒體視頻播放器，有這些技術(shù)的大廠家，如微軟， REAL ，出于市場的原因，僅開發(fā)在特別視頻手機(jī)上的應(yīng)用，所以對于應(yīng)用開發(fā)商來說，需要將視頻播放器在各個(gè)移動(dòng)終端上面做相應(yīng)的移植工作。主要平臺(tái)有：Pocket PC平臺(tái)Dopod 686/696Lenovo ET180/560Daxian CU928/Et

14、en P300BSymbian平臺(tái)Nokia 7650/6600/3650/7610/Nokia6260/6630/7610/6620/3620/3660/3600/3650/N-Gage/索愛 P802/P908Simens sx1/Sendo xPanasonic X700/Samsung SGH-D710Linux平臺(tái)Motorola A760Smartphone平臺(tái)Dopod515/535 Moto8380/8390三、移動(dòng)流媒體的主要應(yīng)用（1）信息服務(wù) 包括財(cái)經(jīng)信息、新聞和即時(shí)體育播報(bào)、天氣信息等服務(wù)。用戶只須通過簡單的接入門戶站點(diǎn)即可獲取大量信息，也可以通過訂閱的方式使用信息推送服

15、務(wù)。信息的內(nèi)容可以以流媒體的方式提供。 （2）娛樂服務(wù) 包括卡通、音頻、視頻以及電視節(jié)目的精彩片段下載播放和在線播放。還可以提供移動(dòng)游戲、用手機(jī)看電視等服務(wù)。 （3）通信服務(wù) 包括含有流媒體內(nèi)容的彩信、視頻電話會(huì)議等，使人們的溝通更加方便，更為豐富多彩。 （4）監(jiān)控服務(wù) 主要包括交通監(jiān)控和家庭監(jiān)控。交通監(jiān)控使交通部門能夠?qū)崟r(shí)察看高速公路和主要道路的交通狀況，可查看指定道路區(qū)間的路況，并可在途中通過定位服務(wù)來檢查各路段的交通情況。家庭監(jiān)控可以實(shí)時(shí)監(jiān)視家庭和辦公室的情況。只需安裝基于Web的數(shù)字視頻相機(jī)，并連接到Internet上就可以通過移動(dòng)終端或PC監(jiān)視家庭或辦公室。 （5）定位服務(wù) 可用來提

16、供地圖和向?qū)Х?wù)，并且可以預(yù)覽風(fēng)景名勝、預(yù)定飯店和電影票等。未來幾年，移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)將得到很大的發(fā)展，將會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)和終端的不斷發(fā)展而逐步實(shí)現(xiàn)。四、移動(dòng)流媒體的發(fā)展與限制 移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的開展給移動(dòng)增值服務(wù)帶來了新的希望，、3G以及超3G無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也使得流媒體技術(shù)可以被用到無線終端設(shè)備上，目前中國聯(lián)通公司提供CDMA 1x，用戶網(wǎng)絡(luò)帶寬最多可以達(dá)到100kbit/s，這已經(jīng)足夠提供QCIF大小的流媒體服務(wù)；而且隨著3G無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬可以達(dá)到384kbit/s。另一方面，手機(jī)設(shè)備運(yùn)算能力越來越強(qiáng)，存儲(chǔ)空間越來越大，不用說SMART Phone和Pocket PC等高端手機(jī)，就是

17、一般的中檔手機(jī)，如Nokia 6610，也能實(shí)現(xiàn)基本的H.264的軟件解碼。 面向無線網(wǎng)絡(luò)的流媒體應(yīng)用對當(dāng)前的編碼和傳輸技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)，首先，相對于有線網(wǎng)絡(luò)而言，無線網(wǎng)絡(luò)狀況更不穩(wěn)定，除去網(wǎng)絡(luò)流量所造成的傳輸速率的波動(dòng)外，手持設(shè)備的移動(dòng)速度和所在位置也會(huì)嚴(yán)重地影響到傳輸速率，因此高效的可自適應(yīng)的編碼技術(shù)至關(guān)重要。其次，無線信道的環(huán)境也要比有線信道惡劣的多，數(shù)據(jù)的誤碼率也要高許多，而高壓縮的碼流對傳輸錯(cuò)誤非常敏感，還會(huì)造成錯(cuò)誤向后面的圖像擴(kuò)散，因此無線流媒體在信源和信道編碼上需要很好的容錯(cuò)技術(shù)。在移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展過程中，存在如下問題： （1） 無線網(wǎng)絡(luò)帶寬窄，干擾嚴(yán)重 CDMA1X與G

18、PRS分別作為當(dāng)前中國聯(lián)通與中國移動(dòng)的主流無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬較之以前有了很大的提高,但仍然十分有限。CDMA1X在理論峰值情況下下載傳輸速率達(dá)到144kbps，但實(shí)際情況下，穩(wěn)定的傳輸速率通常在70kbps左右。GRPS在理論上可以達(dá)到115kbps，但實(shí)際情況下，穩(wěn)定的傳輸速率通常在20kbps左右。并且隨著使用用戶的增加，網(wǎng)絡(luò)的性能將會(huì)進(jìn)一步下降。另外無線網(wǎng)絡(luò)的干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼`碼的可能性大大增加。（2） 移動(dòng)終端處理能力低，內(nèi)存容量小 雖然目前國內(nèi)市場上基于ARM9或是與此同等能力的芯片的高端手機(jī)已經(jīng)越來越多，但由于手機(jī)中低端用戶基數(shù)龐大而帶來的巨大的市場商機(jī)，使得各個(gè)終端廠家對中低端用戶尤為重視。因此目前占市場份額最多的、主流的手機(jī)仍然采用的是ARM7系列的芯片，處理能力在幾十個(gè)MIPS左右。 目前移動(dòng)終端的內(nèi)存容量通常也比較有限。市場上主流的BREW手機(jī)預(yù)留給應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)內(nèi)存通常在700KB左右；基于J2ME的手機(jī)預(yù)留給應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存通常在64KB或128KB；基于Symbian/Linux/Windows Mobile等高端手機(jī)預(yù)留給應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存在1-4MB左右。（3） 終端系統(tǒng)平臺(tái)、LCD多樣化 相對于PC的平臺(tái)而言，移動(dòng)終端的