流媒體及其在移動通信中的應(yīng)用

鄧文　尚國榮　楊萬全
（四川大學(xué)電子信息學(xué)院 成都610064）

　　摘 要 本文介紹了流媒體技術(shù)的概念和特點(diǎn)，對流媒體應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域的可行性進(jìn)行了詳細(xì)分析，討論了一個基于EGPRS網(wǎng)絡(luò)的流媒體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和工作過程，最后探討了流媒體技術(shù)在移動通信中的發(fā)展現(xiàn)狀和前景。


　　關(guān)鍵詞 流媒體 EGPRS 移動通信



1 流媒體概述


　　流媒體技術(shù)是從互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)展起來的一種多媒體應(yīng)用技術(shù)。所謂流媒體（streaming media）是指應(yīng)用流式傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩嗝襟w文件，包括音頻、視頻和動畫等。


　　流式傳輸技術(shù)的主要特點(diǎn)是以流（stream）的形式進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的傳輸。它在播放前并不需要下載整個媒體文件，只是將開始部分的影像和聲音經(jīng)過特殊的壓縮處理后分成一個個壓縮包，放進(jìn)流媒體服務(wù)器，或在用戶終端（電腦，移動終端等）上創(chuàng)立一個緩沖區(qū)�？蛻舳瞬シ牌髟诓シ徘邦A(yù)先下載一段信息作為緩存，在將緩存中的信息向用戶播放過程中，多媒體文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。這樣，一邊客戶端播放器在不斷地向用戶播放緩沖區(qū)中的媒體信息，另一邊多媒體文件的其他部分從后臺服務(wù)器不斷地傳輸?shù)骄彌_區(qū)中，如此形成了一個像流水一樣源源不斷的過程。所以說，“邊下載，邊播放”是流式傳輸技術(shù)真實(shí)寫照，也是它與“先下載，再播放”的傳統(tǒng)傳輸技術(shù)的最大區(qū)別。


　　流媒體技術(shù)有三大特點(diǎn)：（1）能夠?qū)崟r播放音視頻和多媒體內(nèi)容，也可對其進(jìn)行點(diǎn)播，具有交互性。（2）邊下載，邊播放。（3）客戶端接收、處理和回放一個流媒體文件，但該文件不在客戶端駐留，不占用客戶端的存儲空間，流媒體處理和播放完隨即被清除。只有同時符合這三個特點(diǎn)的才能稱其為流媒體。


2 流媒體在移動通信中的應(yīng)用分析


流媒體技術(shù)作為多媒體應(yīng)用的高級形式，發(fā)展至今，在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，如視頻點(diǎn)播、在線影院、遠(yuǎn)程教育、交互式電視等。隨著流媒體技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，人們已經(jīng)開始探討流媒體技術(shù)應(yīng)用于移動通信網(wǎng)的可行性。


　　 首先，從技術(shù)上看，在核心網(wǎng)方面，由于流媒體服務(wù)器處于因特網(wǎng)中，流媒體文件是通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)模�所以移動通信網(wǎng)要處理流媒體數(shù)據(jù)，要求其必須能夠與因特網(wǎng)進(jìn)行通信，并收發(fā)和處理IP數(shù)據(jù)。由于IP技術(shù)的快速發(fā)展，IP技術(shù)可能會成為未來網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)，這將促使現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)支持IP數(shù)據(jù)的傳輸，使多媒體數(shù)據(jù)在TCP/IP的基礎(chǔ)上發(fā)送，并獲得信息的互聯(lián)互通。所以，移動通信網(wǎng)已經(jīng)逐漸開始了向IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合和轉(zhuǎn)變的過程。目前，在移動通信網(wǎng)中傳輸IP數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在中國移動通信集團(tuán)已經(jīng)投入商用的GPRS系統(tǒng)中，核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無縫連接。


　　在無線接入網(wǎng)方面，移動通信核心網(wǎng)逐漸向IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)融合和轉(zhuǎn)變，要求無線接入網(wǎng)也必須要加以相應(yīng)的改進(jìn)以支持IP數(shù)據(jù)的傳輸。IP與無線空中接口協(xié)議、MPEG、ITU-T G.729A（話音數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)）等標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容問題經(jīng)過若干年的研究已經(jīng)取得很多成果。IP數(shù)據(jù)通過無線接入網(wǎng)傳輸?shù)揭苿咏K端被證明是可以實(shí)現(xiàn)的，一個成功的例子就是目前的移動用戶通過GPRS手機(jī)已經(jīng)可以進(jìn)行收發(fā)E-mail，瀏覽網(wǎng)頁等這些在互聯(lián)網(wǎng)上常做的操作。


　　在移動終端方面，要能處理流媒體文件，移動終端必須滿足兩個條件：其一，能收發(fā)和處理IP數(shù)據(jù)，這已經(jīng)被GPRS手機(jī)的成功使用所證明。其二，具有一定大小的存儲空間，以存儲媒體文件，并安裝流媒體播放器。
　　一直以來，手機(jī)存儲容量不足阻礙了移動多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展。一個普通的多媒體文件動輒幾十、上百兆字節(jié)，如果采用“先下載、再播放”的傳統(tǒng)機(jī)制來處理，移動終端必須等到整個媒體文件完全下載之后才能播放，媒體文件有多大，要求移動終端的存儲空間就應(yīng)有多大。當(dāng)前移動SIM卡的最大容量是32kB，加上手機(jī)上的存儲芯片的容量，整個存儲空間也不會很大。所以，在移動終端中采用傳統(tǒng)機(jī)制來處理多媒體文件是不可能的。


　　流媒體技術(shù)的應(yīng)用，能夠解決這一難題。流媒體技術(shù)具有邊下載，邊播放，以及播放了的流媒體數(shù)據(jù)隨即被清除的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)機(jī)制相比，流媒體技術(shù)只需在用戶終端創(chuàng)建一個適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)，播放前先下載一段信息到緩沖區(qū)中作為緩存，就可以播放；客戶端在處理和播放流媒體文件的整個過程中，只占用相當(dāng)于緩沖區(qū)大小的存儲空間，播放了的流媒體數(shù)據(jù)在客戶端不再駐留。這就意味著播放同一個媒體文件，流媒體技術(shù)在客戶端要求的存儲空間只是緩沖區(qū)的大小，比“先下載、再播放”的傳統(tǒng)機(jī)制縮小了很多倍。采用流媒體技術(shù)，只需對手機(jī)的存儲容量進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展即可滿足流媒體緩沖區(qū)對存儲空間的要求。


　　從市場需求上看，對移動運(yùn)營商而言，流媒體的應(yīng)用將使移動數(shù)據(jù)通信與因特網(wǎng)更好地結(jié)合，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力和多媒體能力，向用戶提供更多高速、高質(zhì)量的移動多媒體通信業(yè)務(wù)，從而能夠吸引更多的客戶，增加收入。


　　對內(nèi)容提供商而言，流媒體的應(yīng)用使能夠應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域的多媒體內(nèi)容的范圍極大擴(kuò)展，內(nèi)容提供商將和運(yùn)營商一起合作，將以前能想到卻不能做到的移動多媒體業(yè)務(wù)投入真正的商用。此外，流媒體文件不在客戶端駐留，文件處理和播放完隨即被清除的特點(diǎn)，為內(nèi)容提供商提供了天然的版權(quán)保護(hù)。


　　對移動用戶而言，流媒體能夠?qū)崟r播放音視頻和多媒體內(nèi)容，也可對其進(jìn)行點(diǎn)播，具有交互性。這一特點(diǎn)與移動通信固有的移動性相結(jié)合，使移動用戶能夠隨時、隨地獲得或點(diǎn)播實(shí)時的多媒體信息，大大增強(qiáng)了移動多媒體業(yè)務(wù)的靈活性。 此外，流媒體啟動播放的延時非常短，使用戶能夠即時收看收聽。而且流媒體應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域，使移動多媒體業(yè)務(wù)的種類和內(nèi)容極大的豐富。所有這些，都將更好地滿足用戶的需求。


　　由以上分析可見，流媒體技術(shù)應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域不僅技術(shù)是可行的，而且市場發(fā)展也很有前景。


3 一個基于EGPRS網(wǎng)絡(luò)的流媒體系統(tǒng)


　　EGPRS（Enhanced GPRS）即增強(qiáng)型通用分組無線業(yè)務(wù)，它基于GSM網(wǎng)絡(luò)，但為了利用GSM的TDMA信道為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又對系統(tǒng)的核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)都做了重大改變。不同于GSM，EGPRS核心網(wǎng)采用基于IP的分組交換核心網(wǎng)，基站子系統(tǒng)BSS通過GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN連接到核心網(wǎng)，EGPRS核心網(wǎng)又通過網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN連接到其他基于IP的分組交換網(wǎng)，比如PDN和Internet。EGPRS對GSM無線接入網(wǎng)的增強(qiáng)包括引入新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution），它采用每符號傳輸3bit的8PSK調(diào)制而不是GSM所采用的每符號1bit的GMSK調(diào)制；同時允許多個（3或4個）時隙分配給一個終端用戶，以便進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率。EGPRS允許“永遠(yuǎn)在線”端到端IP分組傳輸業(yè)務(wù)，提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等突發(fā)業(yè)務(wù)。EDGE Phase 2無線接口支持具有UTRAN的全I(xiàn)P體系結(jié)構(gòu)的公共核心網(wǎng)，這意味著3GPP確定的業(yè)務(wù)和結(jié)構(gòu)要求直接適用于GSM/EDGE無線接入網(wǎng)（GERAN），包括在3GPP TS.107中明確提出的流媒體業(yè)務(wù)。


　　系統(tǒng)由流媒體服務(wù)器（streaming media server）、EGPRS核心網(wǎng)、GGSN、SGSN、基站子系統(tǒng)（BSS）和移動手機(jī)（MS）等模塊組成。其中，流媒體服務(wù)器一般處于因特網(wǎng)中，它用于存放流媒體文件，并響應(yīng)用戶請求，向用戶終端發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)。


　　EGPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無縫連接。


　　GGSN是連接EGPRS核心網(wǎng)和外部分組交換網(wǎng)的接口。GGSN可以把EGPRS網(wǎng)中的分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。


　　SGSN是EGPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個節(jié)點(diǎn)，連接核心網(wǎng)與移動臺之間的接口，提供用戶位置管理、安全功能和接入控制功能，在移動臺和GGSN之間完成分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。


　　對于具有EGPRS業(yè)務(wù)功能的移動終端而言，它本身具有EGPRS業(yè)務(wù)運(yùn)營商提供的地址，分組公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端利用數(shù)據(jù)網(wǎng)識別碼即可向移動終端直接發(fā)送IP數(shù)據(jù)。同時，為了能夠播放流媒體，移動終端中必須安裝流媒體播放器。


　　系統(tǒng)的一個典型的工作過程如下：移動用戶通過手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)感興趣的流媒體內(nèi)容時，進(jìn)行點(diǎn)播。用戶請求以分組數(shù)據(jù)的形式通過基站發(fā)送到SGSN，然后SGSN與GGSN通信，GGSN對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到流媒體服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)中。流媒體服務(wù)器對用戶請求進(jìn)行響應(yīng)，開始向用戶手機(jī)發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)，來自因特網(wǎng)的標(biāo)記有移動臺地址的流媒體數(shù)據(jù)分組，由GGSN接收，并轉(zhuǎn)換成EGPRS網(wǎng)絡(luò)所能處理的數(shù)據(jù)形式，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而通過基站子系統(tǒng)傳送到用戶手機(jī)上。當(dāng)用戶手機(jī)上的流媒體緩沖區(qū)裝滿后，流媒體播放器開始在手機(jī)屏幕上向用戶播放流媒體，與此同時，流媒體服務(wù)器在后臺繼續(xù)源源不斷地向用戶發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)，直到文件播放結(jié)束。


4 發(fā)展現(xiàn)狀與前景


　　目前，3GPP TS.107中已經(jīng)明確提出了對流媒體業(yè)務(wù)的需求。為探索這一新的媒體形式的市場機(jī)會，愛立信、Apple及Sun Microsystem正合作建立一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，共同推動這一新的多媒體移動業(yè)務(wù)的開發(fā)及消費(fèi)。在第11屆上海國際通信展上，愛立信公司已經(jīng)展示了它與Apple公司合作開發(fā)的即時訪問多媒體業(yè)務(wù)的流媒體解決方案，這個端到端的解決方案遵循3GPP標(biāo)準(zhǔn)，可以使多媒體服務(wù)以流媒體的形式下載到移動設(shè)備上進(jìn)行播放。在日本，NTT DoCoMo已經(jīng)基于流媒體技術(shù)推出了多種多媒體應(yīng)用，并取得了巨大的成功。


　　隨著人們對寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求不斷增大，移動數(shù)據(jù)通信必然與因特網(wǎng)相結(jié)合來提供高速、高質(zhì)量的移動多媒體通信業(yè)務(wù)。在這一結(jié)合過程中，在因特網(wǎng)中發(fā)展并已經(jīng)成熟的流媒體技術(shù)將扮演極其重要的角色。


　　由于帶寬和移動電話功能上的限制，在傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中無法傳輸優(yōu)質(zhì)的多媒體內(nèi)容。但隨著2.5G、3G等高速移動通信技術(shù)的逐漸成熟，同時手機(jī)、PDA等移動通信設(shè)備的不斷完善，移動通信網(wǎng)已不僅能夠提供傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)，還能提供高速率的寬帶視頻業(yè)務(wù)，支持高質(zhì)量的話音、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及實(shí)時視頻傳輸。3G開創(chuàng)了無線通信與互聯(lián)網(wǎng)、視頻融合的新時代，由此產(chǎn)生的無線視頻和無線IP業(yè)務(wù)也必將成為未來無線移動通信業(yè)務(wù)新的增長點(diǎn)，真正使移動用戶享受無線掌上未來。


　　在下一代的移動通信商業(yè)應(yīng)用中，將會提供以下服務(wù)：數(shù)字音樂下載服務(wù)、實(shí)時新聞等信息服務(wù)、遠(yuǎn)程教育、視頻會議、端到端的交互游戲、音視頻等多媒體內(nèi)容的傳遞等。無論哪一種服務(wù)，都離不開流媒體技術(shù)的作用。可以預(yù)見，在未來幾年，伴隨著各種移動多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，流媒體技術(shù)將在移動通信中獲得廣泛的應(yīng)用，最終發(fā)展成為移動多媒體業(yè)務(wù)的主流。


參 考 文 獻(xiàn)


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[3] 羅云峰，朱秋萍. 流媒體通信技術(shù)及其應(yīng)用 . 中國數(shù)據(jù)通信，2002年6月



----《中國數(shù)據(jù)通信》