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關(guān)鍵詞 移動(dòng)流媒體 Streaming 3GPP RTSP SDP RTP
1、引言
流媒體業(yè)務(wù)是從Internet上發(fā)展起來的一種多媒體應(yīng)用，指使用流(Streaming)方式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩嗝襟w文件，包括音頻、視頻和動(dòng)畫等。
移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)就是流媒體技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和終端上的應(yīng)用，主要是利用目前2.5G或3G的移動(dòng)通信網(wǎng)，為手機(jī)終端提供音頻、視頻的流媒體服務(wù)。移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的內(nèi)容包括新聞資訊、影視、MTV、體育、教育、行業(yè)和專項(xiàng)應(yīng)用等多種形式。移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容的播放方式可以分為以下三種業(yè)務(wù)類型：
(1)流媒體點(diǎn)播(VOD)：內(nèi)容提供商將預(yù)先錄制好的多媒體內(nèi)容編碼壓縮成相應(yīng)格式，存放在內(nèi)容服務(wù)器上并把內(nèi)容的描述信息以及鏈接放置在流媒體的門戶網(wǎng)站上。最終用戶就可以通過訪問門戶網(wǎng)站，發(fā)現(xiàn)感興趣的內(nèi)容，有選擇地進(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(hào)編碼壓縮成相應(yīng)的格式，并經(jīng)由流媒體服務(wù)器分發(fā)到用戶的終端播放器。根據(jù)實(shí)時(shí)內(nèi)容信號(hào)源的不同，又可以分為電視直播、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。
(3)下載播放：用戶將流媒體內(nèi)容下載并存儲(chǔ)到本地終端中，然后可以選擇在任意時(shí)間進(jìn)行播放。對(duì)于下載播放，主要的限制指標(biāo)是終端的處理能力和終端的存儲(chǔ)能力，內(nèi)容提供商可以制作出較高質(zhì)量的視音頻內(nèi)容(高帶寬、高幀速率)，但需要考慮內(nèi)容的下載時(shí)間及終端的存儲(chǔ)空間。
流媒體傳輸技術(shù)的主要特點(diǎn)是以流(Streaming)的形式進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的傳輸。把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，客戶端在播放前并不需要下載整個(gè)媒體文件，而是在將緩存區(qū)中已經(jīng)收到的信息進(jìn)行播放的同時(shí)，多媒體文件的剩余部分將持續(xù)不斷地從服務(wù)器下載到客戶端，即“邊下載，邊播放”。
移動(dòng)流媒體技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)音視頻技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(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(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲(chǔ)、無線網(wǎng)絡(luò)通信以及移動(dòng)終端等多項(xiàng)技術(shù)。
由于流媒體的技術(shù)特點(diǎn)，決定了其在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的廣闊應(yīng)用前景。首先，流媒體技術(shù)有效降低對(duì)傳輸帶寬和抖動(dòng)的要求，使得在無線傳輸環(huán)境實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)媒體播放業(yè)務(wù)成為可能。移動(dòng)終端體積小、低能耗的要求決定了有限的存儲(chǔ)空間，而媒體文件不需要在終端中保存，避免了對(duì)存儲(chǔ)空間的要求。其次，有效的版權(quán)保護(hù)，能夠確保移動(dòng)流媒體應(yīng)用的商用模式。
隨著第三代移動(dòng)通信技術(shù)的逐步成熟，將移動(dòng)流媒體技術(shù)引入移動(dòng)增值業(yè)務(wù)，已經(jīng)成為目前全球范圍內(nèi)移動(dòng)業(yè)務(wù)研究的熱點(diǎn)之一。目前，3GPP，3GPP2等標(biāo)準(zhǔn)化組織早已經(jīng)開展了移動(dòng)流媒體的應(yīng)用研究工作，并已經(jīng)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
2、移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示，一個(gè)端到端的移動(dòng)流媒體系統(tǒng)包括流媒體客戶端(終端)、移動(dòng)通信網(wǎng)接入網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)核心網(wǎng)、IP網(wǎng)絡(luò)、流媒體內(nèi)容服務(wù)器、流媒體內(nèi)容緩沖服務(wù)器、用戶終端檔案服務(wù)器、門戶網(wǎng)站、業(yè)務(wù)管理、DRM服務(wù)器、門戶服務(wù)器等。其中，流媒體內(nèi)容服務(wù)器(包括媒體制作和內(nèi)容管理)和內(nèi)容緩沖服務(wù)器構(gòu)成了移動(dòng)流媒體服務(wù)器的核心內(nèi)容，而用戶終端檔案服務(wù)器、業(yè)務(wù)管理服務(wù)器(或綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái))、DRM服務(wù)器、門戶服務(wù)器等作為公共的業(yè)務(wù)功能實(shí)體，構(gòu)成了流媒體服務(wù)器的外圍功能實(shí)體。移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)可以采用IP或其他方式承載。下層承載網(wǎng)絡(luò)支持GPRS，CDMA分組網(wǎng)絡(luò)以及未來的3G分組域網(wǎng)絡(luò)。
(1)流媒體內(nèi)容服務(wù)器(Content Server)為移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的服務(wù)器，是提供移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的核心設(shè)備，主要負(fù)責(zé)移動(dòng)流媒體內(nèi)容的保存、編輯、格式轉(zhuǎn)換等，功能還應(yīng)包含SP/CP和用戶的管理等方面。
(2)內(nèi)容緩沖服務(wù)器(Cache Server)，用于在運(yùn)營(yíng)商間接提供內(nèi)容，而需要在用戶訪問的時(shí)候向Content Server獲取內(nèi)容并進(jìn)行緩存。在用戶訪問并播放遠(yuǎn)端的流媒體內(nèi)容時(shí)，Cache Server使得媒體內(nèi)容更靠近用戶，可以平滑IP網(wǎng)絡(luò)造成的時(shí)延抖動(dòng)。
(3)直播內(nèi)容采集服務(wù)器對(duì)電視信號(hào)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行編碼，將需要傳送的內(nèi)容自動(dòng)制作編碼成符合用戶使用要求的流媒體數(shù)據(jù)流，并轉(zhuǎn)發(fā)給流媒體終端。可與內(nèi)容服務(wù)器合設(shè)，也可單獨(dú)設(shè)置。
(4)用戶終端檔案服務(wù)器(User Agent Profile)，也可以稱為用戶設(shè)備能力數(shù)據(jù)庫，主要用于終端的流媒體業(yè)務(wù)支持能力協(xié)商。
(5)數(shù)字版權(quán)管理服務(wù)器(DRM)負(fù)責(zé)流媒體內(nèi)容的數(shù)字版權(quán)管理，可以是移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)專用的DRM服務(wù)器，也可以作為公共的DRM服務(wù)器為其他業(yè)務(wù)提供數(shù)字版權(quán)管理的功能。
(6)業(yè)務(wù)管理服務(wù)器負(fù)責(zé)SP/CP的管理，包括鑒權(quán)和認(rèn)證等。
(7)門戶服務(wù)器實(shí)現(xiàn)用戶瀏覽移動(dòng)流媒體內(nèi)容的入口和導(dǎo)航功能，可進(jìn)行用戶個(gè)性化設(shè)置、QoS設(shè)置等，并可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)推薦和排行、流媒體業(yè)務(wù)預(yù)覽和查詢界面等功能，可為不同類型的終端提供不同的業(yè)務(wù)界面和業(yè)務(wù)集合。
3、移動(dòng)流媒體的編解碼類型
移動(dòng)流媒體系統(tǒng)所支持的媒體內(nèi)容編解碼格式與業(yè)務(wù)類型無關(guān)，即無論是點(diǎn)播、直播，還是下載播放，這些格式都是適用的。
依據(jù)3GPP的PSS規(guī)范，UMTS系統(tǒng)的移動(dòng)分組流媒體支持的編碼類型包含視頻、音頻、靜態(tài)圖像、位圖、向量圖、普通文本和定時(shí)文本等，其中音頻和視頻的編解碼類型可以有多種組合。
視頻的媒體編解碼類型主要有三種，即H.263，MPEG-4和H.264。具體包括：H.263 profile 0 Level 45；H.263 profile 3 Level 45；MPEG-4 Visual Simple Profile level Ob；H.264(AVC)Baseline Profile Level 1b，且constraint_setl_flag=1，不要求輸出的時(shí)間順序。
音頻媒體編解碼方面，包含4種：Enhanced aac Plus；Extended AMR-WB；MPEG-4 AAC Low Complexity (AAC-LC)；MPEG4AACLongTermPrediction(AAC-LTP)。
其中，MPEG-4音頻解碼器支持的最高采樣率為48kHz。所支持的通道配置為mono(1/0)和stereo(2/0)。對(duì)于AAC-LC或AAC-LTP流，應(yīng)在SDP“a=fmtp”行中包含MIME參數(shù)“profile-level-id”和“object”。其值如表1所示。
[table]
Object Type | Profile-level-id | Object |
AAC-LC | 15 | 2 |
AAC-LTP | 15 | 4 |
4、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的相關(guān)協(xié)議
圖2給出了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的協(xié)議棧描述。其中，視頻、音頻等流媒體數(shù)據(jù)主要通過RTP/UDP承載，而一些靜態(tài)的圖像、文本則可以使用HTTP進(jìn)行承載。對(duì)于能力交換(Capbility Exchange)和表示描述(Presentation Description)可以使用HTTP或者RTSP進(jìn)行封裝，這取決于不同的實(shí)現(xiàn)方式。RTSP和SDP用于會(huì)話建立和控制，MIME描述媒體類型，RTP是流媒體負(fù)載的傳輸協(xié)議。
(1)會(huì)話建立
會(huì)話建立是指移動(dòng)流媒體客戶端獲得初始會(huì)話描述的方法。初始會(huì)話描述可能是一個(gè)表示描述、或者一個(gè)場(chǎng)景描述、或者僅僅是一個(gè)指向該內(nèi)容的URL。移動(dòng)流媒體客戶端應(yīng)當(dāng)支持按以下格式定義的初始會(huì)話描述：SMIL，SDP或者簡(jiǎn)單的RTSP URL。
除了“rtsp：//”以外，移動(dòng)流媒體客戶端還應(yīng)該支持以“file：//”(用于本地存儲(chǔ)的文件)和“http：//”(用于通過HTTP協(xié)議分發(fā)的表示描述或場(chǎng)景描述)開頭的指向有效初始會(huì)話描述的URL，移動(dòng)流媒體客戶端應(yīng)支持至少其中一種。三種輸入：file：//temp/morning_news.smil，http：//mediaportal/morning_news.sdp，以及rtsp：//mediaportal/morning news.3gp或rtsp：//mediaportal/morning_news.3g2。
(2)實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議(RTSP)
RTSP(Real-time Streaming Protocol)是由RealNetworks和Netscape共同提出的一種協(xié)議，它定義了如何使一對(duì)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)。
連續(xù)的媒體是只有內(nèi)在時(shí)間線的媒體。不連續(xù)的媒體則不包含自己的時(shí)間元素。話音、音頻和視頻屬于連續(xù)的媒體，而靜態(tài)圖像和文本則是不連續(xù)的媒體。對(duì)于不連續(xù)的媒體的傳輸，例如矢量圖、同步文本和合成音頻，可以采用HTTP/TCP/IP協(xié)議。在這種情況下，由于HTTP已經(jīng)具備這些功能，因此不需要一個(gè)獨(dú)立的會(huì)話建立和控制協(xié)議。而對(duì)于使用RTP/UDP/IP的連續(xù)媒體流則需要一個(gè)會(huì)話控制協(xié)議來建立并控制獨(dú)立的媒體流。流媒體業(yè)務(wù)使用RTSP協(xié)議來進(jìn)行會(huì)話的建立和控制。
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(qǐng)求，也就是說RTSP可雙向服務(wù)，而HTTP的請(qǐng)求是由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)。RTSP的主要命令包括DESCRIBE，PLAY，PAUSE，SET-PARAMETER，TEARDOWN，OPTIONS，SETUP。
3GPP的PSS規(guī)范中對(duì)于RTSP協(xié)議在移動(dòng)分組流媒體中的應(yīng)用定義了一些擴(kuò)展字段，主要包括：Range頭字段，并在PLAY的響應(yīng)中包含這個(gè)字段；Bandwidth頭字段；3GPP-link-Char頭字段：用于移動(dòng)流媒體客戶端向移動(dòng)流媒體服務(wù)器報(bào)告無線鏈路特性；3GPP-Adaptation頭字段：用于移動(dòng)流媒體客戶端設(shè)置速率自適應(yīng)參數(shù)；QoE頭字段：用于移動(dòng)流媒體客戶端和服務(wù)器協(xié)商移動(dòng)流媒體客戶端應(yīng)發(fā)送哪些QoS Metrics，以什么樣的頻率發(fā)送以及如何取消發(fā)送這些Metrics；Video Buffering頭字段：用于Buffer的管理。
(3)會(huì)話描述協(xié)議(SDP)
RTSP需要一個(gè)表示描述(Presentation Description)，以便說明一個(gè)流媒體會(huì)話的基本屬性，包括媒體類型和格式、所需要的傳輸帶寬、播放的時(shí)間范圍、所需Buffer信息等。作為在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用的一種帶寬和時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，這些信息對(duì)于保證移動(dòng)終端用戶的業(yè)務(wù)感受是非常重要的。
SDP協(xié)議最初用于描述SIP會(huì)話中支持的媒體類型，只是一種用于會(huì)話描述的格式(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)議間的傳遞消息的通知協(xié)議，其主要目的是解決多媒體會(huì)話通知、邀請(qǐng)和會(huì)話的初始化工作。
3GPP的PSS規(guī)范中使用SDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)RTSP的表示描述，并對(duì)SDP進(jìn)行了必要的擴(kuò)展，以便滿足流媒體業(yè)務(wù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中QoS需求。
SDP消息中包含兩層，即會(huì)話層和媒體層。一個(gè)會(huì)話描述中可能包含一個(gè)或多個(gè)媒體層的信息。SDP消息的基本內(nèi)容包括：會(huì)話信息(會(huì)話名和目的、會(huì)話時(shí)間、會(huì)話使用的帶寬、會(huì)話的用戶信息)和媒體信息(媒體類型，例如視頻或音頻；傳輸協(xié)議，例如RTP/UDP/IP；媒體格式，例如H.263視頻或者M(jìn)PEG視頻；多播地址和媒體傳輸端口；IP單播會(huì)話的聯(lián)系地址和媒體傳輸端口等)。
(4)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議RTP與RTCP
為了傳輸會(huì)話控制信息和媒體信息，移動(dòng)流媒體客戶端和服務(wù)器應(yīng)支持基于IP的網(wǎng)絡(luò)接口�？刂菩畔⒑兔襟w信息基于TCP/IP和UDP/IP傳輸。
移動(dòng)流媒體的業(yè)務(wù)定義是按照實(shí)時(shí)或點(diǎn)播方式通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)終端進(jìn)行音視頻廣播，面向連接的TCP需要較多的開銷，所以不適合移動(dòng)流媒體的應(yīng)用；移動(dòng)流媒體傳輸一般采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)，以獲得較小的時(shí)延和減少數(shù)據(jù)開銷。
RTP(Realtime Transport Protocol)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，RTCP(Realtime Transport Control Protocol)是RTP的控制協(xié)議。
RTP是針對(duì)Internet上多媒體數(shù)據(jù)流的一個(gè)傳輸協(xié)議，由IETF作為RFC1889發(fā)布。RTP被定義為在一對(duì)一或一對(duì)多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP的典型應(yīng)用建立在UDP上，但也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。RTP本身只保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，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，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。
RTCP負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息。在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包，包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)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型。
RTP和RTCP配合使用，能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。RTCP的一個(gè)關(guān)鍵作用就是能讓接收方同步多個(gè)RTP流，例如當(dāng)音頻與視頻一起傳輸?shù)臅r(shí)候，由于編碼的不同，RTP使用兩個(gè)流分別進(jìn)行傳輸，這樣兩個(gè)流的時(shí)間戳以不同的速率運(yùn)行，接收方必須同步兩個(gè)流，以保證聲音與影像的一致。
RTP只是保證同一媒體流的時(shí)間戳功能，但是對(duì)于同時(shí)需要不同媒體流(音頻+視頻)的業(yè)務(wù)時(shí)，RTCP把時(shí)間戳和實(shí)時(shí)時(shí)鐘聯(lián)系起來，保證了媒體的同步，同時(shí)RTCP保證參與會(huì)話的成員反饋通信信息，從而保證通信的質(zhì)量。
RTCP包的主要類型包括：SR：發(fā)送報(bào)告，發(fā)送者的發(fā)送和接收信息的統(tǒng)計(jì)；RR：接收?qǐng)?bào)告，非發(fā)送者的接收信息的統(tǒng)計(jì)；SDES：信息源的描述；BYE：會(huì)話參與者會(huì)話結(jié)束標(biāo)志；APP：某種應(yīng)用功能；幾個(gè)單獨(dú)的RTCP包可以組合成混合RTCP包進(jìn)行傳輸。
3GPP對(duì)用于移動(dòng)流媒體傳輸?shù)腞TP/RTCP也進(jìn)行了一些擴(kuò)展，以支持傳輸?shù)耐暾�、RTP重傳、擁塞控制和速率自適應(yīng)等功能。
(5)能力交換協(xié)議
在移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)中，終端能力協(xié)商是一個(gè)重要的功能，它使得流媒體服務(wù)器可以提供廣泛的內(nèi)容給多種類型的客戶端設(shè)備。其另一個(gè)重要功能是在不同版本的移動(dòng)流媒體間提供平滑轉(zhuǎn)換。因此，移動(dòng)流媒體客戶端和服務(wù)器應(yīng)支持能力交換。
用戶終端檔案服務(wù)器(User Agent Profile)用于存儲(chǔ)用戶參數(shù)和設(shè)備功能信息。這些信息可用于控制如何向移動(dòng)用戶提供流媒體內(nèi)容。
5、結(jié)束語
在移動(dòng)流媒體技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化方面，移動(dòng)分組流媒體主要在3GPP進(jìn)行規(guī)范，3GPP2對(duì)用于cdma2000系統(tǒng)的移動(dòng)流媒體文件格式有所規(guī)定。
3GPP R6版本的PSS規(guī)范項(xiàng)目已經(jīng)基本完成，在技術(shù)內(nèi)容上與R5兼容。在協(xié)議、能力交換、網(wǎng)絡(luò)適配、DRM等方面有所增強(qiáng)。在編解碼方面，3GPP也根據(jù)相關(guān)組織規(guī)范的最新版本進(jìn)行了更新，與之保持一致，并且在R6引入了視頻H.264(AVC)、音頻Extended AMR-WB和音頻EnhancedaacPlus。
