流媒體及其在移動通信中的應用

2019-11-03 09:27:07

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供稿：網友

鄧文　尚國榮　楊萬全
（四川大學電子信息學院成都610064）　　摘要本文介紹了流媒體技術的概念和特點，對流媒體應用于移動通信領域的可行性進行了詳細分析，討論了一個基于EGPRS網絡的流媒體系統的結構、功能和工作過程，最后探討了流媒體技術在移動通信中的發展現狀和前景。

　　關鍵詞流媒體 EGPRS 移動通信

1 流媒體概述

　　流媒體技術是從互聯網上發展起來的一種多媒體應用技術。所謂流媒體（streaming media）是指應用流式傳輸技術在網絡上傳輸的多媒體文件，包括音頻、視頻和動畫等。

　　流式傳輸技術的主要特點是以流（stream）的形式進行多媒體數據的傳輸。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過特殊的壓縮處理后分成一個個壓縮包，放進流媒體服務器，或在用戶終端（電腦，移動終端等）上創立一個緩沖區。客戶端播放器在播放前預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器內繼續下載。這樣，一邊客戶端播放器在不斷地向用戶播放緩沖區中的媒體信息，另一邊多媒體文件的其他部分從后臺服務器不斷地傳輸到緩沖區中，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”是流式傳輸技術真實寫照，也是它與“先下載，再播放”的傳統傳輸技術的最大區別。

　　流媒體技術有三大特點：（1）能夠實時播放音視頻和多媒體內容，也可對其進行點播，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的才能稱其為流媒體。

2 流媒體在移動通信中的應用分析

流媒體技術作為多媒體應用的高級形式，發展至今，在互聯網上已經得到了廣泛的應用，如視頻點播、在線影院、遠程教育、交互式電視等。隨著流媒體技術應用范圍的不斷擴大，人們已經開始探討流媒體技術應用于移動通信網的可行性。

　　首先，從技術上看，在核心網方面，由于流媒體服務器處于因特網中，流媒體文件是通過ip網絡進行傳輸的，所以移動通信網要處理流媒體數據，要求其必須能夠與因特網進行通信，并收發和處理IP數據。由于IP技術的快速發展，IP技術可能會成為未來網絡的主流技術，這將促使現有的有線電視網、電信網、移動通信網等網絡都應支持IP數據的傳輸，使多媒體數據在TCP/IP的基礎上發送，并獲得信息的互聯互通。所以，移動通信網已經逐漸開始了向IP網絡結構融合和轉變的過程。目前，在移動通信網中傳輸IP數據已經實現，在中國移動通信集團已經投入商用的GPRS系統中，核心網絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，很方便地實現與高速發展的IP網無縫連接。

　　在無線接入網方面，移動通信核心網逐漸向IP網絡結構融合和轉變，要求無線接入網也必須要加以相應的改進以支持IP數據的傳輸。IP與無線空中接口協議、MPEG、ITU-T G.729A（話音數字編碼標準）等標準之間的兼容問題經過若干年的研究已經取得很多成果。IP數據通過無線接入網傳輸到移動終端被證明是可以實現的，一個成功的例子就是目前的移動用戶通過GPRS手機已經可以進行收發E-mail，瀏覽網頁等這些在互聯網上常做的操作。

　　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，能收發和處理IP數據，這已經被GPRS手機的成功使用所證明。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，手機存儲容量不足阻礙了移動多媒體業務的發展。一個普通的多媒體文件動輒幾十、上百兆字節，如果采用“先下載、再播放”的傳統機制來處理，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有多大。當前移動SIM卡的最大容量是32kB，加上手機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機制來處理多媒體文件是不可能的。

　　流媒體技術的應用，能夠解決這一難題。流媒體技術具有邊下載，邊播放，以及播放了的流媒體數據隨即被清除的特點。與傳統機制相比，流媒體技術只需在用戶終端創建一個適當的緩沖區，播放前先下載一段信息到緩沖區中作為緩存，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，只占用相當于緩沖區大小的存儲空間，播放了的流媒體數據在客戶端不再駐留。這就意味著播放同一個媒體文件，流媒體技術在客戶端要求的存儲空間只是緩沖區的大小，比“先下載、再播放”的傳統機制縮小了很多倍。采用流媒體技術，只需對手機的存儲容量進行適當擴展即可滿足流媒體緩沖區對存儲空間的要求。

　　從市場需求上看，對移動運營商而言，流媒體的應用將使移動數據通信與因特網更好地結合，優化網絡的數據傳輸能力和多媒體能力，向用戶提供更多高速、高質量的移動多媒體通信業務，從而能夠吸引更多的客戶，增加收入。

　　對內容提供商而言，流媒體的應用使能夠應用于移動通信領域的多媒體內容的范圍極大擴展，內容提供商將和運營商一起合作，將以前能想到卻不能做到的移動多媒體業務投入真正的商用。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，為內容提供商提供了天然的版權保護。

　　對移動用戶而言，流媒體能夠實時播放音視頻和多媒體內容，也可對其進行點播，具有交互性。這一特點與移動通信固有的移動性相結合，使移動用戶能夠隨時、隨地獲得或點播實時的多媒體信息，大大增強了移動多媒體業務的靈活性。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。而且流媒體應用于移動通信領域，使移動多媒體業務的種類和內容極大的豐富。所有這些，都將更好地滿足用戶的需求。

　　由以上分析可見，流媒體技術應用于移動通信領域不僅技術是可行的，而且市場發展也很有前景。

3 一個基于EGPRS網絡的流媒體系統

　　EGPRS（Enhanced GPRS）即增強型通用分組無線業務，它基于GSM網絡，但為了利用GSM的TDMA信道為用戶提供高速分組數據業務，又對系統的核心網和無線接入網都做了重大改變。不同于GSM，EGPRS核心網采用基于IP的分組交換核心網，基站子系統BSS通過GPRS服務支持節點SGSN連接到核心網，EGPRS核心網又通過網關支持節點GGSN連接到其他基于IP的分組交換網，比如PDN和Internet。EGPRS對GSM無線接入網的增強包括引入新的空中接口標準EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution），它采用每符號傳輸3bit的8PSK調制而不是GSM所采用的每符號1bit的GMSK調制；同時允許多個（3或4個）時隙分配給一個終端用戶，以便進一步提高數據傳輸速率。EGPRS允許“永遠在線”端到端IP分組傳輸業務，提供電子郵件、網頁瀏覽等突發業務。EDGE Phase 2無線接口支持具有UTRAN的全IP體系結構的公共核心網，這意味著3GPP確定的業務和結構要求直接適用于GSM/EDGE無線接入網（GERAN），包括在3GPP TS.107中明確提出的流媒體業務。

　　系統由流媒體服務器（streaming media server）、EGPRS核心網、GGSN、SGSN、基站子系統（BSS）和移動手機（MS）等模塊組成。其中，流媒體服務器一般處于因特網中，它用于存放流媒體文件，并響應用戶請求，向用戶終端發送流媒體數據。

　　EGPRS的核心網絡層采用IP技術，底層可使用多種傳輸技術，很方便地實現與高速發展的IP網無縫連接。

　　GGSN是連接EGPRS核心網和外部分組交換網的接口。GGSN可以把EGPRS網中的分組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的Internet或X.25網絡。

　　SGSN是EGPRS網絡結構中的一個節點，連接核心網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之間完成分組數據的發送和接收。

　　對于具有EGPRS業務功能的移動終端而言，它本身具有EGPRS業務運營商提供的地址，分組公共數據網的終端利用數據網識別碼即可向移動終端直接發送IP數據。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。

　　系統的一個典型的工作過程如下：移動用戶通過手機瀏覽網頁，當發現感興趣的流媒體內容時，進行點播。用戶請求以分組數據的形式通過基站發送到SGSN，然后SGSN與GGSN通信，GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到流媒體服務器所在的網絡，如因特網中。流媒體服務器對用戶請求進行響應，開始向用戶手機發送流媒體數據，來自因特網的標記有移動臺地址的流媒體數據分組，由GGSN接收，并轉換成EGPRS網絡所能處理的數據形式，再轉發到SGSN，繼而通過基站子系統傳送到用戶手機上。當用戶手機上的流媒體緩沖區裝滿后，流媒體播放器開始在手機屏幕上向用戶播放流媒體，與此同時，流媒體服務器在后臺繼續源源不斷地向用戶發送流媒體數據，直到文件播放結束。

4 發展現狀與前景

　　目前，3GPP TS.107中已經明確提出了對流媒體業務的需求。為探索這一新的媒體形式的市場機會，愛立信、Apple及Sun Microsystem正合作建立一項標準，共同推動這一新的多媒體移動業務的開發及消費。在第11屆上海國際通信展上，愛立信公司已經展示了它與Apple公司合作開發的即時訪問多媒體業務的流媒體解決方案，這個端到端的解決方案遵循3GPP標準，可以使多媒體服務以流媒體的形式下載到移動設備上進行播放。在日本，NTT DoCoMo已經基于流媒體技術推出了多種多媒體應用，并取得了巨大的成功。

　　隨著人們對寬帶多媒體業務的需求不斷增大，移動數據通信必然與因特網相結合來提供高速、高質量的移動多媒體通信業務。在這一結合過程中，在因特網中發展并已經成熟的流媒體技術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，在傳統移動通信網絡中無法傳輸優質的多媒體內容。但隨著2.5G、3G等高速移動通信技術的逐漸成熟，同時手機、PDA等移動通信設備的不斷完善，移動通信網已不僅能夠提供傳統的話音業務，還能提供高速率的寬帶視頻業務，支持高質量的話音、分組數據業務以及實時視頻傳輸。3G開創了無線通信與互聯網、視頻融合的新時代，由此產生的無線視頻和無線IP業務也必將成為未來無線移動通信業務新的增長點，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應用中，將會提供以下服務：數字音樂下載服務、實時新聞等信息服務、遠程教育、視頻會議、端到端的交互游戲、音視頻等多媒體內容的傳遞等。無論哪一種服務，都離不開流媒體技術的作用。可以預見，在未來幾年，伴隨著各種移動多媒體業務的出現，流媒體技術將在移動通信中獲得廣泛的應用，最終發展成為移動多媒體業務的主流。

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----《中國數據通信》