基于CDMA2000 1X的流媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一 概述

本文中流媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于聯(lián)通CDMA2000 1X無線網(wǎng)絡(luò)，CDMA2000 1X是完全兼容IS-95的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用碼分和頻分結(jié)合的多址技術(shù)。CDMA2000 1X提供增強(qiáng)速率集：前向RC3-RC9、反向RC3-RC6，對(duì)于不同的環(huán)境可以采用不同的高速空中信道速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。單個(gè)用于傳輸分組數(shù)據(jù)的空中信道的最大傳輸速率可以達(dá)到307.2kbps，從而能夠滿足第三代移動(dòng)通信高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求。由此看來，在如此良好的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬環(huán)境下是足以開展起移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的。

二、 移動(dòng)流媒體系統(tǒng)功能簡介

1. 功能描述

流媒體基本業(yè)務(wù)可以分為以下三種典型業(yè)務(wù)模式：

（1）流媒體點(diǎn)播：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上。最終用戶就可以通過訪問門戶，發(fā)現(xiàn)感興趣的內(nèi)容，有選擇的進(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。

2. 功能要求

（1）流媒體業(yè)務(wù)必須向用戶提供內(nèi)容發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)使用兩個(gè)基本功能，還必須具備與其他服務(wù)或應(yīng)用的接口能力。流媒體內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)是指用戶使用支持流媒體業(yè)務(wù)的手機(jī)或其他移動(dòng)終端，訪問流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)Portal，通過頁面瀏覽、分類查找或直接搜索功能發(fā)現(xiàn)流媒體內(nèi)容的過程。而流媒體業(yè)務(wù)的使用是指用戶發(fā)現(xiàn)指定流媒體內(nèi)容后進(jìn)一步使用流媒體業(yè)務(wù)的過程，包括流媒體內(nèi)容的在線播放、流媒體內(nèi)容的下載播放以及收看實(shí)時(shí)流媒體廣播服務(wù)。

（2）不同的終端之間處理能力有很大區(qū)別，所支持的協(xié)議也各不相同，流媒體業(yè)務(wù)必須具備有對(duì)終端適配的功能。

（3）對(duì)于移動(dòng)用戶來說，在同一地點(diǎn)的不同時(shí)間或在同一時(shí)間的不同地點(diǎn)所能使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)有很大的不同，所以用統(tǒng)一帶寬速率壓縮的內(nèi)容無法滿足不同用戶的實(shí)時(shí)播放需求。流媒體業(yè)務(wù)應(yīng)該根據(jù)用戶的實(shí)際使用狀況，提供帶寬適配的功能。

（4）流媒體業(yè)務(wù)應(yīng)具有可以傳送多種通用流媒體文件格式，包括MPEG4、H.263、RealNetworks、Windows Media，靜止圖像如JPEG、GIF、動(dòng)畫GIF、BMP等，特殊格式如SMIL和SVG等的功能。

（5）流媒體業(yè)務(wù)必須具有認(rèn)證和管理的功能。

在滿足了上述功能的前提下，整個(gè)流媒體系統(tǒng)才能正常運(yùn)行起來。

三、 移動(dòng)流媒體系統(tǒng)的組網(wǎng)方案和協(xié)議結(jié)構(gòu)

1. 組網(wǎng)方案

流媒體系統(tǒng)的組網(wǎng)可以分為單點(diǎn)系統(tǒng)和多點(diǎn)系統(tǒng)兩種方式，在前期用戶數(shù)量少的時(shí)候，可以使用單點(diǎn)系統(tǒng)，單點(diǎn)系統(tǒng)適合集中建設(shè)模式，全網(wǎng)只有一個(gè)核心流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)，單點(diǎn)系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)不同類型的地區(qū)，位于A類地區(qū)用戶相當(dāng)于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網(wǎng)直接接入到本地的流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)使用，如圖1所示。

圖1 單點(diǎn)流媒體系統(tǒng)組網(wǎng)

單點(diǎn)系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)不同類型的地區(qū)，位于A類地區(qū)用戶相當(dāng)于本地用戶，用戶接入后可以通過本地的分組網(wǎng)直接接入到本地的流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)使用流媒體服務(wù)；B類地區(qū)的用戶在接入本地的分組網(wǎng)后還需要通過骨干網(wǎng)連接到遠(yuǎn)端的流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)。

當(dāng)用戶數(shù)量增加的時(shí)候，系統(tǒng)負(fù)荷會(huì)加大，單點(diǎn)系統(tǒng)則不能滿足整個(gè)業(yè)務(wù)的要求，此時(shí)就要在單點(diǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)為多點(diǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方法是在流媒體用戶數(shù)量多的地方增加地方級(jí)流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)，原有的流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)作為中央流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)流媒體用戶的漫游計(jì)費(fèi)和對(duì)全國內(nèi)容的統(tǒng)一管理，如圖2所示。

圖2 多點(diǎn)流媒體系統(tǒng)組網(wǎng)

有別于單點(diǎn)系統(tǒng)，除了A類地區(qū)和B類地區(qū)以外，在多點(diǎn)系統(tǒng)中增加了C類地區(qū)。C類地區(qū)是流媒體用戶較多的地方，有自己的地方級(jí)流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)自主計(jì)費(fèi)和內(nèi)容維護(hù)，這樣就可以大大減少中央流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的負(fù)擔(dān)。

2. 協(xié)議結(jié)構(gòu)

移動(dòng)流媒體系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3所示。



圖3 流媒體系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)圖

流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)有特定的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，其中包括Internet本身的多媒體傳輸協(xié)議，以及一些實(shí)時(shí)流式傳輸協(xié)議等，只有采用合適的協(xié)議才能更好地發(fā)揮流媒體的作用，保證傳輸質(zhì)量。IETF（Internet工程任務(wù)組，Internet規(guī)劃與發(fā)展的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織）已經(jīng)設(shè)計(jì)出幾種支持流媒體傳輸?shù)膮f(xié)議。主要包括實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP（Real-time Transport Protocol）、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP（Real-time Transport Control Protocol）、實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP（Real-time Streaming Protocol）。除上述協(xié)議之外，流媒體技術(shù)還包括對(duì)于流媒體類型的識(shí)別。

（1）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP

RTP是用于Internet 上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。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通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當(dāng)應(yīng)用程序開始一個(gè)RTP 會(huì)話時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給RTP，一個(gè)給RTCP。RTP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，它依靠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。

（2）實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP

RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP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，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP

實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP是由real Networks和Netscape共同提出的，該協(xié)議定義了一對(duì)多應(yīng)用程序如何有效地通過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和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請(qǐng)求由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器作出響應(yīng)。使用RTSP時(shí)，客戶機(jī)和服務(wù)器都可以發(fā)出請(qǐng)求，即RTSP可以是雙向的。

（4）會(huì)話描述協(xié)議SDP（Session Description Protocol）

SDP會(huì)話描述協(xié)議只是一種用于會(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)和另外一些媒體會(huì)話的初始化工作。SDP內(nèi)容包括:會(huì)話名稱和目的、會(huì)話活躍時(shí)間、媒體類型 (視頻、音頻等)、傳輸協(xié)議 (RTP/UDP/IP等)、媒體編碼格式(H.263、MPEG4等)、接收媒體的相關(guān)信息（地址、端口和格式等）。

四、 移動(dòng)流媒體系統(tǒng)的相關(guān)接口和標(biāo)準(zhǔn)

為了使整個(gè)移動(dòng)流媒體系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)運(yùn)作起來，各個(gè)平臺(tái)與終端的接口和標(biāo)準(zhǔn)必須要有合理統(tǒng)一的規(guī)定。

1. 流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)與用戶終端的接口

（1）用戶在流媒體內(nèi)容門戶網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)內(nèi)容時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP或WAP協(xié)議，以HTML、XHTML或WML格式的文件進(jìn)行信息交互。

（2）用戶在下載流媒體文件時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP或WAP相關(guān)下載協(xié)議，將流媒體內(nèi)容從流媒體下載服務(wù)器下載到手機(jī)端。

（3）用戶在實(shí)時(shí)播放流媒體文件時(shí)，流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)與終端用戶之間采用標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、RTCP、RTP等協(xié)議來傳送流媒體文件，并實(shí)現(xiàn)播放和基本的控制功能。

2. 流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)管接口

流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的SNMP管理配置接口，與網(wǎng)管系統(tǒng)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP協(xié)議通訊，管理員可通過SNMP管理工具實(shí)現(xiàn)對(duì)流媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)出錯(cuò)