流媒体及其在移动通信中的应用

2019-11-03 09:27:07

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供稿：网友

邓文　尚国荣　杨万全
（四川大学电子信息学院成都610064）　　摘要本文介绍了流媒体技术的概念和特点，对流媒体应用于移动通信领域的可行性进行了详细分析，讨论了一个基于EGPRS网络的流媒体系统的结构、功能和工作过程，最后探讨了流媒体技术在移动通信中的发展现状和前景。

　　关键词流媒体 EGPRS 移动通信

1 流媒体概述

　　流媒体技术是从互联网上发展起来的一种多媒体应用技术。所谓流媒体（streaming media）是指应用流式传输技术在网络上传输的多媒体文件，包括音频、视频和动画等。

　　流式传输技术的主要特点是以流（stream）的形式进行多媒体数据的传输。它在播放前并不需要下载整个媒体文件，只是将开始部分的影像和声音经过特殊的压缩处理后分成一个个压缩包，放进流媒体服务器，或在用户终端（电脑，移动终端等）上创立一个缓冲区。客户端播放器在播放前预先下载一段信息作为缓存，在将缓存中的信息向用户播放过程中，多媒体文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。这样，一边客户端播放器在不断地向用户播放缓冲区中的媒体信息，另一边多媒体文件的其他部分从后台服务器不断地传输到缓冲区中，如此形成了一个像流水一样源源不断的过程。所以说，“边下载，边播放”是流式传输技术真实写照，也是它与“先下载，再播放”的传统传输技术的最大区别。

　　流媒体技术有三大特点：（1）能够实时播放音视频和多媒体内容，也可对其进行点播，具有交互性。（2）边下载，边播放。（3）客户端接收、处理和回放一个流媒体文件，但该文件不在客户端驻留，不占用客户端的存储空间，流媒体处理和播放完随即被清除。只有同时符合这三个特点的才能称其为流媒体。

2 流媒体在移动通信中的应用分析

流媒体技术作为多媒体应用的高级形式，发展至今，在互联网上已经得到了广泛的应用，如视频点播、在线影院、远程教育、交互式电视等。随着流媒体技术应用范围的不断扩大，人们已经开始探讨流媒体技术应用于移动通信网的可行性。

　　首先，从技术上看，在核心网方面，由于流媒体服务器处于因特网中，流媒体文件是通过ip网络进行传输的，所以移动通信网要处理流媒体数据，要求其必须能够与因特网进行通信，并收发和处理IP数据。由于IP技术的快速发展，IP技术可能会成为未来网络的主流技术，这将促使现有的有线电视网、电信网、移动通信网等网络都应支持IP数据的传输，使多媒体数据在TCP/IP的基础上发送，并获得信息的互联互通。所以，移动通信网已经逐渐开始了向IP网络结构融合和转变的过程。目前，在移动通信网中传输IP数据已经实现，在中国移动通信集团已经投入商用的GPRS系统中，核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。

　　在无线接入网方面，移动通信核心网逐渐向IP网络结构融合和转变，要求无线接入网也必须要加以相应的改进以支持IP数据的传输。IP与无线空中接口协议、MPEG、ITU-T G.729A（话音数字编码标准）等标准之间的兼容问题经过若干年的研究已经取得很多成果。IP数据通过无线接入网传输到移动终端被证明是可以实现的，一个成功的例子就是目前的移动用户通过GPRS手机已经可以进行收发E-mail，浏览网页等这些在互联网上常做的操作。

　　在移动终端方面，要能处理流媒体文件，移动终端必须满足两个条件：其一，能收发和处理IP数据，这已经被GPRS手机的成功使用所证明。其二，具有一定大小的存储空间，以存储媒体文件，并安装流媒体播放器。　　一直以来，手机存储容量不足阻碍了移动多媒体业务的发展。一个普通的多媒体文件动辄几十、上百兆字节，如果采用“先下载、再播放”的传统机制来处理，移动终端必须等到整个媒体文件完全下载之后才能播放，媒体文件有多大，要求移动终端的存储空间就应有多大。当前移动SIM卡的最大容量是32kB，加上手机上的存储芯片的容量，整个存储空间也不会很大。所以，在移动终端中采用传统机制来处理多媒体文件是不可能的。

　　流媒体技术的应用，能够解决这一难题。流媒体技术具有边下载，边播放，以及播放了的流媒体数据随即被清除的特点。与传统机制相比，流媒体技术只需在用户终端创建一个适当的缓冲区，播放前先下载一段信息到缓冲区中作为缓存，就可以播放；客户端在处理和播放流媒体文件的整个过程中，只占用相当于缓冲区大小的存储空间，播放了的流媒体数据在客户端不再驻留。这就意味着播放同一个媒体文件，流媒体技术在客户端要求的存储空间只是缓冲区的大小，比“先下载、再播放”的传统机制缩小了很多倍。采用流媒体技术，只需对手机的存储容量进行适当扩展即可满足流媒体缓冲区对存储空间的要求。

　　从市场需求上看，对移动运营商而言，流媒体的应用将使移动数据通信与因特网更好地结合，优化网络的数据传输能力和多媒体能力，向用户提供更多高速、高质量的移动多媒体通信业务，从而能够吸引更多的客户，增加收入。

　　对内容提供商而言，流媒体的应用使能够应用于移动通信领域的多媒体内容的范围极大扩展，内容提供商将和运营商一起合作，将以前能想到却不能做到的移动多媒体业务投入真正的商用。此外，流媒体文件不在客户端驻留，文件处理和播放完随即被清除的特点，为内容提供商提供了天然的版权保护。

　　对移动用户而言，流媒体能够实时播放音视频和多媒体内容，也可对其进行点播，具有交互性。这一特点与移动通信固有的移动性相结合，使移动用户能够随时、随地获得或点播实时的多媒体信息，大大增强了移动多媒体业务的灵活性。此外，流媒体启动播放的延时非常短，使用户能够即时收看收听。而且流媒体应用于移动通信领域，使移动多媒体业务的种类和内容极大的丰富。所有这些，都将更好地满足用户的需求。

　　由以上分析可见，流媒体技术应用于移动通信领域不仅技术是可行的，而且市场发展也很有前景。

3 一个基于EGPRS网络的流媒体系统

　　EGPRS（Enhanced GPRS）即增强型通用分组无线业务，它基于GSM网络，但为了利用GSM的TDMA信道为用户提供高速分组数据业务，又对系统的核心网和无线接入网都做了重大改变。不同于GSM，EGPRS核心网采用基于IP的分组交换核心网，基站子系统BSS通过GPRS服务支持节点SGSN连接到核心网，EGPRS核心网又通过网关支持节点GGSN连接到其他基于IP的分组交换网，比如PDN和Internet。EGPRS对GSM无线接入网的增强包括引入新的空中接口标准EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution），它采用每符号传输3bit的8PSK调制而不是GSM所采用的每符号1bit的GMSK调制；同时允许多个（3或4个）时隙分配给一个终端用户，以便进一步提高数据传输速率。EGPRS允许“永远在线”端到端IP分组传输业务，提供电子邮件、网页浏览等突发业务。EDGE Phase 2无线接口支持具有UTRAN的全IP体系结构的公共核心网，这意味着3GPP确定的业务和结构要求直接适用于GSM/EDGE无线接入网（GERAN），包括在3GPP TS.107中明确提出的流媒体业务。

　　系统由流媒体服务器（streaming media server）、EGPRS核心网、GGSN、SGSN、基站子系统（BSS）和移动手机（MS）等模块组成。其中，流媒体服务器一般处于因特网中，它用于存放流媒体文件，并响应用户请求，向用户终端发送流媒体数据。

　　EGPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。

　　GGSN是连接EGPRS核心网和外部分组交换网的接口。GGSN可以把EGPRS网中的分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的Internet或X.25网络。

　　SGSN是EGPRS网络结构中的一个节点，连接核心网与移动台之间的接口，提供用户位置管理、安全功能和接入控制功能，在移动台和GGSN之间完成分组数据的发送和接收。

　　对于具有EGPRS业务功能的移动终端而言，它本身具有EGPRS业务运营商提供的地址，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向移动终端直接发送IP数据。同时，为了能够播放流媒体，移动终端中必须安装流媒体播放器。

　　系统的一个典型的工作过程如下：移动用户通过手机浏览网页，当发现感兴趣的流媒体内容时，进行点播。用户请求以分组数据的形式通过基站发送到SGSN，然后SGSN与GGSN通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到流媒体服务器所在的网络，如因特网中。流媒体服务器对用户请求进行响应，开始向用户手机发送流媒体数据，来自因特网的标记有移动台地址的流媒体数据分组，由GGSN接收，并转换成EGPRS网络所能处理的数据形式，再转发到SGSN，继而通过基站子系统传送到用户手机上。当用户手机上的流媒体缓冲区装满后，流媒体播放器开始在手机屏幕上向用户播放流媒体，与此同时，流媒体服务器在后台继续源源不断地向用户发送流媒体数据，直到文件播放结束。

4 发展现状与前景

　　目前，3GPP TS.107中已经明确提出了对流媒体业务的需求。为探索这一新的媒体形式的市场机会，爱立信、Apple及Sun Microsystem正合作建立一项标准，共同推动这一新的多媒体移动业务的开发及消费。在第11届上海国际通信展上，爱立信公司已经展示了它与Apple公司合作开发的即时访问多媒体业务的流媒体解决方案，这个端到端的解决方案遵循3GPP标准，可以使多媒体服务以流媒体的形式下载到移动设备上进行播放。在日本，NTT DoCoMo已经基于流媒体技术推出了多种多媒体应用，并取得了巨大的成功。

　　随着人们对宽带多媒体业务的需求不断增大，移动数据通信必然与因特网相结合来提供高速、高质量的移动多媒体通信业务。在这一结合过程中，在因特网中发展并已经成熟的流媒体技术将扮演极其重要的角色。

　　由于带宽和移动电话功能上的限制，在传统移动通信网络中无法传输优质的多媒体内容。但随着2.5G、3G等高速移动通信技术的逐渐成熟，同时手机、PDA等移动通信设备的不断完善，移动通信网已不仅能够提供传统的话音业务，还能提供高速率的宽带视频业务，支持高质量的话音、分组数据业务以及实时视频传输。3G开创了无线通信与互联网、视频融合的新时代，由此产生的无线视频和无线IP业务也必将成为未来无线移动通信业务新的增长点，真正使移动用户享受无线掌上未来。

　　在下一代的移动通信商业应用中，将会提供以下服务：数字音乐下载服务、实时新闻等信息服务、远程教育、视频会议、端到端的交互游戏、音视频等多媒体内容的传递等。无论哪一种服务，都离不开流媒体技术的作用。可以预见，在未来几年，伴随着各种移动多媒体业务的出现，流媒体技术将在移动通信中获得广泛的应用，最终发展成为移动多媒体业务的主流。

参考文献

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[3] 罗云峰，朱秋萍. 流媒体通信技术及其应用 . 中国数据通信，2002年6月

----《中国数据通信》