2.5G移动网络的流媒体技术解决方案

2.5G移动网络的流媒体技术解决方案北京地杰通讯设备股份有限公司一、现状分析在手机增值业务市场，短信、彩信、彩e等虽然有了交互、24小时不间断等不同于传统媒体的特点，但传输的主要是静态为主的图像和文字内容，影响了其媒体作用的充分发挥。随着最终用户需求的提升，如何更好地融合声音、文字、图像，支持多媒体功能，既发挥短信方便、快捷的优点，又可以弥补短信形式单调的不足，真正使移动用户“振聋发聩”，进入一个有声有色、逼真形象的美丽世界成为移动运营商普遍关心的话题。流媒体（StreamingMedia）的出现改变了这种状况。它不需要下载整个文件就可以在向播放器传输的过程中一边下载一边播放，实现了在网上点播或观看电影、电视的梦想。现在，以“流”的形式进行数字媒体的传送，使人们一定的带宽环境下就可以在线欣赏到连续不断的高品质音频和视频节目。在互联网大发展的时代，流媒体技术的产生和发展必然会给我们的日常生活和工作带来深远的影响。专家预言，流媒体将成为未来因特网上应用的主流，实现沟通和传播的多向性使传播不再受时间和空间的限制。移动流媒体业务的开展给移动增值服务带来了新的希望，但在移动流媒体业务的发展过程中，存在如下问题：无线网络带宽窄，干扰严重CDMA1X与GPRS分别作为当前中国联通与中国移动的主流2.5G无线网络技术，网络传输带宽较之以前有了很大的提高,但仍然十分有限。CDMA1X在理论峰值情况下下载传输速率达到144kbps，但实际情况下，稳定的传输速率通常在70kbps左右。GRPS在理论上可以达到115kbps，但实际情况下，稳定的传输速率通常在20kbps左右。并且随着使用用户的增加，网络的性能将会进一步下降。另外无线网络的干扰严重，导致网络传输的误码的可能性大大增加。移动终端处理能力低，内存容量小虽然目前国内市场上基于ARM9或是与此同等能力的芯片的高端手机已经越来越多，但由于手机中低端用户基数庞大而带来的巨大的市场商机，使得各个终端厂家对中低端用户尤为重视。因此目前占市场份额最多的、主流的手机仍然采用的是ARM7系列的芯片，处理能力在几十个MIPS左右。目前移动终端的内存容量通常也比较有限。市场上主流的BREW手机预留给应用程序的动态内存通常在700KB左右；基于J2ME的手机预留给应用程序的动态分配的内存通常在64KB或128KB；基于Symbian/Linux/WindowsMobile等高端手机预留给应用程序的动态分配的内存在1-4MB左右。终端系统平台、LCD多样化相对于PC的平台而言，移动终端的系统平台多样化更加明显，常见的系统平台有Symbian、Linux、WindowsMobile、PalmOS以及一些私有平台。移动终端系统多样化在很长的一段时间内将会继续存在。为了提供一个统一的手机应用程序运行环境，J2ME与BREW应运而生。但不同的厂家对J2ME与BREW的支持通常都存在差异。平台的多样化加上LCD大小不一，使得实现适应多种移动终端的应用程序难度非常大。二、编解码技术目前常用的视频编解码的标准是MPEG4与H.264。这两种视频标准在图像模型中采用的是基于DCT的编解码技术。这种编解码技术采用基于8*8或4*4的块状编码，采用64种基本函数(basisfunction，如图一)进行描述。非常遗憾的是，在低速率传输环境下，基于DCT的编解码技术的编码的图形在解码之后会导致非常明显的失真与块状边缘效应，而且效率低下。基于DCT的编解码技术存在如下的问题：需要较高的处理能力。由于基础DCT的编解码技术的块状边缘效应，所以MPEG4与H.264都会采用纠正模型(VerificationModel)进行处理，运算开销比较大，对CPU的处理能力要求比较高，效率低下；不适合低比特网络传输。因为会导致非常明显的块状边缘效应，因此难于在无线网络中进行实时的流传输。地杰的编解码技术采用独特的MatchingPursuits算法，使用超过50,000的基本函数(basisfunction，如图二)对图形进行描述，再加上灵活的空间定位，使得编解码的性能得到大大的提高，在低速率、高噪声的无线网络环境、较低的移动终端LCD分辨率下表现高质量的视频。具体表现在下面几个方面：需要较小的处理能力。在解码过程中运算简单。适合于低比特、高噪声的无线网络传输，有效利用带宽，根据网络状态进行适应实现实时流传播；（见图三，图四）适合低LCD分辨率的移动终端的流媒体传输。效率高（见表1）图一8*8DCT基本函数(basisfunctions)图二超过50000的基本函数（basisfunctions）DG与WindowsMedia8的对比：视频格式信噪比WM8信噪比DG文件大小WM8文件大小DG效率节省‘Fargo’450kbs15fps37.3243.4344.5037.3844.5545.85805kb589kb37%NBA350kbs15fps29.9036.3736.4930.2339.0339.042,788kb2,263kb23%Spice225kbs36.3743.3843.1036.5044.0643.64769kb573kb33%DG与RealMedia的对比：视频格式信噪比WM8信噪比DG文件大小WM8文件大小DG效率节省‘Fargo’450kbs15fps37.7344.7846.7837.9545.5146.781,056kb871kb21%‘Fargo’150kbs15fps34.5442.5444.3535.0642.0443.81368kb284kb30%表1图三图四三．解决方案示例针对2.5G移动网络、移动终端的特点，地杰采用独特的、高效率的数字编解DG20kbpsMPGE450kbps码技术，针对无线领域，分别为终端用户、服务提高商、内容提供商提供流媒体播放器、流媒体运营服务器、编码器与流媒体制作工具等多种产品，从而形成一个完整的全面的基于2.5G的移动网络流媒体解决方案。1、流媒体综合运营平台如图五所示，地杰流媒体综合运营平台主要包括生成、管理与分发、播放三个部分。其中生成主要是流媒体内容的编码，包括在线编码器与离线编码器。管理与分发主要完成流媒体内容的管理、计费与认证、流媒体服务器、业务门户等部分。播放是指终端用户进行流媒体的欣赏。图五流媒体综合运营平台2、播放器地杰流媒体播放器支持三种播放模式：下载播放(DownloadandPlayback)播放器与内容打包下载流式点播(OnDemandStreaming)实时在线播放(LiveCameraStreaming)地杰流媒体播放器可以被应用于任何具有java功能的彩屏手机上，手机的技术参数不同，播放器的表现不同。已经移植到Symbian、WindowsMobile、Linux、J2ME、BREW等主流的开放手机平台，目前经过测试的手机达三十多款，覆盖包括诺基亚、三星、摩托罗拉、索爱等主要厂商，尤其是在基于MIDP1.0/MIDP2.0的Java手机上具有很好的流媒体效果。下面是播放器的一些基本参数：核心引擎大小：Symbian、Linux、WindowsMobile30kBJ2ME10KBBREW30KBCPU要求：10MIPSRAM：Symbian、Linux、WindowsMobile150KBJ2ME15-20KBBREW150KB播放器大小：Symbian、Linux、WindowsMobile90KBJ2ME30-45KBBREW40KB适用网络带宽：10kbs支持视频：mpb支持音频：ott/amr/midi/qcelp等内置DRM3、流媒体应用服务器地杰流媒体应用服务器，基于HTTP协议，能够运行于所有的基于HTTP的WEB服务器下，所以构建应用开销低，另外基于简单的HTTP协议，占用带宽低，这在2.5G移动网络有限带宽的情况下，优点非常明显。我们认为，在现有移动网络和终端情况下，很少有用户会真的去用手机看一部完整的电影或者电视剧，更多的是去看一些片花，集锦，或者精彩镜头这类3--5分钟的节目。基于以上的理念，在技术实现上我们认为，传统的基于宽带有线网络的流媒体技术的很多功能都不是很必要，例如：快进，快退，选择播放位置等等；因为一个3—5分钟的节目这些功能很少被用到。我们把这些资源节省下来用在其它更重要的方面，例如：同样带宽下提高图像质量，提高播放器的处理能力等等。因此在通信协议上我们选择了在窄带移动无线网络中更简单更实用HTTP协议。流媒体应用服务器具有如下的特性：基于HTTP协议，运行于任何基于HTTP的WEB服务器提供兼容RTP/RTSP协议的流式传输功能文件下载与流式播放模块化设计，易于扩展支持DRM计费接口4、编码器与内容制作工具地杰提供在线编码器与离线编码器。在线编码主要用于一些实时视频播放等业务。编码器操作简单，界面友好，大大提高了内容制作人员的制作效率，减少内容制作的成本。5、产品内容管理系统地杰在增值业务积累了丰富的经验，通过大量的实际的需求分析，形成了产品内容管理系统。产品内容管理系统包括产品管理与内容管理。其中管理包括产品定义、产品属性管理、产品生命周期管理等；内容管理包括上传（单独或批量上传）、内容属性管理、内容分发等功能。总结：地杰基于2.5G的移动网络特性，为2.5G移动网络提供一个完整的商用解决方案。具有如下特点：编解码效率高、占用带宽窄、支持终端广泛、播放器性能优越、完整的商用产品解决方案。四、小结中国是一个国土面积非常大的国家，在目前主要还是2.5G的网络情况下，3G即使拿到牌照，从部署到全面铺开也需要很长一段时间，这段时间里，国内的移动网络会是2.5G和3G并存。那么2.5G的情况下，流媒体技术或者视频技术应用的瓶颈究竟是什么呢？首先是网络目前的带宽，带宽较窄造成网络承载能力非常有限；第二，用户没有养成消费视频的习惯，另一方面，由于流量的资费标准比较高，也阻碍了用户市场的培育；第三是终端的支持，目前在市场上支持流媒体的终端通常是比较高端的产品，售价较高，对于绝大部分用户，很难去享受这样的服务，而即使用户的手机支持，也不一定会去使用视频业务；最后，对于服务提供商而言，流媒体业务或者视频业务相对于其它业务来说，技术上复杂得多，即使有大量手机终端支持，网络情况也得到改善，可是由于服务器的设备非常昂贵，进入的门槛也会非常高。在日本，增值业务发展这么快，是和众多的运营商、服务提供商、内容提供商等等产业链相关厂商的努力分不开的，也只有这样，市场才能更好的发展。一项业务的开拓，需要产业链的各方都行动起来，我们将会为此做出自己的努力。