（通信与信息系统专业论文）3gpp流媒体码速调整的研究.pdf

3 g p p 流姒休鸲述i 目螫f 1 0 川究 3 g p p 流媒体码速调整的研究 摘要 随着g p r s ，e d g e ，c d m a l x 等2 5 代移动数据网络，以及u m t s w c d m a 和c d m a 2 0 0 0e v d o 等第三代移动网络系统部署区域的逐渐 增长，多媒体的流式播放成为运营商1 3 渐寻求支持的数据、i k 务之一。然 而，过去被成功商用在固定互联网上的流媒体解决方案几乎全都是基于 一些私有的技术，这些现存的流媒体应用技术只有被改写之后，才能在 移动网络环境。扼功地运4 - 2 ；足来。第三代伙什项l 计划( 3 g p p ) 标准化 组织早在版本4 和5 起就开始了流媒体业务的标准化工作，近而在版本6 中构想了种更高级的流媒体技术一一码速调整技术，从而能更好地克 服山无线网络和尽力而为服务( b e s t e f f o r t ) 网络带来的1 i 稳定传输速率 的技术挑战。这种标准的高级流媒体方案将给用户带来更好的体验，最 终将会驱动运营商和用户接受并目使用流媒体业务。本文将针对此项技 术，即3 g p p 版本6 中的流媒体码速调整技术展升进一步的讨论和研究。 本文将从流媒体的发展历史入手，阐述_ j ，研究移动流媒体码速调整的 应用背景和意义。随后，以移动流媒体系统概要、移动流媒体技术的基 本概念以及其办议栈的主要特点、客户端缓冲区机制、移动流媒体的多 媒体格式等为基础，近而引出对本文的核心部分一一移动流媒体码速调 整技术的探讨。文章剥百马速调整的基本原理和算法进行了阐述，通过对 标准流媒体胁议r t s p 和r t c p 的扩展，从而给服务器进行码速调整提供 现实的依据。最后，通过从实验网中采集实测数据，分析之后得出码速 调整的性能结果，最终验证了移动流媒体中的码速调整算法的有效性。 关键词：分组交换的流媒体业务( p a c k e t s w i t c h e ds t r e a m i n gs e l v i c e ) 、 码速调整、点播、直播、缓冲区 s t u d yo f r a t ea d a p t a t l 0 ni n 3 g p ps t r e a m i n g a b s t r a c t a st h eg r o w t ho f 25g e n e r a t i o no f m o b l l ed a t an e t w o r k ，s u c ha sg p r s e d g ea n dc d m a1x ，a n dt h et h i r dg e n e t a t i o no fm o b i l e s y s t e m d e p l o y m e n ta r e a ，l i k e u m t sw c d m aa n dc d m a 2 0 0 0 e v d o ， n m l t i m e d i as t r e a m i n gi s i n c r e a s i n g l yb e c o m i n go n eo ft h ep o p u l a rd a t a s e r v i c e st h a t o p e r a t o r s w i l ls e e kt o p r o v i d e h o w e v e r ，t h em u l t i m e d i a s t r e a m i n gs o l u t i o n st h a th a v es u c c e s s f l l l l yb e e nd e p l o y e dc o m m e r c i a l l yo n t h ei n t e r n e ti nt h ep a s ta r ea l lb a s e do np r o p r i e t a r yt e c h n o l o g i e s o n l ya f t e r t h ee x i s t i n gs t r e a m i n ga p p l i c a t i o n sa r ec o n s i d e r a b l yr e t h o u g h t ，i tw i l lw o r k 7 e l lo v e rw ir e l e s s n e t w o r k s t a r t i n ge a r l y f r o mr e l e a s e4a n d5 s p e c if i c a t i o n s t h et h i r dg e n e r a t i o np a r t n e rp r o j e c t ( 3 g p p ) s t a n d a r d i z a t i o n b o d yh a ss t a n d a r d i z e ds t r e a m i n gs e r v i c e s f u r t h e r m o r e ，3 g p pr e l e a s e6h a s e n v i s i o n e da na d v a n c e ds t r e a m i n gt e c h n o l o g y , r a t ea d a p t a t i o n ，w h i c hw i l l o v e r c o m et h et e c h n i c a lc h a l l e n g e so fu n s t a b l et r a n s m i s s i o nr a t ep o s e db y w i r e l e s sa n db e s te f f o r tn e t w o r k s t h es t a n d a r d i z c ds o l u t i o nf o ra d v a n c e d m u l t i m e d i as t r e a m i n gw i l lg i v et h ee n du s e rt h eb e t t e rs e r v i c ee x p e r i e n c e ， a n du l t i m a t e l yw i l ld r i v eo p e r a t o r sa n du s e r s a d o p t i o n t h i sp a p e rw i l lm a k e t h ef u r t h e rd i s c u s s i o na n ds t u d yo nt h er a t ea d a p t a t i o ns o l u t i o ns t a n d a r d i z e d i n3 g p pr e l e a s e6 生蔓塑些尘! ! ! 盟丝生二兰笪堕塞 j 鱼! ! 堕丛堡盟些型壁业盟壅 1h i s p a p e l s t a r t sf r o m t h e h i s t o r yo fm u l t i m e d i as t r e a m i n g a n d e x p a t i a t e so nt h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c ef o rt 1 1 cr a t ea d a p t a t i o ns t u d yo f m o b i l es t r e a m i n g t h e n ，b yi n t r o d u c i n gt h em o b i l es t r e a m i n gs y s t e m ，t h e b a s i cc o n c e p t so fm o b i l e s t r e a m i n gt e c h n o l o g y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fi t s p r o t o c o f s t a c k ，c l i e n tb u f f e r i n gm e c h a n i s m m u h i m e d i af o r m a to fn l o b i l e s t r e a m i n gt e c h n o l o g ya n ds oo n ，t h ep a p e rs t u d i e st h er a t ea d a p t a t i o no f m o b i l es t r e a m i n gw h i c hi st h ef o c u so ft h i sp a p e rt h r o u g hi n t r o d u c i n 2t h e p r i n c i p l ea n db a s i ca l g o r i t h mo fi a t ea d a p t a t i o n e x t e n d i n gt h es t a n d a r d i z e d r t s pa n dr t c p , t h es t r e a m i n gs e r v e rc a ng e tt h er e a ld a t af r o mt h e n lt od o r a t ea d a p t a t i o n l a s t l y ，t h r o u g hc o l l e c t i n ga n da n a l y z i n gt h et e s td a t af r o m t h et r i a ls y s t e m ，t h ep e r f o r m a n c er e s t i l to fr a t ea d a p t a t i o nc o m e so u ts ot h a t t h ep a p e rv e r i f i e st h ev a l i d i t yo fr a t ea d a p t a t i o na l g o r i t h mi i l t i m a t e l v k e yw o r d s ：p a c k e t s w i t c h e ds t r e a m i n gs e r v i c e ，r a t ea d a p t a t i o n v i d e oo bd e m a n d ，l i v e ，b u f f e r 3 gp p 盅蜕体n q 进1 w 豁i l j l i j f 九 利 刨h 【! 北刨弱i 性) r ! j _ | 水人卢i qj 7 7 7 变的沦文是本人“导帅指导下进行( 1 9 f , j t - $ i 工f 4 - 技l 汉纠i 1 0 驯允成 粜。尽找所，除了史t ”特别加以标注川致1 射t ，i 。岁列的内容以外，沦文j _ = 【、包含 j f 止a 已经发表或撰“；过i i 9 t i jr 5 1 e 成梁，也不乜f f 为获缁北京1 1 1 1 ；l u 人学或i 他教葡机 构i ：1 9 9 f , 7 ：- , , 蛇i 1 1 。书而使用i i 9 t ：j 料。与我一同t 作的r i 】志剥本研究所做的十e 何贡献均 已 沦文中作了明确的晚h j 许表示了谢意。 i l i 请学何呛丈与受料符有不实之处，本人乐于旦一切州关责任c s a s g ：迎醢塑刚舛：坤6 斗弓日如舟 荚丁沦文使用授权的说明 学位沦文作者完令j 解：l 京【 | | i i t z 大学自共f 2 r ：a 4 - i s f 史j 4 j 学何沦文的觇定，【! | j ：研究 生在饺攻读学位期间沦文1 仵的i ：| | 氓产权学位属北京邮电大学。学校有权保i f 并i r , j 国 家有关部门或机构送交沦文的复l ：ij f q 和f | i 甜，允许学位沦丈被肖i x j f - n 借i 到：学校可以 公* ，学位沦文n 0 令部或i l l 9 i 容，町以允许采川影叫、缩印或其它复制手段保存、汀 编学位沦文。( 保密的学位论义在解密后遵守此上见定) 释 保密沦文注释：本学位沦文属于保密在一年解密后适用本授权ic 。非保密沦文注 用木授权书。 丝! 垒兰旦对。田 涩生：i ：砧 l 京i i i l l i u 人譬颂t 冗! l - 。譬位| 正 3 g p p 流姒、妈逃_ j 哥船i i , j 研冗 第一章绪论 在木章q _ l ，凸先刘流媒体 门发展历史做了一个晌驴吲9 1 慨要介绍j 7 流媒体 的一些基本概念、编码格式和应j _ _ | 等。接着，存分析了流媒体应用予移动网络环境 所嵩而列的舒种困难之后，玎7 7 f - i x g - 4 、：文所要重点探讨的移动流蜾休码速测祭的背景 进行了必要的阐述，从而指l _ _ 木绝文的训f 究意义和j 要训f 究内存。 1 1 流媒体的发展历史及简介 流格式媒体出现之前，人们符楚【从网络卜观福影片或收i i j l 者乐，必颈先：肾影 音档案l 、我至汁鳙。机储存后，) j 可以点选插放，不但浪赞下哉时间、翻卒问，也 尢法满足消费者使用方便及f j j 】切的需要。 流媒体( s t l e a r n i n gm e d i a ) 的发展，克服了上述不足。流媒体一股指的是把 连续的影像和声音信息经过压缩处理后放卜网站服务器，让用广一边下载一边观 看、收听，而不需要等整个压缩文件r 载到白己机器后才可以观看的视频音频传 输、门i 缩技术。当然，使用者：必须事先安装播放软件。 可以这样说，流媒体披术起源于牢带瓦联例时期。由于经济发展的需要，人 们迫切渴求- j , e e 网络技术，以便进行远程信息沟通。从1 9 9 4 年一家叫做p r o g r e s s i v e n e t w o r k s 的美国公司成i 之初，流媒体开始止式在互联网上登场亮牛h 。时隔一年， 他们推出丁基于客，r l t 端服务器架构的音频接受系统r e a la u d i o ，g l ：, ( i i 随后的几年 内引领了网络流式技术的汹涌潮流。l9 9 7 年91 r j ，该公司更名为r e a l n e t w o r k s ， 相继发布了多款应用非常广泛的流媒体播放器r e a ip l a y e r 系列，在其鼎盛时期， 曾度- i 扼该坝域超过8 5 的市场份额。r e a l n e t w o r k s 公司可以称得上是流媒休 真止意义上的始丰| _ l 。但是随后，微软和苹果等椰霸剑了流媒体的大好前景，其强大 竞予攻势一方而令r e a l n e t w o r k s 感到危机的存枉，另一方而也无形t i i 促进了流媒 体的迅述发腱，使得流媒体以障人的发展速度深入人心。 早期的流媒体卜要是确：牢带互h 荑网上应用，受带宽条件的制约，到19 9 9 年， 人们在网卜也才仪仪可以看到一个很小的视频橘放窗口。2 0 0 0 年下二p 年，随着全 球范围内的互联网升温，宽：i 1 ，网不冉是梦想，作为流媒体技术侣导者和发起者的 美吲r e a ln e t w o r k s 、m i c l o s o f t 、a p p l e 锋公司几乎同唰向界宜m 】了他们最新的 流媒体投水的宽带鲥决乃案。可见，z l 越趣的州1 1 | ，流姒休拽术何了e 跃肚发j 硅。 再看2 0 0 4 年的今天，流媒体的发膳我”1 已有i | 共睹。找们完全j 以在刚络上进行 全方位的视听接触。 随着信息社会的快速发展，流媒体披术仵瓦联网媒体传 罱方砷起到了j 一导的 怍用。其中视频点播、远程教育、视频会议、i n t e r n e t 卣播、网卜新闻发布、倒络 广告等力面的应用空前广泛，方诬了人们全球范内的信息、情感交流。流媒体成 为互联网应用的主流，并冈其广泛而又独特的魅力i 领互联网重要市场，从而推动 互联网整体架构的革新，拉动信息经济的发展。近几年来，流媒体技术在世界范围 内已有应用，特别是1 9 9 5 年推出第一个 n t ej n e l 流媒体播放器以来，i n t e r n e t 流蝶 休应用有了爆炸性增k ，互联网的发展决定了流媒体i 了场的广阔前景。曾经有一组 来自国际权威机构的洲查，仅2 0 0 0 年在同上访ij 流媒体的人数增加6 5 ，西方网 络发达国家访问流媒体的人数已达到1 1 亿人，约占网民的1 3 ，在业洲也迅速增 加到2 5 0 0 万人，将近网民的1 9 。与用户增长相呼应，逐年地，互联网r 视频流 媒体技术应用大幅度增长。如今，流媒体1 | 丁场已经氅现巨大的收入潜能。巨大的市 场l 吸引越来越多的企业参与竞争。前些年，a p p l e 、c i s c o 、k a s e n n a 、p h i l i p s 和s u n 宣布成立互联网流媒体联盟( i s m a ) ，意在；l - 同推动流媒体市场，并制订相应的开 放标准和实施协议。 正当互联网上的流媒体业务雁用的如火如茶的时候，另一方面，移动网络与 互联网的逐步融合更为流媒体移植到移动网络上带来了良好的契机。多媒体技术的 突破、无线网络带宽的提高，尤其是3 g 时代的到来，则为移动流媒体业务创造了 良好的条件、提供了广阔的用武之地。刘移动流媒体业务业界普遍看好，认为其将 是3 g 业务的“领军式应用”，甚至在25 g 网络也将大有作为。基于这一共识，国 内外移动运营商纷纷加大了刘此业务的投入，有的已经建设、更多的则处于试点或 交流阶段，以期提前做好技术储备、秘累运营经验、培育价值链。 所谓流媒体是指把连续的影像和声音信息经过归二缩处理后放到网络服务器 h 然后运用可变带宽技术，任数据网络i 一按时问先后次序传输利播放的连续音 视频数抛的种t 作方式，它会涉及到流蝶体数据的采集、压缩、存储以及网络通 信等多项技求。 流媒体数扼流具有连续性、实时性、 关系，它最早出现在吲定的互联网络当中 时序性三大特点，具有严格的前后时序 目前在网络上传输音频、视频等多媒体 佶，赳。多媒体、j k 务t 篮仃j 、戕年流式他输朋种方案。共r 1 二拽厅式， j 1 ：所要j 、绒 的史件较大，珂以17 i 蛆l 门仃f t # 弈廿止较人：川于山_ j 刚络m 龙 n 眦制，i - 拽常常篮 花数分 ：l | 1 甚年数小叫，所以n 卜城山式n ( j 州延也 h 大。但是，刈二r 流式传输力式， 岢、影像或动l 幽等是边f 披边j 前放。当这u 0 牡媒体祚窖尸帆_ j ：播放的时，“j i 台，文件的剩余部分将会从服务器巾? h ：续下找。流i 传输小仪能仗衲始启功延时成 十篇、fn i 地缩j i ，而- 插放的流媒体文竹不需受在客。端保存，减少了对客，o i z i 存m 空问的要求，也减少了缓仃容量的需求，川h 还避免了用尸必坝等待整个文f l 全部从丌暇叫上f 裁之后刊能观看的缶j ： 。另外，由于流媒体文件不赴客户端保存， 从而从一定程度上m 掣决了媒体文件的版权保护6 d 题。流媒体系统要比卜- 载j ；放系统 复杂得多，所以需要将多媒体h 编、砰码和传输技术很好地结合在起，才能确保 用，。z i 一复杂的例络叫、境f 也能衔j i lj 较稳定的插放质量。 多媒体数据在传输前必须要先经过编码撩宵效地压缩成码流，以减少别网络 资源的占用牢。目前常用的视频编码器自m p e g 一2 、m p e g 一4 、h2 6 1 、h 2 6 3 、h 2 6 4 、 w i n d o wm e d i a 视频编码器和r e a ls y s t e m 的视频编码器等：音频编码器有m p 3 、 m p e ga a c 、w i n d o wm e d i a 音频编码器和a m r ( 自适应的多玛牢编码) 等：蚓 像编码器有j p e g 和j p e g 2 0 0 0 等。多媒休编码器所! l 成的码流只包含了斛码该码 流所必需的信息，而并不包舍媒体问的亓j 步、随机访j i u 等系统信息，凶此编码后的 多媒体数据还要被组织成为具自特定系统格式的多媒体文件才能用于流媒体传输 或者是仔八磁盘中，目前常用的文件格式有m p e g 2 系统，m p 4 ，微软公司的w m v 文件格式，r e a l 的r m 文件格式，q u i c k t i m e 的文件格式以及用1 ：3 g 无线服务的 3 g p p 和3 g p p 2 等等。 另外，在业务表现方式卜，流媒体可提供点播、直播、下载播放三种业务形 式。其r h i 点播应用主要包括电影”花、精彩片断、m t v 等：直播包括电视节目、 视频监控( 如交通临控) 、重大赛事、音乐现场会等：下载播放顾名思义为下载到 手机j i 之后再播放，相刘来说刈网络质母不太敏感，比较适合于那些仆_ 在线、到音 视频质量要求较高、无线网络带宽码难以满足其码流需求的多媒休1 t 目，其可在 定程度卜弥补目前25 g 兀线网络速率较低的缺憾。列流媒体应用来睨，内容是吸 引用的关键，凶此有一家或多家好的内容提供而 l k 务提供商( c o n t e n t p r o v i d e r s e r v i c ep r o v i d e r ) 合作伙伴非常关键，这就蜓求流媒休平台在对外接口力 定要开放、灵活、强大。 综上而述，网络披术的发展儿宽稍网络逐渐自了普及的声势和现实步伐，流 北京邮l 乜人顺i 研究生。1 位i 色立3 g p p 流姒体 】马迎岍拙的 叶究 媒体的瓶颈正在悄i 悄的被突破。一些号家的予页测称，流媒体有埋和晟近几年成，：j _ 发 展n q 热点，该领域的营、i p 剜i 将会什2 0 0 5 年达- 2 1 j3 1 亿美元。这样的坝测当然是处立 在宽前 网逐渐普及的基础之上。尢沦是z i ：固内已经有较多应的教育、广电、政府、 l u 信等行业部门，还是仵仓、i k 内部唰- + 主要应用于职工培训、信息广| f | ；、，。t 讯发布、 远程峪控、视频会议、客。服务等业务，流媒体都在随着宽带州络n 0 普及步伐而蕴 涵了 】大的潜力。 另一方而，随着25 g 和3 g 移动通信系统越来越多的部署，多媒体的流式播 放已经成为移动运营商一渐寻求支持的数据业务之一。无线网络卟r 的流媒体业务主 要是而向c d m a1 x 、g p r s 、u m t sw c d m a 和c d m a 2 0 0 0e v - d o 等提供较高 分组带宽( 1 0 0 k b i l s 以上) 的无线网络根据流媒体数 ：i l ：源的4 ：同，可以分为视 频业务和音频、j k 务。往无线j 碉络上，：；叫一接口带宽的不断增加为流娥t s , j k 务提供j 良好的物理基础，从而可以使流媒体业务移动起来。 _ f j _ 迎过结合无线应用的1 i 受时 问、地点限制的业务灵活性，移动流媒体业务将会更加二卜富和更加具有吸引力。 1 2 研究背景及意义 虽然流媒体在当今的互联网中应用已经非常酱遍，然而若要在无线链路上提 供流媒体业务仍旧充满了挑战。一方丽，如前所述，互联网r 的流媒体解决方案大 多是私有技术，如何使不同流媒体系统之闸有效互联，具有互操作性是而临的主要 困难之一。另外，因为无线网络的带宽十分有限，而且传输链路受复杂的无线环境 的影响而不断变化，所以传输速率非常不稳定，具有较高的数据包丢失率和较高的 时延。这些限制来源于无线通信的本质，即有限的无线链路可靠性，有限的数据吞 吐量和用户的随机移动性。从最终用户的体验上来衡量移动的流媒体的播放效果， 就会经常出现回放中的播放中断，同步丢失，以及播放画而中出现马瘗克等诸如此 类的现象。 移动流媒体业务的”展一方面给移动增值服务带米了新的希望，仉另一方面 还存在一些在移动流媒体、l p 务的发展过程中不可轻易忽视的问题： ( 】) 流媒体解决方案的私有化影响业务的互通性 目前主流的流媒体业务的提供商，如r e a ln e t w o r k s ，微软等的流媒体解扶方 案均包含有很多私有技术，这给实现流媒体系统之间的互联互通带来了不小的 难。移动流媒体业务需要制定，t 放性的国际标准，从而一开始就能保证移动流媒体 3 g p i ) 流蝶仆吗迎l 川龄的研究 、l k 务i 门巧通一什。 f 2 ) 址线l 叫络7 带岛：段。， ijj c p lq ， c d m a1 x 与g p r s 分别作为当前笫25 代的j 二流无线网络技术，m 络传输 宽较之以前仃了很大的提f 箭但仍然十分有限。c d m a1 x 在理沦峰值情况下下= j ： 传输述率达剑l5 36k b p s ，f ! l 实际占i 兄卜 稳定的传输速率通常在7 0 至8 0k b p s 左7 i 。g p r s 存邢论上可以达到l15 k b p s 2 0k b p s 左右if i 随者使_ | _ 1 1 用厂1 的增加， 但实际情况下，稳定的传输速牢通常在 网络的性能将会进一步下降。 另外无线网络的，c 币干扰，会导致网络传输发生误码的口j 能性大大增加。 ( 3 ) 移动终端处邶能j 较低，内存容量较小 虽然目前幽内市场j j 基 。a r m 9 或是与此同等能力u 0 芯1 的高端手机已经越 米越多，仉由丁手机中低端用户丝数庞大而带来的巨大的币场商机，使得各个终端 厂家划中低端用户尤为荸视。因此目前占市场份额最多的、二卜流的于机仍然采用的 是a r m 7 系列的：占片，处理能力仪在几卜个m i p s 左右。 目前移动终端的内存容量i 通常也比较有限。市场上主流的b r e w 手机预船给 应用程序的动态内存通常在7 0 0k 字节左右：基于j 2 m e 的手机预留给应用干旱序的 动态分配的内存通常在6 4 k 或1 2 8 k 字节：基干s y m b i a n 、l i n u x 、w i n d o w s m o b i l e 等操作系统的高端于机预留给应用程序的动态分配的内行在l 至4 m 字节左南。 ( 4 ) 终端系统平台、显示屏幕的尺寸多样化 榭对于个人电脑的、，台而言，移动终端的系统、f 台多样化更加明显，常见的 系统、l i 台有s y m b i a n 、l i n u x 、w i n d o w sn m b i l e 、p a l mo s 、i s a 以及一些私有、r 台。 移动终端系统多样化在很长的一段时问内将会继续存在。为了提供一个统一的手机 应用霹f 序运行环境，1 2 m e 与b r e w 应运而生。但不列的厂家对j 2 m e 与b r e w 的支持通常都存在差异。f 台的多样化i 】| _ 】卜终端的丝示屏幕大小不一，使得实现适 应多种移动终端的应削捍序难度非常大。 虽然要：l | = i 实现移动的流媒体、i k 务，仔在如i - 所述的难l 臼索，但是还是有可 能的。i 圈为固定的互联网r 的流媒体土要还足由私有系统所i 导，所以此项、i k 务是 否能确：移动网络叫i ，j 。泛采j t i 的关键l 纠素则是开j j 叟的系缆问的瓦操作性和稳定的业 务性能。过士破成功商用在互联网j 的流媒体解决方案几乎全都是基于一u ! 私何的 3 g p p 流姒体码述峭牡们究 技术，这p j 现存的互天1 侧一l 的流媒体应j 1 术需受傲做必篮的修改之后，才能在无 线网络环境r j 良好地运行起来。第代伙伴项t - 划( 3 g p p ) 标f 化化“1 纵c 2 经存 版本4 的l 见池巾标“l 化了移动流媒体、务，为了侵其虹县有竞争力和吸引力，f l 版 本5 中又加入了新的t 具和媒体类，亿还刘不mj 苛删，不唰传输和不刚移动网络设 置刘业务质帚的影响进行了系统化的研究，并：| 哿其补充为“r t p 用例横j 技术报 告”。该报告有两个日标，个是使流媒体应用升发者认识到在移动网络环境f 算 法或者参数的重要性：另一个则是做为网络运营商的参考模型，通过j ! l ! f u ￥流媒体应 用的本质，运营商能够定义适合流媒体通信的无线接入的承载设置。该报告记录了 尤线使用效率，业务质量( q o s ) 保i e ，网络条件的反馈，流和码速洲整，流媒体数 据的最佳分组化，分段效果和容错机制。在版本6 巾，3 g p p 在g s mq o sp r o f i l e 之j j ；! l ! 定了一些r f s p s d p 的改变，利用r t p | j j 、议的灵活性标“e 化了互操作性和 有效性所需的两个功能一一鹏速洲槎和重t 。这些标准的高级流媒体方案：悔最终驱 功运营商利用户使用流媒体业务。 为了能使流媒体业务成功地应用在移动州络上，给用户可以接受或者更佧的 体验，如何针剥小断变化的无线链路质量进行自适应码速涮整是能使此项业务得以 广泛开展的关键。本文将二e 要针剥3 g p p 版本6 中的码速嘣整技术做迸一步的研究。 本文的第章做为绪i 仑，从流媒体的起源及历史发展开始，谈到流媒体业务 的基本概念和特点，多媒体的编码类型和主要的流媒体应用，接着阐述了将流媒体 业务引入移动网络的意义和所要而对的困难，近而引1 解决这些困难的有效方法之 一的码速涮整方案。 在木文的第二章将系统化地介纠移动流媒体系统的各个功能模块，包括内容 编码器，流媒体服务器，无线网络承载、播放器、移动流媒体业务流程及主流的多 媒体编码格式等，从而剥移动流媒体系统有一个比较全而和黎体的认识，并且为后 续的研究奠定基础。 本文的第三章主要介绍移动流媒体的协议栈结构、客户端缓 ，区机制和信令 流程并将其做为后续进一步研究码速洲整的基础。 第四章是本文的核心部分，将对移动流媒体的码速恻整展”进一步的讨论， 其中包括码速调整的目标、基本原理，主要方法，涉及码速训整的功能实体，信令 流程及进行码速渊祭的依据。主要研究思想即是通过剥标准的流媒体阱议进行必要 的扩展，增加必要的码述涮整参数，从而使其得以实现。最后，通过列实验网络中 ：堕生竺! ! 尘竺塑! ：塑! ! ! ：! ：些堕苎 ! 皇! ! 堕燮! ! ! ! ! 鲨塑鳖1 1 1 1 旦 n 1 。史洲纪粜j j i 行忡能分折，从而一伶证一j 心述酬警算泄、n 0 有效r l ：。 第h 弓- 避站沦1 邵分，刘个义做l j 总绀，j i 划木- 二做丁一1 些他。h 。 3 g 1 ) p 流媒体码逮渊牡的料宄 第二章移动流媒体系统概要 2 1 移动流媒体系统组成 图2 1 移动流媒体系统结构图 雷l2 1 捕绘出了典型的移动流媒体系统的结构框吲。该系统主要由实时或者非 实刊的多媒休内容编码器、流媒体服务器、各种客户端平台的橘放器以及底层的无 线承载网络组成。 多媒体内窬编码器( e n c o d e r ) ：用于剥多媒体内弈进行实时或者非实时的压缩 编码： 流媒体服务器：用于管理并传送大量多媒体文件： 客户端的播放器：负责解码并且在用户端屏幕j j 呈现流的内容： e 柬邮t u 人二j 碰! 一t 刈f 究牛。竹沦史3 gp p 流媒f l l 坞逃l 用船的研究 尢线1 输网络：负责忙输所有流媒体信息，乜括控制命令信息，也也 ，l 多 媒体数州内棒亿，鼬、。圯线传输i q 络舣也抓兮i i ，核 1 、无线j 安入刚、l l ，分圳核，l 同等。 2 2 移动流媒体基本概念及工作原理 流媒体指在互i 陕网中馒川流式传输技术n 0 连续时丛媒体，如：音频、视频歧 多媒体文f l ，通过把连续的影像和声音信息经过n i 缩处理后j ：5 到网络服务器h 然 后延用町变带宽技术，在数据同络卜按时间先后次序传输和播放的连续音视频数 拥的一利一工仵方式，它会涉及到流媒体数据的采集、压缩、存储以及网络通信等多 项技术。 移动流媒体业务就足流媒体披术存移z 曲例络和终j 揣j 一的应 j ，i 要足利1 i - 前25 g 或3 g 的移动通信网，为于机终端提“l 音频、视频的流媒体服务。 流媒体实现的关键技术就是流式传输。流式传输的定义f h r 泛，现在主要是 ：旨通过网络传送媒体( 如视频、齑频、图片譬) 数掘n 勺技术总弥。文现流一传输土 坚又分为顺序的逐量下载传输( p r o g r e s s i v e d o w n l o a d ) 和实时流式传输( r e a l t i m e s t r e a m i n g ) 。 l 顺序流式传输 顺序流式传输足顺序卜- 载，和下载文件的同时用户可观看再线媒体，在给定 时刻，用户j 能规看已f 裁的 | 5 部分，而1 ：能跳到还未下载的前头部分，顺序流式 传输不象实时流式传输在传输期问根据用户连接的速度做调整。山了。标准的h t t p 服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊阱议，它经常被称作1 i t t p 流式 传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如，1 头、”尾和广告，山二j 该文件 在播放前规后( 勺部分是无损下拔的，这种方泄、保证i b 影播放的最终质蜀。这意味着 用户舀二观看前，必须经历延迟，刊较慢的连接尤其如此。 划通过州带4 解i j 封器发布短”段，顺序流式传输显得很实用，它允汁用比网络 传输速率更高的数据述事创建视频片段。尽能有延迟，。# 竞可以让你发布较高赝晕 的说频片段。 顺序流式文件被放在标准h t t p 或f i1 ，服务器l i ，易1 + 管理，基本一卜与防火 瑞无关。坝序流式传输不适合长片段和有随机访m 要求的视频，如：讲座、演说 3 g p p ；耗媒体f l 马述删帮f 冉研究 砘示。它也不支持现场广播，“格说求，它是一种点摘技术。 实时流式他辅指跺证媒体信弓带宽与网络连接1 ，呻【j ，使媒体可破实州则福剑。 寅时流与h t t p 流式传输不刚，他需蛩e 用的流媒体服务器与传输协议。 实叫流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可 快进或后退以观看前而或后面的内弈。理沦_ ，实时流一经播放就可不停止，但实 际j - ，可能发生周期暂停。 丈时流式传输必须匹配连接带宽，这意味着在以唰相j 解州器速度连接时吲缘 质量较蓐。而且，山予出错丢失的信息被忽略掉，刚络拥挤或出现i dj 题州，视频质 量就会很麓。如欲保证视频质型，顺序流式传输也许更好。实叫流式传输需要特定 服务器，这些服务器允许你列媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管删 比标准h t t p 服务器更复杂。实时流式传输还需要特蛛网络m 议，如：r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c ol ) 或m m s ( m i c r o s o f tm e d i as e r v e r ) 。这些协议在有防 火墙时有时会出现刚题，导数用户不能看到些地点的实时内容。 当流媒体在实时应用当中( 如现场流媒体直播) ，流媒体服务器将会根据当前 的网络状况和用户的终端参数，一边编码多媒体数据，一边将其传输给用户，即直 播方式。而在其他的1 f 实时应用当中，多媒体数据可以被事先编码生成多媒体文件 存储存磁盘阵列中。当提供多媒体服务时，流媒体服务器直接读取这些文件传输给 用户，这样的服务方式刘设备的要求较低。目前许多流媒体服务属于后一种点播方 式，这样就要求流媒体服务器具有一定的机制来适应网络状况和用户设备。 流式传输的实现需要两个条件，一个是需要合适的传输f j 、议，另一个则是客 户端播放器需要缓存。 流式传输的实现需要合适的传输协议。山予t c p 需要较多的开销，敝不太适 合传输实时数据。在流式传输的实现方案t tp ，一般采用l t t t p t c p 来传输控制信 息，而用r 7 i 、p u d p 来传输实时多媒体数据。 流，【：i = 传输的实现需要缓存。到为数据网以包传输为基础进行断续的异步传输， 剥个实时或存储的多媒体文什，在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动 态变化的，各个包选择的路由可能不尽十h 同，故到达客户端的时问延迟也就不等， 甚至先发的数据包还有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响， 3 g ”流蛳体吗迎删整f l j 叫宄 j i 保数捌包n j _ 1 i 】| mr j ：i 自从而使媒体数据能连续输，矶d i 会为网杵钎叫训】堰 他橘放m 驯学颧。迎沾i 岛趣缓j 所? 蔷容野j i 不大，j , j 商过缓捐：他川蚪形锰求站构 米存f i f i 数扔；：j 正j 丢f r 已经播放n 1 i 锌，流可以亚新4 , f 川! 的生绥俘。h 1 j 米缓 朽：后续尚未播放阿j 内 。 在移动网络、i 刖巾，力了克服无线j 硐络j ! = 、境柳尽力而为服务网络- ；j 起的不稳 定的传输质量，3 ( ，引入了码速调整技术。目前码流自适应这功能主爰采用的 山利：足将多媒体文什中的桃频码流转换为一个特定吗串和降】像尺_ j 的码流：或哲把 同段视频l 容编码啦成多个具有不同码率和图像j t 寸的码流，然后i i 适应地选择 一个最合适的码流传输给用户。生成的码流还需要进步打包成为特定网络传辅协 议的数据包用于网络传输，山1 一现在i 7 r 多网络行、能保证传输的投据能够及i i i f 完 全止确地铍用户收到，传输的数执 包可能需碍加 i 口向纠错编码( f e c ) 米保护，纾 过这唑处耻后多媒体数据就可以通过网络传输给用户，日前比鞍常_ 【| 1 i o 传输汉有 r 1p r t c p 、h t t p 用im m s 。 用户收到传输的数掂之后，如果存在丢包或者是比特出销，销误恢复处j | l ! 模 块会根据附j j 丌的纠锚数据比特来恢复传输销嵌。如果辽不能恢复传输i y ，川。端 可以向服务器发出重传请求，在解码开始前重新传牟俞丢失的包。恢复后的多媒体数 据将由解码器解码得列重构的多媒体数据，由于容错保护和数据蕈传可能不能恢复 所有的错误数据，错误掩藏模块町以利用覆构的多媒体数据的牛关性来掩羔这些锚 误，最后这些数据就播放给用户。 通常流媒体系统中的服务器和用广之问j 1 _ 不是甲向通信，如前丽提到的霹传 请求。事实卜，用户端会传递给服务器许多反馈信息，如终端设备的能力和刚络连 接速度会传给服务器的码流白适应模块朱渊整码流，在实时应用中这些信，鲁、还可能 传给编码器：用户端的丢包率、数据包收到的时问信息和用户缓冲区状态等信息也 会传递给服务器米估计当前的网络状况，从而控制码流的自适应雨i 数据的发送策 略。从上而的捕述来焉，实惭：j ：流媒体系统在多媒体信扈、处理q 一是一个1 叫 复杂的 系统。 2 3 移动流媒体的播放方式 l 单描 在客户端与媒体服务器之间需要建立一个华独的数抓；通道，从一台服务器j 羞 此柬l 乜人坝l 讲宄牛。j ：付睑文 3 g p p 流媒体述渊牡n 0 ”，t 小的每个数删包= 能传送给 个客户机这种传送方式f 4 ：为即插。何个几户必须分 别别媒体眦务器发送p 独f | 0 查询，而媒f $ t 1 1 j 务器必；i j ! 向每个州户发送所i l i ，孙j 数扭： 包拷贝。这利，巨大冗余阿先造成h k 务器沉m 的负担，响应斋要很长时问，型至停i i - 播放：管4 人员也被迫购买硬件和带宽束保矸定的 k 务质量。 2 纠j 罱 i p 绷播技术构建一种具有纠播能力的刚络，允许路由器一玖将数据包复制到 多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够刘) l - i 一万台客户机州时发送连续数撕； 流而无延时。媒体般务器只需要发送一个信息包，而不是多个：行有发 请求的客 户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络r 传输的信启、 包的总量。网络利用效率大大提1 萄，成本大为下降。 点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。杠点播连接中，用户通过选 择内弈项目米初始化客户端连接。用户可以y t 始、停止、后退、陕进或暂停流。点 播连接提供了埘流的最大控制，仙这种力式山于每个客户端各自连接服务器，将会 迅速用完网络带宽。 广播指的足用户被动接收流。在广播过程中，客广端接收流，似不能控制流。 例如，用户4 i 能暂停、快进或后退该流。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送 给网络上的所有用户。使用华播发送时，需要将数据包复制多个拷贝，以多个点 对点的方式分别发送到需要它的爿| 5 些用户，而使用广播方式发送，数据包的单独一 个拷贝将发送给网络上的所有用户，而不管用户是否需要，上述两种传输方式会非 常浪费网络带宽。组播吸收了上述两种发送方式的长处，克服了上述两种发送方式 的弱点，将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户。纽播不会复制数据包的 多个拷贝传输到网络上，也不会将数据包发送给不需要它的那些客户，保证了网络 卜多媒体应用l 用网络的最小带宽。 2 4 移动流媒体业务流程 通常，移动流式传输的业务流稗如下所示： i 用户选择某一流媒体服务后，w a p 浏览器卜jw a p 服务器之间使用h t t p f c l l 交换控制信息，以便把需要传输的实时数抓；从原始信息l 巾检索来； i l a , * 邮也人宁城l 州i ! t 。7 - 垃沦土 2 w a p 浏览器j _ _ ：z 珈流媒体辑户柙序，馒川h t t p 从w a p 懈务器榆索干j ：参数 埘流媒休客户群序秽j t 扪也，这些参数叭j 芒也抵l i 录点鬯、流媒体数j l l ：的编心炎叩如或 与流媒体检索十h 共的服务器地址： 3 流媒f 4 、客j 1s tr ? ：及流媒体服务器运行实流阱议，以交j 受流媒体f 输所斋 的控制信息，实时流协议提“l 执行播放、帙