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运行在移动数字网络上的移动多媒体方案

8/30/2003
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第一部分 引言

  随着移动通讯技术的发展以及移动数据业务和可以承载数据业务终端的普及,基于传统话音业务的竞争已经不再是移动电信营运商关注的焦点;在移动数据平台上运行的多种多样的增值业务已经成为移动营运尚提升自己竞争力的制胜法宝。尽管全球股市中IT泡沫的破灭导致3G移动网络的建设和3G业务的推出被大大推迟,电信营运商仍在积极寻求适当的解决方案;他们在追求高速移动数字网络和降低巨大的网络建设成本之间寻求一种折中,折中的结果是可以较好兼容2G网络的2.5G网络技术(CDMA1X和GPRS)近两年在全球被率先采用,相应的在2.5G网络上的增值业务也得到了迅猛地发展。

  在中国,伴随着CDMA1X和GPRS网络的建立,基于1X和GPRS数据网络的多种业务需求应运而生。其中包括上网业务、邮件收发业务、彩信业务、GPS业务,移动VOD业务、移动MOD业务、可视电话业务、VideoEMAIL业务。我们认为移动VOD业务和可视电话业务是最能体现CDMA1X网络价值的业务,而移动MOD(Music On Demand)和增强型视像彩信业务(VIDEOMAIL)可以最好体现GPRS现有的特点。


  广州富年电子科技有限公司的核心技术人员长期致力于多媒体信息处理和电信服务软件的研究和开发,在多媒体压缩技术方面有丰富的经验。通常,涉及到视频和影象的流媒体业务只能运行在3G网络上面;但由于最近两年视频压缩技术的长足进步以及我们在这个领域不断地研究和突破,使我们成功地在2.5G网络上面推出了移动VOD业务和移动VideoPhone(或者VideoEmail)的移动流媒体系统解决方案。

第二部分 技术背景

  我们先简单回顾在我们的方案中涉及到的几个关键技术当前的状况

1,2.5/3G移动数据网络

  目前中国联通正在积极推广CDMA1X网络上可能的各种应用,可以预计,伴随着CDMA1X数据网络会有大批基于移动宽带网络的应用涌现出来。作为典型的2.5G技术,CDMA1X在网络传输带宽上有了很大的提高,中国联通宣称,CDMA1X网络的峰值下载速度可以达到144Kbps;测试显示,在信号良好的情况,CDMA1X的终端的平均下载速度可以达到40Kbps到80Kbps。另一项测试显示,在通常情况下,CDMA1X的上载速度可以达到32Kbps,显然CDMA1X网络有巨大的应用潜力。

  中国移动的GPRS网络也已经建成,移动宣称GPRS最高下载速度可以达到40Kbps,我们的测试显示其平均下载速度可以达到20Kbps。移动GPRS网络的优点在于它的覆盖范围广泛,可支持的终端种类多。

  电信营运商声称在将来的3G网络中,峰值下载速度将2Mbps。业界预计中国政府将在2005年前批准至少两个3G牌照。

  但是比起欧美和日本、韩国等发达国家的2.5G网络,中国的2.5G网络还有很大的局限性。主要表现在平均传输带宽低,CDMA1X的传输带宽只想当于发达国家的1/2,GPRS的传输带宽也只达到发达国家的1/3,且稳定性差。这种情况导致国内2.5G的数据业务单调且难以普及,国外基于2.5G网络的增值业务的成熟模式和技术也难以直接照搬到中国的2.5G网络上。这就为我们提供了巨大的机会和挑战。

  综上所述,我们已经进入了一个移动带宽可以初步承载多媒体业务的时代,激烈的市场竞争促使移动多媒体业务势在必行。而中国2.5G网络的局限性,将使移动多媒体压缩技术和流媒体传输技术在移动数据业务的推广和应用中起到更加重要的作用。

2,多媒体编码技术

  我们注意到,多媒体编码技术在最近十年得到了前所未有的应用。VCD和DVD系列产品在中国得到了极大的普及就是一个具体体现。为了在同样的网络条件下传输更好质量的视音频内容,我们需要引入更好的图象和声音编码技术。我们认为当前VOD系统中广泛采用的MPEG-2编码标准、H.263标准和MEPG-4 SP编码标准不能良好地运行在当前中国2.5G网络环境中;而刚刚完成的H.264标准具备在当前中国2.5G移动网络上被广泛应用的潜力,其主要理由在于:

  1)H.264的压缩性能比MPEG-4 SP提高了3倍,比H.263++提高了2倍;在低带宽下H.264的优势更加明显。比起国外移动视频编码(如PacketVideo公司)广泛使用MPEG-4 SP标准,我们的H.264编码器输出的压缩图象在同等质量下带宽要求减少一倍多,这样我们的视频流在中国的移动网络上运行的流畅和清晰程度要远远优于国外目前的解决方案。

  2)H.264在编码中引入了抗误码的功能,最适合有噪声的无线传输环境。

  3)在语音编码方面,G.722.2作为第一个可运行在移动环境上的宽带音频编码标准,其声音质量比GSM和传统的CDMA有了显著的提高,而所需要的带宽基本没有变化。G.722.1作为第一个ITU的宽频音频压缩标准,在同等速率下,压缩性能比MP3有了显著的提高。

  综合考虑中国2.5G的网络状况和H.264以及G.722的编码性能,我们认为现在是推广基于H.264技术的移动VOD业务和移动可视电话业务的最好时机。

3,终端处理技术

  我们知道,多媒体业务对终端的要求比传统业务对终端的要求高。在移动的环境,由于功率消耗的限制,这个矛盾更加突出。然而,最近几年芯片生产厂商在低功耗、高性能处理器方面取得了十分显著的进步。Intel推出了高主频、带Wireless MMX增强的移动CPU Xscale系列产品。而基于Xscale和基于Microsoft WinCE系列操作系统的PDA和手机越来越多。TI的OMAP CPU也显示了在移动领域的强大处理能力。今年国内将有五到七家手机厂商推出采用上述CPU和操作系统的PDA或者SmartPhone。

  另外,传统的手机厂商象Nokia新推出的手机也开始采用功能更强的处理器和拥有更大的内存,可上网和支持彩信业务已经成为主流手机机型的基本配置。

  因此,正在成为主流的智能多媒体移动终端已可以支持我们将要开展的移动VOD和移动可视电话业务。

第三部分 业务描述

  根据中国2.5网络的特点,结合我们自身的技术和系统解决方案的优势,我们针对CDMA1X网络推出了移动VOD,增强型移动视频邮件、移动可视电话的系统解决方案。在GPRS网络上则推出了移动音频点播业务,移动视频邮件业务。下面我们对这些业务做具体描述。

一、移动VOD方案

1,业务描述
  移动VOD业务的基本业务流程为:
  1)终端浏览节目目录,
  2)选择需要点播的内容,节目目录包括实时节目流(如电视新闻)和非实时节目流(如电影)。
  3)终端将选择好的节目编号发送到服务器提出点播请求,点播请求还可选择播放模式,然后终端等待接受节目流。
  4)服务器在接到点播请求号,从视频数据库或者实时节目源中获取需要传输的节目数据流,送到缓存中,然后向终端传输节目内容。
  5)终端接收并实时解码和播放节目内容,需要时可保存在终端上。
  移动VOD系统可以满足移动用户了解即时视频新闻,了解最新娱乐信息的需要。

2,系统结构
  整个系统的结构如下图所示


  其中各个功能模块的描述如下:

1)终端系统
  在终端上安装的软件可浏览并选择节目源,可实时接受服务器的流媒体,并实时地解压缩视音频数据流以及在终端上显示和播放出来。
2)VOD目录服务器
  负责响应用户的登录请求,查询节目在数据库的位置,将终端信息,节目位置告知流服务器,并做必要的统计。
3)流服务器
  流服务器负责并发地向终端传输节目内容,必要时在断点处重新传输。
4)视频数据库
  用于存放已经在制作好的节目。
5)实时视频服务器
  实时编码视频和音频节目
6)计费服务器
  可根据播放时间,流量,时间段,次数采用不同的计费模式做统计。

3,技术指标  
  1)并发用户数量:同时并发用户量30,000个,注册用户量500,000个。
  2)响应速度:小于5秒钟
  3)数据传输带宽:在CDMA1X上每路48Kbpss到100Kbps,在GPRS上每路16Kbps到32Kbps。
  4)最大节目长度:小于60分钟
  5)视频质量:图象大小QCIF,帧率从5帧到15帧
  6)音频质量:音频质量优于当前CDMA音频质量,在同等带宽上品质超过MP3。

4,运行平台
  1)支持的终端:笔记本,PDA(iPAQ,ET180),SmartPhone,Nokia 7650, Nokia 3650。支持基于Xscale为CPU的移动终端,基于OMAP的移动终端。
  2),支持的操作系统:支持Pocket PC 2002、2003,支持Symbian,支持SmartPhone.
  3)网络平台:CDMA1X,GPRS,宽带网络。

5,相关标准
  1)传输协议
  RTP实时媒体传输(IETF RFC 2190)
  RTSP实时流传输(IETF RFC 2326)
  RTCP实时媒体传输控制(IETF RFC 1889)
  SDP会话描述(IETF RFC 2327)
  2) 视频编码:H.264标准
  3) 音频编码 :G.722.1标准,G.722.2标准  

二、移动视频邮件方案

  1,移动VideoEmail的基本业务流程:
  1) 开始录制视频和音频片段,编码视频和音频内容,
  2)终端向服务器发出发送EMAIL的请求
3)终端同时缓存和发送视频和音频内容的邮件到服务器。
4)服务器保存EMAIL。
5)服务器将EMAIL通过Internet发到目的地。

2,主要技术指标:视频大小为QCIF,视频帧率在每秒5到15帧,音频质量不低于电话质量。

三、移动可视电话方案

1,业务描述

移动VideoPhone的基本业务流程为:
1)主叫终端发出呼叫请求。
2)服务器响应请求,服务器呼叫被叫终端。建立主叫和被叫终端的连接。
3)主叫终端实时编码视频和音频数据流并传输给被叫终端。
4)被叫终端解码数据流。同时被叫终端编码视频和音频数据流并传输给主
叫终端,主叫中断解码视频和音频数据流。
5)任何一端申请终止通话。服务器终端会话。

2,示意图

  一个跨各种网络和终端的可视电话系统图如下:


系统:
  1)包括笔记本、PC计算机、PDA、手机各种终端
  2)可以跨宽带和CDMA1X移动网进行交互可视通讯。

3,技术指标.
1)并发用户数量: 同时并发用户量50,000个
2)响应速度:小于5秒钟
3)数据传输带宽:每路32Kbps-64Kbps
4)视频音频质量:图象大小QCIF,帧率3到15帧,音频质量优于当前CDMA音频质量

3,相关标准
   1) 传输协议
  RTP实时媒体传输(IETF RFC 2190)
  RTSP实时流传输(IETF RFC 2326)
  RTCP实时媒体传输控制(IETF RFC 1889)
  SDP会话描述(IETF RFC 2327)
2)视频编码:H.264标准
3)音频编码:G.722.2标准  

三、为中国移动GPRS定制的业务

  我们为GPRS定制了两种业务。
1, 音乐在线业务(Mobile Music On Demand)
   终端可以快速查询想要点播的音乐,然后终端选定点播的节目,服务器认证后即可在线播放。也可以按照用户设定的模式连续在线播放。其声音的品质相当于AM广播。

2, MTV下载业务
  采用了H.264和G.722.1编码技术处理的数据流大小是同类其他系统编码输出的1/3到1/2,可以为用户节约一倍的传输时间和流量收费。

3, VideoEmail
  可将一个15秒左右的视音频片段通过GPRS上传到指定的EMAIL信箱或安装有我们的客户端软件的移动装置中。其支持的终端包括现有可支持彩信业务的移动终端。

第四部分 结束语

  我们的目标是将最新的视频和音频编解码技术和流服务器技术应用于包括有线宽带和移动数据网络中。使宽带互联网中与视频和音频有关的成功业务模式延伸到移动网络上来,并充分发挥移动网络方便灵活的特点。相信我们开发的业务模式和可运营的系统平台将为移动营运商、增值业务提供商、和移动最终用户创造出新的服务价值。