移动流媒体

移动流媒体通信中的视频编码标准

沈燕飞 周树民 张冬明 余乐军

1 移动流媒体简介

流媒体最先出现在固定互联网络。目前在网络上传输音视频等多媒体信息的方法主要采用下载和流式两种传输方案。前者由于大文件往往需要大量的存储容量，同时受到网络带宽的限制，下载常常会花数分钟甚至数小时，延迟很大。采用流式传输，声音、影像或动画等文件边下载边播放，当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分在后台从服务器内陆续下载，不仅使启动延时呈十倍、百倍地缩短，而且也不需要太大的缓存容量，用户不必等待整个文件全部从网上下载，就能观看。

无线网络中流媒体业务主要是面向cdma2000和GPRS1、UMTS2等提供较高分组带宽（100kbit/s以上）的无线网络，根据流媒体源的不同，可分为视频业务和音频业务。目前基于有线的VOD3、AOD4等业务受到用户的广泛欢迎。在无线网络上，随着空中接口的带宽增加，为流媒体的业务提供了良好的物理基础，结合无线应用不受时间、地点限制的业务灵活性，移动流媒体业务将会更加丰富、更具吸引力。世界杯精彩进球片段回放，移动商务中股指、期指回放，电影精彩片断欣赏，流行音乐欣赏等丰富的节目都会成为流媒体的典型应用。另外，通过视频卡进行视频、音频源的采集，可以完成节目的直播，电视、CD等节目源的实时播放。

移动流媒体业务的功能是给移动用户提供在线的不间断的声音、影像或动画等多媒体服务，而无须用户事先下载到本地。流媒体业务支持多种媒体格式如Mov、MPEG-4、MP3、Wav、Avi、Au、Flash和AVS-M 等，可以播放音频、视频以及混合媒体格式。

2 移动流媒体技术特征

流媒体实现的关键技术就是流式传输。流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术。流式传输又分为顺序流式传输（也经常被称作HTTP5流式传输）和实时流式传输。顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输在传输期间不根据用户连接的速度调整（这与后面所说的实时传输不同）。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如讲座、演说与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。

实时流式传输要求保证媒体信号带宽与网络连接匹配，从而可实时观看媒体。实时流与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，可能发生周期暂停。

在流式传输中，使用RTP6/UDP7和RTSP8/TCP9两种不同的通信协议与A/V（Audio/Vedio）Server建立联系，

1General Packet Radio Service通用无线分组业务

2 Universal Mobile Telecommunication System

3 Video On Demand视频点播

4 Audio on Demand音频点播

5 HyperText Transfer Protocol

6 Real Time Protocol

7 User Datagram Protocol

是为了能够把服务器的输出重定向到一个运行A/V Player程序所在客户机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图1所示。

3 移动流媒体中的标准

众所周知，电信系统之间的互操作性至关重要，而保持这种互操作性的关键就是需要制定电信设备制造商及运营商在制造产品及提供服务过程中必须遵守的开放标准。在提供无线流媒体方面，已经有数个音、视频压缩标准及基于包传输的标准得到了较充分的发展。而通过对视频编码标准的压缩效率、可扩展性、容错能力及占用的运算资源等因素加以折衷考虑可以认为，最适合目前移动通信技术及移动终端制造水平的应该是H.264视频编码标准和中国音视频编码标准AVS-M。

3.1 视频编码标准

近年来，国际电信联盟VCEG（视频编码专家组）和ISO 的MPEG（活动图像专家组）的专家们组建了JVT（联合视频小组）共同研究视频图像的高效压缩编码。他们制定的标准被分别称为H.264 和 MPEG-4 高级视频编码（MPEG-4 advanced video coding）。在信息产业部和中国科学院支持下，中国音视频编码标准化工作组AVS也正在制定适合于移动流媒体的视频编码标准AVS-M。这些编码标准不仅能够适应相对恶劣的无线传输环境，还能满足无线流媒体传输系统在传输质量、传输速度及传输时延等方面的要求。下面以AVS-M 视频编码标准为例，对这些特性加以简单的描述：

（1） 高压缩比及低运算量

一般来说，无线信道所能提供的带宽或数据比特率是受限的，而且为移动服务所付费用与该用户在无线链路上传送的总数据量成正比，这就要求流媒体传输系统在对流媒体进行编码时，要有较高的压缩效率，尤其对视频编码更是如此。AVS-M 视频压缩标准提供了包括宏块内4运动矢量，无限运动矢量，帧内预测等视频压缩工具，从而可以较好地满足无线流媒体应用对高压缩比的要求。

在选择视频编码标准的时候，不仅要考虑获得高压缩比，还要根据目前移动终端的硬件环境考虑到该标准的运算复杂度。采用较高计算复杂度的编解码标准不仅会提高移动终端的硬件成本，而且由于功耗的增加，会减少移动终端的电源持续时间。和以前的编码标准相比，AVS-M的实现复杂度更加适合无线流媒体的应用。

（2） 传输速率可扩展性

同时，为了适应各类应用对码速率的要求及无线链路实际状况，音视频编码器应该能调整诸如帧的大小、帧频及解析度等参数。AVS-M编码器就可以通过调整这些参数，使得编码后的视频流具备多样的数据速率,从而满足无线流媒体应用对编码器可扩展性的要求。

（3） 高容错性