3GPP移动流媒体服务技术规范概述

一、    简介

移动流媒体是一种实时传输数据的方法，它让用户在整个内容被传送完之前就可以开始观看。目前，流媒体通常在宽带网络的音频和视频传输中被使用，但是它在移动网络里也正变得切实可行。

制订于 1998年的 "第三代合作伙伴计划 "（ 3GPP）是一份由几个电信标准化组织共同起草的合作协议。原先其范围是利用 WCDMA无线通信技术，制订全球适用的基于 GMS网络的第三代移动系统技术规格说明和报告。现在，这个范围还包括了 GSM系统的维护和更进一步的发展。同时还存在一 ?quot;姐妹计划 "--3GPP2，但它是建立在逐步形成的 CDMA技术（使用 CDMA2000无线通信技术）基础上的。在官方网页的第一和第二页中可以找到更多的相关信息。

显然地，端到端的包交换流媒体服务（ PSS： Packet Switched Streaming Service）是一种定义在 3GPP移动网络交互流媒体服务框架的规范。这一框架的重新使用，是通过 IETF(协议、负载格式 )， W3C（场景描述）， MPEG， ISO和 ITU（编解码，媒体文件格式）等组织进行的。 PSS首先是出现在 3GPP Release 4版本中。在 3GPP2的多媒体流式服务（ MSS）规范中也正进行着相似的工作。

PSS是一种应用层服务；该规范主要是安排流媒体客户端和服务器的通信过程 [图 1]。虽然流媒体能受益于网络支持（例如：服务质量 -QoS），但 PSS需要工作在不同 QoS的承载网络。因此，该服务的定义应该能够自适应于不同的网络。

二、    移动包交换流媒体服务规范版本

流媒体服务的基本框架规范出现在 3GPP Release 4版本中。 Release 5版本介绍了交换能力增加等特征，而大部分新的特征被合并到 Release 6版本中。接下来将对不同的版本作更详细的介绍。

PSS Rel-4版本

3GPP Release 4版本（ 2001年 3月定稿）中定义的基本框架是：协议、编解码和 3GPP文件格式。图 2说明了 3GPP的协议栈。所有流媒体的相关协议都是利用 TCP和 UDP为他们传送。表 1列举了相关协议的摘要。

表 1 PSS流媒体相关协议摘要

RTP	实时传输协议 [RFC 1889， RFC 1890]	RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步，例如：音频、视频或模拟数据。 RTP不处理资源预定，并且不保证实时服务的服务质量 [6]。在 PSS中， RTP通常使用 UDP来传送数据。
RTCP	实时控制协议 [RFC 1889]	RTCP的主要功能是为数据的传送情况提供反馈。接收端定期将报告信息发送给发送端（报告信息包括：接收端测量到传输过程中的不稳定情况和信息包丢失的数量）。
RTSP	实时流协议 [RFC 2326]	RTSP被用于建立和控制连续媒体的时间同步流。它为多媒体服务扮演 "网络远程控制 "的角色。 RTSP是文本协议并且类似 HTTP，其主要不同之处在于 RTSP是标准的流媒体协议，并通常利用独立传输协议（通常是 RTP）来传输媒体数据。 [7]
SDP	会话描述协议 [RFC 2327， RFC 2326]	SDP是服务器端生成的描述媒体文件的编码信息以及所在的服务器的链接等信息，客户端通过它来配置播放软件的设置 [8]。它是一个简单、可扩展语法的文本协议。

图 3显示了一次基本的 RTSP单播操作。客户端通过浏览一个带 RTSP URL地址的网页等方法来获得媒体片段的位置。流媒体播放器连接到流服务器并发送一个 RTSP描述命令，流服务器通过一个 SDP描述来进行反馈，反馈信息包括流数量、媒体类型和请求带宽。在分析完该描述之后，客户端为会话中的每一个流发送一个 RTSP安装命令，安装命令告诉服务器在客户端用于接收媒体数据的端口。流媒体连接建立完成后，客户端发送一个播放命令，服务器就开始在 UDP上传送媒体流（ RTP包）到客户端。最后，客户端可发送一个终止命令来结束流媒体会话。

表 2总结了 3GPP PSS定义的音频和视频编解码规范。最大码率是被编解码规范所限制的，而不是 PSS。此外， PSS也定义了一些非实时的媒体格式，例如静态图像（ JPEG）、位图（ GIF）、矢量图（ SVG-Tiny, Rel-5 Onwards）、文本和场景描述（ SMIL）。在 PSS Rel-4版本中，没有强制规定音频（如音乐）的编解码规范。

3GPP媒体文件格式是根据 ISO的基础媒体文件格式（ ISO standard 14496-12）所定义的， ISO的基础媒体文件格式也是 MP4文件格式和早期 QuickTime文件格式的基础。 PSS Rel-4版本实际上参考了 MP4文件格式，但在 Rel-5版本中被修改。文件格式是灵活的，它支持本地播放和流式传送。相同的文件格式也用于彩信，但对 ISO规范增加了一些限制和附加条件。例如，必须包含 3GPP的媒体文件格式，且不允许参考其他的媒体格式。同时，规范阐明了文件中哪些是确定的媒体类型（ H.263视频和 ARM音频）。

PSS Rel-5版本

在 PSS Rel-5版本（ 2002年 3月定稿）中最值得关注的改变是交换能力的增加。该功能被定义为 "用户代理概况 "（ UAProf）的延伸。 UAProf由开放移动联盟提出，用于处理设备能力的获取等级和格式化内容的优选信息 [9]。

在流媒体会话初始化的时候，客户端向服务器（涉及到概况和可能性差别的 URL）提供一个功能简介。利用 PSS的功能简介，客户端可以发送类似音频信道的数量、支持的媒体类型、屏幕尺寸大小和平均象素等信息给服务器，服务器可根据这些信息去选择适合用户的内容。  

Rel-5版本运用了和 Rel-4版本一样的音频和视频格式，但也增加了一些新的媒体类型：矢量图（ SVG Tiny），合成音频（可调节的混音 MIDI）和同步的文本（例如：字幕）。而且，场景描述支持也被延伸。

PSS Rel-6版本

PSS Rel-6版本规范仍然在制订当中，预计在 2004年的上半年定稿。在如下的内容中，将介绍一些值得注意的新特征。此内容信息是根据可利用的 3GPP资料文献 ([10],[11])撰写并修改的。

端到端码率自适应

端到端码率自适应可以使流媒体会话能够适应不同的网络状况。这点对于 PSS能够应用于具有不同容错能力的网络（如 WCDMA、 EDGE、 GPRS、码流有 QoS保证或尽最大能力）是很重要的。另外，码率自适应有利于平滑操作和特殊的内部系统转换。在目前提出的机制中，流服务器主要负责适应数据流和传输码率，而客户端则向服务器提供必要的反馈。其目的是保持客户端的解码缓冲区空间足够大，以避免在视音频播放中出现中断。

码率自适应能最好的保证在大多数网络条件下流接收的平滑和连贯。但是，这也意味着在接收期间，音频和视频的流质量会改变。它也要求同一内容可以有不同的码率，或者是服务器能 "变薄 "流（例如，只传送关键帧）。建议的实施也会使流服务器变得更为复杂。目前，在固定的网络访问点上，用户控制服务器发送的码率的机制更为普遍。

质量度量

其目的是使 PSS服务器能够保证接收客户端产生的质量度量，例如它能用来测定用户体验的（主观）质量和改进监控服务器。被提议的度量信息包括：在接收过程中丢失的信息包数量和中断情况等。质量度量并不用于计费目的。

可靠的流媒体

可靠的流媒体指用可靠的传输流将所有媒体传送给用户。它可被看作是流媒体和下载之间的中间格式：

传送所有媒体且没有丢失（下载）

在整个内容被传送之前，用户就可以开始观看（流媒体）

然而，即使它会导致更多的中断，也可通过折中（近似）实时连续播放的方式和支持无丢失接收方式来取得。因此，可靠的流媒体不太适于直播流。  

被提议的几个可靠的流媒体机制有：进行时下载（方式）（通过 HTTP）， RTSP隧道传送（在 TCP上交叉传送 RTP和 RTSP）和重发机制。目前，已选定的机制是相当简单的进行时下载（方式）。

数字版权管理（系统）（ DRM）

PSS版本 Rel-6应该像在 3GPP TS 22.242里所说的那样支持 DRM，既 Digital Rights Management (DRM)"数字版权管理 "[1]。 PSS版本 Rel-6被认为是 OMA DRM 2.0版本的实践，它将在写作完成时被公开发布。

新编解码规范

PSS Rel-6版本正在考虑是否列入 H.264 (MPEG-4 AVC)视频编解码规范。最近，微软也提出 Windows Media 9视频编解码这一打算。一个强大音频编解码版本也正被考虑当中。当今的音频编解码竞争者是 aacPlus (MPEG-4 HE-AAC)和扩展 AMR-WB在低码流（ 12-32kbps）范围的竞争，以及 aacPlus和 MPEG-4 AAC在高码率（ >32kbps）范围的竞争。

三、 PSS规范发布时间表

图 4介绍了 PSS的规范发布时间。应该指出，一些在 RealNetwork和 PacketVideo中的流媒体专用解决方案的特征已在如今的 Rel-6版本中被合并起来。虽然如此，当它确定使一种能共同使用的服务成为可能的一种框架时， PSS是很重要的。而且可以认为，当版本被定稿并把有用的特征编入今天的网络之后，有 Rel-6版本特征的终端和服务器将很快出现。

PSS服务的改变是一个富于挑战性的问题，也是依靠实施发展的准确机制。在 Rel-6版本中，服务用户水平要求被介绍，而且还包括要求 "PSS应该支持的各类收费机制，例如，基于时间的收费，基于流量的收费，基于结果的收费，基于内容的收费等 "的收费说明 [12]。不过，却没有技术实施的要求： "与收费或计费服务相配合可能是未来 PSS版本中的一部分 "[13]。在版本 Rel-6中收费情况还是个未知数。

四、 参考资料

五、 附加材料

・IETF传送领域是视音频传输工作组特别确定的 RTSP,RTP,RTCP和 SDP协议，及 RTP的许多有效载荷格式。此外，有意思的是 dccp（ Datagram Congestion Control Protocol 数据报拥塞控制协议）比 UDP（数据报控制，更好的防火墙 traversal）更适合于流式传输。

详见： http://www.ieff.org/html.charters/wg-dir.html#Transprot%20Area
・W3C在场景描述（ SMIL,XHTML），可调节的矢量图（ SVG）和功能转换（ CC/PP,RDF）中发挥作用。

详见： http://www.w3.org/
・ISO/IEC MPEG工作组确定了 MPEG标准。目前， PSS最实质性的工作是制定 MPEG-4音频和视频标准，以及基于 ISO的媒体文件格式。

详见 : http://www.iso.ch/ 和 http://mpeg.telecomitalialab.com/
・国际电信联盟研究小组（ ITU-T Study Group 16）（例如： H.263编解码）和视频联合工作组（ JVT）合作利用 MPEG特别制定新的 H.264/MPEG-4 AVC视频编解码标准。 H.264可能是 Rel-6版本制定时间范围内的一个潜在的新视频编解码标准。详见： http://www.itu.int/
・开发移动联盟（ OMA）注重于功能转换和 DRM领域。详见： http://www.openmobilialliance.org/
・国际流媒体联盟（ ISMA）在 DRM领域和通常在流媒体互操作性领域中有重要意义。

详见： http://www.isma.tv/

六、 定义，首字母缩略词和缩写词

3GPP Third Generation Partnership Project 

第三代合作伙伴计划

CDMA Code Division Multiple Access

码分多址数字无线技术

DRM Digital Rights Management

数字版权管理（系统）

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

基于 GSM（制式进化的）增强数据速率（技术）

GGSN Gateway GPRS Support Node (a GPRS network element)

网关 GPRS支持节点（一个 GPRS网元）

GPRS General Packet Radio Service

通用分组无线业务

IETF International Engineering Task Force

互联网工程任务组

ISMA International Streaming Media Alliance

互联网流媒体联盟

ISO International Organization for Standardization

国际标准化组织

MMS Multimedia Messaging Service

多媒体信息服务

MPEG Moving Picture Experts Group

运动图像专家组

PSS Packet Switched Streaming Service

包交换流媒体服务

QoS Quality-of-Service

服务质量

RTCP Real-time Control Protocol

实时控制协议

RTP Real-time Transport Protocol

实时传输协议

RTSP Real-time Streaming Protocol

实时流媒体协议

SDP Session Description Protocol

会话描述协议

SGSN Serving GPRS Support Node (a GPRS network element)

GPRS服务支持节点（一个 GPRS网元）

SMIL Synchronized Multimedia Integration Language

同步多媒体集成语言

SVG Scalable Vector Graphics

可缩放矢量图形

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

宽带码分多址数字无线技术

七、 附录 3GPP PSS说明  

下面的表格中列举了当今的 PSS技术规范说明和报告。 PSS工作（主要）在 3GPP服务和系统方面 TSG编解码工作组（ SA WG4）。应该指出，在写作期间，因为 Rel-6版本尚未定稿，所以关于 Rel-6版本的规范说明还在制定之中。

连接 PSS和其它 3GPP工作：

・彩信（ MMS）有连接媒体的相同编解码和文件格式。

・IP多媒体通讯系统可以用 PSS作为流媒体服务器。

・在多媒体广播 /多路传送服务中流媒体的用途。

・数字版权管理（系统）（ DRM）： PSS Rel-6版本应该也包括了 DRM。

编者按：在线视频转换系统支持全系列 3GP标准，包括： 3GPP Release 4、 3GPP Release 5以及 3GPP Release 6，详情可参考： 佰锐在线视频转换系统 、 佰锐3G手机视频开发平台（SDK）