流媒體在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

趙曉焱 謝自梅

摘要 提出一種流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，基于Windows Media智能流技術(shù)實(shí)現(xiàn)碼流的轉(zhuǎn)換和流媒體發(fā)布，同時(shí)給出基于設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)的安全認(rèn)證機(jī)制，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。

關(guān)鍵詞 流媒體；移動(dòng)監(jiān)控；轉(zhuǎn)碼

中圖分類號(hào)：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1671-489X(2012)12-0115-03

Research of Streaming Media Transcoding Platform based on Mobile Monitoring//Zhao Xiaoyan, Xie Zimei

Abstract A scheme of streaming media transcoding service platform is put forward in view of the particularity of the mobile monitoring network. Real-time stream conversion and publication of streaming-media based on Windows Media intelligent stream technology are realized and a security authentication mechanism based on equipment uniquely identifies is put forward. Finally, the run test results are given.

Key words streaming-media; mobile monitoring; transcoding

Authors address College of Computer and Information Technology, Henan Normal University, Xinxiang, Henan, China 453007

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及3G的逐步成熟，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將會(huì)成為未來(lái)通信產(chǎn)業(yè)的主流，而作為3G時(shí)代標(biāo)志性應(yīng)用的移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)，更是移動(dòng)增值業(yè)務(wù)研究的熱點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)、視頻融合的新紀(jì)元。流媒體傳輸技術(shù)的主要特點(diǎn)是以流的形式進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，連續(xù)的聲音和視頻信息經(jīng)壓縮處理后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸[1]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為數(shù)字流媒體的典型應(yīng)用，目前主要處于模擬監(jiān)控系統(tǒng)向數(shù)字IP監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的時(shí)期，絕大部分還是處于有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男螒B(tài)，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)才剛剛起步。3G移動(dòng)監(jiān)控作為具有高端和差異化特色的3G多媒體業(yè)務(wù)的典型代表，廣泛服務(wù)于行業(yè)視頻監(jiān)控、公共視頻監(jiān)控與家庭視頻監(jiān)控等領(lǐng)域，能夠帶給用戶更友好、更便捷、更貼身的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，擁有廣闊的市場(chǎng)前景[2]。

1 移動(dòng)通信技術(shù)

移動(dòng)通信網(wǎng)與固定通信網(wǎng)一樣，不論從用戶對(duì)業(yè)務(wù)的需求，還是從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù)以及通信設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)商來(lái)看，都可以分為3個(gè)層次：語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體。可以將后兩個(gè)層次的業(yè)務(wù)統(tǒng)稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短消息、傳真、電子郵件、文件、圖像、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等。能為用戶提供移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信網(wǎng)，又可稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)。也有專門提供移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而不提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的，稱為專用移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)（或簡(jiǎn)稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)，或無(wú)線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)）。隨著技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)將完全以分組數(shù)據(jù)的形式傳送，那時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)也就完全變成了移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)。

與無(wú)線數(shù)據(jù)通信相比，它們的共同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)通信都是通過(guò)無(wú)線信道和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，而主要區(qū)別就在于“移動(dòng)”與“無(wú)線”二詞。“移動(dòng)”一詞表示通信終端的3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：歸屬區(qū)靜止、運(yùn)動(dòng)和漫游（訪問(wèn)區(qū)靜止）。實(shí)際上“移動(dòng)”主要是指“運(yùn)動(dòng)和漫游”這兩種狀態(tài)。因此，“移動(dòng)數(shù)據(jù)通信”就是指終端在3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而“無(wú)線數(shù)據(jù)通信”一詞主要含義是指在靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但如果無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能提供漫游服務(wù)，那么這種情況下的“無(wú)線數(shù)據(jù)通信”也是“移動(dòng)數(shù)據(jù)通信”。能提供無(wú)線數(shù)據(jù)通信最典型的例子是無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及移動(dòng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的逐步演進(jìn)和相互融合，傳統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)也能支持終端在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，無(wú)線數(shù)據(jù)通信與移動(dòng)數(shù)據(jù)通信將不再有區(qū)別。

2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控前端和監(jiān)控終端均處于移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的防火墻后，相互間不能完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，在不增加設(shè)備的情況下無(wú)法建立數(shù)據(jù)鏈路。另外視頻監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控前端是嵌入式視頻服務(wù)器，DSP處理能力相對(duì)有限，監(jiān)控前端運(yùn)算負(fù)荷會(huì)過(guò)大，影響音視頻的質(zhì)量和傳輸性。因此，考慮在Internet上引入流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)平臺(tái)概念。

流媒體轉(zhuǎn)碼平臺(tái)由三大功能模塊構(gòu)成，如圖1所示，分為轉(zhuǎn)發(fā)模塊、流媒體轉(zhuǎn)碼模塊和設(shè)備認(rèn)證模塊。流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)平臺(tái)不僅使移動(dòng)監(jiān)控前端和移動(dòng)監(jiān)控終端之間的通信鏈路得以建立，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的PC監(jiān)控客戶端訪問(wèn)位于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的監(jiān)控前端的實(shí)時(shí)音視頻信息，并通過(guò)控制信令實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行控制，完成有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的互通與整合。轉(zhuǎn)發(fā)模塊維持和視頻服務(wù)器的連接通道，使得連接請(qǐng)求可以跨越移動(dòng)網(wǎng)關(guān)到達(dá)視頻服務(wù)器，并通過(guò)該通道對(duì)控制信令，報(bào)警信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音視頻媒體流進(jìn)行緩存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。設(shè)備認(rèn)證模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)接入的安全驗(yàn)證，阻隔未授權(quán)的訪問(wèn)和操作。流媒體轉(zhuǎn)碼和發(fā)布模塊將原始音視頻流針對(duì)手持終端設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，并借助專業(yè)的流媒體發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 接收與解碼的實(shí)現(xiàn)

視頻服務(wù)器采用的流媒體傳輸協(xié)議是RTSP[3]。RTSP是一種控制和傳輸實(shí)時(shí)媒體的傳輸協(xié)議，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)，用于流媒體服務(wù)器和終端之問(wèn)的媒體流會(huì)話的建立和控制[4]。本文采用的是NetSink中的PushSink，轉(zhuǎn)碼模塊主動(dòng)將轉(zhuǎn)換好的媒體流推送到流媒體服務(wù)。在接收和解碼部分，按照RTSP流媒體協(xié)議進(jìn)行音視頻流的接收，并調(diào)用相應(yīng)的解碼模塊進(jìn)行解碼，最后將解碼后的碼流送到Windows Media編碼單元。接收及解碼程序框架如圖2所示。

3.2 轉(zhuǎn)碼的原理

轉(zhuǎn)碼服務(wù)模塊利用轉(zhuǎn)碼技術(shù)，將高分辨率高帶寬的音視頻碼流針對(duì)手機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，映射成小畫面低帶寬，適合于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a流，再進(jìn)行對(duì)手機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)。另外，在轉(zhuǎn)碼的過(guò)程中采用多碼率技術(shù)，同時(shí)轉(zhuǎn)換出多種碼率的低帶寬碼流，以適應(yīng)不同的手機(jī)終端和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在終端接收帶寬波動(dòng)的情況下，自動(dòng)在多種碼率間無(wú)縫切換，以達(dá)到最好的流暢度

在進(jìn)行原始碼流的接收和解碼之后，重編碼模塊對(duì)解碼后的信息進(jìn)行重新編碼，重編成什么格式，是流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)器設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題。隨著流媒體的廣泛應(yīng)用，微軟公司推出整套的流媒體制作、發(fā)布和播放產(chǎn)品Windows Media，其產(chǎn)品的一大特點(diǎn)是其制作、發(fā)布和播放軟件與Windows NT/2000/9x集成在一起，勢(shì)必成為今后流媒體應(yīng)用的主流產(chǎn)品[5]。編碼模塊將這些解碼后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Windows Media兼容的流格式，并發(fā)送給Windows Media流媒體服務(wù)器。系統(tǒng)在偵測(cè)到數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)候啟動(dòng)處理流程。接收模塊將視頻服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的原始音視頻流送入接收緩沖，調(diào)用解碼模塊對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的數(shù)據(jù)送入解碼緩沖區(qū)，以供Windows Media ASF Writer模塊進(jìn)行后續(xù)的編碼處理。客戶端在回放的時(shí)候，根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)帶寬，自動(dòng)選擇最合適的流進(jìn)行解碼輸出，在帶寬波動(dòng)的時(shí)候，子帶間可以實(shí)現(xiàn)平滑的切換。

3.3 設(shè)備認(rèn)證機(jī)制

視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，安全性是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，尤其是涉及保密的視頻信息，需要強(qiáng)有力的安全保障。每一路視頻服務(wù)器內(nèi)均內(nèi)置有安全認(rèn)證和權(quán)限分級(jí)的功能，基于內(nèi)嵌Web頁(yè)面，通過(guò)用戶名和密碼來(lái)確定用戶權(quán)限級(jí)別和訪問(wèn)許可。在設(shè)備認(rèn)證模塊中，這一機(jī)制被保留，專門設(shè)立安全數(shù)據(jù)庫(kù)，集中管理每一個(gè)視頻服務(wù)器的安全信息，在客戶端連接的時(shí)候進(jìn)行安全驗(yàn)證，阻止一切未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。

對(duì)于移動(dòng)客戶端，由于手機(jī)輸入相對(duì)于桌面PC較為不便，采用用戶名密碼方式不具有友好的用戶體驗(yàn)。所以在對(duì)手機(jī)監(jiān)控客戶端進(jìn)行認(rèn)證的時(shí)候，考慮獲取手機(jī)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，在中心安全數(shù)據(jù)庫(kù)注冊(cè)并分配安全級(jí)別，移動(dòng)客戶端在訪問(wèn)時(shí)，由客戶端程序提供該唯一標(biāo)識(shí)，無(wú)需用戶手動(dòng)輸入身份信息，做到即開(kāi)即用。手機(jī)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)的來(lái)源有IMEI方式、手機(jī)卡方式、操作系統(tǒng)API方式。系統(tǒng)采用的是由操作系統(tǒng)API提供的API獲取的DeviceID。通過(guò)調(diào)用Windows Mobile提供的GetDeviceUniqueID函數(shù)獲取16字節(jié)的設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)，并將該標(biāo)識(shí)打包到連接請(qǐng)求信令里，提交給服務(wù)器。服務(wù)器根據(jù)該ID號(hào)查找用戶信息，并確定訪問(wèn)權(quán)限。操作系統(tǒng)API提供的唯一標(biāo)識(shí)，不容易被篡改，技術(shù)門檻較高，不過(guò)在更換設(shè)備后必須重新注冊(cè)。在設(shè)計(jì)中心數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，用戶和設(shè)備ID號(hào)之間應(yīng)該是一對(duì)多的關(guān)系，以應(yīng)付一個(gè)用戶擁有多部手機(jī)的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以移動(dòng)流媒體為標(biāo)志的無(wú)線數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)將為人們帶來(lái)一個(gè)隨時(shí)隨地?cái)?shù)字互聯(lián)的美好未來(lái)。本文基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和移動(dòng)應(yīng)用的特殊性，在移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中引入流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)平臺(tái)作為移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，承載移動(dòng)監(jiān)控的應(yīng)用業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控資源和有線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控資源得到良好的整合，為大規(guī)模并發(fā)訪問(wèn)提供了性能保障。

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