移动流媒体技术的视频编码标准及协议

一、流媒体主要技术特征

近年来，移动数字电视、手机电视、IPTV等数字新媒体迅速涌现，其相关技术及标准成为业界关注的焦点，而流媒体技术在其中更是一枝独秀。流媒体是指视频、声音等数据以实时传输协议承载，并以连续的流的形式从源端向目的端传输，在目的端接收到一定缓存数据后就可以播放出来的多媒体应用。

流媒体采用流式传输方式在网络服务器与客户端之间进行传输，它的协议的设计和制定就是为了实现流媒体服务器和客户端的通讯，流媒体传输协议无疑成为流媒体技术的重中之重。流媒体按传输方式的不同分为：顺序流（ProgressiveStreaming）传输和实时流（RealTimeStreaming）传输。顺序流传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可以观看在线媒体，在特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部分。顺序流传输基于HTTP协议，也称为HTTP流式传输，用标准的WEB服务器就可以实现顺序流式服务。实时流传输基于实时传输协议（RTP）或微软公司专有的多媒体协议，实时流传输能保证媒体信号带宽与网络匹配，使媒体可以被实时观看。实时传输协议RTP是最典型、最广泛的服务于流媒体的传输层协议,通常运行于UDP协议上，也可以基于AAL5/ATM或IPX等无连接的通信协议，提供端到端的服务，与具体的承载网络分离。RTP协议本身包括两部分：RTP数据传输协议和RTCP传输控制协议。为了可靠、高效地传送实时数据，RTP和RTCP必须配合使用，通常RTCP包的数量占所有传输量的5％。RTCP协议作为RTP协议的一个重要的控制补充协议，以它的反馈机制实现对流媒体服务的QoS控制，配合传输层协议，保证了流媒体的实时性特征，满足了在IP网上对QoS的需求。同时在传输包文件中还包含资源预定协议RSVP（ResourceReservationProtocol）,它通过预留一部分网络资源（带宽）的措施，在一定程度上为流媒体实时流传输提供QoS保证。虽说在理论上RTP的底层传输协议也可以采用TCP协议，但在现在的应用中几乎都采用的是RTP/UDP模式。

把流媒体技术应用到移动网络和终端上，为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，而无须用户事先将其下载到本地的技术称之为移动流媒体技术。我国现在已开发出基于自主知识产权，面向3G和2.75G的移动流媒体平台，并率先在CDMA1X、GPRS等2.5G移动网络上实现了6帧/秒以上流畅音视频内容实时直播、点播和下载播放及互动服务。现在完整的移动流媒体平台，可提供从前端的内容编码转换、制作到终端解码、播放，以及服务器端内容分发、播出管理等，而且可以实现移动音视频短信、移动音视频直播等，从而可以构成了完整的移动流媒体产品产业链。

二、移动流媒体核心技术协议--H.264协议

移动流媒体传输视频数据都采用H.264视频压缩算法进行压缩，以适合无线传输的低带宽编码(15-25kpbs)可以传输更好质量的图像，或者用更少的带宽传输相同质量的视频。
H.264/MPEG-4AVC是目前最新、最有前途的视频压缩标准。H.264是由ITU-T和ISO/IEC组成的联合视频组（JVT）共同开发的最新国际视频编码标准。国际电信联盟将其命名为H.264/AVC。国际标准化组织和国际电工委员会将其称为14496-10/MPEG-4AVC。通过该标准，在同等图像质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上，因此，H.264被普遍认为是最有影响力的行业标准。

H.264标准只有三个子集:基本子集、主题子集和扩展子集。基本子集是专为视频会议应用设计的，这套标准几近完美，能够提供强大的差错隐消技术。应用该技术，即使在Internet这样的易错网络上也可以得到较好的视频效果，并且支持低延时编/解码技术，使视频会议显得更自然。主题子集和扩展子集更适合于电视应用（数字广播、DVD）和延时显得并不很重要的视频流应用。

H.264协议最大的优势体现在以下10个方面：（1）将每个视频帧分离成由像素组成的块；（2）采用空间冗余的方法，对视频帧的一些原始块进行空间预测、转换、优化和可变长编码；（3）对连续帧的不同块采用临时存放的方法，这样，只需对连续帧中有改变的部分进行编码；（4）采用剩余空间冗余技术，对视频帧里的残留块进行编码；（5）在同等的还原图像质量的情况下，H.264要比MPEG-4节省50%以上的码率；（6）允许流媒体在更低的带宽上传输，节省带宽资源适用性强；（7）具备从电话应用到高端广播和存储应用的各种类型；（8）有较强的容错能力，在质量不稳定的网络环境中，可以得到较好的质量；（9）低处理时延：为了保证解码的视频获得很好的质量，视频数据的处理和传输时延必须最小化。在编码过程一个较大的处理时延会导致视频队列重新组合的混乱。时延是编码、网络和解码时延的总和。为了将时延最小化，必须在编码和解码过程中进行最小时延的处理；（10）优秀的图像质量。

H.264编码的特征在于：（1）低码流：和MPEG-2和MPEG-4ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费；（2）高质量的图像：H.264能提供连续流畅的高质量图像；（3）容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具；（4）网络适应性强：H.264提供了网络适应层（NetworkAdaptationLayer），使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输。

H.264协议的优势和特征说明，虽然早期的视频编码标准如MPEG-4和H.263可以为移动应用提供充分的视频图像质量，但最新的视频编码标准H.264可以将移动应用面扩大和提供更强有力的服务，因此H.264协议会成为移动流媒体技术的核心协议。