流媒体在移动通信中的应用
摘 要 提出一种流媒体转码服务平台设计方案，基于Windows Media智能流技术实现码流的转换和流媒体发布，同时给出基于设备唯一标识的安全认证机制，最后对系统进行运行测试。
关键词 流媒体；移动监控；转码
中图分类号：TN929.5 文献标识码：B 文章编号：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
Author’s address College of Computer and Information Technology, Henan Normal University, Xinxiang, Henan, China 453007
随着移动通信技术的发展及3G的逐步成熟，移动数据业务将会成为未来通信产业的主流，而作为3G时代标志性应用的移动流媒体业务，更是移动增值业务研究的热点，开创了移动通信与互联网、视频融合的新纪元。流媒体传输技术的主要特点是以流的形式进行多媒体数据的传输，连续的声音和视频信息经压缩处理后通过网络传输[1]。视频监控系统作为数字流媒体的典型应用，目前主要处于模拟监控系统向数字IP监控系统转型的时期，绝大部分还是处于有线网络传输的形态，基于移动网络传输的监控系统才刚刚起步。3G移动监控作为具有高端和差异化特色的3G多媒体业务的典型代表，广泛服务于行业视频监控、公共视频监控与家庭视频监控等领域，能够带给用户更友好、更便捷、更贴身的业务体验，拥有广阔的市场前景[2]。
1 移动通信技术
移动通信网与固定通信网一样，不论从用户对业务的需求，还是从网络运营商提供的服务以及通信设备研发生产商来看，都可以分为3个层次：语音、数据、视频和多媒体。可以将后两个层次的业务统称为移动数据业务，如短消息、传真、电子邮件、文件、图像、浏览网页等。能为用户提供移动数据业务的移动通信网，又可称为移动数据网。也有专门提供移动数据业务而不提供语音业务的，称为专用移动数据网（或简称为移动数据网，或无线分组数据网）。随着技术的发展，语音和视频等实时业务将完全以分组数据的形式传送，那时，移动通信网也就完全变成了移动数据网。
与无线数据通信相比，它们的共同点在于数据通信都是通过无线信道和网络进行的，而主要区别就在于“移动”与“无线”二词。“移动”一词表示通信终端的3种运动状态：归属区静止、运动和漫游（访问区静止）。实际上“移动”主要是指“运动和漫游”这两种状态。因此，“移动数据通信”就是指终端在3种运动状态下都能进行数据通信。而“无线数据通信”一词主要含义是指在静止状态进行数据通信，但如果无线网络能提供漫游服务，那么这种情况下的“无线数据通信”也是“移动数据通信”。能提供无线数据通信最典型的例子是无线局域网（WLAN）。随着网络技术的发展以及移动、无线网络与互联网的逐步演进和相互融合，传统的无线数据网也能支持终端在运动状态下进行数据通信，无线数据通信与移动数据通信将不再有区别。
2 平台结构设计
移动监控系统中监控前端和监控终端均处于移动网关的防火墙后，相互间不能完成点对点通信，在不增加设备的情况下无法建立数据链路。另外视频监控系统中监控前端是嵌入式视频服务器，DSP处理能力相对有限，监控前端运算负荷会过大，影响音视频的质量和传输性。因此，考虑在Internet上引入流媒体转码服务平台概念。
流媒体转码平台由三大功能模块构成，如图1所示，分为转发模块、流媒体转码模块和设备认证模块。流媒体转码服务平台不仅使移动监控前端和移动监控终端之间的通信链路得以建立，同时可以实现传统有线网络中的PC监控客户端访问位于移动网络内部的监控前端的实时音视频信息，并通过控制信令实现对其进行控制，完成有线网络与无线网络的互通与整合。转发模块维持和视频服务器的连接通道，使得连接请求可以跨越移动网关到达视频服务器，并通过该通道对控制信令，报警信号进行及时的转发，同时转发模块可以实现对音视频媒体流进行缓存和转发功能。设备认证模块负责系统接入的安全验证，阻隔未授权的访问和操作。流媒体转码和发布模块将原始音视频流针对手持终端设备进行优化，并借助专业的流媒体发布平台进行发布。
3 系统实现
3.1 接收与解码的实现
视频服务器采用的流媒体传输协议是RTSP[3]。RTSP是一种控制和传输实时媒体的传输协议，通过IP网络传送多媒体数据，用于流媒体服务器和终端之问的媒体流会话的建立和控制[4]。本文采用的是NetSink中的PushSink，转码模块主动将转换好的媒体流推送到流媒体服务。在接收和解码部分，按照RTSP流媒体协议进行音视频流的接收，并调用相应的解码模块进行解码，最后将解码后的码流送到Windows Media编码单元。接收及解码程序框架如图2所示。
3.2 转码的原理
转码服务模块利用转码技术，将高分辨率高带宽的音视频码流针对手机设备进行实时转换，映射成小画面低带宽，适合于移动网络传输的码流，再进行对手机设备的转发。另外，在转码的过程中采用多码率技术，同时转换出多种码率的低带宽码流，以适应不同的手机终端和移动网络环境，在终端接收带宽波动的情况下，自动在多种码率间无缝切换，以达到最好的流畅度
在进行原始码流的接收和解码之后，重编码模块对解码后的信息进行重新编码，重编成什么格式，是流媒体转码服务器设计中要考虑的问题。随着流媒体的广泛应用，微软公司推出整套的流媒体制作、发布和播放产品Windows Media，其产品的一大特点是其制作、发布和播放软件与Windows NT/2000/9x集成在一起，势必成为今后流媒体应用的主流产品[5]。编码模块将这些解码后的数据转换成Windows Media兼容的流格式，并发送给Windows Media流媒体服务器。系统在侦测到数据包到达的时候启动处理流程。接收模块将视频服务器发送过来的原始音视频流送入接收缓冲，调用解码模块对其进行解码，解码后的数据送入解码缓冲区，以供Windows Media ASF Writer模块进行后续的编码处理。客户端在回放的时候，根据当前的网络带宽，自动选择最合适的流进行解码输出，在带宽波动的时候，子带间可以实现平滑的切换。
3.3 设备认证机制
视频监控系统中，安全性是一个非常重要的问题，尤其是涉及保密的视频信息，需要强有力的安全保障。每一路视频服务器内均内置有安全认证和权限分级的功能，基于内嵌Web页面，通过用户名和密码来确定用户权限级别和访问许可。在设备认证模块中，这一机制被保留，专门设立安全数据库，集中管理每一个视频服务器的安全信息，在客户端连接的时候进行安全验证，阻止一切未经授权的访问。
对于移动客户端，由于手机输入相对于桌面PC较为不便，采用用户名密码方式不具有友好的用户体验。所以在对手机监控客户端进行认证的时候，考虑获取手机设备的唯一标识，在中心安全数据库注册并分配安全级别，移动客户端在访问时，由客户端程序提供该唯一标识，无需用户手动输入身份信息，做到即开即用。手机设备的唯一标识的来源有IMEI方式、手机卡方式、操作系统API方式。系统采用的是由操作系统API提供的API获取的DeviceID。通过调用Windows Mobile提供的GetDeviceUniqueID函数获取16字节的设备唯一标识，并将该标识打包到连接请求信令里，提交给服务器。服务器根据该ID号查找用户信息，并确定访问权限。操作系统API提供的唯一标识，不容易被篡改，技术门槛较高，不过在更换设备后必须重新注册。在设计中心数据库结构的时候，用户和设备ID号之间应该是一对多的关系，以应付一个用户拥有多部手机的情况。
4 结束语
伴随着移动通信技术的飞速发展，以移动流媒体为标志的无线数据增值业务将为人们带来一个随时随地数字互联的美好未来。本文基于移动网络架构和移动应用的特殊性，在移动监控系统中引入流媒体转码服务平台作为移动视频监控系统的核心，承载移动监控的应用业务，实现移动网络监控资源和有线网络的监控资源得到良好的整合，为大规模并发访问提供了性能保障。
参考文献
[1]张顺利.移动流媒体业务在3G通信时代的应用[J].软件导刊,2009(9):121-122.
[2]刘楠.移动监控能否成为3G的杀手级应用？[J].通信世界,2009(44):16-17.
[3]Schulzrinne H, Rao A, Lanphier R. RFC 2326 Real Time Streaming Protocol[S].1998.
[4]杨鹏,胡健伟.移动流媒体关键技术及其标准现状[J].数字通信,2011(3):32-34.
[5]刘红光,曹承倜.基于Windows Media技术的网络课件制作[J].计算机工程与应用,2003(18):127-129.