趙曉焱 謝自梅

摘要 提出一種流媒體轉碼服務平臺設計方案，基于Windows Media智能流技術實現(xiàn)碼流的轉換和流媒體發(fā)布，同時給出基于設備唯一標識的安全認證機制，最后對系統(tǒng)進行運行測試。

關鍵詞 流媒體；移動監(jiān)控；轉碼

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：B文章編號：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

隨著移動通信技術的發(fā)展及3G的逐步成熟，移動數(shù)據(jù)業(yè)務將會成為未來通信產(chǎn)業(yè)的主流，而作為3G時代標志性應用的移動流媒體業(yè)務，更是移動增值業(yè)務研究的熱點，開創(chuàng)了移動通信與互聯(lián)網(wǎng)、視頻融合的新紀元。流媒體傳輸技術的主要特點是以流的形式進行多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，連續(xù)的聲音和視頻信息經(jīng)壓縮處理后通過網(wǎng)絡傳輸[1]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為數(shù)字流媒體的典型應用，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)轉型的時期，絕大部分還是處于有線網(wǎng)絡傳輸?shù)男螒B(tài)，基于移動網(wǎng)絡傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)才剛剛起步。3G移動監(jiān)控作為具有高端和差異化特色的3G多媒體業(yè)務的典型代表，廣泛服務于行業(yè)視頻監(jiān)控、公共視頻監(jiān)控與家庭視頻監(jiān)控等領域，能夠帶給用戶更友好、更便捷、更貼身的業(yè)務體驗，擁有廣闊的市場前景[2]。

1 移動通信技術

移動通信網(wǎng)與固定通信網(wǎng)一樣，不論從用戶對業(yè)務的需求，還是從網(wǎng)絡運營商提供的服務以及通信設備研發(fā)生產(chǎn)商來看，都可以分為3個層次：語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體?？梢詫⒑髢蓚€層次的業(yè)務統(tǒng)稱為移動數(shù)據(jù)業(yè)務，如短消息、傳真、電子郵件、文件、圖像、瀏覽網(wǎng)頁等。能為用戶提供移動數(shù)據(jù)業(yè)務的移動通信網(wǎng)，又可稱為移動數(shù)據(jù)網(wǎng)。也有專門提供移動數(shù)據(jù)業(yè)務而不提供語音業(yè)務的，稱為專用移動數(shù)據(jù)網(wǎng)（或簡稱為移動數(shù)據(jù)網(wǎng)，或無線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)）。隨著技術的發(fā)展，語音和視頻等實時業(yè)務將完全以分組數(shù)據(jù)的形式傳送，那時，移動通信網(wǎng)也就完全變成了移動數(shù)據(jù)網(wǎng)。

與無線數(shù)據(jù)通信相比，它們的共同點在于數(shù)據(jù)通信都是通過無線信道和網(wǎng)絡進行的，而主要區(qū)別就在于“移動”與“無線”二詞?！耙苿印币辉~表示通信終端的3種運動狀態(tài)：歸屬區(qū)靜止、運動和漫游（訪問區(qū)靜止）。實際上“移動”主要是指“運動和漫游”這兩種狀態(tài)。因此，“移動數(shù)據(jù)通信”就是指終端在3種運動狀態(tài)下都能進行數(shù)據(jù)通信。而“無線數(shù)據(jù)通信”一詞主要含義是指在靜止狀態(tài)進行數(shù)據(jù)通信，但如果無線網(wǎng)絡能提供漫游服務，那么這種情況下的“無線數(shù)據(jù)通信”也是“移動數(shù)據(jù)通信”。能提供無線數(shù)據(jù)通信最典型的例子是無線局域網(wǎng)（WLAN）。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及移動、無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的逐步演進和相互融合，傳統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)也能支持終端在運動狀態(tài)下進行數(shù)據(jù)通信，無線數(shù)據(jù)通信與移動數(shù)據(jù)通信將不再有區(qū)別。

2 平臺結構設計

移動監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控前端和監(jiān)控終端均處于移動網(wǎng)關的防火墻后，相互間不能完成點對點通信，在不增加設備的情況下無法建立數(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器，DSP處理能力相對有限，監(jiān)控前端運算負荷會過大，影響音視頻的質量和傳輸性。因此，考慮在Internet上引入流媒體轉碼服務平臺概念。

流媒體轉碼平臺由三大功能模塊構成，如圖1所示，分為轉發(fā)模塊、流媒體轉碼模塊和設備認證模塊。流媒體轉碼服務平臺不僅使移動監(jiān)控前端和移動監(jiān)控終端之間的通信鏈路得以建立，同時可以實現(xiàn)傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡中的PC監(jiān)控客戶端訪問位于移動網(wǎng)絡內部的監(jiān)控前端的實時音視頻信息，并通過控制信令實現(xiàn)對其進行控制，完成有線網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡的互通與整合。轉發(fā)模塊維持和視頻服務器的連接通道，使得連接請求可以跨越移動網(wǎng)關到達視頻服務器，并通過該通道對控制信令，報警信號進行及時的轉發(fā)，同時轉發(fā)模塊可以實現(xiàn)對音視頻媒體流進行緩存和轉發(fā)功能。設備認證模塊負責系統(tǒng)接入的安全驗證，阻隔未授權的訪問和操作。流媒體轉碼和發(fā)布模塊將原始音視頻流針對手持終端設備進行優(yōu)化，并借助專業(yè)的流媒體發(fā)布平臺進行發(fā)布。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 接收與解碼的實現(xiàn)

視頻服務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時媒體的傳輸協(xié)議，通過IP網(wǎng)絡傳送多媒體數(shù)據(jù)，用于流媒體服務器和終端之問的媒體流會話的建立和控制[4]。本文采用的是NetSink中的PushSink，轉碼模塊主動將轉換好的媒體流推送到流媒體服務。在接收和解碼部分，按照RTSP流媒體協(xié)議進行音視頻流的接收，并調用相應的解碼模塊進行解碼，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 轉碼的原理

轉碼服務模塊利用轉碼技術，將高分辨率高帶寬的音視頻碼流針對手機設備進行實時轉換，映射成小畫面低帶寬，適合于移動網(wǎng)絡傳輸?shù)拇a流，再進行對手機設備的轉發(fā)。另外，在轉碼的過程中采用多碼率技術，同時轉換出多種碼率的低帶寬碼流，以適應不同的手機終端和移動網(wǎng)絡環(huán)境，在終端接收帶寬波動的情況下，自動在多種碼率間無縫切換，以達到最好的流暢度

在進行原始碼流的接收和解碼之后，重編碼模塊對解碼后的信息進行重新編碼，重編成什么格式，是流媒體轉碼服務器設計中要考慮的問題。隨著流媒體的廣泛應用，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)品的一大特點是其制作、發(fā)布和播放軟件與Windows NT/2000/9x集成在一起，勢必成為今后流媒體應用的主流產(chǎn)品[5]。編碼模塊將這些解碼后的數(shù)據(jù)轉換成Windows Media兼容的流格式，并發(fā)送給Windows Media流媒體服務器。系統(tǒng)在偵測到數(shù)據(jù)包到達的時候啟動處理流程。接收模塊將視頻服務器發(fā)送過來的原始音視頻流送入接收緩沖，調用解碼模塊對其進行解碼，解碼后的數(shù)據(jù)送入解碼緩沖區(qū)，以供Windows Media ASF Writer模塊進行后續(xù)的編碼處理?？蛻舳嗽诨胤诺臅r候，根據(jù)當前的網(wǎng)絡帶寬，自動選擇最合適的流進行解碼輸出，在帶寬波動的時候，子帶間可以實現(xiàn)平滑的切換。

3.3 設備認證機制

視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，安全性是一個非常重要的問題，尤其是涉及保密的視頻信息，需要強有力的安全保障。每一路視頻服務器內均內置有安全認證和權限分級的功能，基于內嵌Web頁面，通過用戶名和密碼來確定用戶權限級別和訪問許可。在設備認證模塊中，這一機制被保留，專門設立安全數(shù)據(jù)庫，集中管理每一個視頻服務器的安全信息，在客戶端連接的時候進行安全驗證，阻止一切未經(jīng)授權的訪問。

對于移動客戶端，由于手機輸入相對于桌面PC較為不便，采用用戶名密碼方式不具有友好的用戶體驗。所以在對手機監(jiān)控客戶端進行認證的時候，考慮獲取手機設備的唯一標識，在中心安全數(shù)據(jù)庫注冊并分配安全級別，移動客戶端在訪問時，由客戶端程序提供該唯一標識，無需用戶手動輸入身份信息，做到即開即用。手機設備的唯一標識的來源有IMEI方式、手機卡方式、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。通過調用Windows Mobile提供的GetDeviceUniqueID函數(shù)獲取16字節(jié)的設備唯一標識，并將該標識打包到連接請求信令里，提交給服務器。服務器根據(jù)該ID號查找用戶信息，并確定訪問權限。操作系統(tǒng)API提供的唯一標識，不容易被篡改，技術門檻較高，不過在更換設備后必須重新注冊。在設計中心數(shù)據(jù)庫結構的時候，用戶和設備ID號之間應該是一對多的關系，以應付一個用戶擁有多部手機的情況。

4 結束語

伴隨著移動通信技術的飛速發(fā)展，以移動流媒體為標志的無線數(shù)據(jù)增值業(yè)務將為人們帶來一個隨時隨地數(shù)字互聯(lián)的美好未來。本文基于移動網(wǎng)絡架構和移動應用的特殊性，在移動監(jiān)控系統(tǒng)中引入流媒體轉碼服務平臺作為移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，承載移動監(jiān)控的應用業(yè)務，實現(xiàn)移動網(wǎng)絡監(jiān)控資源和有線網(wǎng)絡的監(jiān)控資源得到良好的整合，為大規(guī)模并發(fā)訪問提供了性能保障。

參考文獻

[1]張順利.移動流媒體業(yè)務在3G通信時代的應用[J].軟件導刊,2009(9):121-122.

[2]劉楠.移動監(jiān)控能否成為3G的殺手級應用？[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]楊鵬,胡健偉.移動流媒體關鍵技術及其標準現(xiàn)狀[J].數(shù)字通信,2011(3):32-34.

[5]劉紅光,曹承倜.基于Windows Media技術的網(wǎng)絡課件制作[J].計算機工程與應用,2003(18):127-129.