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3G基礎知識及3G/視頻產(chǎn)品應用

2005/03/24

• 3G是什么?
  
  
• 3G-324M協(xié)議
  
  
• 3G-324M媒體編碼集
  (1)視頻編碼
  (2)語(yǔ)音編碼
  (3) 數據通訊協(xié)議
  
  
• H.245呼叫控制
  
  
• H.223多路復用和信號分離
  (1)多路復用和信號分離層
  (2) 轉換層
  
  
• 媒體轉化簡(jiǎn)介
  
  
• 媒體轉換處理技術(shù)
  
  
• 基于3G手機的應用
  使用視頻手機功能開(kāi)發(fā)應用系統
  視頻消息（視頻郵件）應用
  可視通訊/視頻會(huì )議應用
  視頻流應用
  

3G是什么?

　　3G是"3rd Generation"（第三代）的縮寫(xiě)，即第三代移動(dòng)通信系統（IMT-2000），它是高速移動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )通信領(lǐng)域的行業(yè)術(shù)語(yǔ)。縱觀(guān)移動(dòng)通訊系統的發(fā)展歷史，模擬移動(dòng)手機被稱(chēng)作"第一代"；數字移動(dòng)手機被列入"第二代"；而其后的發(fā)展技術(shù)被稱(chēng)作"第三代"。當前全球還存在多種第一代和第二代通訊系統，它們成為全球范圍內普及單一通訊終端設備的一個(gè)阻力。另外，3G技術(shù)面臨的最大挑戰是系統的標準化，如何能夠支持單一通訊終端設備可以在全球范圍內得到通用。3G技術(shù)的設計基礎是支持全系列的移動(dòng)多媒體系統，其對多種數據速率提供靈活的支持，不僅可以傳送語(yǔ)音數據，還可以根據需要傳送視頻數據。使用3G網(wǎng)絡(luò )，我們可以傳輸需要高帶寬的應用數據，例如：它可以隨時(shí)隨地根據需要提供全視頻、視頻會(huì )議、高質(zhì)量語(yǔ)音和Web數據服務(wù)。

　　在日本，目前存在兩種3G系統：NTT DoCoMo公司和Vodafone公司使用的是W-CDMA；而au公司使用的是CDMA2000 1x。

3G-324M協(xié)議

　　第三代移動(dòng)通信系統IMT-2000的技術(shù)標準由ITU-R和ITU-T組織制定。ITU-R和ITU-T組織接受和評估各個(gè)國家和地區標準組織提交的建議（草案標準）。參與制定草案標準的主要標準組織包括：ARIB組織（Association of Radio Industries and Businesses）、日本TTC組織（Telecommunication Technology Committee）、歐洲ETSI組織、美國T1組織和韓國TTA組織。3GPP項目小組（Third Generation Partnership Project）就是由上述標準組織參與組成的，目標是制定全球性應用草案標準。3G-324M（*1）是3GPP組織制定的框架性標準，其制定基礎是ITU-T H.324/M和其它國際標準，它可以在無(wú)線(xiàn)電路交換網(wǎng)絡(luò )支持實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)應用。該標準包含的幾個(gè)子協(xié)議標準是：語(yǔ)音、視頻、用戶(hù)數據和控制數據的多路復用和分離（H.223）；in-band呼叫控制(H.245)。它定義的功能組件和端到端通信程序用于支持可視化音頻通訊應用。

　　（*1） 3G-324M: H.323是ITU-T組織針對基于互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)的通訊系統和終端設備制定的協(xié)議標準。而SIP是由IETF組織制定的著(zhù)名的多媒體通訊協(xié)議標準。通訊網(wǎng)絡(luò )需要協(xié)議標準支持，通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現與SIP協(xié)議和H.323系統的互連，其中專(zhuān)門(mén)針對移動(dòng)通訊的協(xié)議標準是H.324/M。3G-324M標準是H.324/M的進(jìn)一步發(fā)展，它用來(lái)支持IMT-2000。
　　3G-324M標準在技術(shù)上與H.324/M非常相似，但是它指定H.263作為強制基本標準，而把MPEG-4作為視頻編碼推薦標準。AMR是音頻編碼強制標準。H.223制定了多路音頻和視頻信號在單個(gè)移動(dòng)通訊信道的多路復用應用標準，H.245制定了在各個(gè)階段的消息控制交換標準。但是，在易出錯網(wǎng)絡(luò )的高效傳輸方法在3G-324M標準中制定。另外，level 2（由H.223附錄B制定）被制定為強制的多路復用協(xié)議層，它可以提供增強的容錯控制。

3G-324M標準的協(xié)議配置細節如下所示。

3G-324M媒體編碼集

　　3G-324M為視頻、音頻和數據等媒體類(lèi)型定義了強制性的媒體編碼標準。

(1)視頻編碼
　　3G-324M指定H.263為強制性基準協(xié)議（附錄中的擴展標準除外），而把MPEG-4制定為推薦視頻編碼標準。H.263作為老的編碼標準仍然應用于現有的H.323系統，因而保留它可以提供系統兼容性。MPEG-4比H.263基準協(xié)議擁有更高的靈活性，它提供了更先進(jìn)的錯誤檢測和糾錯方法。

　　這兩種編碼集一般均采用QCIF（Quarter Common Intermediate Format）輸入圖象格式。MPEG-4采用一系列工具集提高了容錯性。它采用的方法包括：數據分區、可反置變長(cháng)編碼（RVLC，Reversible Variable Length Codes）、再同步標識和HEC（header extension codes）。

　　數據分區方法通過(guò)標識符分別提供離散余弦 (DCT) 系數和移動(dòng)矢量參數，這樣可以避免某組數據的出錯影響到另外一組數據的解碼。例如，如果在某個(gè)給定的宏塊中檢測到DCT系數錯誤，我們仍然可以隱藏DCT系數錯誤，采用正確的移動(dòng)矢量信息重新創(chuàng )建宏塊。這樣，與解碼過(guò)程中采用前面相鄰數據幀的正確宏塊替換出錯宏塊的方法相比，該方法可以提供更高的視頻圖象解碼質(zhì)量。

　　RVLC方法允許對特定的數據塊從前端（前向）或者末端（反向）開(kāi)始解碼。這種方法提高了對出錯數據集的修復機率。

　　再同步標識符是插入比特流中的一些代碼，它可以幫助解碼器對解碼進(jìn)程進(jìn)行重新同步。

　　HEC支持更高效的解碼進(jìn)程再同步，其擴展的再同步標識符還包含了時(shí)間信息。

(2)語(yǔ)音編碼
　　ITU-T標準對語(yǔ)音編碼沒(méi)有強制性要求，只有IMT-2000語(yǔ)音服務(wù)應用強制性要求AMR編碼（Adaptive Multi-Rate），用于支持3G-324M設備。G.723.1是3GPP推薦的可選老編碼標準，它可以提供兼容H.323等標準。

　　AMR語(yǔ)音編碼的最高處理速率是12.2 kbps，取決于不同的基站距離、信號干擾和流量情況，AMR的實(shí)際傳輸速率范圍是4.75 kbps ~ 12.2 kbps。AMR還支持柔化噪音生成（CNG，Comfort Noise Generation）和非連續傳輸模式（DTX，Discontinuous Transmission）。它還可以根據不同的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調整處理速率和錯誤控制，在當前的信道環(huán)境下提供最佳的語(yǔ)音質(zhì)量。

　　AMR編碼還支持非對等錯誤檢測和預防（UED/UEP，Unequal Error Detection and Protection）。這種方法基于可判斷的數據相關(guān)性對比特流進(jìn)行分類(lèi)，如果在最相關(guān)的數據中檢測到錯誤，就可以對AMR數據幀直接進(jìn)行解碼，并隱藏數據錯誤。

(3) 數據通訊協(xié)議
　　T.120是數據會(huì )議應用推薦的數據通訊協(xié)議。但是，當前還沒(méi)有制定任何強制性協(xié)議，因而它也只是一種可選標準。

H.245呼叫控制

　　H.245是面向H.324、 H.310、H.323和V.75而定義的通用呼叫控制標準。與其它ITU-T推薦標準兩年一修訂的程序不同，H.245需要根據需求隨時(shí)對其進(jìn)行修訂，這主要是因為它應用于相當多種類(lèi)的系統中，我們需要快速對其功能實(shí)現增強以滿(mǎn)足其高速發(fā)展的需要。

　　H.245采用簡(jiǎn)單再傳輸協(xié)議（SRP，Simple Retransmission Protocol），或者采用可編號選項的SRP協(xié)議（NSRP，Numbered SRP）。H.245制定了一個(gè)控制信道分段和重新裝配的協(xié)議層（CCSRL，Control Channel Segmentation and Reassembly Layer），它可以在易出錯環(huán)境下保證應用的可靠性。SRP、NSRP和CCSRL的使用由協(xié)商層確定。H.245采用ASN.1（Abstract Syntax Notation 1）標準定義自己的消息結構。另外，消息數據基于PER（Packed Encoding Rule）規則采用二進(jìn)制編碼。
　　在通話(huà)雙方啟動(dòng)H.245會(huì )話(huà)之前，一個(gè)必須解決的問(wèn)題是：如果端點(diǎn)設備之間出現協(xié)議沖突，究竟由哪個(gè)端點(diǎn)設備負責解決，或充當主角。不同的端點(diǎn)設備在H.223信號多路復用/信號分離、視頻和音頻編碼、數據共享和其它功能領(lǐng)域可能存在著(zhù)不同的差異。H.245提供了一種功能交換的功能，它支持兩端設備通過(guò)協(xié)商確定一組通用的功能集。

　　媒體和數據流采用邏輯信道的方式進(jìn)行傳輸，需要提供相應的控制支持。H.245采用邏輯信道信令，支持邏輯信道的開(kāi)關(guān)和參數交換。在H.245標準中，發(fā)送方根據接收方廣播的可支持功能集，確定雙方通訊的編碼集和參數。如果接收方有指定的功能需求，它可以采用模式請求的方式向傳送方發(fā)送請求信號。

　　最后，H.245采用一組呼叫控制命令和提示符，提供數據流量控制、用戶(hù)輸入提示、視頻編碼控制、信號抖動(dòng)和失真提示。

　　*H.245的用戶(hù)提示符（UII，User Input Indication）在需要用戶(hù)交互的所有應用服務(wù)中扮演著(zhù)重要的角色。對于視頻消息應用，典型的UII應用一般提供用戶(hù)偏好選擇、消息錄音和查詢(xún)、以及常規的郵箱管理功能。H.245提供可靠的信令協(xié)議，可以確保各種消息（如：DTMF音頻）能夠得到可靠的傳輸。H.245 UII提供用戶(hù)提示的兩級表示：字符型提示和表示字符串提示時(shí)間長(cháng)短的信息。例如，特定的鍵被用戶(hù)按了多長(cháng)時(shí)間。

H.223多路復用和信號分離

　　為了提供不同級別的容錯支持，3G-324M定義了多級H.223傳輸。在H.223多媒體多路復用協(xié)議中，其轉換層（Adaptation Layer）提供邏輯信道的QoS，而多路復用和信號分離層（Multiplexing and Demultiplexing layer）提供多路邏輯信道到單個(gè)信道的合并。它可以同時(shí)支持分時(shí)多路復用和包多路服用兩種模式，可提供應用需要的靈活性、高效性和低延遲。

　　電路交換網(wǎng)絡(luò )的多媒體通訊需要多路復用技術(shù)，以支持視頻、語(yǔ)音和數據流量的混合同步傳輸。多路復用技術(shù)為每種媒體類(lèi)型指定了一個(gè)邏輯信道，可以把不同媒體源提供的多路比特流合并成單個(gè)比特流，在單路信道上進(jìn)行傳輸。

　　媒體類(lèi)型不同，其對應的邏輯信道對QoS的要求是不一樣的。例如，對于數據傳輸來(lái)說(shuō)，其對延遲的要求一般不會(huì )太嚴格，但是它要求完全無(wú)錯誤的傳輸。另外，語(yǔ)音傳輸對延遲有著(zhù)嚴格的限制，其綜合質(zhì)量可以在10-3錯誤率的基礎上實(shí)現。視頻通訊對傳輸的要求介于數據和音頻通訊之間。因此，多路復用技術(shù)需要這么一種功能，它可以根據不同的媒體編碼需求，對邏輯信道提供不同的QoS控制。

(1)多路復用和信號分離層

Level 0 (H.223基本協(xié)議)
　　Level 0作為H.223的基本協(xié)議，它提供同步和比特填充支持。Level 0提供16種不同的多路復用模式，支持媒體、控制信息和數據包的混合傳輸。多路復用模式可以由通訊端點(diǎn)設備之間協(xié)商確定。Level 0的容錯功能非常有限。比特錯誤將可能中斷HDLC（High Level Data Link Controller）協(xié)議傳輸，并影響比特填充，把比特填充誤認為有效負載。

Level 1 (H.223附錄 A)
　　Level 1由H.223附錄A定義，它擁有的同步機制可以有效增強易出錯信道的傳輸性能。為了提高M(jìn)UX-PDU的同步傳輸性能，在Level 0中MUX-PDU幀使用的8位HDLC同步標識符被16位PN（Pseudo Noise）序列所替代。HDLC被更穩定的幀模式和更長(cháng)的幀標識所替代。PN序列作為一組類(lèi)似偽噪音的信號，它實(shí)際上是按照統計學(xué)隨機產(chǎn)生的一組0和1比特序列。盡管它是隨機產(chǎn)生的，接收端可以根據其特定的結構判斷該序列的下一個(gè)比特符是什么。

　　多路復用幀沒(méi)有采用比特填充，它采用字節為單位（8位比特結構，幀的開(kāi)頭對應的是第一個(gè)字節。1字節= 8比特），并以字節為單位搜尋同步標識。

　　這樣， 即使在低速率和透明傳輸環(huán)境，同步標識的生成不再是確定的。但是，這顯著(zhù)提高了在比特流出錯條件下對同步標識特征的檢測。

Level 2 (H.223 附錄 B)

• 轉換所需要的多媒體消息模型，包括對不同形式內容的層次性標識符，可以支持多媒體內容的顯示和傳送。


• 轉換策略決策部件可以分析內容的特性，計算和選擇合適的轉換策略。


• 媒體處理技術(shù)，支持媒體操作、翻譯、編碼轉換和多媒體內容的重整。

• 實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)應用


• 單向/雙向應用


• 點(diǎn)到點(diǎn)/多點(diǎn)應用


• 個(gè)人/商務(wù)應
用

不同的應用系統需要相應的運行平臺（開(kāi)發(fā)/實(shí)施環(huán)境）。NMS電訊公司提供了"Video Access"應用系統開(kāi)發(fā)平臺，可支持上述各種應用系統的開(kāi)發(fā)。

視頻消息（視頻郵件）應用

　　離開(kāi)辦公室或家庭在外旅行，你可以把旅途見(jiàn)聞拍攝下來(lái)，并把視頻圖象傳送給自己的朋友、家人和同事。使用視頻消息服務(wù)，你可以通過(guò)FOMA手機發(fā)送電子郵件給遠端的FOMA手機，還可以發(fā)送給連接在網(wǎng)絡(luò )（如：IP網(wǎng)絡(luò )）上的H.323設備。采用網(wǎng)關(guān)、視頻錄制/播放、視頻轉換等功能，我們可以搭建各種消息應用系統。視頻郵件應用的呼叫接入端是視頻服務(wù)器，因而視頻服務(wù)器需要配置編碼轉換功能，這樣可以在服務(wù)器內部實(shí)現視頻的存儲和播放。


可視通訊/視頻會(huì )議應用

　　目前存在著(zhù)點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)視頻會(huì )議。視頻會(huì )議可以在FOMA和IP客戶(hù)端之間創(chuàng )建。FOMA用戶(hù)可以加入網(wǎng)絡(luò )會(huì )議，而過(guò)去一般只有PC機才可以加入網(wǎng)絡(luò )會(huì )議。如果你遠離家庭和辦公室，你也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現與朋友和同事的視頻通訊。

　　在消防隊和警察局，他們可以建立險情會(huì )議，并可以和總部共享火情、事故和犯罪現場(chǎng)等視頻信息。

　　在添加視頻錄制和播放功能后，視頻會(huì )議可以用于今后資料查詢(xún)。類(lèi)似的，商務(wù)應用可以采用上述功能建立自己的視頻呼叫中心。視頻服務(wù)器配置了視頻混合編碼轉換后，可以支持多方視頻會(huì )議應用。

視頻流應用

　　視頻流應用可以把存放在流處理服務(wù)器上的視頻片段通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送給FOMA手機。快訊、旅游信息、產(chǎn)品介紹、廣告甚至電影等都可以處理成視頻流向用戶(hù)傳送。這種處理比常規語(yǔ)音信息能夠傳遞更多可視、直觀(guān)信息。

　　視頻流應用還可以支持音樂(lè )會(huì )和體育等大家關(guān)注事件的現場(chǎng)直播，它通過(guò)遠程服務(wù)器向FOMA手機傳送。使用FOMA手機，您還可以在任何時(shí)間，觀(guān)看由設置在遠程任何地方監控攝像機提供的各種事件的實(shí)時(shí)視頻流，應用領(lǐng)域包括：災區、旅游景點(diǎn)、交通、醫院、學(xué)校、重要事件等。同樣的技術(shù)可以幫助我們監控家中的孩子和寵物。上述都是基本的單向實(shí)時(shí)應用。

　　使用3G-324M協(xié)議，壓縮視頻（MPEG4）、壓縮語(yǔ)音(AMR)和信號能夠以64 kbps的速率進(jìn)行傳送。與基于包網(wǎng)絡(luò )的視頻傳輸相比，這種方法可以支持更高效的視頻和語(yǔ)音信息的傳送。這種服務(wù)需要一個(gè)配有編碼轉化器的視頻網(wǎng)關(guān)，對數據流提供相應的處理。

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NMS公司供稿 CTI論壇編輯