隨著競爭的加劇以及話音市場的日益飽和，移動運營商為了增加收入必須尋求新的出路，那就是開展移動多媒體業務。在過去的一年里，移動音樂、移動電視等業務引起了業界極大的關注，移動多媒體通信成為未來通信的發展趨勢。本文要探討的就是移動多媒體通信的關鍵技術。主要介紹了和移動多媒體通信密切相關的幾種技術：網絡技術、視頻編碼技術、流媒體技術等。在移動多媒體通信中，終端技術、業務平臺技術也是非常重要的，由于篇幅所限，本文不做討論。
一、使移動多媒體通信更加有效的技術
移動多媒體通信具備以下特點：
①數據量大。多媒體通信的數據量遠遠大于話音通信，例如，移動可視電話一般采用QCIF分辨率的圖像，有176×144=25 344像素。如果每個像素由24位表示，一幀圖像的數據量就達594 kbit。實時視頻圖像傳輸要求的幀頻為25幀/s。則數據傳輸速率將達到14.5 Mbit/s。
②實時性要求高。多媒體通信往往對實時性的要求比較高，比如視頻電話，要求延遲小、實時性好。
③無線信道缺乏QoS保證。無線信道不穩定的特點容易使通信不可靠，傳輸速率表現出時變的特點，而且容易帶來連續、突發性的傳輸錯誤。
④多媒體業務對終端要求較高，比如下載類的視頻業務，對終端存儲容量也有著較高的要求，音樂、視頻類的業務需要手機能支持相應功能。
針對移動多媒體通信的上述特點，人們想出了一些解決辦法。相對于移動多媒體業務數據量大的特點，有兩個解決辦法：一是采用更加先進的網絡技術，從而提高網絡的通信速率；另一個辦法則是采用較好的編碼技術，這樣也可以使待傳輸的數據量變小。好的編碼技術還可以在一定程度上對抗無線信道不可靠的特點，這對于提高移動多媒體業務的質量也大有好處。另外，針對一些需要下載的多媒體業務對終端存儲容量要求較高的問題，引入了流媒體技術，這樣就不需要把所有的內容都下載下來，可以邊下載邊播放，一方面可以緩解終端存儲空間的不足，另一方面流媒體啟動播放的延時非常短，使用戶能夠即時收看收聽視頻業務，提高了實時性。當然，終端技術的發展，如彩屏、攝像頭、音樂功能等，對移動多媒體業務的發展也會起到保障和推動作用。
二、網絡技術發展
今天3G移動通信系統在很多國家已經進入商用，然而，隨著移動多媒體業務的發展，3G已經不能滿足人們的需要了，其局限性主要體現在以下幾個方面。
①難以達到較高的通信速率。3G最高可支持2 Mbit/s的速率。然而在高速移動環境下，卻遠遠達不到這一速率，因此不能滿足用戶對高速多媒體業務的要求。
②難以提供動態范圍多速率業務。由于3G空中接口標準對核心網有所限制，因此3G將難以提供具有多種QoS及性能的各種速率的業務。
③難以實現不同頻段的不同業務環境間的無縫漫游。由于采用不同頻段的不同業務環境需要移動終端配置有相應不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能夠實現多業務環境的不同配置。
以上3G系統的一些局限性，人們希望能夠通過第四代移動通信來解決。4G系統具有如下特點：
①速率更快。4G通信系統的速率可以達到10～20 Mbit/s，最高可達100 Mbit/s。
②各系統（IMT-2000、WLAN、BWA、衛星、廣播等）之間無縫的業務支持，并提供全球無縫漫游。
③支持多種模式、對稱/非對稱業務。
④全IP網絡，支持QoS。
1999年成立的ITU-R的WP8F工作組的主要任務就是負責3G未來發展和超3G的研究。超3G是ITU定義的Systems Beyond IMT-2000的簡稱，顧名思義，是超越3G系統，目前所稱的第四代移動通信實際上就是指ITU提出的超3G系統。ITU的超3G工作計劃是全面啟動超IMT2000業務、市場、技術和頻譜需求的研究。
目前，歐洲、日本、韓國、美國以及我國也都啟動了超3G/4G的研究，NTT DoCoMo、AT&T、Nortel、SKT等公司也積極地進行了相關的研發和試驗，并已取得了初步的成績。
三、視頻編碼技術
在移動多媒體通信中，圖像、文本、音頻數據都需要編碼，但是由于其中視頻通信的數據量最大，最有代表性，因而，本章主要介紹視頻編碼技術。
目前常用的視頻編碼格式有MPEG-4、H.263、Nancy Codec。
1.MPEG-4
MPEG是動態圖像專家組（Moving Pictures Experts Group）的英文縮寫，該專家組成立于1988年，致力于運動圖像及其伴音的壓縮編碼標準化工作，原先他們打算開發MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3和MPEG-4四個版本，以適用于不同帶寬和數字影像質量的要求。
目前，MPEG-1技術被廣泛應用于VCD，而MPEG-2標準則用于廣播電視和DVD等。MPEG-3最初是為HDTV開發的編碼和壓縮標準，但由于MPEG-2的出色性能表現，MPEG-3最終沒有出臺。而MPEG-4從1999年開始正式成為國際標準，其標準名稱為甚低速率視聽編碼（Very-low bitrate audio-visual coding）。
MPEG-4引入了基于對象的概念——視聽對象（AVO），使更多交互操作成為可能。AVO可以是一個人物，也可以是這個人物的語音或者一段背景音樂。它具有高效編碼、高效存儲與傳播及可交互操作的特性。MPEG-4對AVO的操作主要有：采用AVO來表示聽覺、視覺或者視聽組合內容；組合已有的AVO來生成復合的AVO，并生成視聽場景；對AVO的數據靈活地多路合成與同步，這樣便于選擇合適的網絡來傳輸對象數據；允許接收端的用戶在視聽場合中對AVO進行交互操作。
MPEG-4標準由下面幾個部分組成：
①傳輸多媒體集成框架（DMIF）
DMIF是MPEG-4制定的會話協議，用來管理多媒體數據流。該協議與文件傳輸協議相似，不同的是，文件傳輸協議返回的是數據，而DMIF返回的是指向到何處獲取數據流的指針。
②場景描述
MPEG-4提供了一系列工具，用于組成場景中的一組對象。一些必要的合成信息就組成了場景描述。
③音頻編碼
MPEG-4不僅支持自然聲音，而且支持合成聲音。MPEG-4的音頻部分將音頻的合成編碼和自然聲音的編碼相結合，并支持音頻的對象特征。MPEG-4的譯碼器還支持MIDI合成音樂和文本到語音（TTS）的轉換。
④視頻編碼
與音頻編碼類似，MPEG-4也支持對自然和合成的視覺對象的編碼。合成的視覺對象包括2D、3D動畫和人面部表情動畫等。
2.H.263
H.263是ITU-T推出的碼率低于64 kbit/s的低碼率視頻壓縮標準，是一種集圖像幀間預測（降低圖像的時間冗余度）和離散余弦變換（DCT）編碼（降低圖像的空間冗余度）于一體的混合編碼結構，具有較高的壓縮比，適合于無線視頻傳輸。采用的基本技術包括：DCT變換、運動補償、量化、熵編碼等，其核心是離散余弦變換加運動補償（DCT+MC）。
典型的H.263視頻流由一個I幀（intra-frame）和幾個P幀（inter-frame）構成。I幀是獨立編碼的，沒有采用任何參考幀，可以獨立解碼；P幀是由當前幀和前一個P幀的差值編碼構成的。若采用QCIF格式（176×144像素），一幅圖像被分成99（11×9）個宏塊（MB），每個宏塊由4個8×8的亮度塊和2個8×8的色度塊構成，11個連續的MB就構成了一個GOB（Group of Blocks）
3.Nancy Codec
Nancy Codec是日本OFFICE NOA公司開發的一項技術，與業界公認標準MPEG-4相比，在技術上有很大的不同。在Nancy Codec中，它并沒有采用目前流行的離散余弦變換及小波變換，而是使用了OFFICE NOA獨自開發的結構化比例多邊形（SMSP）技術，將圖像按不同形狀與尺寸進行模塊化分割，然后再壓縮。它是一種全新的算法，不需要進行動態預測，完全擺脫了通過使用變換頻率的手段來實現高頻成分時所產生的損耗，也擺脫了動態預測的束縛。Nancy Codec只需運用簡單的算術算法如整數的加減，字節變換和比較等運算就可以完成畫面處理，故它能在采用8位CPU的平臺上運行，這樣的要求能使移動電話可以采用小尺寸的芯片進行視頻的壓縮和解壓縮。
4.幾種視頻壓縮技術的比較
目前MPEG-4和H.263都是成熟標準，是3GPP支持的標準，有手機支持，缺點是壓縮算法比較復雜。而Nancy壓縮算法很簡單，只有MPEG-4 1/10以下的負荷，缺點是其不是3GPP標準支持的文件格式。
四、流媒體技術
所謂流媒體技術是把連續的影像和聲音信息經過壓縮之后放到網絡服務器上，移動終端用戶可以一邊下載一邊播放，這樣用戶的等待時間不需要很長。流媒體技術是采用流式傳輸的方式在網絡上傳輸音頻、視頻等格式的多媒體文件。流媒體是和下載播放相對的，即在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內容存入內存，這樣就不需要移動終端有太強的存儲功能。
1.流媒體編碼格式
目前主流的流媒體格式有RealNetworks公司的Real System，Microsoft公司的Windows Meia Technology和Apple公司的QuickTime，它們是網上流媒體傳輸系統的3大主流。
①Real System
Real System由媒體內容制作工具（Real Producer）、服務器（RealServer）、客戶端軟件（Client Software）組成。相應的流媒體文件包括Real Audio、RealVideo、RealPresentation和RealFlash幾類，用于傳輸不同的文件。Real System采用SureStream技術，自動并持續地調整數據流的流量以適應實際應用中的各種不同網絡帶寬需求，輕松地在網上實現視音頻和三維動畫。
②Windows Media
Windows Media技術是微軟公司推出的，其前身是微軟公司的Netshow產品，目的是在網上實現包括音頻、視頻在內的多媒體流信息的傳輸。Windows Media技術由Media Tools、Media Sever和Media Player工具構成。
③QuickTime
Apple公司于1991年開始發布QuickTime，它幾乎支持所有主流的個人計算平臺和各種格式的靜態圖像文件、視頻和動畫格式，具有內置Web瀏覽器插件（Plug-in）技術、支持IETF流標準以及RPT、RTSP、SDP、FTP和HTTP等網絡協議。
Quick Time包括：服務器（Quick Time Streaming server）、帶編輯功能的播放器（QuickTime Player）、制作工具（Quick Time4 Pro）、圖像瀏覽器（Picture Viewer）以及使Internet瀏覽器能夠播放Quick Time，影片的Quick Time插件。
2.流式傳輸協議
①實時傳輸協議
實時傳輸協議（RTP）是用于Internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現流同步。RTP通常使用UDP來傳送數據，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協議之上工作。當應用程序開始一個RTP會話時將使用兩個端口：一個給RTP，一個給RTCP。RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務。通常RTP算法并不作為一個獨立的網絡層來實現，而是作為應用程序代碼的一部分。
②實時傳輸控制協議
實時傳輸控制協議（RTCP）和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料。因此，服務器可以利用這些信息動態地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP和RTCP配合使用，他們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網上的實時數據。
③實時流協議
實時流協議（RTSP）是由Real Networks和Netscape共同提出的。該協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。RTSP在體系結構上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數據傳輸。
④資源預留協議
資源預留協議（RSVP）是正在開發的Internet上的資源預訂協議，使用RSVP能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS，但該協議不傳輸數據。
|
