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3G基礎(chǔ)知識(shí)及3G/視頻產(chǎn)品應(yīng)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)語音編碼
  (3) 數(shù)據(jù)通訊協(xié)議
  
  
• H.245呼叫控制
  
  
• H.223多路復(fù)用和信號(hào)分離
  (1)多路復(fù)用和信號(hào)分離層
  (2) 轉(zhuǎn)換層
  
  
• 媒體轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)介
  
  
• 媒體轉(zhuǎn)換處理技術(shù)
  
  
• 基于3G手機(jī)的應(yīng)用
  使用視頻手機(jī)功能開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)
  視頻消息（視頻郵件）應(yīng)用
  可視通訊/視頻會(huì)議應(yīng)用
  視頻流應(yīng)用
  

3G是什么?

　　3G是"3rd Generation"（第三代）的縮寫，即第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT-2000），它是高速移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的行業(yè)術(shù)語�？v觀移動(dòng)通訊系統(tǒng)的發(fā)展歷史，模擬移動(dòng)手機(jī)被稱作"第一代"；數(shù)字移動(dòng)手機(jī)被列入"第二代"；而其后的發(fā)展技術(shù)被稱作"第三代"。當(dāng)前全球還存在多種第一代和第二代通訊系統(tǒng)，它們成為全球范圍內(nèi)普及單一通訊終端設(shè)備的一個(gè)阻力。另外，3G技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)是系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，如何能夠支持單一通訊終端設(shè)備可以在全球范圍內(nèi)得到通用。3G技術(shù)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是支持全系列的移動(dòng)多媒體系統(tǒng)，其對(duì)多種數(shù)據(jù)速率提供靈活的支持，不僅可以傳送語音數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)需要傳送視頻數(shù)據(jù)。使用3G網(wǎng)絡(luò)，我們可以傳輸需要高帶寬的應(yīng)用數(shù)據(jù)，例如：它可以隨時(shí)隨地根據(jù)需要提供全視頻、視頻會(huì)議、高質(zhì)量語音和Web數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　在日本，目前存在兩種3G系統(tǒng)：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(tǒng)IMT-2000的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由ITU-R和ITU-T組織制定。ITU-R和ITU-T組織接受和評(píng)估各個(gè)國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組織提交的建議（草案標(biāo)準(zhǔn)）。參與制定草案標(biāo)準(zhǔn)的主要標(biāo)準(zhǔn)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(guó)T1組織和韓國(guó)TTA組織。3GPP項(xiàng)目小組（Third Generation Partnership Project）就是由上述標(biāo)準(zhǔn)組織參與組成的，目標(biāo)是制定全球性應(yīng)用草案標(biāo)準(zhǔn)。3G-324M（*1）是3GPP組織制定的框架性標(biāo)準(zhǔn)，其制定基礎(chǔ)是ITU-T H.324/M和其它國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它可以在無線電路交換網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)包含的幾個(gè)子協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是：語音、視頻、用戶數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的多路復(fù)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(yīng)用。

　�。�*1） 3G-324M: H.323是ITU-T組織針對(duì)基于互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)的通訊系統(tǒng)和終端設(shè)備制定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。而SIP是由IETF組織制定的著名的多媒體通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。通訊網(wǎng)絡(luò)需要協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)支持，通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與SIP協(xié)議和H.323系統(tǒng)的互連，其中專門針對(duì)移動(dòng)通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是H.324/M。3G-324M標(biāo)準(zhǔn)是H.324/M的進(jìn)一步發(fā)展，它用來支持IMT-2000。
　　3G-324M標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上與H.324/M非常相似，但是它指定H.263作為強(qiáng)制基本標(biāo)準(zhǔn)，而把MPEG-4作為視頻編碼推薦標(biāo)準(zhǔn)。AMR是音頻編碼強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。H.223制定了多路音頻和視頻信號(hào)在單個(gè)移動(dòng)通訊信道的多路復(fù)用應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，H.245制定了在各個(gè)階段的消息控制交換標(biāo)準(zhǔn)。但是，在易出錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸方法在3G-324M標(biāo)準(zhǔn)中制定。另外，level 2（由H.223附錄B制定）被制定為強(qiáng)制的多路復(fù)用協(xié)議層，它可以提供增強(qiáng)的容錯(cuò)控制。

3G-324M標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議配置細(xì)節(jié)如下所示。

3G-324M媒體編碼集

　　3G-324M為視頻、音頻和數(shù)據(jù)等媒體類型定義了強(qiáng)制性的媒體編碼標(biāo)準(zhǔn)。

(1)視頻編碼
　　3G-324M指定H.263為強(qiáng)制性基準(zhǔn)協(xié)議（附錄中的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)除外），而把MPEG-4制定為推薦視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.263作為老的編碼標(biāo)準(zhǔn)仍然應(yīng)用于現(xiàn)有的H.323系統(tǒng)，因而保留它可以提供系統(tǒng)兼容性。MPEG-4比H.263基準(zhǔn)協(xié)議擁有更高的靈活性，它提供了更先進(jìn)的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)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(cuò)性。它采用的方法包括：數(shù)據(jù)分區(qū)、可反置變長(zhǎng)編碼（RVLC，Reversible Variable Length Codes）、再同步標(biāo)識(shí)和HEC（header extension codes）。

　　數(shù)據(jù)分區(qū)方法通過標(biāo)識(shí)符分別提供離散余弦 (DCT) 系數(shù)和移動(dòng)矢量參數(shù)，這樣可以避免某組數(shù)據(jù)的出錯(cuò)影響到另外一組數(shù)據(jù)的解碼。例如，如果在某個(gè)給定的宏塊中檢測(cè)到DCT系數(shù)錯(cuò)誤，我們?nèi)匀豢梢噪[藏DCT系數(shù)錯(cuò)誤，采用正確的移動(dòng)矢量信息重新創(chuàng)建宏塊。這樣，與解碼過程中采用前面相鄰數(shù)據(jù)幀的正確宏塊替換出錯(cuò)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(duì)特定的數(shù)據(jù)塊從前端（前向）或者末端（反向）開始解碼。這種方法提高了對(duì)出錯(cuò)數(shù)據(jù)集的修復(fù)機(jī)率。

　　再同步標(biāo)識(shí)符是插入比特流中的一些代碼，它可以幫助解碼器對(duì)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(kuò)展的再同步標(biāo)識(shí)符還包含了時(shí)間信息。

(2)語音編碼
　　ITU-T標(biāo)準(zhǔn)對(duì)語音編碼沒有強(qiáng)制性要求，只有IMT-2000語音服務(wù)應(yīng)用強(qiáng)制性要求AMR編碼（Adaptive Multi-Rate），用于支持3G-324M設(shè)備。G.723.1是3GPP推薦的可選老編碼標(biāo)準(zhǔn)，它可以提供兼容H.323等標(biāo)準(zhǔn)。

　　AMR語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(hào)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(xù)傳輸模式（DTX，Discontinuous Transmission）。它還可以根據(jù)不同的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整處理速率和錯(cuò)誤控制，在當(dāng)前的信道環(huán)境下提供最佳的語音質(zhì)量。

　　AMR編碼還支持非對(duì)等錯(cuò)誤檢測(cè)和預(yù)防（UED/UEP，Unequal Error Detection and Protection）。這種方法基于可判斷的數(shù)據(jù)相關(guān)性對(duì)比特流進(jìn)行分類，如果在最相關(guān)的數(shù)據(jù)中檢測(cè)到錯(cuò)誤，就可以對(duì)AMR數(shù)據(jù)幀直接進(jìn)行解碼，并隱藏?cái)?shù)據(jù)錯(cuò)誤。

(3) 數(shù)據(jù)通訊協(xié)議
　　T.120是數(shù)據(jù)會(huì)議應(yīng)用推薦的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。但是，當(dāng)前還沒有制定任何強(qiáng)制性協(xié)議，因而它也只是一種可選標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)準(zhǔn)。與其它ITU-T推薦標(biāo)準(zhǔn)兩年一修訂的程序不同，H.245需要根據(jù)需求隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行修訂，這主要是因?yàn)樗鼞?yīng)用于相當(dāng)多種類的系統(tǒng)中，我們需要快速對(duì)其功能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)以滿足其高速發(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(hào)選項(xiàng)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(cuò)環(huán)境下保證應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)定義自己的消息結(jié)構(gòu)。另外，消息數(shù)據(jù)基于PER（Packed Encoding Rule）規(guī)則采用二進(jìn)制編碼。
　　在通話雙方啟動(dòng)H.245會(huì)話之前，一個(gè)必須解決的問題是：如果端點(diǎn)設(shè)備之間出現(xiàn)協(xié)議沖突，究竟由哪個(gè)端點(diǎn)設(shè)備負(fù)責(zé)解決，或充當(dāng)主角。不同的端點(diǎn)設(shè)備在H.223信號(hào)多路復(fù)用/信號(hào)分離、視頻和音頻編碼、數(shù)據(jù)共享和其它功能領(lǐng)域可能存在著不同的差異。H.245提供了一種功能交換的功能，它支持兩端設(shè)備通過協(xié)商確定一組通用的功能集。

　　媒體和數(shù)據(jù)流采用邏輯信道的方式進(jìn)行傳輸，需要提供相應(yīng)的控制支持。H.245采用邏輯信道信令，支持邏輯信道的開關(guān)和參數(shù)交換。在H.245標(biāo)準(zhǔn)中，發(fā)送方根據(jù)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(shù)。如果接收方有指定的功能需求，它可以采用模式請(qǐng)求的方式向傳送方發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)。

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

　　*H.245的用戶提示符（UII，User Input Indication）在需要用戶交互的所有應(yīng)用服務(wù)中扮演著重要的角色。對(duì)于視頻消息應(yīng)用，典型的UII應(yīng)用一般提供用戶偏好選擇、消息錄音和查詢、以及常規(guī)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提供用戶提示的兩級(jí)表示：字符型提示和表示字符串提示時(shí)間長(zhǎng)短的信息。例如，特定的鍵被用戶按了多長(zhǎng)時(shí)間。

H.223多路復(fù)用和信號(hào)分離

　　為了提供不同級(jí)別的容錯(cuò)支持，3G-324M定義了多級(jí)H.223傳輸。在H.223多媒體多路復(fù)用協(xié)議中，其轉(zhuǎn)換層（Adaptation Layer）提供邏輯信道的QoS，而多路復(fù)用和信號(hào)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(fù)用和包多路服用兩種模式，可提供應(yīng)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(fù)用技術(shù)，以支持視頻、語音和數(shù)據(jù)流量的混合同步傳輸。多路復(fù)用技術(shù)為每種媒體類型指定了一個(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。

　　媒體類型不同，其對(duì)應(yīng)的邏輯信道對(duì)QoS的要求是不一樣的。例如，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸來說，其對(duì)延遲的要求一般不會(huì)太嚴(yán)格，但是它要求完全無錯(cuò)誤的傳輸。另外，語音傳輸對(duì)延遲有著嚴(yán)格的限制，其綜合質(zhì)量可以在10-3錯(cuò)誤率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。視頻通訊對(duì)傳輸?shù)囊蠼橛跀?shù)據(jù)和音頻通訊之間。因此，多路復(fù)用技術(shù)需要這么一種功能，它可以根據(jù)不同的媒體編碼需求，對(duì)邏輯信道提供不同的QoS控制。

(1)多路復(fù)用和信號(hào)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(fù)用模式，支持媒體、控制信息和數(shù)據(jù)包的混合傳輸。多路復(fù)用模式可以由通訊端點(diǎn)設(shè)備之間協(xié)商確定。Level 0的容錯(cuò)功能非常有限。比特錯(cuò)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(rèn)為有效負(fù)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(jī)制可以有效增強(qiáng)易出錯(cuò)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(biāo)識(shí)符被16位PN（Pseudo Noise）序列所替代。HDLC被更穩(wěn)定的幀模式和更長(zhǎng)的幀標(biāo)識(shí)所替代。PN序列作為一組類似偽噪音的信號(hào)，它實(shí)際上是按照統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)產(chǎn)生的一組0和1比特序列。盡管它是隨機(jī)產(chǎn)生的，接收端可以根據(jù)其特定的結(jié)構(gòu)判斷該序列的下一個(gè)比特符是什么。

　　多路復(fù)用幀沒有采用比特填充，它采用字節(jié)為單位（8位比特結(jié)構(gòu)，幀的開頭對(duì)應(yīng)的是第一個(gè)字節(jié)。1字節(jié)= 8比特），并以字節(jié)為單位搜尋同步標(biāo)識(shí)。

　　這樣， 即使在低速率和透明傳輸環(huán)境，同步標(biāo)識(shí)的生成不再是確定的。但是，這顯著提高了在比特流出錯(cuò)條件下對(duì)同步標(biāo)識(shí)特征的檢測(cè)。

Level 2 (H.223 附錄 B)

• 轉(zhuǎn)換所需要的多媒體消息模型，包括對(duì)不同形式內(nèi)容的層次性標(biāo)識(shí)符，可以支持多媒體內(nèi)容的顯示和傳送。


• 轉(zhuǎn)換策略決策部件可以分析內(nèi)容的特性，計(jì)算和選擇合適的轉(zhuǎn)換策略。


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

• 實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)應(yīng)用


• 單向/雙向應(yīng)用


• 點(diǎn)到點(diǎn)/多點(diǎn)應(yīng)用


• 個(gè)人/商務(wù)應(yīng)
用

不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要相應(yīng)的運(yùn)行平臺(tái)（開發(fā)/實(shí)施環(huán)境）。NMS電訊公司提供了"Video Access"應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，可支持上述各種應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

視頻消息（視頻郵件）應(yīng)用

　　離開辦公室或家庭在外旅行，你可以把旅途見聞拍攝下來，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FOMA手機(jī)發(fā)送電子郵件給遠(yuǎn)端的FOMA手機(jī)，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(shè)備。采用網(wǎng)關(guān)、視頻錄制/播放、視頻轉(zhuǎn)換等功能，我們可以搭建各種消息應(yīng)用系統(tǒng)。視頻郵件應(yīng)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(zhuǎn)換功能，這樣可以在服務(wù)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)視頻的存儲(chǔ)和播放。


可視通訊/視頻會(huì)議應(yīng)用

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

　　在消防隊(duì)和警察局，他們可以建立險(xiǎn)情會(huì)議，并可以和總部共享火情、事故和犯罪現(xiàn)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。類似的，商務(wù)應(yīng)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(zhuǎn)換后，可以支持多方視頻會(huì)議應(yīng)用。

視頻流應(yīng)用

　　視頻流應(yīng)用可以把存放在流處理服務(wù)器上的視頻片段通過網(wǎng)關(guān)傳送給FOMA手機(jī)�？煊崱⒙糜涡畔�、產(chǎn)品介紹、廣告甚至電影等都可以處理成視頻流向用戶傳送。這種處理比常規(guī)語音信息能夠傳遞更多可視、直觀信息。

　　視頻流應(yīng)用還可以支持音樂會(huì)和體育等大家關(guān)注事件的現(xiàn)場(chǎng)直播，它通過遠(yuǎn)程服務(wù)器向FOMA手機(jī)傳送。使用FOMA手機(jī)，您還可以在任何時(shí)間，觀看由設(shè)置在遠(yuǎn)程任何地方監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供的各種事件的實(shí)時(shí)視頻流，應(yīng)用領(lǐng)域包括：災(zāi)區(qū)、旅游景點(diǎn)、交通、醫(yī)院、學(xué)校、重要事件等。同樣的技術(shù)可以幫助我們監(jiān)控家中的孩子和寵物。上述都是基本的單向?qū)崟r(shí)應(yīng)用。

　　使用3G-324M協(xié)議，壓縮視頻（MPEG4）、壓縮語音(AMR)和信號(hào)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音信息的傳送。這種服務(wù)需要一個(gè)配有編碼轉(zhuǎn)化器的視頻網(wǎng)關(guān)，對(duì)數(shù)據(jù)流提供相應(yīng)的處理。

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NMS公司供稿 CTI論壇編輯