摘  要： 隨著多媒體通信技術(shù)的不斷發(fā)展，移動學習（M-Learning）在現(xiàn)代遠程教育中占據(jù)越來越重要的地位。針對流媒體服務(wù)器的傳輸系統(tǒng)，分析了流媒體傳輸協(xié)議、RTP承載H.264壓縮視頻數(shù)據(jù)的包格式和組包策略，移植并搭建了一種基于Live555視頻點播的移動學習平臺。轉(zhuǎn)換現(xiàn)有教學資源的視頻格式，并部署到該平臺中，可以滿足學習愛好者對移動學習的迫切需求。
關(guān)鍵詞： 移動學習；流媒體；H.264；實時流協(xié)議

　建設(shè)浙江開放大學，是要把終身學習數(shù)字化公共服務(wù)平臺建設(shè)成為統(tǒng)一架構(gòu)、整體部署、多功能、開放式和工具型的信息平臺，并構(gòu)建信息系統(tǒng)運行、開發(fā)、使用和管理的良好環(huán)境，為各類學習者提供方便、靈活、個性化的學習環(huán)境；為全面推進繼續(xù)教育和終身教育體系建設(shè)，加快建設(shè)人人皆學、處處可學、時時能學的學習型社會提供有效的平臺技術(shù)支撐。
　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的迅速發(fā)展，移動數(shù)字設(shè)備（如智能手機，平板電腦等）具備了較強的多媒體處理能力，擁有高分辨率、高色彩數(shù)的顯示屏，支持音視頻的播放及各種娛樂、辦公、學習等應(yīng)用軟件擴展功能，同時還可通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入。而終身學習平臺如果僅僅依靠臺式電腦和電視作傳播媒介正面臨極大的局限性，已無法滿足廣大學習者對“人人皆學、處處可學、時時能學”的需求。
　針對個性化學習的需求，移動學習應(yīng)運而生。移動學習是指利用無線移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線移動通信設(shè)備（如移動電話、個人數(shù)字助理PDA、Pocket PC等）獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)的一種新型學習形式[1]。學習者只要擁有智能終端和無線網(wǎng)絡(luò)就能進入學習環(huán)境，充分體現(xiàn)學習的便捷性、教學個性化、交互豐富性等特點。它的出現(xiàn)不僅給人們帶來觀念的轉(zhuǎn)變，還會改變傳統(tǒng)的學習模式，教材將由紙質(zhì)書本向電子文檔、教學視頻轉(zhuǎn)變，學習場地也由教室向各個能連接網(wǎng)絡(luò)的場所延伸。移動學習流媒體服務(wù)器正是在這背景下的技術(shù)產(chǎn)物，讓學習者通過智能終端網(wǎng)絡(luò)接入，進行教學視頻資源的點播學習。基于此，本文移植并搭建了基于Live555的開源視頻點播系統(tǒng)。由于Live555良好的設(shè)計非常容易擴展對其他格式的支持，能快速、有效地搭建流媒體服務(wù)器服務(wù)于移動學習平臺。該系統(tǒng)使遠程教育的接入途徑更多、覆蓋面更廣、提供了更便捷的學習方法，以吸引更多的學習愛好者，激發(fā)他們的學習欲望。
1 流媒體服務(wù)器傳輸系統(tǒng)
　流媒體服務(wù)器與移動終端是通過RTSP（Real Time Streaming Protocol）建立連接，通過RTP（Real Time Protocol）網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將多媒體數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，并用RTCP（Real Time Control Protocol）協(xié)議進行QoS控制。主要的流媒體協(xié)議棧如圖1所示。

　客戶端首先向服務(wù)器發(fā)送包含了點播文件的URL（Uniform Resource Locator），連接服務(wù)器端的RTSP端口，建立RTSP連接。具體交互過程如下：
　（1）客戶端發(fā)送Option消息請求，服務(wù)器端響應(yīng)所支持的所有交互的方法信息。
　（2）客戶端發(fā)送Describe請求（主要包含流媒體名字、解碼器類型、視頻分辨率、解碼能力等描述），服務(wù)器對Describe請求作出響應(yīng)，發(fā)送必要的媒體參數(shù)（即SDP文件，包括媒體名、幀速率、編碼類型、傳輸協(xié)議等）。響應(yīng)成功后會話進入INIT狀態(tài)。
　（3）客戶端發(fā)送Setup請求，其中包括協(xié)議集和端口號（或者是端口號的一個范圍）。服務(wù)器從中選擇一個協(xié)議和端口，然后作出應(yīng)答。啟動成功后會話進入READY態(tài)。
　（4）客戶端發(fā)送Play請求，請求消息主要是播放媒體的起始時間。服務(wù)器啟動RTP包發(fā)送線程并發(fā)送多媒體數(shù)據(jù)。此時，會話進入PLAYING態(tài)。
　（5）在播放過程中，客戶端可隨時發(fā)出Teardown請求關(guān)閉會話，服務(wù)器端響應(yīng)后關(guān)閉連接，停止傳輸。
1.2 多媒體數(shù)據(jù)傳輸
　RTP協(xié)議是IETF在1996年提出的、適用于實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦蛥f(xié)議，由實時傳輸協(xié)議RTP和實時傳輸控制協(xié)議RTCP兩部分組成。RTP為用戶提供連續(xù)媒體數(shù)據(jù)的實時傳輸服務(wù)，主要承載在UDP上，并不直接保證傳輸?shù)膶崟r性，而依賴底層網(wǎng)絡(luò)提供的QoS服務(wù)來真正達到實時性的要求。而RTCP協(xié)議是控制部分，用于實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，為系統(tǒng)提供擁塞控制和流控制。在RTP會話期間，各參與者會周期性地傳送包含數(shù)據(jù)包已發(fā)送的數(shù)量、丟失的數(shù)量等統(tǒng)計信息的RTCP包。
　在流媒體應(yīng)用場合，流媒體服務(wù)器一方面會周期性地產(chǎn)生發(fā)送端報告，該RTCP數(shù)據(jù)包包含不同媒體流之間的同步信息以及已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包和字節(jié)的計數(shù)，接收端可以根據(jù)這些信息估算出實際的數(shù)據(jù)傳輸速率；另一方面，接收端也會向服務(wù)器發(fā)送接收端報告，該RTCP數(shù)據(jù)包含有已接收數(shù)據(jù)報的最大序列號、丟失的數(shù)據(jù)報數(shù)目、延時抖動和時間戳等信息。服務(wù)器根據(jù)這些信息可以估算出往返時延，并且根據(jù)這些信息調(diào)整發(fā)送速率，以改善網(wǎng)絡(luò)擁塞，或者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況平滑地調(diào)整服務(wù)質(zhì)量[3]。
　H.264視頻編解碼是兩大國際標準組織ITU-T視頻編碼專家組VCEG（Video Coding Experts Group）和ISO/IEC運動圖像專家組MPEG（Moving Picture Experts Group）共同制定的視頻編碼標準。H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。良好的壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時間和數(shù)據(jù)流量，同時還擁有高質(zhì)量流暢的圖像。經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，特別適合在低延時模式下的實時通信應(yīng)用（如視頻會議）的場合和沒有延時的視頻存儲或視頻流服務(wù)器，也適用在高誤碼率傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)中傳輸視頻數(shù)據(jù)。當前所有的視頻應(yīng)用都可以通過H.264獲得高質(zhì)量地實現(xiàn)，例如數(shù)字電視廣播、在線視頻的存儲和點播、3G視頻電話等。為了配合3G網(wǎng)絡(luò)的高傳輸速度，開發(fā)的移動設(shè)備流媒體的視頻編碼格式3GP/MP4，就是采用了H.264視頻壓縮標準。
H.264定義了視頻編碼層VCL（Video Coding Layer）以及網(wǎng)絡(luò)提取層NAL（Network Abstraction Layer），以便能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼器，其主要功能是實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的壓縮編碼和解碼；NAL則用于為VCL提供一個與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的統(tǒng)一接口，負責對VCL處理后的視頻數(shù)據(jù)進行封裝（經(jīng)RTP、UDP、IP協(xié)議逐層封裝）后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。RTP承載H.264視頻數(shù)據(jù)的傳輸格式如圖3所示，可分為兩部分：RTP固定包頭和RTP載荷H.264視頻流。RTP固定包頭為RTCP進行相應(yīng)監(jiān)測和控制提供了基礎(chǔ)，各字段含義如下：V為版本號，P表示包是否有堵塞數(shù)據(jù)，X表示是否含有擴展頭，M表示保留字段可由用戶決定，PT表示媒體類型。

　組包格式的后半部分是RTP承載H.264視頻流數(shù)據(jù)。組包格式載荷第一字節(jié)的各字段含義如下：
　F：1 bit，默認值為0，當網(wǎng)絡(luò)檢測到NAL單元中存在比特錯誤時可將其置1。
　NRI：2 bit，為00表示NAL單元的內(nèi)容不用于重建幀間預(yù)測的參考圖像；非00則相反。
　TYPE：5 bit，指示NAL單元載荷類型。接收端通過判斷RTP載荷類型字節(jié)來辨識三類不同的載荷結(jié)構(gòu)：單個NAL單元分組、聚合分組、分片組。
　流媒體服務(wù)器在RTP組包設(shè)計需考慮以下幾點：
　（1）根據(jù)IP層MTU的大小，對大尺寸的NAL單元進行分割，可以分別在兩個層次上進行分割：視頻編碼層VCL上的分割和網(wǎng)絡(luò)提取層NAL上的分割。
　（2）一些H.264的NAL單元的大小，如SEI NAL單元、參數(shù)集等都非常小，有些只有幾個字節(jié)，可以將多個這類NAL單元聚合在一個RTP分組中，以減小包頭（RTP/UDP/IP）開銷。
　（3）一般的NAL單元封裝進一個包中，即RTP負載中只包含一個NAL單元，NAL頭部兼作RTP頭部。
2 Live555編譯及資源部署
　Live555是一個開源、免費、跨平臺的視頻和音頻流方案，實現(xiàn)了對標準流媒體傳輸協(xié)議如RTP/RTCP、RTSP、SIP等的支持，實現(xiàn)了對多種音視頻編碼格式的音視頻數(shù)據(jù)的流化、接收和處理等支持，包括MPEG、H.264、DV、JPEG視頻和多種音頻編碼。下面介紹live555在win7環(huán)境下Microsoft Visual Studio 10.0的編譯過程。首先從 http：//live555.com/liveMedia/public/live555-latest.tar.gz下載live555工程，利用genWindowsMakefiles.cmd可生成編譯器可用的Makefile文件。
　（1）修改live\win32config文件中TOOLS32=E：\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC為系統(tǒng)VS2010安裝路徑，LINK_OPTS_0=$（linkdebug）msvcrt.lib。
　（2）新增Makefile設(shè)定，修改live\groupsock\Makefile.head文件中INCLUDES=-Iinclude -I../UsageEnvironment/include-DNO_STRSTREAM。
　（3）在命令行運行l(wèi)ive\genWindowsMakefiles.cmd，相應(yīng)文件夾下會生成VS能夠編譯的*.mak文件，如liveMedia.mak、mediaServer.mak等。
　（4）為方便編譯可新建live\complie.bat批處理腳本，編輯內(nèi)容如下：
call "E：\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\vcvarsall.bat"
…
cd../mediaServer
nmake /B -f mediaServer.mak
　（5） 執(zhí)行complie.bat腳本編譯工程，編譯完成后會在相應(yīng)文件下生成obj文件、可執(zhí)行文件和lib庫，包括libBasicUsageEnvironment.lib、libgroupsock.lib、libUsage Environment. lib、libliveMedia.lib，其中l(wèi)ive555MediaServer.exe即為流媒體服務(wù)器運行軟件。
　由于浙江電大在線學習平臺使用的視頻資源后綴都是asf，屬于Windows Media格式，主要適用于PC機上點播播放。為此，考慮到網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和智能終端的解碼支持，需要將asf文件格式轉(zhuǎn)換為適合流媒體傳輸?shù)囊曨l壓縮標準H.264格式。可以使用Media Codec轉(zhuǎn)換工具來實現(xiàn)，將轉(zhuǎn)換后的文件放于live555MediaServer.exe目錄下，客戶端即可通過RTSP URL訪問到流媒體服務(wù)器下的教學資源。
　基于Live555的流媒體服務(wù)器可以迅速而有效地部署到移動學習平臺，作為數(shù)字化學習的延伸。通過格式處理后可重用浙江電大原有的教學視頻資源，可滿足廣大學習愛好者對移動學習的需求。下一步的工作是擴展基于Live555的流媒體服務(wù)器的用戶登錄管理、訪問權(quán)限控制、資源文件管理等功能，進一步完善移動學習平臺的穩(wěn)定性和功能完備性。
參考文獻
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[2] 陳國陽．基于RTSP/RTP的嵌入式流媒體服務(wù)器設(shè)計[J]．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2007，17（34）：226-227．
[3] 樊珊．基于RTP的H.264視頻傳輸技術(shù)的研究[D]．濟南：山東大學，2008．