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摘要：随着 5G 技术的不断发展，视频流应用将在未来主导互联网流量，5G 系统具有控制面和用户面分离、服务化架构和互联网化协议接口等基础特性，以及网络切片和边缘计算等 5G 特色能力，允许独立的扩展、演进和灵活的部署。本文对5G网络音视频传输标准进行探讨。
关键词：5G；网络音视频；网络传输；标准
1 5G 流媒体通用服务架构
基于上述5G系统的一些特点，3GPP在TS26.501中定义了5G流媒体（5G Media Streaming，5GMS）的通用服务架构，以支持移动网络运营商和第三方的媒体下行流服务和媒体上行流服务。流媒体服务主要分为两种，一是媒体内容在产生时便被流式传输，被称为实时流传输，另一种是通过流式传输已经制作好的内容，这种被称为按需流式传输。整体的5G流媒体架构如图1所示。图1展示的是基于TS23.501 5G系统的5GMS架构，其中黄色填充框表示的功能在5GMS的规格范围内，灰色框指示的功能在5G系统规格中定义，蓝色框指示的功能既不在5GMS范围内，也不在5G系统规格范围内。5GMS应用提供商（5GMSApplication Provider）使用5GMS提供流媒体服务，同时它在UE上提供了一个5GMS感知应用程序（5GMS Aware Application），通过5GMS中定义的接口和API来使用5GMS客户端和相应的网络功能。
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图1 5G 流媒体架构
对于在5GMS中定义的一些功能，将其解释如下。媒体应用功能（Media Application Function，MediaAF）：类似于3GPP5G系统中定义的应用功能（Application Function，AF），其专用于5G流媒体。媒体应用服务（Media Application Server，MediaAS）：专用于5G流媒体的应用服务器。5GMS客户端（5GMS Client）：专用于5G流媒体的UE内部功能。媒体AF和媒体AS是数据网络（Data Network，DN）的功能，通过5G网络中定义的N6接口和UE通信。受信DN是指受运营商网络可信任的数据网络，在受信DN中的AF是可以直接和所有的5G核心功能进行通信的，也就是说如果媒体AF处在受信任数据网络中，可以直接和5G系统中的PCF进行通信去交换相关的控制策略。外部DN指的是非受信任的数据网络，在该数据网络中的媒体AF只能使用N33接口通过NEF与5G核心功能通信。5G媒体服务架构还可以将图1所示的总体高级架构映射到图2所示的更详细的架构。接下来，本文仅按照下行流的传输进行相关功能的介绍。5GMS客户端（5GMS Client）：是一个可以通过定义的接口和API访问5GMS下行链路流媒体服务的接收端。从图中看出它实际上包括两个子功能。一是媒体会话处理程序（Media Session Handler），媒体会话处理程序是UE上与5GMSAF通信以建立、控制和支持媒体会话传递的功能。媒体会话处理程序公开了可供5GMS感知应用程序使用的API。二是媒体播放器（Media Player），媒体播放器在UE上与5GMSAS通信以传输媒体内容并向5GMS感知应用程序提供服务来进行媒体播放。5GMS感知应用程序（5GMS Aware Application）：在5G流媒体的规范中并未定义5GMS感知应用程序的功能，但是其也是通过相关接口和API与5GMS客户端进行交互。5GMS应用服务（5GMS AS）：承载5G媒体功能的应用服务器。具体实现时可以有不同的实现方式，比如采用CDN实现。5GMS应用提供商（5GMS Application Provider）：外部应用程序或内容指定的媒体功能，它使用 5GMS将流媒体传输到 5GMS感知应用程序，包括媒体的创建、编码和格式化。5GMS应用功能（5GMS AF）：向UE上的媒体会话处理程序（Media Session Handler）和5GMS应用程序（5GMS Aware Application）提供各种控制功能。它可以中继或发起对PCF处理的请求，或者与其他网络功能进行交互。
2 5G 中的媒体分发系统
上文介绍了 5G 系统中的流媒体架构，但是从目前 5G 整体的发展情况看，想达到和标准完全一致的传输还是有一定的差距，那么如何利用现有的5G 架构和现有的网络音视频传输体系去更好地实现 5G 场景下的网络音视频传输，笔者认为在相关技术报告 TR 26.891中给出了更加符合实际的答案。图3展示了5G参考架构下的扩展，支持类似CDN边缘和原始功能的媒体交付相关的功能架构。5G上大多数的媒体分发都是基于HTTP1.1的自适应比特率流传输来交付基于文件的视频内容。一种非常常见的视频容器格式是fMP4（也称为ISO-BMFF）和MPEG2-TS。新出的CMAF格式是一种fMP4的配置文件，可以与其他清单格式一起使用。通常来讲，媒体段使用URL去寻址，其中域名表示内容提供商的名称，媒体分发的主要组成部分是内容准备、内容来源和交付。
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图2 5G 流媒体通用架构
从图3中可以看出，该媒体分发架构和上文中的 5GMS 的体系架构本质是一致的，都是通过 N6接口和 UE 实现通信，同时和 PCF、NEF 通过直接或者间接的连接来实现媒体传输过程中的策略控制等功能。但是在图 3中考虑了多媒体广播多播服务（Multimedia Broadcast Multicast Services，MBMS），MBMS 也是移动通信系统中进行媒体传输的重要组成部分，是用于3GPP蜂窝网络的点对多点接口规范，该规范旨在在小区内以及核心网络内提供广播和多播服务的有效传递，这将主要服务于广播公司等内容提供商。从图中看出 MBMS 和传统的基于PSS 的媒体分发在传输架构上是相对分离的，需要提供单独的 MBMS 网关来实现内容的传输。MBMS是3GPP在 R6 中引入的基于3G的MBMS，在R9中提出了基于LTE的eMBMS（evolved MBMS）技术，提高了传输性能，在R14中，广播运营商主导引入了FeMBMS（Further eMBMS），可以利用广播大塔的资源进行广播视频节目传输。
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图3 5G 中的媒体分发架构
结束语
随着一些新兴的视频展示方式的发展，比如虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等的发展，3GPP 的编解码和媒体工作组正在制定相关范围的一些标准。从整体标准的制定和发展来看，蜂窝网络中的多媒体传输和网络架构的特点紧密结合起来，向着边缘化、智能化、精细化发展。此外在使用 5G 系统进行广播网的建设上，正沿着两个方向演进，一是 R16 中的“基于LTE 的地面 5G 广播”，二是 R17 中的“基的多播广播服务”，3GPP 的架构组（SA2）中已经有了关于 5G 多播广播服务的体系结构增强的研究 ，在 3GPP RAN 第 86 次全会上关于多播广播的标准项目也被确立。笔者也将继续跟进最新的相关标准和研究。
参考文献：
[1]周向.基于无线网络信息的移动边缘计算自适应传输机制的研究[D].北京邮电大学,2019.
[2]谭一鸣.基于移动边缘计算的用户业务优化研究[D].北京邮电大学,2019.