Giz 告诉你:手机3G 网络收看流媒体视频缘何如此慢| 互联网的那点事

Giz Explains: Why Streaming Video Over 3G Sucks

对各种各样的手机来说,无线流媒体视频播放起来确实有点……吃力。

无线 vs 有线

你可能在想,为什么无线传输的速度不能变得更快,就像 Verizon 或者 Comcast 轻轻按下一个按钮,一种全新的、更快的网络传输速度就神奇诞生了。好吧,其中一个原因是真实情况没这么梦幻——即使是电缆和光纤的宽带“有线”网络每年也会因为大量占用运营商能力的视频和 BT 种子及其他的带宽杀手而花费上亿美元开发新的网络通道,这都是因为关于网络中立性的舆论。

但是说到无线宽带就有更多麻烦的约束。

? 速度:不论如何,有线技术总是比无线的快,因为由于无线电波信号为了保证被收到必须分散在空间中,故通过线路传送的电子脉冲或者通过光缆传送的光学脉冲总比比无线电波信号效率更高。

? 可靠性:即使你能保证一直收到无线信号,它的强度也有强弱之分,不仅和你离手机信号发射塔或者 Wi-Fi 热点的距离有关,也会受到树上的树叶或者水池中的水的阻碍。

? 费用:输送相同的带宽时,无线网络总是比较贵,因为无线电信号——就如上面说到的限制——需要更大的能量保证工作。我们都知道,还有一个问题,那就是我们必须付费使用无线电信号,只有花费了上亿美元才能获取某一频率的所有权。

如果你想听些不那么令人泄气的话,我这样说吧:无线技术一直跟在有线的尾巴后面。想想 G 级的有线网络比任何一款无线网络都快了多少吧。事实就是如此。但是人们因为种种原因,想要他们口袋中的手机能无线上网。我们所谈论的正是难以割舍这根网线的原因。

Giz Explains: Why Streaming Video Over 3G Sucks

未来

看看上面的图表吧。这是 AT&T 的网络近四年来的数据传输量增长曲线。不去管那些在网络中传输的电子邮件、照片、音乐、应用程序和语音数据,占用数据量{zd0}的就是视频了。有趣的是,真正的视频高峰还没有来到呢。

这是什么意思呢?好吧,我以 Netfix 的 Watch Instantly 流媒体视频服务为例。现在它支持的移动设备只有 iPad,在年底预计会发布一款支持 iPhone 的应用。但是 Netfix 的目标是支持所有有屏幕的设备。想象一个各种各样的手机都能无线收看几乎任何视频的世界吧。当手机的屏幕越来越大,显示效果越来越好,分辨率越来越高,就需要高清的视频来使其有用武之地了。看看现在以及将来会发布的支持 Hulu、Slingplayer、ABC、CBS、NBC、HBO、Vimeo 和 oh yeah、YouTube 的应用程序,这一趋势将更明显。

因此就更别提手机的流媒体视频了,很难实现高清视频录制。如今,微软的 Kin 手机——使用 Verizon 的 3G 网络——可以自动把 500 和 800 万像素的照片以及所录制的 720p 视频上传到云中。可以肯定的是,他们是{dy}家这么做的。

根据未来的流量来看,2 年后,图表中最右边的条形可能会变得和最左边的那条一样细了。

把流媒体视频无线传送到移动设备存在三大问题:无线带宽、回程,以及设备本身。

老兄,我需要更大的带宽

无线带宽,虽然看不见,但也不是一种无穷无尽的资源。事实上,无线带宽异常之小,至少在拥挤的城市中如此。

简单地说,你可以把带宽看作分了多条车道的高速公路。在美国,由xx电信委员(FCC)会来决定谁以及什么数据可以在哪条“通道”上“行驶”。(你可以看看 FCC 的带宽记录,了解谁在哪里拥有哪条“通道”。)FCC 一般把带宽分为许多 10 或者 20 兆赫兹(所以一家运营商会获得比如 700 兆赫兹到 710 兆赫兹的范围)的“块”(在这方面 FCC 又一次使用交通作比喻)。运营商的一种标准配置是使用一半的块来发送信号,另一半接收(即下行和上传通道)。每条通道或者块就只能负载这么大的数据量。所以当一个小范围的无线网络中有一群人发送了一堆数据时,问题就来了。

不过,光是无穷无尽地建造更多频率固定的信号发射塔是不能解决问题的——这并不能真正在空间中创造更大的无线带宽供数据传输,而且实际上,如果你把太多的塔凑得太近,就会产生很大的噪音干扰和冲突。简单地说,你在高速公路上多画几条线也不能让更多的车同时开过。

从运营商的角度来说,{zh0}的解决方法是从 FCC 那里分得更多的频率范围。一般这些频率的使用权需要花费上亿美元,所以你可能注意到 AT&T 和 Verizon 为了他们即将发布的 4G LTE 网络正在疯狂地压榨 700 兆赫兹的块。要说 4G 网络那可真是非常宽裕的带宽——通道确实很宽——这就是为什么它们确实可以快速传输数据。

另外需要提到,并不是所有的带宽都是相同的:如果你还记得你的高中物理的话,其中提到较低频率的电波传播所需的能量更低,也更容易穿过建筑物。正因如此,它们更适用于传输大量的无线数据,这也导致了通常使用 1700 至 2100 兆赫兹的运营商们如此钟情于 700 兆赫兹的块。

不管 FCC 拍卖了多少频率,运营商可以使用的带宽是有限的,面对将来的数据海啸还是捉襟见肘——Clearwire 认为 120 兆赫兹的连续带宽才能满足一般移动宽带的需求。无线产业协会 CTIA 认为整个产业总体需要大约 800 兆赫兹的带宽,而现在只有 400 兆。这就是之所以 FCC 的全国宽带计划目标定于在接下来的 5 年内未无线宽带腾出 300 兆赫兹。

老兄,我需要更好的回程

下一个问题是回程,这基本上是指发射塔和网络的其余部分之间的连接。即使在一个信号强度异常强大、没有干扰的理想世界中的运营商拥有理论上无限的带宽来将数据在手机和发射塔之间来回传送,他们仍然需要在每个发射塔之间设置充裕的通道。

如果没有足够的回程,发射塔就会陷入堵塞问题,就像你在家中用 BT 下载把网络连接的可用带宽撑满了一样。所有的东西都变得缓慢了,这太糟糕了。问题在于整个国家中很大一部分的发射塔仍然使用慢速铜制网线连接,而如果使用光缆费用就太高了。(由于竞争的关系,没有一家运营商愿意透露他们有多少回程使用了光缆。)

我们也可以选择无线微波回程,但这必须保持发射塔在同一条视线上,而且在一些情况下数据必须通过有线网络传输。

手机们,你们太弱了

无线传输流媒体视频的{zh1}一个问题是什么?是手机本身。当然,手机里的芯片在技术上是支持 3.6 Mbps、7.2 Mbps 甚至更快的无线宽带,但是实际速度趋近于它们理论{zd0}值的一半,部分原因在于全速运行会让电池消耗得更快。你还记得那些需要你把天线猛拽出来的手机吗?技术虽然是进步了,但这些天线主要是因为美观的考虑才被移除的——如果有一根老式的粗长天线从我们的 Droid 和 iPhone 中伸出来的话,网速会更快些。

Giz Explains: Why Streaming Video Over 3G Sucks说说视频吧

好吧,现在谈谈视频本身,以及它被发送给你的过程。实际上,对于移动视频有一些特别的标准,因为它们是专为手机设计的,所以和我们比较熟悉的通用网络标准有所不同。不过,随着手机发展,能够越来越好地处理通用网络——因为它们和个人电脑越来越相似了——改变正在进行之中,因此移动标准和互联网越来越像了。

大部分标准中,啊,标准是由 3GPP 和 3GPP2——第三代合作伙伴项目(总的来说就是 GSM,在美国也就是 T-Mobile 和 AT&T)和第三代合作伙伴项目 2(总的来说就是 CDMA,与 Verizon 和 Sprint 有关)所定义——它们发布通讯的标准和规格,包括移动电话多媒体。实际上,它们甚至还规定了音频和视频的格式(包裹在例如 h.264 或者 MPEG-4 及 MP3 的编码核心外的文件外衣),叫作 3GP(由供 GSM 手机使用的 3GPP 定义)和 3G2(由供 CDMA 手机使用的 3GPP2 定义),这些格式大部分 3G 手机都能播放。

不过,更重要的是 3GPP 对封装交换的流媒体服务和它的协议,比如定义了手机流媒体视频的一种主流架构的?Real Time 流媒体协议和 Real Time 传输协议(RTSP 和 RTP),而作出的规格——你可以从这个 PDF 文件中了解详情。其中最重要的一点是它们被设计为国际标准,并且被建立成能够广泛适应各种网络环境、在运行中调节比特率。如果运营商或者服务要为移动电话提供 3GPP 视频,它们就需要特殊的服务来实现它。

但是由于上网本和类似 iPad 的设备的无线连接,越来越多的视频以 HTTP 的形式在移动网络中传播。超文本传输协议——所有网络浏览器的基础——主要有两种类型。其中一种是非自适应 HTTP 流媒体,它及其简单,就是不管网络状态如何都以固定的比特率传输的一段流。问题在于,它太简单了,如果你的网络连接突然变差,那视频就常常变得断断续续,时常停滞。

HTTP 可适应性流媒体正如其名,是个更有效的 HTTP 流媒体形式,它能实时适应网络环境,按照当前的带宽状态变换不同的比特率。它也不需要一个特别的服务器。苹果在 iPhone 和 iPad 上使用的无线流媒体视频标准正是它。(他们管它叫 HTTP live 流媒体。)微软有他自己的叫法,smooth 流媒体。

简单说明一下编码。就像大部分因特网都将 h.264 作为网络视频标准一样,移动视频也是如此。例如 Verizon 和 SlingPlayer 当前都是用 WMV 作为他们的流媒体格式,但是这并不能说明什么,Verizon 称“h.264 看上去有不错的前景,”而 Sling 称他们一定会转移到 h.264(就像他们已经在 iPhone 上做的那样),因为它有着“更紧密的编码”,得以节约一点带宽,并且支持硬件加速解码。当然,苹果的 HTTP live 流媒体只支持 h.264,所以如果你的应用程序使用了 3G 的流媒体,那么它就是通过 HTTP live 流媒体,并且以 h.264 编码的。

(如果你很感兴趣,大部分 3GPP 视频都是以 h.263 MPEG-4 以及 AMR 音频编码的,但是它们现在也逐渐在转移到 h.264 了。)

流媒体的两种选择

那么,现在有两种获取视频的主流方式——单播和多播。单播是指我在上文提到的,实际上也可能是你最熟悉的方式。当你观看 YouTube、Netflix 流媒体、某个网站的视频,或者任何一种网络视频,它都极可能是单播的——它按照从开始到结尾的顺序发送给你。而另一方面,多播基本上是一种广播——它持续不断地发布给任意数量的用户。它在直播中非常有用,例如新闻或者体育比赛,但是如果你没有从一开始就收看节目,那你就会错过之前的部分。

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