引言
本文来自IBC2019（国际广播大会），主要讲述了3GPP为5G开发了一种新的媒体流架构，其中加入了媒体产业的最新成果和5G系统提供的新特性。该媒体服务架构注重移动网络运营商和媒体服务提供商之间的协作场景的优化，同时这些优化也适应传统广播的发展需要。新的架构支持目前支持单播下行媒体分发和上行流媒体。
5GMSA的背景
现行的3GPP分组交换流（PSS）架构是为3G和4G而开发，为移动电视等移动网络运营商（MNO）管理的流服务量身定做的。其假定服务在MNO的控制之下，将编解码器、DRM（数字版权管理）、传输协议、分析和设备功能集成在了一起。虽然有诸如高性能编解码器和传输协议等的加成，但PSS架构仍然不能适合现在的在线视频服务。
5G系统提供了许多新的特性，比如具有高比特率和低延迟的移动宽带连接，网络切片，分布式和移动边缘计算等，可以提升音视频流服务的质量和效率，并且可以提供传统2D视频以外的新型服务（例如360°VR、6自由度VR、AR和混合现实），这在技术和商业上都提供了新的机遇。
基于以上特点，5G媒体流架构（5GMSA）正在取代PSS。5GMSA提供更简单和模块化的设计，使得第三方内容服务提供商、广播公司和MNO能在不同程度上进行合作。其重点是利用capability exposure的概念，给外部服务提供商提供与5G网络和设备功能交互的简单方式，并使用5G提供的功能来提供更好的媒体服务。
新架构目前支持单播下行媒体分发和上行流媒体，广播和多播有望在未来实现。
5G架构总览
5G架构以模块化的设计和控制面和用户面的分离为基础，允许可伸缩的、灵活的部署，随着网络功能虚拟化和软件定义网络的增加，该功能正在快速推进。此外，5G架构中的网络功能交互基于一个以服务为基础的模型，5G网络功能和外部第三方的交互通过capability exposure的概念而成为可能。
图1展示了5G的架构，其中控制面在最上面，数据面在下面。数据面包括用户设备（UE）、无线电接入网（RAN）、用户面功能（网络交换机或路由）和数据网络。控制面包括一些网络功能，用来支持用户设备的移动连接。
图1 5G的架构
应用程序流（用户面的流量）由包含应用功能（AF）的应用服务器（AS）在网络端截止。AS可以与其他网络功能交互，以便利用已有的服务（如QoS或特定的收费策略）。5GMSA将媒体AF和媒体AS功能区分开。前者用于媒体控制，后者用于媒体内容流量。从5G核心网络的角度来看，这两种流量类型都是用户面流量。
下行流架构
为了使MNO以及第三方和在线媒体内容提供商能够向移动用户提供高质量的下行流媒体服务，5GMSA引入了所谓的可信媒体功能（trusted media functions）。可信媒体功能部署在网络、UE，并且通过API与外部媒体AS和AF进行交互，保证运营商和媒体内容提供商的协作中的访问控制、授权和差异。
除了代表UE或外部媒体应用服务器执行控制操作，媒体AF还控制和配置部署在移动网络本身的AS的使用，如选择最近的某个用户。网络中的可信媒体功能有：自适应比特率（ABR）编码器、加密和封装器、CDN服务器(可能位于边缘节点)、DRM服务器、替换内容服务器如广告、会话管理服务器以及内容充实功能(如对象检测、内容过滤等)等。
图2 5G媒体下行流架构
图2展示了5G媒体下行流架构，其中可信功能用黄色显示。5G媒体下行流架构遵循控制面与用户面分离的方法，在5G网络中定义UE与AF之间的“媒体控制接口”M5d/6d/7d，以便携带信令参数和媒体配置信息。相反，UE和AS之间的媒体用户界面M4d用于承载媒体内容本身。在向外部媒体应用服务器公开AF和AS的API时也进行了类似的分离(分别为M1d和M2d接口)。
图3 5G媒体流UE
图3显示了UE的全貌，可信媒体功能位于虚线下方。操作应用和第三方应用程序位于虚线上方，将使用 M8d/9d/10d 这些API来访问UE媒体的可信功能。几个UE媒体可信功能可以与位于移动网络中的AF通信，以便使用5G功能改进服务的交付。
上行流架构
受消费者的需求和行业发展的影响，上行视频流量正快速增加，消费者在各种社交媒体平台上分享的视频越来越多，因此很多公司开始使用蜂窝网络作为来自专业相机和其他设备的上行链路。
3GPP在UE和网络端引入了一组新的功能，称为可信上行（Trusted Uplink）媒体功能，由移动网络运营商控制。第三方提供商可以使用部分或全部的功能来构建e2e应用服务。
图4 5G上行媒体流架构
图4描述了媒体功能的体系结构。任何媒体功能都可以使用网络服务，这些服务由使用公开API的MNO公开。可信上行媒体功能可以直接与网络功能交互。其他外部上行媒体功能通过NEF连接。可信上行媒体功能包括上行媒体AF和上行媒体AS，其中AF的作用是为UE上的可信上行媒体功能以及外部应用服务器提供服务。上行媒体通过API(M4u)接收媒体内容，然后可以将内容转发给外部应用服务器。根据使用API(M1u)的配置，上行媒体可以进行额外的处理。
图5 5G上行媒体流中的UE模型
图5描述了上行媒体流的UE模型。应用可以使用API（M7u和M8U）访问可信上行媒体功能。其中一组API更倾向于媒体面，用于影响媒体获取、编码和上行流程。媒体上游客户负责将媒体内容流到上行媒体AS。另一组API更多地与控制和会话相关。
协作场景
5GMSA的一个关键目标是能够支持第三方内容和服务提供商与MNO之间不同程度的协作场景，从而达到更优的资源配置。图6提供了UE和5G网络的详细功能分解。5GMSA允许外部提供者访问5GMS系统中的部分功能，以生成复杂的工作流，但同时将某些控制留在自己的域中。
图6 5G媒体下行流的详细功能分解
TS26.501提出了一些会用到此类API设计的协作场景示例如下：
MNO CDN: MNO充当第三方提供者的CDN。第三方提供商使用定义好的接口将流媒体内容上传到MNO，还使用3GPP定义的一些5GMS功能用于优化交付。编解码器、DRM、清单格式等都在第三方提供商的控制之下。
实况广播：第三方提供商以专有格式将实况服务推入网络。MNO将内容转换为5GMS兼容格式，5G感知应用程序使用5GMS Player播放内容。编解码器、DRM、清单格式等都在MNO的控制之下。MNO还确保了服务的及时交付。
媒体处理：第三方提供商以与原始服务器相同的定义格式上传内容，但是MNO添加了额外的功能，例如，它提供有针对性的和区域性的广告插入，它通过使用网络内部的AI功能自动为内容添加标题。
由于5GMS中的单个功能可以被灵活地访问和组合，并且第三方供应商可以访问新的5G功能，因此第三方内容和服务提供商与MNO之间的协作场景将会非常广泛。
总结
总的来说，5GMSA旨在提供一个更简单、模块化的组件集成模型，支持第三方内容和服务提供商、广播公司和移动网络运营商之间不同程度的合作。凭借这一特点，3GPP与移动网络运营商合作，使媒体和广播行业通过5G网络高效地提供高质量、高附加值的服务和内容，尽一切努力让5G之美进入内容丰富的媒体行业！
