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浅议流媒体及其技术应用
时间:2012-12-02 19:23:15  来源:本站  作者:张其远

  【摘要】 流媒体技术的广泛应用,已经改变了人们的学习、生活和大众娱乐方式,深入认识流媒体,熟练运用流媒体技术是信息时代对人们的要求。本文介绍了流媒体系统的组成、通信原理及其具体应用。
  【关键词】流媒体 ;   流媒体技术 ; 应用
  Internet的出现和发展彻底改变了人们学习和娱乐的方式,它使人们不用离开家,就可以通过访问多媒体服务器,根据自己的需要和爱好来点播诸如电影、电视、歌曲、音乐和教学节目等。Internet产生的相当长的一段时间内,网上的应用一直局限于下载使用的模式,但自从1995年progreeive Network公司推出第一个流产品以来, Internet上的各种流式应用迅速成为网络界的研究热点。随着这项技术的不断发展,现在越来越多的网站开始采用流式技术作为传播信息的方式,从而使网络的内容变得丰富多彩。而流式技术的进步,也使得远程视频点播,互联网直播等成为可能。我们只有在充分认识流媒体技术的基础、流媒体系统的构成、流媒体的通信原理、流媒体资源开发等问题的基础上,才能把流媒体技术更好地应用到学习、工作和生活中去。
  一、流媒体技术的含义
  在网络上传输音∕视频(A∕V)等多媒体信息,目前主要有下载和流式传输两种方式。采用下载方式下载一个A∕V文件,常需要数分钟甚至数小时,这主要是因为A∕V文件一般都比较大,所需的存储量也大;再加上网络带宽限制,所以下载方式延迟大。流式传输则把声音、影像或动画等时基媒体通过音视频服务器向用户终端连续、实时传送。采用这种方式,用户只需经过几秒或几十秒的启动延时即可进行报放和观看,此时多媒体文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载,从而大大缩短了启动延时和降低了对缓存容量的需求。
  流媒体指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体,如音频、视频或多媒体文件。流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放在网站服务器上,让用户边下载边观看和收听,而不需等到整个文件下载完毕后才观看,它是建立在网络通信、多媒体数据采集、多媒体数据压缩、多媒体数据存储、多媒体数据传输等技术之上的技术。
  二、流媒体系统的构成
  一般而言,流媒体系统大致包含:媒体内容制作、媒体内容管理、用户管理、视频服务器和户端播放系统。媒体内容制作包括媒体采集与编码;媒体内容管理主要完成媒体存储、查询及节目管理、创建和发布;用户管理涉及用户的登记、授权、计费和认证;视频服务器管理媒体内容的播放;客户端播放系统主要负责在用户端的PC上呈现比特流的内容。
  当一个网站提供流媒体服务时,首先需要使用媒体内容制作模块中的转档∕转码工具,将一般的多媒体文件进行高品质压缩并转换成适合网络上传输的流体文件,再将转好的文件传送到视频服务器端发送出去;用户通过客户端向流媒体系统发送请求,经用户管理模块认证后,媒体内容管理模块控制视频服务器向该用户发送相应的流媒体内容,最后由客户端播放软件进行播放。对范围广、用户多的播放,常利用多服务器协作、协同完成播放。
  三、流媒体通信原理
  由于目前的网络带宽还不能完全满足巨大的A∕V、3D等多媒体数据流量的要求,所以在流媒体通信技术中,应首先对A∕V、3D等多媒体文件数据进行预处理后才能进行流式传输。它主要包括降低质量和采用先进、高效的压缩算法两个方面。其次,与下载方式相比,尽管流式传输大大降低了对系统缓存容量的要求,但它的实现依然需要缓存。这是因为Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输,数据在传输过程被分解为许多包,但网络又是动态变化的,各个包选择的路由可能不尽相同,故到达用户计算机的时间延迟也不同。所以,使用缓存系统来弥补延时和抖动的影响,并保证数据包传输顺序的正确,使媒体数据能连续输出,不会因网络暂时拥堵而出现停播现象。在整个传输和控制过程中,必须采用一定的网络协议来实现流式传输,为用户提供可靠服务质量保证。
  媒体流传输过程如图2所示。用户(Web浏览器)通过HTTP∕TCP与Web服务器(Web Server)交换信息,获得流媒体服务清单,根据获得的流媒体服务清单向媒体服务器(A∕V Server)请求相关服务;然后客户机的Web浏览器启动相应的媒体播放器(A∕V Player),通过RTP∕UDP从媒体服务器中获取流媒体数据,实时播放。在播放过程中,客户机的媒体播放器需要实时通过RTCP∕UDP与媒体服务器交换控制信息,媒体服务器根据客户机反馈的流媒体接收情况智能调整向客户机传送媒体数据流,从而在客户端达到最优的接收效果。
  实时流式传输有实时流式传输和顺序流式传输两种方法。如果视频为实时广播,或使用流式传输媒体服务器,或应用如RTSP的实时协议,则流式传输为实时流式传输;如果使用HTTP服务器,文件即通过顺序流发送,这种传输方式称为顺序流式传输。流式文件在播放前可完全下载到硬盘上。
  图2流式传输基本原理
  四、   流媒体的实现原理
  流媒体实现原理简单地说就是首先通过高效的压缩算法,在降低文件大小的同时伴随质量损失,让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输,然后通过架设流媒体服务器,修改MIME标识,通过各种实时协议传输流数据,其原理图如图3所示。
  图3流媒体实现原理
  a)预处理
  多媒体数据必须进行预处理才能合适流式传输,这是因为目前的网络带宽相对多媒体巨大的数据流量而言显得远远不够。预处理主要包括两方面:一是采用先进高效的压缩算法;二是加入一些附加信息把压缩媒体转为合适流式传输的文件格式,其技巧在于压缩原始的A∕V内容,使其能够在窄带或宽带通道上以流的方式传给用户。预处理在编码器内完成。编码方式的选择可以是多种多样的。Microsoft、RealNetworks、Apple、Computer以及其他各方均提供关于编码、流式传送以及客户观看等方面的、享有专用权的方案。
  最终的编码资料可以利用文本、图形、脚本形式进行多路传输,并且放在能够实现流的方式的文件结构中。也就意味着该文件有时间标记以及其他易于实现流的方式的特点,然后再在客户端进行解码。
  b)支持流媒体传输网络协议
  (1)实时传输协议:在Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。
  (2)实时传输控制协议:和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。
  (3)实时流协议:定义了一对多的应用程序如何有效地通过IP网络传输多媒体数据。
  (4)资源预订协议:Internet上的资源预订协议,为多媒体数据流传输预留一部分网络资源,即带宽,在一定程度上为流媒体的传输提供POS.
  c)识别流媒体类型的途径—MIME
  Web服务器和Web浏览器可通过MIME来识别流媒体并对其进行相应的处理。MIME是Multipurpose Internet Mail Extensions(通用因特网邮件扩展)的缩略词,它不仅用于电子邮件,还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型。
  Web服务器和Web浏览器都基于HTTP,而HTTP都内建有MIME。HTTP正是通过MIME来标记Web上繁多的多媒体文件格式。
  五、流媒体的应用
  1、流媒体应用类型
  流媒体应用可以根据传输模式,实时性、交互性粗略地分为多种类型。传输模式主要是指流媒体传输是点到点的方式。点到点的模式一般用单播传输来实现。点到多点的模式一般采用组播传输来实现,在网络不支持组播的时候,也可以用多个单播传输来实现。实时行是指视频内容源是否实时产生、采集和播放,实时内容主要包括实况内容,视频会议节目内容等,而非实时内容指预先制作并存储好的媒体内容。交互性是指应用是否需要交互,即流媒体的传输是单向还是双向。
  2、常见的流媒体应用
  根据上述分类,常见的流媒体的应用主要有:
  (1)视频点播(VOD)。视频点播是最常见、最流行的流媒体应用类型。通常视频点播是对存储的非实时性内容以单播传输方式实现,除了控制信息外,视频点播通常不具有交互性。在具体实现上,视频点播可能具有更复杂的功能。例如,为了节省带宽,可以将多个相邻的点播要求合并成一个,并以组播方式传输。
  (2)视频广播。视频广播可以看作是视频点播的扩展,它把节目源组织成频道,以广播的方式提供。用户通过加入频道收看预定好的节目。视频广播不具有交互性。
  (3)Internet TV。Internet TV在提供方式上类似于一般的电视,其节目一般也是直接来自电视节目,通过实时的编码、压缩制作而成。Internet TV还可以实现实况转播,而且可以实现先进的多视角转播,特别是对于体育比赛,用户可以在不同的视角间切换,同时相关的评论、资料信息也可以同时传送到用户端的计算机上显示。
  (4)视频监视。通过安装在不同地点并且与网络连接的摄像头,视频监控系统可以实现远程监控。与传统的基于电视系统的检测不同,视频检测信息可以通过网络以流媒体的形式传输,因此,更为方便灵活。视频监视也可以应用在个人领域,例如可以远程地监控家里的情况。
  (5)视频会议。视频会议可以是双方的,也可以是多方的。前者可以作为视频电话,视频流媒体信息可以点到点的方式传送。多方的视频会议需要多点控制单元,需要以广播的方式传输。视频会议是典型的具有交互性的流媒体应用。
  (6)远程教学。远程教学目前应用最为广泛,而且具有很好的市场应用前景,远程教学可以看作是前面多种应用类型的综合。远程教学中,可以采用多种模式,甚至混合的方式实现。例如,可以采用点播的方式传送教学节目,以广播的方式实况播放老师上课,以会议方式进行课堂交流等。远程教学以应用对象明确、内容丰富使用、运营模式成熟,成为目前商业上、教学上较为成功的流媒体应用。
  (7)电视上网。通过指尖按遥控器,消费者可以将互联网带到他们的电视中:订购食品、在家存款、搜寻信息、玩在线游戏等。消费者还可以非常方便地收发电子邮件,通过聊天和即时消息与朋友和家人联系,甚至可以通过遥控举行电视会议。
  (8)音乐播放。用户通过音乐中心可以点播收听系统的各类音乐节目。
  (9)在线电台。在线电台将广播电台的实时节目转换成相应的各个网络电台,进行实时网络发布,供用户收听。
  目前,基于流媒体的应用非常多,发展非常快。丰富的流媒体应用对用户有很强的吸引力,可以预料,随着流媒体技术的不断完善,流媒体应用必然成为未来网络的主流应用。
  【参考文献】
  [1]王汝言。多媒体通信技术[M].西安:西安电子科技大学出版社。2004
  [2]胡泽、赵新梅。流媒体技术与应用[M].北京:中国广播电视出版社。2006