流媒體技術(shù)

流媒體的定義

這個(gè)過(guò)程的一系列相關(guān)的包稱(chēng)為“流”。流媒體實(shí)際指的是一種新的媒體傳送方式，而非一種新的媒體。語(yǔ)音輸入；如果想彼此看見(jiàn)對(duì)方的容貌、表情，只要雙方各有一個(gè)攝像頭就可以了；在網(wǎng)上看到感興趣的商品，點(diǎn)擊以后，講解員和商品的影像就會(huì)跳出來(lái)；更有真實(shí)感的影像新聞也會(huì)出現(xiàn)。

 

流媒體的技術(shù)

　　一、流式傳輸?shù)幕A(chǔ)

　　在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音／視頻等多媒體信息，目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲(chǔ)容量也較大；同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，下載常常要花數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)，所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時(shí)，聲音、影像或動(dòng)畫(huà)等時(shí)基媒體由音視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)的連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送，用戶不必等到整個(gè)文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過(guò)幾秒或十?dāng)?shù)秒的啟動(dòng)延時(shí)即可進(jìn)行觀看。當(dāng)聲音等時(shí)基媒體在客戶機(jī)上播放時(shí)，文件的剩余部分將在后臺(tái)從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。流式不僅使啟動(dòng)延時(shí)成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個(gè)文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點(diǎn)。

　　流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。

　　流式傳輸定義很廣泛，現(xiàn)在主要指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送媒體（如視頻、音頻）的技術(shù)總稱(chēng)。其特定含義為通過(guò)Internet 將影視節(jié)目傳送到PC機(jī)。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實(shí)時(shí)流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說(shuō)來(lái)，如視頻為實(shí)時(shí)廣播，或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，或應(yīng)用如RTSP的實(shí)時(shí)協(xié)議，即為實(shí)時(shí)流式傳輸。如使用HTTP服務(wù)器，文件即通過(guò)順序流發(fā)送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當(dāng)然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤(pán)。

　　順序流式傳輸

　　順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時(shí)用戶可觀看在線媒體，在給定時(shí)刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸不象實(shí)時(shí)流式傳輸在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。由于標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件，也不需要其他特殊協(xié)議，它經(jīng)常被稱(chēng)作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于該文件在播放前觀看的部分是無(wú)損下載的，這種方法保證電影播放的最終質(zhì)量。這意味著用戶在觀看前，必須經(jīng)歷延遲，對(duì)較慢的連接尤其如此。對(duì)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器發(fā)布短片段，順序流式傳輸顯得很實(shí)用，它允許用比調(diào)制解調(diào)器更高的數(shù)據(jù)速率創(chuàng)建視頻片段。盡管有延遲，畢竟可讓你發(fā)布較高質(zhì)量的視頻片段。順序流式文件是放在標(biāo)準(zhǔn)HTTP 或 FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無(wú)關(guān)。順序流式傳輸不適合長(zhǎng)片段和有隨機(jī)訪問(wèn)要求的視頻，如：講座、演說(shuō)與演示。它也不支持現(xiàn)場(chǎng)廣播，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。

　　實(shí)時(shí)流式傳輸

　　實(shí)時(shí)流式傳輸指保證媒體信號(hào)帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接配匹，使媒體可被實(shí)時(shí)觀看到。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同，他需要專(zhuān)用的流媒體服務(wù)器與傳輸協(xié)議。實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，特別適合現(xiàn)場(chǎng)事件，也支持隨機(jī)訪問(wèn)，用戶可快進(jìn)或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。理論上，實(shí)時(shí)流一經(jīng)播放就可不停止，但實(shí)際上，可能發(fā)生周期暫停。實(shí)時(shí)流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著在以調(diào)制解調(diào)器速度連接時(shí)圖象質(zhì)量較差。而且，由于出錯(cuò)丟失的信息被忽略掉，網(wǎng)絡(luò)擁擠或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，視頻質(zhì)量很差。如欲保證視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定服務(wù)器，如：QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些服務(wù)器允許你對(duì)媒體發(fā)送進(jìn)行更多級(jí)別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標(biāo)準(zhǔn)HTTP服務(wù)器更復(fù)雜。實(shí)時(shí)流式傳輸還需要特殊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。這些協(xié)議在有防火墻時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致用戶不能看到一些地點(diǎn)的實(shí)時(shí)內(nèi)容。

　　二、流媒體所涉及的軟硬件產(chǎn)品

　　1、編碼器：它由一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)、一塊microvision 高清視頻采集卡和流媒體編碼軟件組成。Microvision流媒體采集卡負(fù)責(zé)將音視頻信息源輸入計(jì)算機(jī)，供編碼軟件處理;編碼軟件負(fù)責(zé)將流媒體 采集卡傳送過(guò)來(lái)的數(shù)字音視頻信號(hào)壓縮成流媒體格式。如果做直播，它還負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地將壓縮好的流媒體信號(hào)上傳給流媒體服務(wù)器

 

　　2、服務(wù)器：由流媒體軟件系統(tǒng)的服務(wù)器部分和一臺(tái)硬件服務(wù)器組成。這部分負(fù)責(zé)管理、存儲(chǔ)、分發(fā)編碼器傳上來(lái)的流媒體節(jié)目。

　　3、終端播放器，也叫解碼器: 這部分由流媒體系統(tǒng)的播放軟件和一臺(tái)普通PC組成，用它來(lái)播放用戶想要收看的流媒體服務(wù)器上的視頻節(jié)目。

　　三、 流媒體技術(shù)原理

　　流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)?span lang=EN-US>Internet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，對(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲(chǔ)的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同，故到達(dá)客戶端的時(shí)間延遲也就不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出，而不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)暫時(shí)擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因?yàn)楦咚倬彺媸褂铆h(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：通過(guò)丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來(lái)緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。——流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開(kāi)銷(xiāo)，故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來(lái)傳輸控制信息，而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)倪^(guò)程一般是這樣的：用戶選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來(lái)；然后客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類(lèi)型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。

　　A/VHelper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機(jī)或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操縱播放、快進(jìn)、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序（一般可認(rèn)為客戶程序等同于Helper程序），一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端，A/V客戶程序即可播放輸出。

　　需要說(shuō)明的是，在流式傳輸中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP兩種不同的通信協(xié)議與A/V服務(wù)器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個(gè)不同于運(yùn)行A/VHelper程序所在客戶機(jī)的目的地址。實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專(zhuān)用服務(wù)器和播放器，其基本原理如圖所示。

　　四、智能流技術(shù)（SureStream）

　　今天，28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器是Internet連接的基本速率，cable modem、 ADSL、DSS、ISDN等發(fā)展快，內(nèi)容提供商不得不要么限制發(fā)布媒體質(zhì)量，要么限制連接人數(shù)。根據(jù)RealNetwork站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，對(duì)28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器，實(shí)際流量為10bps到26Kbps，呈鐘形分布，高峰在20Kbps。這意味著若內(nèi)容提供商選擇20Kbps固定速率，將有大量用戶得不到好質(zhì)量信號(hào)，并可能停止媒體流而引起客戶端再次緩沖，直到接收足夠數(shù)據(jù)。一種解決方法是服務(wù)器減少發(fā)送給客戶端的數(shù)據(jù)而阻止再緩沖，在RealSystem 5.0中，這種方法稱(chēng)為“視頻流瘦化”。這種方法的限制是RealVideo文件為一種數(shù)據(jù)速率設(shè)計(jì)，結(jié)果可通過(guò)抽取內(nèi)部幀擴(kuò)展到更低速率，導(dǎo)致質(zhì)量較低。離原始數(shù)據(jù)速率越遠(yuǎn)，質(zhì)量越差。另一種解決方法是根據(jù)不同連接速率創(chuàng)建多個(gè)文件，根據(jù)用戶連接，服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)文件，這種方法帶來(lái)制作和管理上的困難，而且，用戶連接是動(dòng)態(tài)變化的，服務(wù)器也無(wú)法實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。智能流技術(shù)通過(guò)兩種途徑克服帶寬協(xié)調(diào)和流瘦化。首先，確立一個(gè)編碼框架，允許不同速率的多個(gè)流同時(shí)編碼，合并到同一個(gè)文件中；第二，采用一種復(fù)雜客戶/服務(wù)器機(jī)制探測(cè)帶寬變化。

　　針對(duì)軟件、設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸速度上的差別，用戶以不同帶寬瀏覽音視頻內(nèi)容。為滿足客戶要求，Progressive networks公司編碼、記錄不同速率下媒體數(shù)據(jù)，并保存在單一文件中，此文件稱(chēng)為智能流文件，即創(chuàng)建可擴(kuò)展流式文件。當(dāng)客戶端發(fā)出請(qǐng)求，它將其帶寬容量傳給服務(wù)器，媒體服務(wù)器根據(jù)客戶帶寬將智能流文件相應(yīng)部分傳送給用戶。以此方式，用戶可看到最可能的優(yōu)質(zhì)傳輸，制作人員只需要壓縮一次，管理員也只需要維護(hù)單一文件，而媒體服務(wù)器根據(jù)所得帶寬自動(dòng)切換。智能流通過(guò)描述I現(xiàn)實(shí)世界Internet上變化的帶寬特點(diǎn)來(lái)發(fā)送高質(zhì)量媒體并保證可靠性，并對(duì)混合連接環(huán)境的內(nèi)容授權(quán)提供了解決方法。流媒體實(shí)現(xiàn)方式如下： * 對(duì)所有連接速率環(huán)境創(chuàng)建一個(gè)文件 * 在混合環(huán)境下以不同速率傳送媒體 * 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化，無(wú)縫切換到其它速率 * 關(guān)鍵幀優(yōu)先，音頻比部分幀數(shù)據(jù)重要 * 向后兼容老版本RealPlayer

　　智能流在RealSystem G2中是對(duì)所謂自適應(yīng)流管理(ASM)API的實(shí)現(xiàn)，ASM描述流式數(shù)據(jù)的類(lèi)型，輔助智能決策，確定發(fā)送那種類(lèi)型數(shù)據(jù)包。文件格式和廣播插件定義了ASM規(guī)則。用最簡(jiǎn)單的形式分配預(yù)定義屬性和平均帶寬給數(shù)據(jù)包組。對(duì)高級(jí)形式，ASM規(guī)則允許插件根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件變化改變數(shù)據(jù)包發(fā)送。每個(gè)ASM規(guī)則可有一定義條件的演示式，如演示式定義客戶帶寬是5,000到15,000Kbps，包損失小于2.5%。如此條件描述了客戶當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接，客戶就訂閱此規(guī)則。定義在規(guī)則中的屬性有助于RealServer有效傳送數(shù)據(jù)包，如網(wǎng)絡(luò)條件變化，客戶就訂閱一個(gè)不同規(guī)則。

　　

流媒體播放方式

　　1.單播

　　在客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從一臺(tái)服務(wù)器送出的每個(gè)數(shù)據(jù)包只能傳送給一個(gè)客戶機(jī)，這種傳送方式稱(chēng)為單播。每個(gè)用戶必須分別對(duì)媒體服務(wù)器發(fā)送單獨(dú)的查詢，而媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶發(fā)送所申請(qǐng)的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務(wù)器沉重的負(fù)擔(dān)，響應(yīng)需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至停止播放；管理人員也被迫購(gòu)買(mǎi)硬件和帶寬來(lái)保證一定的服務(wù)質(zhì)量。

　　2.組播

　　ＩＰ組播技術(shù)構(gòu)建一種具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個(gè)通道上。采用組播方式，單臺(tái)服務(wù)器能夠?qū)资f(wàn)臺(tái)客戶機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無(wú)延時(shí)。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個(gè)信息包，而不是多個(gè)；所有發(fā)出請(qǐng)求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機(jī)，減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭俊＞W(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。

　　3.點(diǎn)播與廣播

　　點(diǎn)播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動(dòng)的連接。在點(diǎn)播連接中，用戶通過(guò)選擇內(nèi)容項(xiàng)目來(lái)初始化客戶端連接。用戶可以開(kāi)始、停止、后退、快進(jìn)或暫停流。點(diǎn)播連接提供了對(duì)流的最大控制，但這種方式由于每個(gè)客戶端各自連接服務(wù)器，卻會(huì)迅速用完網(wǎng)絡(luò)帶寬。

　　廣播指的是用戶被動(dòng)接收流。在廣播過(guò)程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進(jìn)或后退該流。廣播方式中數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶。使用單播發(fā)送時(shí)，需要將數(shù)據(jù)包復(fù)制多個(gè)拷貝，以多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會(huì)非常浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長(zhǎng)處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點(diǎn)，將數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝發(fā)送給需要的那些客戶。組播不會(huì)復(fù)制數(shù)據(jù)包的多個(gè)拷貝傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，也不會(huì)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給不需要它的那些客戶，保證了網(wǎng)絡(luò)上多媒體應(yīng)用占用網(wǎng)絡(luò)的最小帶寬。

流媒體技術(shù)應(yīng)用

　　互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和普及為流媒體業(yè)務(wù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的市場(chǎng)動(dòng)力，流媒體業(yè)務(wù)正變得日益流行。流媒體技術(shù)廣泛用于多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)、 實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。流媒體技術(shù)的應(yīng)用將為網(wǎng)絡(luò)信息交流帶來(lái)革命性的變化，對(duì)人們的工作和生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

　　一個(gè)完整的流媒體解決方案應(yīng)是相關(guān)軟硬件的完美集成，它大致包括下面幾個(gè)方面的內(nèi)容： 內(nèi)容采集、 視音頻捕獲和壓縮編碼、內(nèi)容編輯、內(nèi)容存儲(chǔ)和播放、應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)容管理發(fā)布及用戶管理等。