流媒體技術綜述

1概述

  流媒體 (Streaming Media)是一種新興的網絡傳輸技術,在互聯網上實時順序地傳輸和播放視/音頻等多媒體內容的連續時基數據流,流媒體技術包括流媒體數據採集、視/音頻編解碼、存儲、傳輸、播放等領域。

  一般來說,流包含兩種含義,廣義上的流是使音頻和視頻形成穩定和連續的傳輸流和回放流的一系列技術、方法和協議的總稱,我們習慣上稱之爲流媒體系統;而狹義上的流是相對於傳統的下載-回放(Download-Playback)方式而言的一種媒體格式,它能從Internet上獲取音頻和視頻等連續的多媒體流,客戶可以邊接收邊播放,使時延大大減少。

  在網絡上傳播多媒體信息主要有兩種方式:下載和流式傳輸。下載方式是傳統的傳輸方式,指在播放之前,用戶下載多媒體文件至本地,通常這類文件容量較大,依據目前的網絡帶寬條件,需要較長時間,並且對本地的存儲容量也有一定的要求,這就限制了PDA等低存儲容量設備的使用。流式傳輸則把多媒體信息通過服務器向用戶實時地提供,採用這種方式時,用戶不必等到整個文件全部下載完畢,而只需經過幾秒或幾十秒的啓動時延即可播放,之後,客戶端邊接收數據邊播放。與下載方式相比, 流式傳輸具有顯著的優點:一方面大大地縮短了啓動延時,同時也降低了對緩存容量的需求;另一方面,又可以實現現場直播形式的實時數據傳輸,這是下載等方式無法實現的,同時有助於保護多媒體數據的著作權。

2流媒體技術

2.1緩存技術

       Internet以包傳輸爲基礎進行斷續的異步傳輸,實時A/V源或存儲的A/V文件在傳輸中被分解爲許多包,由於網絡是動態變化的,各個包選擇的路由可能不盡相同,故到達客戶端的時間延遲也就不等,甚至先發的數據包有可能後到。爲此,使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響,並保證數據包的順序正確,從而使媒體數據能連續輸出,而不會因爲網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量並不大,因爲高速緩存使用環形鏈表結構來存儲數據,通過丟棄已經播放的內容,流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存後續尚未播放的內容。

2.2流媒體傳輸流程

  流媒體的具體傳輸流程如下:

(1)Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,以便把需要傳輸的實時數據從原始信息中檢索出來。

(2)用HTTP從Web服務器檢索相關數據,A/V播放器進行初始化。

(3)從Web服務器檢索出來的相關服務器的地址定位A/V服務器。

(4) A/V播放器與A/V服務器之間交換A/V傳輸所需要的實時控制協議。

(5) 一旦A/V數據抵達客戶端,A/V播放器就可以播放了。

2.3媒體系統結構

現存流媒體解決方案採用的技術是多樣的,但其體系結構的本質是相近的。

  流媒體的體系構成:①編碼工具:用於創建、捕捉和編輯多媒體數據,形成流媒體格式;②流媒體數據;③服務器:存放和控制流媒體的數據;④網絡:適合多媒體傳輸協議甚至實時傳輸協議的網絡;⑤播放器:供客戶端瀏覽流媒體文件(通常是獨立的播放器和ActiveX方式的插件)。

2.4流媒體傳輸協議

  流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。TCP需要較多的開銷,故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中,一般採用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實時多媒體數據。

(1)實時傳輸協議RTP與RTCP

       RTP是用於Internet/Intranet針對多媒體數據流的一種傳輸協議。RTP被定義爲在一對一或一對多傳輸的情況下工作,其目的是提供時間信息和實現流同步。RTP通常使用UDP來傳送數據,但RTP也可以在TCP或ATM等其他協議上工作。當應用程序開始一個RTP會話時將使用兩個端口:一個給RTP,一個給RTCP。RTP本身並不能爲按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制,也不提供流量控制或擁塞控制,它依靠RTCP提供這些服務。RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。RTP和RTCP配合使用,它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化,因而特別適合傳送網上的實時數據。

(2)實時流協議RTSP

  實時流協議RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的,該協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。RTSP在體系結構上位於RTP和RTCP之上,它使用TCP或RTP完成數據傳輸。HTTP與RTSP相比,HTTP傳送HTML,而RTP傳送的是多媒體數據。HTTP請求由客戶機發出,服務器作出響應;使用RTSP時,客戶機和服務器都可以發出請求,即RTSP可以是雙向的。

(3)資源預訂協議RSVP

  由於音頻和視頻數據流比傳統數據對網絡的延時更敏感,要在網絡中傳輸高質量的音頻、視頻信息,除帶寬要求之外,還需其他更多的條件。RSVP是Internet上的資源預訂協議,使用RSVP預留一部分網絡資源(即帶寬),能在一定程度上爲流媒體的傳輸提供QoS。

3流媒體發展現狀

  Internet/Intranet上使用較多的流媒體技術主要有RealNetworks公司的Real System,Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的QuickTime,它們是流媒體傳輸系統的主流技術,在這裏介紹前兩種。

3.1Real System

   Real System由媒體內容製作工具Real Producer、服務器端RealServer、客戶端軟件(Client Software)3部分組成,其流媒體文件包括RealAudio,RealVideo,Real Presentation和RealFlash4類文件,分別用於傳送不同的文件。Real System採用SureStream技術,自動地並持續地調整數據流的流量以適應實際應用中的各種不同網絡帶寬需求,輕鬆實現視音頻和三維動畫的回放。Real流式文件採用Real Producer軟件進行製作,首先把源文件或實時輸入變爲流式文件,再把流式文件傳輸到服務器上供用戶點播。

  由於Real System的技術成熟、性能穩定,美國在線(AOL),ABC,AT&T,Sony等公司和網上主要電臺都使用Real System向世界各地傳送實時影音媒體信息以及實時的音樂廣播。

3.2Windows Media Technology

  Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案,旨在Internet和Intranet上實現包括音頻、視頻信息在內的多媒體流信息的傳輸。其核心是ASF(Advanced Stream Format)文件,ASF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息的數據格式,通過分成一個個的網絡數據包在Internet上傳輸,實現流式多媒體內容發佈,因此,我們把在網絡上傳輸的內容就稱爲ASF Stream。ASF支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式,並可以使用任何一種底層網絡傳輸協議,具有很大的靈活性。

  Windows Media Technology由Media Tools,Media Server和Media Player工具構成。Media Tools是整個方案的重要組成部分,它提供了一系列的工具幫助用戶生成ASF格式的多媒體流(包括實時生成的多媒體流); Media Server可以保證文件的保密性,不被下載,並使每個使用者都能以最佳的影片品質瀏覽網頁,同時具有多種文件發佈形式和監控管理功能;Media Player則提供強大的流信息的播放功能。

  流媒體技術已廣泛應用於遠程教育、網絡電臺、視頻點播、收費播放等,在企業一級的應用包括電子商務、遠程培訓、視頻會議、客戶支持等。

3.3流媒體技術在國內的現狀

  在國內,流媒體技術在國外成熟技術的基礎上逐步擴大應用,諸如網上現場直播、網上教育系統、網上手術數字化直播系統等,他們的體系結構是類似的。

4.結束語

  流媒體技術廣泛應用在多媒體新聞發佈、網上演示、在線直播、網絡廣告、電子商務、視頻點播、遠程教育、實時視頻會議等互聯網的信息服務領域,互聯網的發展決定了流媒體市場的廣闊前景,流媒體技術的應用將爲網絡信息交流帶來革命性的變化,對人們的工作和生活產生深遠的影響。

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