第3章 流媒體技術(shù)

第3章流媒體技術(shù)

3.1概述3.2流媒體通信協(xié)議3.3流媒體實現(xiàn)原理3.4流媒體播放方式3.5流媒體文件格式3.6流媒體系統(tǒng)構(gòu)成13.1概述1.流媒體定義流媒體簡單來說就是應(yīng)用流技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩嗝襟w文件，而流技術(shù)就是把連續(xù)的影象和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放上網(wǎng)站服務(wù)器。用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不需要等整個壓縮文件下載到自己機器后才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。2流媒體技術(shù)包括流媒體數(shù)據(jù)采集、視/音頻編解碼、存儲、傳輸、播放等領(lǐng)域。廣義上的流是使音頻和視頻形成穩(wěn)定和連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、方法和協(xié)議的總稱，我們習(xí)慣上稱之為流媒體系統(tǒng)；狹義上的流是相對于傳統(tǒng)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(xù)的多媒體流，客戶可以邊接收邊播放，使時延大大減少。流式傳輸3與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)媒體傳輸方式的區(qū)別傳統(tǒng)方式（網(wǎng)絡(luò)瀏覽、FTP、…）流媒體傳輸內(nèi)容文本、圖片、二進制文件視頻、音頻傳輸模式“先下載，后享用”“邊傳輸，邊播放”等待時間下載等待時間漫長初始等待時間非常短磁盤緩存需要大量的磁盤緩存無需磁盤緩存或需要量非常少42.流媒體傳輸流程

用戶（Web瀏覽器）通過HTTP/TCP與Web服務(wù)器(WebServer)交換信息，獲取流媒體服務(wù)清單，根據(jù)獲得的流媒體服務(wù)清單向媒體服務(wù)器(A/VServer)請求相關(guān)服務(wù)；5流媒體傳輸流程然后客戶機的Web瀏覽器啟動相應(yīng)的媒體播放器，通過RTP/UDP從媒體服務(wù)器中獲取流媒體數(shù)據(jù)，實時播放。在播放過程中，客戶機的媒體播放器需要實時通過RTCP/UDP與媒體服務(wù)器交換控制信息，媒體服務(wù)器根據(jù)客戶機反饋的流媒體接收情況智能調(diào)整向客戶機傳送的媒體數(shù)據(jù)流，從而在客戶端達到最優(yōu)的接收效果。63.流式傳輸?shù)姆椒ǎ簩崿F(xiàn)流式傳輸有兩種方法：順序流式（ProgressiveStreaming）傳輸實時流式(RealtimeStreaming)傳輸

7(1)順序流式傳輸按順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看在線媒體，在給定時刻，只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的后續(xù)部分。順序流式傳輸不像實時流式傳輸那樣，可在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。8(1)順序流式傳輸優(yōu)點：(a)對通過調(diào)制解調(diào)器發(fā)布短片段時，順序流式傳輸顯得很實用，盡管有延遲，但畢竟可以發(fā)布較高質(zhì)量的視頻片段。(b)順序流式文件是放在標(biāo)準(zhǔn)HTTP或FTP服務(wù)器上的，這種文件易于管理，基本上與防火墻無關(guān)。9

應(yīng)用：比較適合高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告。用戶在觀看前必須經(jīng)歷延遲，對較慢的連接尤其如此。

順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻，如講座、演說與演示。它也不支持現(xiàn)場廣播，嚴(yán)格說來，它是一種點播技術(shù)。10(2)實時流式傳輸RealtimeStreaming實時流式傳輸保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接匹配，使媒體可被實時觀看到。特點：實時流式傳輸與HTTP流式傳輸不同，它需要專用的流媒體服務(wù)器（如QuickTimeStreamingServer、RealServer、WindowsMediaServer）與傳輸協(xié)議。11(2)實時流式傳輸RealtimeStreaming實時流式傳輸總是實時傳送，特別適合現(xiàn)場事件，也支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。實時流式傳輸必須匹配連接帶寬，所以在以調(diào)制解調(diào)器速度連接時，圖像質(zhì)量較差；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁擠或出現(xiàn)問題時，視頻質(zhì)量很差。124.流媒體應(yīng)用直播與點播互聯(lián)網(wǎng)廣播網(wǎng)移動網(wǎng)多視點/3D視頻交互性沉浸感三維顯示多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)交通實況環(huán)境監(jiān)測公共安全視頻社區(qū)播客社區(qū)網(wǎng)絡(luò)…IVVVSystem(HHI)EyeVision(CMU)133.2流媒體通信協(xié)議

流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時多媒體數(shù)據(jù)。

14流媒體通信協(xié)議

實時傳輸協(xié)議實時傳輸控制協(xié)議實時流協(xié)議資源預(yù)留協(xié)議153.3流媒體實現(xiàn)原理16首先通過采用高效的壓縮算法，讓原有的龐大的多媒體數(shù)據(jù)適合流式傳輸，然后通過架設(shè)流媒體服務(wù)器，修改MIME標(biāo)識,通過各種實時協(xié)議傳輸流數(shù)據(jù)。流媒體實現(xiàn)原理17Microsoft、RealNetworks、AppleComputer以及其他各方均提供關(guān)于編碼、流式傳送以及客戶觀看等方面的、享有專用權(quán)的方案。常規(guī)視頻編碼速度的范圍從20kb/s到目前的300kb/s，并且有望達到1Mb/s及以上的速度。流媒體實現(xiàn)原理18識別流媒體類型的途徑——MIMEWeb服務(wù)器和Web瀏覽器可通過MIME來識別流媒體并對其進行相應(yīng)的處理。MIME是MultipurposeInternetMailExtensions（通用因特網(wǎng)郵件擴展）的縮略詞。它不僅用于電子郵件，還能用來標(biāo)記在Internet上傳輸?shù)娜魏挝募愋汀?9MIME和SMTP的關(guān)系用戶MIMESMTPSMTP7位ASCII碼7位ASCII碼MIME非ASCII碼非ASCII碼用戶7位ASCII碼203.4流媒體播放方式1.單播Unicast在客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務(wù)器送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務(wù)器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務(wù)器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余會造成服務(wù)器的負(fù)擔(dān)沉重，響應(yīng)的時間過長，甚至停止播放；管理人員為保證一定的服務(wù)質(zhì)量，必須配置合適的硬件和帶寬。212.組播Multicast

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)制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務(wù)器能夠?qū)资f臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個，所有發(fā)出請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上，減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息包的總量。網(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。223.點播點播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動連接。在點播連接中，用戶通過選擇內(nèi)容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端都各自連接服務(wù)器，因而會迅速用完網(wǎng)絡(luò)帶寬。234.廣播廣播指的是用戶被動接收流。在廣播過程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退流。廣播方式中數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶。243.5流媒體文件格式為了減小用戶的播放延時和存儲空間，實現(xiàn)邊下載邊播放，并保證一定的播放質(zhì)量，就需要對壓縮文件進行特殊的處理，添加一些附屬信息，如計時、壓縮和版權(quán)信息，這就是流式文件格式。流媒體的三大平臺公司MicrosoftRealNetworksApple251.RealMediaRealMedia是目前Internet上最流行的跨平臺的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)多媒體應(yīng)用規(guī)范，它采用音頻/視頻流和同步回放技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)上全帶寬的多媒體回放。在RealMedia規(guī)范中主要包括三類文件：RealAudio：用以傳輸接近CD音質(zhì)的音頻 數(shù)據(jù)；RealVideo：用來傳輸連續(xù)視頻數(shù)據(jù)；RealFlash：RealNetworks公司與 Macromedia公司合作推出的高壓縮比動 畫格式。261.RealMediaRealPlayer就是在網(wǎng)上收聽收看這些實時音頻、視頻和Flash的最佳工具之一。只要用戶的線路允許，使用RealPlayer可以不必下載音頻/視頻內(nèi)容就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線播放，上網(wǎng)查找和收聽、收看各種廣播、電視。272.ASFASF（AdvancedStreamingFormat）文件是Microsoft為了和現(xiàn)在的RealPlayer競爭而發(fā)展起來的一種可以直接在網(wǎng)上觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。由于它是用MPEG-4的壓縮算法，所以它的壓縮質(zhì)量如果不考慮文件大小的話，完全可以和VCD媲美，比同是視頻格式的*.rm好很多。282.ASF關(guān)于這種格式，Microsoft有明確說明：“ASF是一種支持在各類網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議下進行數(shù)據(jù)傳遞的公開標(biāo)準(zhǔn)。ASF用于排列、組織、同步多媒體數(shù)據(jù)以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。ASF是一種數(shù)據(jù)格式，然而，它也可用于指定實況演示的格式。293.MOVQuickTime是Apple計算機公司開發(fā)的一種音頻、視頻文件格式，用于保存音頻和視頻信息，具有先進的視頻和音頻功能，被包括AppleMacOS、MicrosoftWindows在內(nèi)的所有主流操作平臺支持。QuickTime制定了其稱作QuickTimeMovie的多媒體文件格式。此文件格式是極具彈性的存儲格式。303.MOV雖然，QuickTime并沒強制要求用戶將媒體資料存成QuickTimeMovie文件，但大部分的用戶會發(fā)現(xiàn)，QuickTimeMovie檔案格式是一種方便而強大的多媒體文件格式，它要比微軟早期推出的AVI文件格式強。314.SWFSWF（ShockWaveFlash）是Micromedia公司推出的一種動畫格式，它采用矢量圖形方法存儲動畫，使得生成的文件很小，但質(zhì)量卻絲毫不變，已播放的質(zhì)量不隨畫面的放大而變差（這是一般VCD的缺點），因而得到了廣泛應(yīng)用。如今它與RealNetwork公司進行合作，一同推進流媒體的服務(wù)。Flash的一個最大的優(yōu)點是制作簡單，發(fā)布方便。323.6流媒體系統(tǒng)的構(gòu)成33流媒體應(yīng)用體系緩存替換算法代理服務(wù)器協(xié)作機制代理服務(wù)器放置策略MultimediaServerMultimediaServerHybridProxyMobileHostMobileHostInternetClientInternetClient智能終端自主版權(quán)Codec多媒體流協(xié)議族可擴展編碼技術(shù)流媒體組播碼率控制算法面向網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)編碼與傳輸高效網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)磁盤調(diào)度算法媒體數(shù)據(jù)分組存儲策略多媒體流調(diào)度算法兼容無線和Internet的流媒體代理服務(wù)器流媒體服務(wù)器341．媒體內(nèi)容制作媒體內(nèi)容制作模塊可進行Stream的制作與生成。它包括了從獨立的視頻、聲音、圖片、文字組合到制作豐富的流媒體的一系列的工具，這些工具產(chǎn)生的Stream文件可以存儲為固定的格式，供發(fā)布服務(wù)器使用。它還可以利用視頻采集設(shè)備，實時向媒體服務(wù)器提供各種視頻流，提供實時的多媒體信息的發(fā)布服務(wù)。35媒體制作流程362．媒體內(nèi)容管理媒體內(nèi)容管理包括流媒體文件的存儲、查詢及節(jié)目管理、創(chuàng)建和發(fā)布。節(jié)目不多時可使用文件系統(tǒng)，當(dāng)節(jié)目量大時，就必須使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。373．用戶管理用戶管理主要進行用戶的登記、授權(quán)、計費和認(rèn)證。對商業(yè)應(yīng)用來說，用戶管理功能至關(guān)重要。包括訂金、VOD、出租、所有權(quán)、BtoB的多級內(nèi)容分發(fā)版權(quán)管理領(lǐng)域等，是運營商保護內(nèi)容和依靠內(nèi)容贏利的關(guān)鍵技術(shù)保障。384．視頻服務(wù)器視頻服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)視頻的核心，直接決定著流媒體系統(tǒng)的總體性能。為了能同時響應(yīng)多個用戶的服務(wù)要求，視頻服務(wù)器一般采用時間片調(diào)度算法。視頻服務(wù)器為了能夠適應(yīng)實時、連續(xù)穩(wěn)定的視頻流，其存儲量要大，數(shù)據(jù)率要高，并應(yīng)具備接納控制、請求處理、數(shù)據(jù)檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請求在系統(tǒng)資源下的有效服務(wù)。存儲設(shè)備多采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重