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 [读书笔记]流媒体技术简介
原创空间, 情感绿洲
我不能发帖子呢？难道我触犯了右派利益吗？岂有此理！！！！！！！！！11 发表于 2005/1/7 10:40:17 |
流媒体技术简介
网络Internet)作为一种新的媒体和信息传播方式，已经成为人们重要的信息来源、娱乐工具和学习手段。限于网络本身的发展和对多媒体处理技术等原因，早期的网络只是用来传输文字、图片等静态信息，而对声音、图像、电影、动画等多媒体信息处理不够。随着人们学习、娱乐和工作的需要，人们对如何在网络上传输海量的视频、音频等多媒体信息有了进一步的要求。在这种背景下，流媒体技术应运而生。
流媒体技术的原理
简单的说，流媒体技术（Streaming Media Technology）是为解决以Internet为代表的中低带宽网络上多媒体信息（以视频、音频信息为重点）传输问题而产生发展起来的一种网络技术。采用流媒体技术，能够有效地突破低比特率接入Internet方式下的带宽瓶颈，克服文件下载传输方式的不足，实现多媒体信息在Internet上的流式传输。
"流媒体"的概念包括以下两个层面。其一，流媒体是计算机网络（尤其是中低带Internet／Intranet）上需要实时传输的多媒体文件，比如声音、视频文件。在传输前需要压缩处理成多个压缩包，并附加上与其传输有关的信息（比如，控制用户端播放器正确播放的必要的辅助信息），形成实时数据流。数据流最大的特点是允许播放器及时反应而不用等待整个文件的下载。其二，流媒体是对多媒体信息进行"流化"处理，可以称之为流技术。这种流技术把连续的影像和声音信息经过压缩处理后利用网络服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己的机器后才可以观看。该技术先在使用者的电脑上创造一个缓冲区，在播放前预先下载一段资料作为缓冲，在网络实际连接速率小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，从而避免播放的中断，使得播放品质得以维持。
流媒体技术的关键
流媒体技术的关键是流式传输、文件的压缩和数据的缓存这三个方面。
在网络上传输多媒体信息目前主要有下载和流式传输两种方案。利用下载方式时，因为音频、视频文件一般都较大，需要存储容量比较大，同时受网络带宽的限制，下载需要的时间也很长，所以这种处理方法延迟很大。而采用流式传输时，声音、影像或动画等多媒体信息由服务器向用户计算机连续实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。当多媒体信息在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载，这大大节省了延时时间。流媒体实现的最关键技术就是区别于传统的下载技术的流式传输技术。
由于目前的存储容量和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，所以对A/V，3D等多媒体数据一般要进行预处理后才能进行存储或传输。预处理主要包括采用先进高效的压缩算法和降低质量（有损压缩）两个方面。同样，在流媒体技术中，进行流式传输的多媒体数据应首先经过特殊的压缩，然后分成一个个压缩数据包，由服务器向用户计算机连续、实时传送。
另外，与下载方式相比，尽管流式传输对于系统存储容量的要求大大降低，但它的实现仍需要缓存。这是因为Internet在传输数据过程中把数据分解为许多数据包，在网络内部采用无连接方式传送。由于网络是动态变化的，各个分组选择的路由可能不尽相同，故到达用户计算机的路径和时间延迟也就不同。也就是说可能出现后面的数据先到达的情况。所以，必须使用缓存机制来弥补延迟和抖动的影响，使媒体数据能正确连续的输出，不会因网络暂时拥塞而使播放出现停顿。高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过丢弃已经播放的内容，可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续的媒体内容，所以它需要的缓存空间较小。
流式传输的方式
实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Realtime Streaming）和顺序流式传输（Progressive Streaming）。
实时流式传输（Realtime Streaming）：实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接相匹配，使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同，需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停地收看，但实际上，可能会发生周期暂停。
顺序流式传输（Progressive streaming）：顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，而不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输方式适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告等。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频、讲座、演说与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。
实时流式传输和顺序流式传输的比较：
（１）从视频质量上讲，实时流式传输必须匹配连接带宽，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量会很差；如欲保证视频质量，顺序流式传输更好。
（2）实时流式传输需要特定服务器，如QuickTime Streaming Server、Real Server与Windows Media Server，这些服务器允许对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。
（3）实时流式传输还需要特殊网络协议，如RTSP (Real-time Streaming Protocol)等，这些协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容；而顺序流与传输与防火墙无关。
高级流技术
采用高级流技术Realsystem的自适应流（SureStream）技术、WindowsMediaTechnology的智能流（IntelligentStream）技术属于高级流技术。高级流技术的采用，使服务器（Realserver或WindowsMediaServer）与播放器（Realplayer／RealOnePlayer或Windowsmediaplaver）之间可以根据网络带宽进行动态地沟通、调整传输速率从而得到尽可能高的播放效果。
服务端编码工具可以对同一多媒体数据按多种压缩比率进行编码，同时生成适应不同网络带宽需求的多种传输速率的数据流，并集成在一路多媒体节目流中，当播放器连接到一个能提供多速率数据流的节目流服务器时，服务器会自动诊测该播放器的连接速度，并按该速度提供节目流中与之匹配的数据流。当播放器的网络连接中出现数据包丢失现象时，服务器就会转向发送更低带宽的数据流，转向低带宽数据流会导致节目质量一定程度的下降，但可以消除了抖动现象。当播放器的连接速度上升后，服务器又会自动转向提供更高带宽的数据流，这中间的转变过程是瞬时完成的，节目的接收没有中断或间隔。因此，尽管用户接收的是同一个多媒体节目流，但由于他们各自的网络环境不同，实际上得到的播放效果并不一样。这就是高级流技术的作用。
自适应流技术SureStream是RealNetworks公司具有代表性的技术。SureStream 技术从RealSystem G2版本开始引入,它通过RealServer将音频、视频文件以流的方式传输，然后利用SureStream方式，根据客户端不同的拨号速率（不同的带宽），让传输的音频、视频信息自动适应带宽，并始终以流畅的方式播放。
由于软件、设备、数据传输速度的不同，用户可以在不同的带宽下观看节目。当用户请求一段节目内容，它同时将它的带宽能力信息发送给RealServer。RealSystem的编码工具（版本6以上）能把媒体记录成不同速度，并把它们存储在同一文件中，这样的 RealAudio 和RealVideo文件叫做SureStream（自适应流）文件。收到用户请求的RealServer服务器同时得到用户的带宽信息，然后根据用户带宽确定文件中对应带宽的部分，把与请求对应的最高带宽的部分流传输到用户。这样用户就能获得最高的传输质量。另外，RealServer还可以根据带宽的变化，自动调节流的速率。
如果SureStream（自适应流）文件中没有与用户的请求带宽匹配的编码部分，RealServer就会向用户发送一条匹配带宽的消息。只有使用RTSP协议才能传输面向不同带宽编码的SureStream文件。
与传统的下载相比较，流式传输的优点：
(1)由于不需要将全部数据下载，因此等待时间可以大大缩短；
(2)由于流文件往往小于原始文件的数据量，并且用户也不需要将全部流文件下载到硬盘，从而节省了大量的磁盘空间；
(3)由于采用了RSTP等实时传输协议，更加适合动画、视音频在网上的实时传输。
流媒体技术的实现过程
按照内容提交的方式，流媒体的实现可以简单分为两种：在线广播和用户点播。不论是哪一种类型的流媒体，其实现从摄制原始镜头到媒体内容的播放都要经过一定的过程。这里以当前流行的RealNetWorks公司的RealMedia为例来说明流媒体的制作、传输和使用的过程：
1.采用视频捕获装置对事件进行录制；
2.对获取的内容进行编辑，然后利用视频编辑硬件和软件对它进行数字化处理；
3.经数字化的视频和音频内容被编码为流媒体（.rm）格式。
4.媒体文件或实况数据流被保存在安装了流媒体服务器软件的宿主计算机上；
5.用户点击网页请求视频流或访问流内容的数据库；
6.宿主服务器通过网络向最终用户提交数字化内容；
7.最终用户利用桌面或移动终端上的显示媒体内容的播放程序（如Realplayer）进行回放和观看。
综上所述，要实现完整的流媒体过程，需要包括服务商和用户两方面。对于服务商而言主要完成这样几个过程：摄制原始内容，编辑、处理好要播放的内容，并准备好网络供给服务。对于用户而言，用户要经过正确的请求访问之后才能享受到这一技术，当然前提是用户已经有相应的媒体播放器。
流媒体的系统组成：
一个完整的流媒体系统应包括以下几个组成部分。
流媒体数据：收集上来待处理的视频、音频等多媒体数据。
编码工具 ：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据,处理后形成流媒体格式。包括各种处理视频、音频的硬件设备和制作软件。
服务器：存放和控制流媒体的数据。
网络：适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络。
播放器：供客户端浏览流媒体文件。
同的区域中心建立相应的分发中心。
流媒体的网络环境
流媒体通信网并不是一个新建的专门用于流媒体通信的网络，目前绝大部分的多媒体业务多是在现有的各种网络上运行的，并且按照多媒体通信的要求对现有网络进行改造和重组。当前存在着很多种通信网络，但目前用的最多或者说最适合多媒体信息传输的网络是异步传输（ATM）网和宽带IP网络。
1.ATM技术
在ATM技术问世之初，其设计思想是在高质量、高稳定的宽带光纤传输网上利用固定长度的信元进行快速的信息传输与交换，由于提供了灵活的流量监控、拥塞避免与控制、带宽管理、端到端QOS保证等机制，世界各国普遍将其作为发展下一代电信网的主体技术，纷纷投资建设以ATM网络为标志的国家信息基础设施。1998年国际电话与电报咨询委员会CCITT （现在被称为国际标准化组织电讯标准化分部ITU-T）提出将ATM作为承载宽带综合业务的核心技术，这促使ATM技术在宽带信息网建设中迅速发展，而在SDH （Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）上实现ATM传输是建设宽带信息网的理想方案，它融合了ATM技术和SDH技术的各自优点，具有灵活的接入，能支持宽带和窄带业务间的平衡转移，为每个用户以可保证的服务质量经济地传送各类业务，能便利地对全网进行统一管理，且安全可靠，这就为实时地传送数据、图像和语音综合的多媒体业务提供了可能。
但是当前ATM标准的完善性使设备的成本相对昂贵，其精益求精的设计思路使协议本身变得十分复杂，面对其他新技术，如IP OVER SDH和IP OVER WDM（WDM波分复用技术）的强烈冲击，ATM放弃了统一未来通信平台的目标，而定位于成为综合业务的宽带传输平台。
2.IP技术
Internet的快速发展显示出了它的巨大优越性，不仅使得IP技术得到了广泛的应用，而且传统的数据通信业务甚至语音、视频在转向使用IP网，这就出现了Everything Over IP。IP网不是基础网络，它只能架构在各种基础网络之上，即所谓的IP Over Everything。Internet开始是用DDN专线通过路由器连接各地网络构成的。20世纪90年代中期，Internet快速发展，但由于路由器交换速度和端口速率限制，骨干网速率最高只有40mbit/s，因此ATM成为唯一的解决方案，这时的速率可达到155mbit/s，622mbit/s，一时ATM成为Internet骨干网上支持多协议、多业务的主流数据通信平台。随着用户对internet骨干网带宽需求的进一步增加，这种Optical/SDH/ATM/IP系统的缺点开始暴露，内部开销大，效率不到80％，管理困难而且设备昂贵，于是采用吉位线速路由交换机的IP Over SDH方案在Internet骨干网上替代ATM，成为当代主流。
支持流媒体传输的网络协议
流媒体采用流式传输方式在网络服务器与客户端之间进行传输。流式传输的实现需要合适的传输协议。对于顺序流式传输而言，采用HTTP协议就可实现流媒体传输；而对于实时流式传输而言，因为它与HTTP传输不同，所以IETF（Internet Engineering Task Force，因特网工程任务组）制订了其他一些可支持实时流式传输的协议，主要有：实时传输协议RTP（Real-time Transport Protocol）、实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control Protocol)、实时流协议RTSP(RealTime Streaming Protocol)、预留资源协议RSVP(Resource Reserve Protocol)、MMS 协议（Microsoft Media Server protocol）等。
１.RTP/RTCP
实时传输协议RTP（Real-time Transport Protocol）为交互式音频、视频等具有实时特征的数据提供端到端的传送服务。如果底层网络支持多播，RTP还可使用多播同时向多个目的端点发送数据。RTP协议包含两个密切相关的部分，即负责传送具有实时特征的多媒体数据的RTP和负责反馈控制、监测QoS（服务质量）和传递相关信息的实时传输控制协议RTCP（Real-time Transport Control Protocol）。在RTP数据包的头部中包含了一些重要的字段使接收端能够对收到的数据包恢复发送时的定时关系和进行正确的排序以及统计包丢失率等。RTCP是RTP的控制协议，它周期性地与所有会话的参与者进行通信，并采用和传送数据包相同的机制来发送控制包。
值得注意的是，RTP协议本身并不提供任何QoS必须由下层网络来保证。但是通过RTCP控制包可以为应用程序动态提供网络的当前信息，据此可对RTP的数据收发作相应调整使之最大限度地利用网络资源。
２.RSVP
资源预留协议RSVP（Resource Reservation Protocol）是网络中预留所需资源的传送通道建立和控制协议，它能根据业务数据的QoS要求和带宽资源管理策略进行带宽资源分配，在IP网上提供一条完整的路径。通过预留网络资源建立从发送端到接收端的路径，使得IP网络能提供接近于电路交换质量的业务。RSVP既利用了面向无连接网络的多种业务承载能力，又提供了接近面向连接网络的质量保证，但是RSVP没有提供多媒体数据的传输能力，它必须配合其它实时传输协议来完成多媒体通信服务。
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robin(游客)发表评论于2010/12/23 15:45:07 |
| 这篇文章还在吗？请发给我，robin2659@163.com，谢谢 |
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boa091(游客)发表评论于2006/6/18 19:08:32 |
| 还有没有下文啊？
只到了“支持流媒体传输的网络协议”的第三点就没了！！
只写了个3，后面呢？有吗？？正需要啊！有的请发我邮箱
boa091@163.com |
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