流媒体.docx

目 录摘要11 引言 12 流媒体技术基础 1 2.1 流媒体定义 1 2.2 流媒体系统组成 1 2.3 流媒体的播放方式 23 流媒体技术原理 2 3.1 流式传输 2 3.2 流媒体实现原理 3 3.3 预处理 44 流媒体传输的网络协议 4 4.1 实时传输协议RTP 4 4.2 实时传输控制协议RTCP4 4.3 实时流协议RTSP4 4.4 资源预留协议RSVP 55 流媒体压缩编码技术 5 5.1 WindowsMedia 5 5.2 Realmedia 5 5.3 Quicktime 66 流媒体技术的应用 6 6.1 视频点播 6 6.2 远程教育 6 6.3 视频会议 7 6.4 Internet直播77 结束语 7参考文献 7多媒体通信课程论文流媒体技术概述摘要：流媒体(streaming media)是一种新兴的网络传输技术，在互联网上进行实时顺序地传输和播放音频或视频等多媒体内容的连续数据流。与传统多媒体相比较，流媒体采用边下载边播放的方式，节省了客户端的存储空间，有效利用了带宽。本文介绍了流媒体技术的定义、原理和应用，对流媒体技术的发展前景进行了展望。关键词：流媒体 流式传输 原理 应用1 引言现代网络技术飞速发展，网络带给人们各种形式的信息。人们对信息的需求不再仅仅停留在文本和话音信息。从在网络上最初出现声音、图片到现在各种形式的网络视频和三维动画，人们的视觉听觉在网络上得到很大的满足。越来越多的公司和个人利用音频和视频等多媒体技术发布和传播信息，人们也期望能通过网络实时地获得数据和视频等多媒体信息。而Internet是尽力而为的网络，不能保证提供多媒体信息业务的Qos(Quality of service)1，即不能很好地实现实时性。为了解决这个矛盾，一种新的媒体技术应运而生，这就是流媒体技术。2 流媒体技术基础2.1 流媒体定义流媒体是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。而流式传输技术就是把连续的声音和图像信息经过压缩处理后放到网站服务器上，让用户一边下载一边收听观看，而不需要等待整个文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。2.2 流媒体系统组成流媒体的实现大致包括以下几个步骤2: 制作(压缩编码，格式转换)、 发布( 上传到流媒体服务器)、 编码(可整合多媒体，并以互动方式呈现)、播放( 用客户端播放器播放)。压缩编码的作用是将普通格式的音频视频或动画媒体文件通过压缩转换为能进行流式传输的流式文件。客户端的解码器，对接收的文件进行解码从而用于播放。2.3 流媒体的播放方式2.3.1 单播单播是指在客户端与媒体服务器之间建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。2.3.2 组播组播技术允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对多台客户机同时发送连续数据流并且做到无延时。多媒体服务器只需一次性发送一个信息包，所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上的信息包的总量提高了网络利用的效率，从而也降低了成本。2.3.3 点播与广播点播连接是客户端与服务器之间的主动连接。在点播连接过程中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连接实现对流的最大控制，然而这种方式因为每个客户端都各自连接服务器， 会迅速消耗完带宽。3 流媒体技术原理3.1 流式传输流媒体实现的关键技术是用流式传输把声音、影像或动画信息由服务器向用户终端连续实时地传送。流式传输的一般过程是：用户选择流媒体服务后，客户端与服务器之间使用 HTTP/TCP 3交换控制信息，以便把需要传输的数据从原始信的息中检索出来，然后客户机上的 Web 浏览器启动播放器，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对播放器进行初始化。这些参数一般包括目录信息、A/V（音视频）数据的编码类型或与A/V（音视频）检索相关的服务器地址。播放器和 A/V（音视频）服务器运行实时流控制协议（RTSP），交换 A/V（音视频）传输所需要的控制信息。A/V（音视频）服务器使用 RTP/UDP 协议将 A/V（音视频）数据传输给 A/V（音视频）客户程序，一旦 A/V（音视频）数据抵达客户端，A/V（音视频）客户程序即可播放。流式传输过程如图3-1 所示。图3-1 流式传输基本原理实现流式传输的两种方法是：实时流式传输和顺序流式传输。一般来说，若视频为实时广播，使用流式传输媒体服务器或应用如 RTSP 的实时协议，则这种流式传输就是实时流式传输。这种传输为实时传送，非常适合现场事件，并且支持随机播放，用户可以快进或后退来观看前面或后面的内容。顺序流式传输在传输期间不会根据用户连接的速度进行调整，而是按照一个固定的顺序流来发送文件。在下载的同时用户可以观看在线媒体，但在给定的时刻用户只能观看已经下载完成的部分，不能观看还未下载的部分，这种方式比较适合高质量的短片段，比如广告和片头和片尾等。3.2 流媒体实现原理流媒体实现原理简单来说就是先通过高效的压缩算法来降低文件大小，同时也减少质量的损失，让原本庞大的多媒体数据更适合流式传输。然后通过架设流媒体服务器，修改MIME标识4，通过各种实时协议传输流数据。其原理框图如图3-2所示。图3-2流媒体实现原理3.3预处理多媒体数据必须进行预处理后才能进行流式传输，这是因为目前的网络带宽对多媒体的数据流量来说远远不够。预处理主要包括以下两方面：一是采用先进高效的压缩算法；二是通过加入一些附加信息把压缩媒体转换为适合流式传输的文件格式。其技巧在于压缩原始内容，使其能够以流的方式在窄带或宽带通道上传给用户。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、Real Networks、Apple Computer以及其他各方均提供编码、流式传送以及客户观看等方面的、享有专用权的方案。此外，某些商家已开始提供100%兼容MPEG-5的产品。音频视频编码器在功能上有相当大的差别。最终的编码资料可以是利用文本或图形或脚本形式进行多路传输，并且是放在能够实现流的方式的文件结构中。也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。4 流媒体传输的网络协议WWW技术是以HTTP协议为基础的，而HTTP又是建立在TCP协议的基础之上。由于TCP需要较大的开销，因此不太适合传输实时的数据。目前互联网上用于多媒体数据流的技术协议有实时传输协议RTP、实时传输控制协议RTCP、实时流协议RTSP和资源预留协议RSVP等。4.1 实时传输协议RTPRTP(Realtime Transport Protocol)是用于Internet上的针对多媒体数据流的一种传输协议，主要处理一对一以及一对多的多媒体数据流传输任务，可以按照UDP、TCP及ATM等协议来传输数据，负责提供时间信息和控制流的同步。4.2 实时传输控制协议RTCPRTCP(Realtime Transport Control Protocol)的作用是和RTP一起来提供流量和拥塞控制服务，RTP和RTCP配合使用能以有效的反馈和最小的开销使传输效率得到最佳，是在线实时数据传送的主要方式。4.3 实时流协议RTSPRTSP(RealTime Streaming Protocol)是一对多应用程序有效地通过IP网络传送多媒体数据的方式。TCP或RTP在体系结构中位于RTP和RTCP之上。与HTTP协议相比，RTSP的特点是客户端和服务器端都可以发出请求，是一种双向的传输协议。4.4 资源预留协议RSVPRSVP(Resource Reserve Protocol)是一种Internet上的资源预订协议，因为多媒体数据的流式传输对网络延时非常地敏感，所以需要预先为流媒体传输预留一些网络带宽，这可以通过资源预订协议RSVP来实现。RTP，RTCP，RTSP和RSVP这些协议协同工作，共同完成了网络多媒体的流式传输。其中RTP或UDP协议负责数据传输，RTCP协议负责提供数据传输的质量反馈，RSVP协议用于资源预留，RTSP协议提供数据传输的远端控制。5 流媒体压缩编码技术目前使用的流媒体文件主要有Microsoft公司的WindowsMedia，RealNetworks公司的RealMedia和Apple公司的Quicktime。5.1 Windows MediaWindows Media包括音频、视频编解码器，视频采用MPEG -4的算法，支持真正的动态变量速率编码和Two-pass5编码技术，能够保证下载过程中影象的品质。音频解码器主要采用类似MP36的算法，非常适合低速率传输，在给定速率下可获得更高的质量。它的核心是ASF (Advanced Stream Format)数据格式，音频、视频、图象以及控制命令脚本等信息通过ASF格式以网络数据包的形式进行传输，实现流式媒体内容发布。ASF支持任意的压缩和解压缩编码方式，可以使用任何一种底层的网络传输协议，灵活性大。支持MIDI、MP3、MPEG、Microsoft流文件、Quicktime文件和Real媒体等。5.2 RealMediaRealMedia采用可扩展视频技术进行主要视频的编解码，利用基于小波交换技术的Real专用算法、RA87压缩算法，其双向编码技术可以根据网络速度来选择最佳的压缩比率，带宽自适应能力要好于WindowsMedia。它包括Realvideo视频、RealAudio音频和RealFlash动画三类文件，支持ram、rm、rp等流文件，以及MP3、Quicktime文件等多种媒体格式。5.3 QuicktimeQuicktime是数字媒体的工业标准8，是创建实时效果、虚拟现实、3D动画、音/视频和其他流媒体的重要基础。在输出文件时可以选择多种编码方式，其5.0版采用了MPEG -4压缩技术9。可以直接播放Quicktime电影、AIFF、AVI、Macromedia Flash、基于HTTP、FTP、RTP、RTSP的在线音频视频。6 流媒体技术的应用随着互联网的普及和发展，流媒体技术在互动游戏、视频点播、视频会议、网上直播、新闻发布、远程教育10等多方面得到了广泛的应用。6.1 视频点播最初的视频点播是卡拉OK点播，随着计算机技术的飞速发展，VOD技术已经应用于局域网及有线电视网，此时的VOD技术已趋于完善。然而音视频文件的庞大容量仍然阻碍了VOD技术的进一步发展。由于服务器端不仅仅需要大容量的存储系统，还要承担大量数据的传输，根本无法支持大规模的点播。同时，由于局域网中视频点播的覆盖范围小，用户也无法通过Internet等网络媒介来收听或观看局域网中的节目。6.2 远程教育随着电脑的普及、多媒体技术的发展以及Internet的迅速崛起，远程教育迎来了新的机遇。远程教学过程中最基本的要求是将信息从教师端传到学生端，需要传送的信息可能是多元的，如文本、图片、音频、视频等。将这些信息从一端传送到另一端是实现远程教学的关键问题。在当前网络带宽的限制下，流式传输将是最佳的选择。学生在家通过一台计算机就可以参加远程教学。教师也无需另外做准备，授课的方法基本与传统授课方法相同，只不过面对的是摄像头和计算机而已。目前，能够在Internet上进行多媒体交互教学的技术大多为流媒体技术。如：Real System、Flash、Shockwave等。远程教育是对传统教育模式的一次革命，它集教学和管理于一体，突破了传统面授的局限，为学习者在空间和时间上提供了便利。除了实时教学外，使用流媒体的VOD技术还可以进行交互式教学，从而达到因材施教的目的。学生可以通过网络来分享学习经验。企业也可以利用远程教育对员工进行培训。6.3 视频会议市场上的视频会议系统有很多，大都支持TCP/IP协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不占多数。虽然流媒体技术不是视频会议的必须选择，但是为视频会议的发展起了重要的推动作用。采用流媒体格式传送音视频文件，使用者不必等待整个影片传送完就可以进行实时、连续地观看，这样不但解决了观看前的等待问题，还达到了即时的效果。虽然在画面质量上有一些损失，但就一般的视频会议来讲，就已经足够了。视频会议是流媒体技术的一个商业用途，通过流媒体可以进行点对点的通信。只要两端都有一台接入Internet的电脑和一个摄像头，在世界任何地点都可以进行音视频通信。此外大型企业还可以利用流媒体视频会议系统来开展跨地区的会议。6.4 Internet直播随着Internet技术的发展和普及，网民希望在Internet上直接收看电视节目，而很多厂商希望借助网上直播的形式将自己的产品和活动传遍全世界。这些需求促成了Internet直播的形成。但是网络的带宽问题一直困扰着Internet直播的发展，不过随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，I