（通信与信息系统专业论文）vcr流媒体服务器的研究与设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 移动通信和互联网是当今信息产业发展的两个热点，两者融合产生的移动 互联网及其应用，为信息产业带来巨大商机。当今社会，人们不再满足于仅有 的文本、声音、图像，而是希望得到声、文、图及视频流媒体信息，从而推动 了移动流媒体的发展，提供流媒体服务的服务器系统也就成为人们关注的对象， 正是基于此本文对这个课题做了深入研究。 由于硬件设施的有限性，本移动流媒体服务器的v c r 功能通过一个简单的 客户端在有线网络中得到了有效验证，为流媒体技术的发展与应用提供了可靠 的理论依据和实践经验，为今后流媒体服务器的研究打下了坚实的基础，有广 泛的应用前景。 本文从移动流媒体的发展背景着手，通过对其国内外的发展状况和流媒体 服务器的发展现状的了解，首先明确了个人所需完成的任务；然后详细分析了 实现流媒体服务器的四个重要协议：会话描述协议s d p 、实时流协议r t s p 、实 时传输协议r t p 、实时传输控制协议r t c p 。通过对协议功能的了解，分析了协 议具体内容。其中，r t s p 协议主要分析了其o p t i o n s 、d e s c r i b e 、e t u p 、 p l a y 、p a u s e 、t e a r d o w n 这6 个请求；r t p 协议主要分析了r t p 固定包 头、r t p 头部扩展、r t p 协议子集、r t p 连接复用；r t c p 协议主要分析了r t c p 包格式、r t c p 发送间隔、保持会议成员的数目、源描述带宽的分配、发送和接 收报告。 接着通过需求分析，考虑到实际限制，根据所定系统的具体需求和任务， 设计出服务器系统的框架和结构，确定服务器关键技术：媒体内同步、媒体间 同步、多线程的管理、流媒体服务器v c r 功能的实现，然后根据所设计的服务 器算法进行程序流程模块的实现。 最后，通过另外的测试系统对服务器进行调试与测试，进一步完善服务器 的功能。根据测试系统所得数据，论文最后对系统的带宽利用率、服务响应时 间、丢包率进行了统计，并且做出统计图形。 根据测试得出结论可知系统运行平稳，完满地实现了设计功能，证明整个 设计方案是可行的，最终解决论文之初所困扰的一些问题。 关键词：移动流媒体，会话描述协议，实时流协议，实时传输协议，实时传输 控制协议 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sa n di n t e r n e ta r et w of o c u s e so ft h ei r e f o r m a t i o ni n d u s t r y n o wa n dt h e yp r o d u c em o b i l ei n t e m e ta n di t sa p p l i c a t i o n s ，w h i c hb r i n ge n o r m o u s b u s s i n e s so p p o r t u n i t yt ot h ei n f o r m a t i o ni n d u s t r y n o w a d a y s ，p e o p l en o to n l yn e e d t e x t ，v o i c e ，i m a g e ，b u ta l s on e e dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n t h e r e b yi t f o r c e st h e d e v e l o po fm o b i l es t r e a m i n gm e d i a , a n dt h e nt h e s e r v e rs y s t e mo fo f f e r i n g s t r e a m i n gm e d i as e r v i c ea l s ob e c o m e st h eo b j e c to fp e o p l e sa t t e n t i o n t h ep a p e ri s o t h e rt h a nb a s e du p o nt h a tt ol u c u b r a t et h es u b j e c t d u et ot h el i m i t e dn a t u r eo fh a r d w a r ef a c i l i t i e s ，t h ev c rf u n c t i o n so fm o b i l e s t r e a m i n gm e d i as e r v e rh a sb e e ne f f e c t i v e l yv e r i f i e dt h r o u g has i m p l ec l i e n ti nt h e c a b l en e t w o r k i tp r o v i d e sar e l i a b l et h e o r e t i c a lb a s i sa n dp r a c t i c a le x p e r i e n c ef o rt h e d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y i ta l s ol a y sas o l i d f o u n d a t i o nf o rt h ef u t u r er e s e a r c h ，a n dt h e r ea r eb r o a dp r o s p e c t sf o ra p p l i c a t i o n f r o mt h ed e v e l o p m e n tb a c k g r o u n do fm o b i l es t r e a m i n gm e d i a 、t h e u n d e r s t a n d i n go fi t sd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ls i t u a t i o na n dt h ea c t u a ld e v e l o p m e n t o fs t r e a m i n gm e d i as e r v e r ，t h ep a p e rf i r s tn a i l sd o w nt h et a s ko ft h ea u t h o r t h e ni t p a r t i c u l a r l ya n a l y z e st h ef o u ri m p o r t a n tp r o t o c o lo ft h er e a l i z a t i o no fs t r e a m i n gm e d i a s e r v e r ：s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c a l 、r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c o l 、r e a lt i m e t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l 、r e a lt i m et r a n s f e rp r o t o c 0 1 t h r o u g hu n d e r s t a n d i n go f t h ep r o t o c o lf u n c t i o n ，a n a l y s i n go ft h ep r o t o c o ls p e c i f i cc o n t e n t ，i ts e p a r a t e l ys e t f o r t hr e a l i z a t i o no fe a c hp r o t o c 0 1 a m o n g ，t h er t s pm o s t l ya n a l y s e si t ss i xr e q u e s t s s u c ha so p t i o n s 、d e s c r i b e ，e t u p ，p l a y ，p a u s e ，t e a r d o w n ；t h e r t pm o s t l ya n a l y s e sr t pf i x e dp a c k a g eh e a d ，e x p a n d i n go fr t ph e a d ，s u b s e to f p r o t o c o l ，m u l t i p l e x i n go fp r o t o c o l ；t h er t pm o s t l ya n a l y s e sf o r m a to fr t c pp a c k a g e ， i n t e r v a lo fs e n d i n gr t c p , n u m b e ro fk e e p i n gs e s s i o nm e m b e r , d i s t r i b u t i o no fs o u r c e d e s c r i b i n gb a n d w i d t h ，r e p o r to fs e n d i n ga n dr e c e i v i n g f o l l o w i n g ，v i at h ea n a l y z i n go ft h er e q u i r e m e n ta n dc o n s i d e r i n go fp r a c t i c e l i m i t ，b a s i n gs y s t e m i cs p e c i f i cr e q u i r e m e n t sa n dt a s k s ，i td e s i g n st h ef r a m ea n d i i 武汉理工大学硕士学位论文 s t r u c t u r eo ft h es e r v e ra n dc o n f m n st h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es e r v e r , s u c ha s s y n c h r o n i z a t i o n i n s i d e m e d i a , s y n c h r o n i z a t i o n b e t w e e nm e d i a , m a n a g eo f m u l t i t h r e a d i n g ，t h er e a l i z a t i o no fv c r f u n c t i o no nt h em e d i as t r e a m i n gs e r v e r t h e n a c c o r d i n gt h ea r i t h m e t i cd e s i g n e di tc a r r i e st h r o u g ht h er e a l i z a t i o no fp r o g r a mf l o w m o d u l e a tl a s t ，t h r o u g hd e b u ga n dt e s to ft h es e v e rb ya n o h e rt e s t i n gs y s t e m ，w ep e r f e c t t h ef u n c t i o no ft h es e v e r i tm o r ep e r f e c t st h es e r v e r sf u n c t i o nt h r o u g hs y s t e m d e b u ga n dt e s t a c c o r d i n gt h ed a t ao ft e s t i n gs y s t e m ，a tt h ee n do ft h ep a p e ri t s t a t i s t i c ss y s t e mb a n d w i d t hu t i l i z a t i o nr a t i o ，s e r v i c er e s p o n s et i m e ，p a c k e tl o s sr a t e a n dd r a w st h es t a t i s t i c sg r a p h a c c o r d i n gt h ec o n c l u s i o no ft e s t ，i tn o t i f y 廿l a ts y s t e mr u ns m o o t h l ya n dt h e f u n c t i o nr e a l i z e dc o m p l e t e l y , w h i c hp r o v e st h ef e a s i b i l i t yo ft h ew h o l ed e s i g ns c h e m e f i n a l l yi ts o l v e ss o m ep r o b l e m st h a tt r o u b l e dm eb yt h eb e g i n n i n go ft h ep a p e r k e yw o r d s ：m o b i l es t r e a m i n gm e d i a ；s d p ( s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c a l ) ；r t s p ( r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) ；r t p ( r e a lt i m et r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) ；r t c p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：舒彦e t 期：丝望! 兰，? 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盈包聊躲羔庳日期：业- 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 项目背景 第1 章绪论 媒体业务是从i n t e r a c t 上发展起来的一种多媒体应用，指使用流式传输方式 在网络上传输多媒体文件，包括音频、视频和动画等，在接收端接收到一定缓 存数据后就可以播放的多媒体应用i l 】。与传统的多媒体下载不同，流媒体传输具 有实时性和连续性的特点，边播放边下载的流式传输方式可以使用户不必等待 所有的数据下载到本地。采用不同的码率传输，可以使用户在几十kb i f f s 低带宽 到几十mb i f f s 高带宽的不同网络环境中都能在线欣赏到连续不断的较高品质的 音视频节卧引。流媒体技术广泛用于互联网多媒体新闻发布、网络广告、电子商 务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、i p l v ( 网络电视) 、视频点播、 虚拟会议系统、远程监控等【3 】。 但是人们对信息的渴求已经不再局限于有限网络，随着第三代移动通信技 术的发展，人们提出了4 a ( a n y w h e r e ，a n y t i m e ，a n y o n e ，a n y d e v i c e ) 的信息获取要 求 4 1 。上世纪九十年代末期，随着通信技术、多媒体技术、网络技术的发展，移 动流媒体技术走入了人们的视野。科技界和企业界抓住移动终端在普通老百姓 手中大为普及的机遇，推出了诸如手机视频点播和手机实时监控等移动流媒体 业务。移动流媒体即利用手机接收流式传输的多媒体文件。 一个完整的流媒体系统通常由七部分组成，分别是视频压缩、应用层q o s 控制、连续媒体分发服务、流媒体服务器、媒体同步机制、流媒体协议、无线 网络上的视频传输。当前的研究也主要集中在此7 个方面【5 】。 尽管移动流媒体取得了极大的成功，但是有其发展中的瓶颈问题，阻碍了 其进一步发展。这其中包括现有的网络协议的改进、音视频压缩标准的改进、 网络带宽、收费方式、无线信道的衰落和误比特率高、移动终端处理能力低与 平台和l c d 的多样化、移动终端内存小和电池能力的有限性。本课题重点就流 媒体传输协议展开研究，讨论r t s p 、r t p 、r t c p 、s d p 协议中r t c p 协议的 研究与实现。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 移动流媒体的发展背景 由于网络的发展、个人收入的增加，以及人们消费观念转变等诸因素的影 响，我国在教育、医疗、金融、政府、企业等各行业中出现了对视频通信业务 的巨大需求。随着视频通信向着开放性、综合化、普及化、移动化、个人化发 展，“贵族化”的视频通信业务将逐步进入家庭，进一步走向大众化，使交互式 的视频通信业务如同上网和打电话一样方便。 移动视频业务是通过移动网络和移动终端为移动用户传送视频内容的新型 移动业务，为移动用户分享他们的经历和情感、获得信息和娱乐以及与他人交 流提供了新的通信方式和业务享受。而移动终端和网络技术的不断发展，为移 动视频业务的出现和推广提供了必要的条件。因此，市场需求和技术进步共同 推动移动视频业务的发展【6 】，并使移动视频业务成为了移动运营商、设备制造商 和内容提供商的关注焦点之一。移动视频业务是通过移动网络和移动终端为移 动用户提供视频内容的新型通信服务，它的主要特征在于传送的内容是比文本、 话音更加高级的视频图像，并可伴有音频信息。 流式传输避免了用户必须等待整个文件全部从i n t e m e t 上下载才能观看的缺 点，当第一个数据包到达时就开始播放【7 j 。随着i n t e m e t 和移动网络的融合，人 们越来越希望能够及时、主动地获取各种视频节目，因此视频点播视频直播、 音频点播音频直播等业务极大地满足了人们娱乐的需要。无线网络中流媒体业 务主要是面向能提供较高分组带宽( 1 0 0 k b i t s 以上) 的无线网络。根据流媒体源 的不同，可分为视频业务和音频业务。基于流媒体典型的业务应用有世界杯精 彩进球片段回放，移动商务中股指、期指回放，电影精彩片断欣赏，流行音乐 欣赏等丰富的节目。另外，通过视频卡进行视频、音频源的采集，可以完成节 目的直播，电视、c d 等节目源的实时播放。流媒体业务也支持多种媒体格式如 m o v 、a s f 、m p 3 、3 g p 、a v i 等【8 j 。在无线网络上，随着空中接口的带宽增加， 为流媒体的业务提供了良好的物理基础，结合无线应用的不受时间、地点限制 的业务灵活性，移动流媒体业务将会更加丰富和具有吸引力。目前，移动流媒 体视频业务还处于刚刚起步阶段。未来几年，随着网络和技术的发展，移动流 媒体视频业务将成为移动视频业务的主流。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 流媒体服务器的发展 现在主流的流媒体系统有：r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l m e d i a 、m i c r o s o f t 的 m e d i ap l a y e r 和a p p l e 公司的q u i c k t i m e 。 美国r e a l n e t w o r k s 公司在9 0 年代中期首先推出了流媒体技术，并随着互联 网的快速发展而不断壮大，在市场上处于主动地位，并拥有最多的用户数量。 r e a ls e r v e r 提供免费下载，并分为很多版本，最新的版本是r e a lo n e p l a y e r 。h e l i x s e r v e r 是r e a ls e r v e r 的后继版本，r e a ls e r v e r 支持的文件类型，音频文件类型： r e a l a u d i o 、w a v 、a u 、m p e g 1 、m p e g 2 、m p s ；视频文件类型： r e a l v i d e o 、a v i 、q u i c k t i m e 其他文件类型：r e a l p i x 、r e a l t e x t 、g i f 、 j p e g 、s m i l 、r e a lf l a s h 。h e l i xs e r v e r 支持的文件类型：r m 、r m v b 、 f l a s h 、r p r t 、m p e g 1 、m p e g - 4 、q u i c k t i m e 、a s f w m a 等。美国m i c r o s o f t 利用其操作系统的便利，很快便取得了一定的市场份额。w i n d o w sm e d i as e r v e r 是w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 的附带组件，无客户连接数限制。新的w i n d o w s 自带免 费播放器w i n d o w sm e d i ap l a y e r ，w i n d o w sx p 操作系统自带它的最新版本v 8 。 q u i c k t i m es t r e a m i n gs e r v e r 是m a c 平台下的服务器，有用户连接数限制，且连 接数目固定，单个s e r v e r 允许最大连接4 0 0 0 个。在p c 平台下有d a r w i ns t r e a m i n g s e r v e r 。q u i c k t i m e 是a p p l e 公司面向专业视频编辑、w e b 网站创建和c d r o m 内容制作领域开发的多媒体技术平台，它支持几乎所有主流的个人计算平台， 是创建3 d 动画、实时效果、虚拟现实、a n 和其他数字流媒体的重要基础。 1 4 基本概念 1 4 1 移动流媒体 流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，例如：音频、视 频、动画或其他多媒体文件。流媒体应用的一个最大的好处是用户不需要花费 很长时间将多媒体数据全部下载到本地后才能播放，而仅需将起始几秒的数据 先下载到本地的缓冲区中就可以开始播放，后面收到的数据会源源不断输入到 该缓冲区，从而维持播放的连续性，因此流媒体播放器通常只是在开始时有一 些时延【刀。 流媒体技术是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器 上，让浏览者一边下载一边观看、收听，而不需要等到整个多媒体文件下载完 3 武汉理工大学硕士学位论文 成就可以即时观看的技术。实际上流媒体技术是网络音视频技术发展到一定阶 段的产物，是一种解决多媒体播放时网络带宽问题的“软技术”【8 l 。流媒体技术并 不是单一的技术，它是融合很多网络技术之后所产生的技术，涉及到流媒体数 据的采集、压缩、存输以及网络通信。 移动流媒体是流媒体技术在移动网络和终端上的应用，主要是利用目前2 5 g 或3 g 的移动通信网，为手机终端提供音频、视频的流媒体服务。移动流媒体业 务的内容包括新闻资讯、影视、m t v 、体育、教育、行业和专项应用等多种形 式【9 】。移动流媒体业务根据数据内容的播放方式可以分为以下三种业务类型： ( 1 ) 流媒体点播o d ) ：内容提供商将预先录制好的多媒体内容编码压缩成 相应格式，存放在内容服务器上并把内容的描述信息以及链接放置在流媒体的 门户网站上。最终用户就可以通过访问门户网站，发现感兴趣的内容，有选择 地进行播放。 ( 2 ) 流媒体直播：流媒体编码服务器将实时信号编码压缩成相应的格式，并 经由流媒体服务器分发到用户的终端播放器。根据实时内容信号源的不同，又 可以分为电视直播、远程监控等【1 0 1 。 ( 3 ) 下载播放：用户将流媒体内容下载并存储到本地终端中，然后可以选择 在任意时间进行播放。对于下载播放，主要的限制指标是终端的处理能力和终 端的存储能力，内容提供商可以制作出较高质量的视音频内容( 高带宽、高帧速 率) 但需要考虑内容的下载时间及终端的存储空间。 1 4 2 移动流媒体传输控制协议栈 移动流媒体传输控制协议栈包括：r t p r t c p 协议、实时流协议r t s p 、会 话描述协议s d p 等，在体系结构上，r t s p 位于r t p 和r t c p 之上，使用t c p 或r t p 完成数据传输，s d p 、r t s p 属于应用层协议；h t t p 、t c p 、u d p 、r t p 属于传 输层协议；i p 属于网络层协议【l l 】。如图1 1 所示。 图1 1 移动流媒体传输控制协议栈 4 武汉理工大学硕士学位论文 i p ：i n t e r a c tp r o x y 网际协议 t c p ：t r a n s l a t ec o n t r o lp r o x y 传输控制协议 u d p ：u s e rd a t a g r a mp r o x y 用户数据报协议 h t r p ：h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c o l 超文本传输协议 r t s p r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c o l 实时流协议 r t c p ：r e a lt i m et r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l 实时传输控制协议 r t p ：r e a lt i m et r a n s f e rp r o t o c o l 实时传输协议 1 4 3g p p 第三代合作伙伴计划( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，即3 g p p ) 是一个成立 于1 9 9 8 年1 2 月的标准化机构。目前其成员包括欧洲的e t s i 、日本的a r i b 和t t c 、 中国的c c s a 、韩国的n a 和北美的a t i s 。 3 g p p 的目标是在i t u 的i m t - 2 0 0 0 计划范围内制订和实现全球性的( 第三代) 移动电话系统规范。它致力于g s m 到u m t s ( w - c d m a ) 的演化，虽然g s m 到 w - c d m a 空中接口差别很大，但是其核心网采用了g p r s 的框架，因此仍然保持 一定的延续性。【1 2 】 3 g p p 和3 g p p 2 两者实际上存在一定竞争关系，有看法认为3 g p p 组织的存在 很大程度上是为了避开高通公司在c d m a 标准方面的专利。3 g p p 2 致力于以 i s 9 5 ( 在北美和韩国应用广泛的c d m a 标准，联通c d m a 与之兼容) 向3 g 过渡， 和高通公司关系更加紧密1 1 3 。 1 5 本人所做的工作 在杭州百事达软件有限公司实习期间，本人于2 0 0 7 年底开始从事移动流媒 体服务器的分析与研究工作。在这段时间里，主要做了以下的工作：研究了移 动流媒体的发展，目前移动流媒体服务器的概况；详细地分析了实现流媒体服 务器v c r 功能的四个协议r t s p ，r t p ，r t c p ，s d p 协议的具体内容，在充分 理解的基础上，通过对需求的分析进一步明确任务和要求，从而确定r t s p 实时 控制框架、系统结构拟定关键技术和服务器实现的算法，再通过服务器所依赖 的四个协议分别设计其实现流程，从而最终完成实现整个服务器v c r 功能的代 码，最后通过系统的调试与测试，进一步完善服务器的功能，系统运行平稳， 5 武汉理工大学硕士学位论文 完满地实现了设计功能，证明整个设计方案是可行的，最终解决论文之初所困 扰的一些问题。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章需求分析 本章对流媒体服务器系统的设计进行需求分析。通过四个模块分别讨论主 要任务目标和功能需求，同时根据用户特点分析了系统设计和实现的约束和限 制。 2 1 任务概述 2 1 1 目标 根据本课题的标题“v c r 流媒体服务器的研究与设计”，可以看出本系统中， 主要包括s d p 、r t p 、r t c p 、r t s p 模块。 当服务器收到r t s p 请求，它首先产生r t s p 请求对象。服务器通过r t s p 协议的应答信息将请求的内容以流会话的形式描述，一个流会话由一个或多个 数据流组成，如视频流和音频流等。实际的数据流通过r t p 协议传递到客户端。 r t p 在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同 步【l4 。r t p 本身并不能为顺序传送数据包提供可靠的传送机制，它依靠r t c p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。在r t p 会话期间，各连接者监视下层网络 的性能，并将相关信息放入r t c p 包，周期性地传送r t c p 包来通知发送方。发 送方也可以用r t c p 包提供每次的会话信息，包中含有己发送的数据包的数量、 丢失的数据包的数量等统计资料。因此，服务器可以利用这些信息动态地改变 传输速率，甚至改变有效载荷类型。r t p 和r t c p 配合使用，因有效的反馈和最 小的开销使传输效率实现最佳化。 目前市场上也有不少的流媒体服务器对v c r 功能提供了有限的支持，正是 因为流媒体技术的高速发展，人们改变了通过电视媒体观看激动人心的奥运赛 事，可以通过网络和手机来观看直播，比如现在网络上的p p l i v e ，p p s t r i m 等己 经支持暂停和拖动功能。但对快进，快退，慢进提供支持的服务器却很少见。 本文正是基于这种现状，要实现一个支持所有v c r 功能的流媒体服务器。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2 用户特点 用户所在地区覆盖3 g 网络，手机系统支持j a v a 版本的软件和3 g 网络服 务，拥有播放流媒体的播放器和足够大的内存。 2 1 3 设计和实现的约束和限制 目前3 g 网络尚未覆盖全国，首批3 g 号码也刚刚推出，对于软件的测试只 能客户端通过有线网络连接i n t e r n e t 上的r t s p 服务器来实现多媒体的播放。 另外该系统只是服务器端的实现，客户端流媒体播放器必须是支持r t s p 协议的 播放器。 2 2 具体需求 2 2 1 功能需求 ( 1 ) s d p 模块： 在组播环境下：s d p 通告了一个会话的存在，同时提供了人们加入这个会话 的方式；在单播环境下：s d p 只提供人们加入这个会话的方式 ( 2 ) r t p 模块： 系统的传输部分主要实现： 1 ) r t p 流的发送 2 ) 实现r t p 流的接收 3 ) 实现r t p 流的传输 4 ) 实现r t p 载荷的打包 5 ) 实现r t p 包的解析 ( 3 ) i 汀c p 模块： 作为r t p 协议不可分割的一部分，r t c p 协议采用和数据分组同样的配送 机制向r t p 会话中的所有与会者周期性地传送控制分组，从而提供数据传送q o s 的监测手段，并获知与会者的身份信息。其功能包括： 1 ) 提供数据传送质量的反馈信息 2 ) 传送r t p 源传输层永久标识 3 ) 确定r t c p 包的发送速率 8 武汉理工大学硕士学位论文 4 ) 传送少量会话控制信息 ( 4 ) r t s p 模块： 将r t s p 协议的方法表示为计算机语言，实现一个支持所有v c r 功能的流 媒体服务器，例如除目前一般使用的暂停和拖拉功能，还有快进，快退，慢进 功能。 2 2 2 性能需求 流媒体服务器性能的关键指标是流输出能力和所能支持的并发请求数量， 新设计的方案充分发挥了指令局部性和数据局部性的优点。处理线程在处理队 列任务时，由于队列中每一个操作所作的事都一样( 如不停的发r t p 包) ，因此 每个操作的指令序列都是完全相同的；而且，当客户在连接后要求获得热点节 目的媒体文件时，指令操作的数据也将非常相近，都在一个范围很小的区域内。 这样，经过几次操作后，当指令被加载到c a c h e 中，数据加载到内存中后，就 不再需要从磁盘中去掉，极大提高了程序的性能。 设计的方案可以实现流媒体数据在内存中连续存放，快速存取以及c a c h e 预取，资源管理方式从以应用线程为中心的资源管理与分配转变为以数据为中 心的资源管理与分配。 衡量流媒体服务器的性能可以根据服务c p u 的负载情况来衡量。c p u 的使 用情况主要和连接的客户数目，客户端的操作如读取，快进，搜索等相关。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章流媒体关键协议分析 流媒体服务的协议主要有s d p ，r t p 、r t c p 、r t s p 与r s v p 等协议，它 们构成了实时流媒体服务的基础。其中核心协议有s d p ，r t s p ，r t p ，r t c p 。 本章将对这些协议进行详细的分析和研究。 3 1s d p 协议分析 3 1 1 协议功能 会话描述协议s d p ( s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c a l ) e hi e t f 组织作为 r f c 2 3 2 7 发布。该协议主要用于描述多媒体会话，以便实现会话宣布、会话邀请 或其它形式多媒体会议的激活【1 5 j 。作为对媒体影片和控制命令等进行描述的语 言，s d p 描述语言在整个流媒体播放过程中起着类似语言交流的作用。如果没有 一个公用的描述语言，客户端和服务器端无法进行正常的通信，播放过程无法 进行。 s d p 协议的主要功能有： ( 1 ) 在组播环境下：s d p 通告了一个会话的存在，同时提供了人们加入这个会 话的方式。 ( 2 ) 在单播环境下：s d p 只提供人们加入这个会话的方式。 3 1 2 协议分析 s d p 协议主要包括以下一些信息：会话信息，媒体信息，为接收媒体而需 的额外信息，使用的带宽信息，可信赖的接洽信息等1 1 6 】。 s d p 信息是文本信息，采用u t f s 编码中的i s 0 1 0 6 4 6 字符集。一个s d p 描述实例由许多行格式为 = 的字符组成。 总是单个字符； 由 决定了其形式的结构字符串。“- ，号的两边不允许出现空格， 的每个域的值之间用空格格开。 一个会话描述由一个会话层( s e s s i o n 1 e v e l ) 描述和若干个媒体层( m e d i a 1 e v e l ) 描述所组成。会话层的描述适用于整个会话和所有属于这个会话的媒体；媒体 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 层描述可以没有或有多个对应于会话中的各个媒体。 会话层描述由带有字符v = ”的行开始，一直到媒体层描述结束；媒体层描述 由带有字符“m ”的行开始，一直到下一个带有m ”的行结束，并由此行开始对下 一个媒体的描述，s d p 描述文本的结束标志着最后一个媒体层描述的结束。会 话层描述的值可以理解为所有属于此会话的媒体的默认值，若媒体层描述中有 相同的域，则以媒体层描述为准【1 7 】。 一个会话描述如下，其中带“ 表示可选，其他为必须包含： v = ( 协议版本) 0 = ( 所有者g j j 建者和会话标识符) s - ( 会话名称) i = ( 会话信息) u _ ( u 描述) e _ 幸( e m a i l 地址、 p = ( 电话号码) c = 木( 连接信息一如果包含在所有媒体中，则不需要该字段) b = 幸( 带宽信息) 一个或更多时间描述 z 芦( 时间区域调整) k = 幸( 加密密钥) a 一( o 个或多个会话属性行) 0 个或多个媒体描述 时间描述 仁( 会话活动时间) f 宰( o 或多次重复次数) 媒体描述 m = ( 媒体名称和传输地址) i = ( 媒体标题) c _ 幸( 连接信息一如果包含在会话层则该字段可选) b = ( 带宽信息) k = 掌( 加密密钥) a _ ( o 个或多个会话属性行) 武汉理工大学硕士学位论文 3 2r t s p 协议分析 3 2 1 协议功能 r t s p 建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体。协议的作用如下： ( 1 ) 从媒体服务器上检索媒体： 用户可以通过h t t p 或其它方法提交一个演示描述。如演示采用组播，描述 包含了用于连续媒体流的组播地址和端口。如演示仅通过单播发送给用户，用 户为了安全应提供目的地址。 ( 2 ) 媒体服务器被邀请进入会议： 媒体服务器可以被邀请参加正在进行的会议，或回放媒体，或记录其中一 部分内容或全部。这种模式在分布式教育应用上很有用，会议中几方可轮流按 远程控制按钮。 ( 3 ) 将媒体加到现成讲座中： 服务器告诉用户可以获得附加媒体内容，这对现场讲座显得尤其有用。和 h t i p 1 1 中类似，r t s p 请求支持代理，通道与缓存处理【1 8 】。 3 2 2 协议分析 r t s p 连接没有绑定传输层协议，如t c p 或u d p 。在r t s p 连接期间，r t s p 用户可以打开或关闭多个对服务器的可靠传输连接。此外，r t s p 本身还可以使 用无连接传输协议，如u d p 。r t s p 控制的流可能用到r t p ，但r t s p 操作并不 依赖于携带连续媒体流的传输机制【1 9 】。实时流协议在语法和操作上与h t ，r p l 1 类似，因此h t t p 的扩展机制大都可加入r t s p 。r t s p 具有以下几个特点： ( 1 ) 可扩展性：新方法和参数可以很容易地加入r t s p 。 ( 2 ) 易解析：r t s p 可由标准h t t p 或m i m e 解析器解析。 ( 3 ) 安全：r t s p 使用网页安全机制。 ( 4 ) 独立于传输：r t s p 可使用不可靠数据报协议( u d p ) ，可靠数据报协议( t c p ) ， 要实现应用级可靠，可使用可靠流协议。 ( 5 ) 多服务器支持：每个流可放在不同服务器上，用户端自动同不同服务器建立 几个并发的控制连接，媒体同步在传输层执行。 ( 6 ) 控制记录设备：协议可控制记录和回放设备。 ( 7 ) 流控与会议初始化分离：仅要求会议初始化协议提供会议初始化功能，特殊 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 情况下，s i p 或h 3 2 3 可用来邀请服务器入会。 ( 8 ) 适合专业应用：通过s m p t e 时标，r t s p 支持帧级精度，允许远程数字编辑。 ( 9 ) 演示描述中立：协议没有强加特殊演示或元文件，可传送所有格式类型；然 而演示描述至少必须包含一个r t s pu 砒。 ( 1 0 ) 代理与防火墙友好：协议可由应用和传输层防火墙处理。防火墙需要理解 s e tu p 方法，为u d p 媒体流打开一个缺口。 ( 1 1 ) h t l r p 友好：r t s p 明智的采用h t t p 观念，使现有结构都可重用。 ( 1 2 ) 适当的服务器控制：用户能够启动一个流，它必须也可以停止一个流。 ( 1 3 ) 传输协商：实际处理连续媒体流前，用户可协商传输方法。 ( 1 4 ) 性能协商：如果请求的基本性能无效，必须有一些清理机制让用户决定哪 种性能不生效。 r t s p 控制是通过单独协议发送的，与控制通道无关。例如，r t s p 控制可通 过t c p 连接，而数据流通过u d p 。因此，即使媒体服务器没有收到请求，数据也 会继续发送。服务器需要维护联系流与r t s p 请求的连接状态。 r t s p 中很多方法与状态无关，但下列方法在定义服务器流资源的分配与应 用上起着重要的作用【2 0 1 。 ( a ) o p t i o n s o p t i o n s 请求可能在任何时候发出，例如客户端将要发出一个非标准的请 求时。它不影响服务器状态t 2 1 1 。 c s ：o p t i o n s 宰r t s p 1 o c s e q ： 1 r e q u i r e ：i m p l i c i t - p l a y p r o x y - r e q u i r e ：g z i p p e d m e s s a g e s s - c ：r t s p 1 02 0 0o k c s e q ： 1 p u b l i e ：d e s c r i b e ，s e t u p ，t e a r d o w n ，p l a y ，p a u s e 注意：这些都是必要的构造特征。 ( b ) d e s c r 卫3 e d e s c r i b e 方法从服务器检索表示的描述或媒体对象，这些资源通过请求 统一资源定位符( t h er e q u e au r l ) 识别。此方法可能结合使用a c c e p t 首部域来 指定客户端理解的描述格式。服务器端用被请求资源的描述对客户端作出响应 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 】。d e s c r i b e 的答复响应对( r e p l y r e s p o n s ep a i r ) 组成了r t s p 的媒体初始 化阶段f 2 3 】。 c - s ：d e s c r i b er t s p ：s e r v e