流媒体技术教程 第二章 流媒体技术基础课件

Chapter2

流媒体技术基础南京工程学院计算机工程学院徐梦溪Chapter2

流媒体技术基础南京工程学院1在Internet和Intranet上实现基于流技术的数字媒体（音频、视频）的传输制作、发布和播放软件与Windows9x/NT/2000/XP集成在一起核心是ASF2.1WindowsMedia在Internet和Intranet上实现基于流技术的数字媒22.1.1WindowsMedia技术平台概述1.基于组件的方案构成以一系列模块组件为中心WindowsMediaToolsWindowsMediaServicesNetworkWindowsMediaPlayer2.1.1WindowsMedia技术平台概述1.基32.1.1WindowsMedia技术平台概述2.WindowsMedia的应用方式广播电影和特别节目广告音乐教育团体通信个人使用2.1.1WindowsMedia技术平台概述2.Wi42.1.2WindowsMedia技术基本概念WindowsMedia：指与某个MicrosoftWindowsMedia技术名称一起使用的商标名。WindowsMediaService：指在网上驻留和发布基于WindowsMedia的流内容的WindowsMedia技术。WindowsMediaServer：指运行WindowsMedia服务的服务器。WindowsMediaStream：指WindowsMedia服务器通过网络发布的现场或点播的基于WindowsMedia的内容。2.1.2WindowsMedia技术基本概念Wind52.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaSDK：指基于WindowsMedia技术的软件开发工具包（SDK）。WindowsMediaTools：指用于为WindowsMedia服务创建基于WindowsMedia的内容的一套工具。WindowsMediaEncoder：指捕获音频、视频；编写数字形式的脚本数据；压缩音频和视频数据；并将它们保存到WindowsMedia格式文件或通过网络传送流所使用的WindowsMedia技术。WindowsMediaCodec：指WindowsMedia技术使用的音频或视频压缩/解压缩（编解码器）算法。更明确地说，它可以指MicrosoftWindowsMedia音频编解码器或MicrosoftWindowsMedia视频编解码器。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co62.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaAudioCodec：指WindowsMedia技术使用的音频压缩/解压缩（编解码器）算法。WindowsMediaVideoCodec：指WindowsMedia技术使用的视频编解码算法。WindowsMediaFormat：指WindowsMedia技术（或包含WindowsMedia技术许可证的第三方产品）在编著、存储、编辑、发布、流传输、或播放基于时间线的内容时所使用的格式。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co72.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMedia格式文件：指用WindowsMedia技术创建的文件，它包含按WindowsMedia格式保存的音频、视频、或脚本数据。文件扩展名：.asf，.wma，.wmvWindowsMedia格式化的内容：指用WindowsMedia技术或包含WindowsMedia技术许可证的第三方产品创建的基于时间的媒体内容。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co82.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaMetafiles：指用WindowsMedia技术创建的文件，它包含可扩展标记语言（XML）语法形式的元数据。元数据可以包含诸如WindowsMedia-格式化的文件的URL，它所指媒体的标题、版权以及作者，或者WindowsMedia-格式化的文件的开始时间和持续时间的信息。文件扩展名：.asx，.wax，.wvxWindowsMediaPlayer：指播放WindowsMedia格式的文件或再现基于WindowsMedia的内容的WindowsMedia技术。

2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co92.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）DigitalRightsManagement：指用于保护媒体内容和管理访问权限的技术。通过实现这项技术，能够维护媒体内容副本所有者的一个列表，还可以在发布的每张内容上放置数字签名。

2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co102.1.3WindowsMedia组件1.WindowsMediaTools包括创建工具和编辑工具MediaEncoder：将实时或存储的音频、视频内容转换为ASF流，然后通过WindowsMediaServer在网络中传送。MediaAuthor：为合成并同步视频和图像文件提供一个图形界面；能够在创建.asf文件之前预览模拟的结果；支持多目标宽带和脚本命令。2.1.3WindowsMedia组件1.Windo11VidToASF：此命令行实用工具将.vid或.mov文件转换成.asf文件；可以使用命令行选项来指定添加标记，调用URL，以及执行脚本命令的脚本文件。WavToASF：此命令行实用工具将.wav或.mp3文件转换成.asf文件；可以使用命令行选项来指定添加标记，调用URL，以及执行脚本命令的脚本文件。WindowsMediaPresenter：插件工具；配合WindowsMediaEncoder将PowerPoint演示文稿转换成.asf流。

VidToASF：此命令行实用工具将.vid或.mo12ASFIndexer：此图形工具用于编辑.asf文件；对已有的.asf文件添加索引、属性和标记并裁剪.asf文件的开始和结束部分。ASFChop：编辑.asf文件的命令行实用工具；向.asf文件中添加标记、脚本以及属性，或者从.asf文件中删除时间区间。ASFCheck：验证.asf文件的格式；识别.asf文件内部的问题并修复其中的一些。ASFIndexer：此图形工具用于编辑.asf文件；132.1.3WindowsMedia组件（cont’d）2.WindowsMediaServer对外提供ASF流媒体的网络发布服务保证文件的保密性以及文件不能被未授权下载使每个使用者以最佳影像品质浏览网页具有多种文件发布形式和监控管理功能2.1.3WindowsMedia组件（cont’d）14包括两大基本服务模块：①UnicastService为客户提供点对点连接式服务按用户的参与程度：On-DemandUnicast：可以控制播放的过程BroadcastUnicast：只能观看播放②StationService对外提供广播式服务包括两大基本服务模块：152.1.3WindowsMedia组件（cont’d）3.WindowsMediaPlayer可以接收并播放来自WindowsMediaServer的流，播放电影剪辑、网站音乐视频、公司演示文稿，以及其它更多的内容。播放大多数流行格式的音频和视频。读取并执行.asf文件中的脚本命令。接收脚本命令、标记和元数据，如剪辑标题、作者和版权为在Internet上观看现场新闻播放WindowsMedia广播和点播的内容。播放网站上的电影剪辑和音乐视频。

2.1.3WindowsMedia组件（cont’d）162.1.4ASF简介ASF是一种数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。使用MPEG-4压缩算法体积小ASF格式的视频中可带有命令代码，用户指定在到达视频或音频的某个时间后触发某个事件或操作。

2.1.4ASF简介ASF是一种数据格式，音频、视频、图171.ASF的特征可扩展的媒体类型——ASF文件允许制造者很容易地定义新的媒体类型部分下载——特定的有关播放部件的信息能够存储在ASF文件头部分，这些信息能够为客户机用来找到合适的所需的播放部件的版本（如果没有在客户机上安装）可伸缩的媒体类型——ASF是设计用来表示可伸缩的媒体类型的“带宽”之间的依赖关系流的优先级化——现代的多媒体传输系统能够动态地调整以适应网络资源紧张的情况多语音目录信息1.ASF的特征182.ASF文件格式ASF对象：ASF文件基本的组织单元无需一个权威机构来管理对象标识符系统，因为计算机网卡能够产生一个有效的唯一的GUID。对象大小字段已定义得足够处理高带宽多媒体内容的大文件。ObjectIDObjectSizeObjectData16B8B??B2.ASF文件格式ObjectIDObjectSiz193.高层文件结构ASF文件逻辑上是由三个高层对象组成：头对象（HeaderObject）、数据对象（DataObject）和索引对象（IndexObject）。头对象是必需的，并且必须放在每一个ASF文件的开头部分。数据对象也是必需的，且一般情况下紧跟在头对象之后。索引对象是可选的，一般推荐使用。头对象先于数据对象到达有三种方式：①包含头对象的信息作为“会话声明”的一部分。②利用一个与数据对象不同的“通道”发送头对象。③在发送ASF数据对象之前发送头对象。3.高层文件结构20ASF头对象头对象是唯一包含其他ASF对象的对象FilePropertiesObject（文件属性对象）——全局文件属性。StreamPropertiesObject（流属性对象）——定义一个媒体流和其属性。ContentDescriptionObject（内容描述对象）——包含所有目录信息。ComponentDownloadObject（部件下载对象）——提供播放部件信息。StreamGroupsObject（流组织对象）——逻辑上把多个媒体流组织在一起。ScalableObject（可伸缩对象）——定义媒体流之间的可伸缩的关系。ASF头对象头对象是唯一包含其他ASF对象的对象21ASF头对象（cont’d）PrioritizationObject（优先级对象）——定义相关流的优先级。MutualExclusionObject（相互排斥对象）——定义排斥关系如语言选择。Inter-MediaDependencyObject（媒体相互依赖对象）——定义混合媒体流之间的相互依赖关系。RatingObject（级别对象）——根据W3CPICS定义文件的级别。IndexParametersObject（索引参数对象）——提供必要的信息以重建ASF文件的索引。ASF头对象（cont’d）Prioritization22ASF数据对象包含一个ASF文件的所有多媒体数据。多媒体数据以ASF数据单元的形式存储，每一个ASF数据单元都是可变长的，且包含的数据必须是同一种媒体流。数据单元在当它们开始传输的时候在数据对象中自动地排序，这种排序来自于交叉存储的文件格式。ASF数据对象包含一个ASF文件的所有多媒体数据。23ASF索引对象包含一个嵌入ASF文件的多媒体数据的基于时间的索引。每个索引进入表现的时间间隔是在制作时设置的，并且存储在索引对象中。由于没有必要为一个文件的每一个媒体流建立一个索引，因此，通常利用一个时间间隔列表来索引一系列的媒体流。

ASF索引对象包含一个嵌入ASF文件的多媒体数据的基于时间242.1.5WindowsMedia9系列音频编解码器1.WindowsMediaAudio9所享有的音质比先进的WindowsMediaAudio8所提供的音质还高20%对可变比特率（VBR）音频的支持，保证了可通过更小的文件来提供更高的质量可以在计算机、CD-R或超过120种与WindowsMedia兼容的设备上存储比以往更多的音乐与早期版本的WindowsMediaAudio兼容的解码器向后兼容，因此，可以在早期版本的播放机、操作系统和电子设备上播放新的内容2.1.5WindowsMedia9系列音频编解码器252.WindowsMediaAudio9Professional第一个用于Web的数字环绕声编解码器配备了高保真硬件和5.1声道环绕声的计算机能在立体声或5.1声道（甚至7.1声道）环绕声中捕获高清晰度音频（24比特/96-KHz采样），从而实现了以128到768Kbps的速率进行流式播放或传递下载后播放的内容用户无需128Kbps的立体声MP3文件，就可以尽享5.1声道音频提供的可媲美相同比特率的出众保真性能如果用户尝试使用新的5.1声道、24比特、96kHz采样率性能播放文件，但没有支持多声道或高清晰度声音的系统或声卡，播放质量将无缝地下降（例如，降低到16比特、2声道立体声），以便用户获得系统可提供的最佳播放体验。2.WindowsMediaAudio9Profe263.WindowsMediaAudio9Lossless用于存档收藏的CD可以将CD中的曲目复制为这种无损格式，以实现高效存储然后，将曲目转换为基于WindowsMediaAudio9的CD进行播放3.WindowsMediaAudio9Lossl274.WindowsMediaAudio9Voice到目前为止，低比特率编解码器已经针对音乐或声音进行了优化但这种混合模式的声音和音乐编解码器能够提供极其出色的音质，可用于低比特率流式处理（不到20Kbps）。

4.WindowsMediaAudio9Voice285.WindowsMediaAudio9VBRVBR模式意味着实现最佳音质所需的平均比特率更低、文件也更小。VBR可应用于WindowsMediaAudio9和WindowsMediaAudio9Professional编解码器。WindowsMediaAudio9Lossless编解码器始终使用VBR。对于低比特率的流式处理和设备（例如CD和DVD播放机），可使用限制峰值模式。

5.WindowsMediaAudio9VBR292.1.6WindowsMedia9系列视频编解码器1.WindowsMediaVideo9与WindowsMediaVideo8编解码器相比，质量提高大约15%到50%（最高比特率下的画质提高最多）；确保可在任何比特率下提供无与伦比的视频质量。Eg.WindowsMediaVideo（WMV）9文件的大小通常只有同等质量的MPEG-4文件的一半。

2.1.6WindowsMedia9系列视频编解码器302.WindowsMediaVideo9AdvancedProfile一种随WindowsMediaPlayer10、WindowsMediaFormat9.5SDK和更新的编解码器安装程序包一起提供的新的编解码器。主要功能包括改进的交织支持和传输格式独立性。在运行WindowsMediaPlayer10的计算机上的使用效果最佳，也可以在WindowsMediaPlayer7或更高版本的计算机上使用。若要将此编解码器与WindowsMediaEncoder9系列一起使用，必须安装WindowsMediaPlayer10。AdvancedProfile编解码器将在解码器中显示一个选项。使用9系列视频编解码器的以前版本，内容生成器可以提供渐进的内容，所采用的数据速率低到MPEG-2编解码器的三分之一，并且仍获得与MPEG-2相同的质量。2.WindowsMediaVideo9Advan312.WindowsMediaVideo9AdvancedProfile(cont’d)内容生成器和广播器现在可以通过交织的内容在编码效率上获得同样的改进。传输格式独立性使得WindowsMediaVideo9AdvancedProfile可以通过并非基于WindowsMedia的系统提供，例如基于标准的广播基础结构（通过本机MPEG-2传输流）或无线基础结构（通过RTP），甚至是DVD。2.WindowsMediaVideo9Advan323.WindowsMediaVideo9Screen进行演示或在培训时示范如何使用计算机。即使CPU的配置相对普通，可以更好地处理位图图像和屏幕动作。3.WindowsMediaVideo9Scree334.WindowsMediaVideo9Image通过平移和缩放效果将静态图像转换为全屏（640x480）视频。添加交叉渐隐过渡，创建完全编辑的视频剪辑效果。在低达每秒20千比特（Kbps）的数据速率下传递结果。使用固定比特率（CBR）或单步可变比特率（VBR）模式压缩的这些文件可轻松地进行共享。4.WindowsMediaVideo9Image345.WindowsMediaVideo9ImageV2通过平移、缩放和各种转换效果将静态图像转换为视频。通过将这些过渡与平移、缩放和同时淡入淡出相结合，创建几乎没有数目限制的效果。可以在低达每秒20千比特（Kbps）的数据速率下传递结果。使用固定比特率（CBR）或单步可变比特率（VBR）模式压缩的这些文件可轻松地进行共享。与以前版本不兼容。5.WindowsMediaVideo9Image356.WindowsMediaVideo9VBR模式WindowsMediaVideo9编解码器可以查找较复杂的部分，并在最需要的地方分配更多的比特（例如，动作多的序列），从而以较小的平均文件大小来实现最佳质量。WindowsMediaVideo9支持限制峰值的VBR模式，这样，用户可以指定允许的最高比特率，低比特率连接和设备（如DVD播放机）也可利用VBR的优势。6.WindowsMediaVideo9VBR模367.广播就绪编解码器级的本机隔行扫描支持可确保在广播传递应用（例如，机顶盒或TV传递）中实现最佳质量。

8.基于硬件的WindowsMedia视频加速利用支持DirectX视频加速(DxVA)技术的新一代显卡，体验全面提升的性能。有了这些显卡，基于WindowsMediaVideo的内容的呈现就可以由显卡处理器分担，从而使播放更平滑，使更高分辨率的视频播放成为可能。这种分担模式为其他任务留出了更多的计算资源。

7.广播就绪372.1.7WindowsMedia版权管理技术核心组件：WindowsMediaRightManagerWindowsMedia版权管理器9系列包括：服务器和软件开发包——保护媒体文件的回放SDK——制作用于加密和分发许可证的程序2.1.7WindowsMedia版权管理技术核心组件381.数字版权管理技术Digitalrightsmanagement(DRM)isanumbrellatermthatreferstoaccesscontroltechnologiesusedbypublishersandothercopyrightholderstolimitusageofdigitalmediaordevices.DRMcanalsorefertorestrictionsassociatedwithspecificinstancesofdigitalworksordevices.Tosomeextent,DRMoverlapswithcopyprotection,butDRMisusuallyappliedtocreativemedia(music,films,etc.)whereascopyprotectiontypicallyreferstosoftware.1.数字版权管理技术39Theuseofdigitalrightsmanagementhasbeencontroversial.Advocatesargueitisnecessaryforcopyrightholderstopreventunauthorizedduplicationoftheirworktoensurecontinuedrevenuestreams.Opponents,suchasTheFreeSoftwareFoundation,maintainthattheuseoftheword"rights"ismisleadingandsuggestthatpeopleinsteadusethetermdigitalrestrictionsmanagement.Theuseofdigitalrightsmana40DRM运作机制：有效的DRM技术是让电子出版物的分销商用自定义的加密技术来控制对这些产品——不论是印刷品，音乐或是图象——的访问。DRM运作机制：412.WindowsMedia版权管理器的基本工作方式（1）打包WindowsMedia版权管理器对数字媒体文件打包。打包的文件将加密并使用一个“密钥”锁定。该密钥存储在一个加密许可证中，该许可证将单独分发。——独有功能向数字媒体文件中添加其他信息，例如用于获取许可证的URL。打包的数字媒体文件将保存为WindowsMediaAudio格式（文件扩展名为.wma）或WindowsMediaVideo格式（文件扩展名为.wmv）。2.WindowsMedia版权管理器的基本工作方式42（2）分发打包的文件可放在网站上以供下载、放在数字媒体服务器上以供流式处理、通过CD进行分发或使用电子邮件发送给消费者。WindowsMediaDRM还允许消费者将受版权保护的数字媒体文件发送给其他人。（3）建立许可证服务器内容提供商可选择许可证交换中心，该交换中心将存储许可证的特定权限或规则并提供WindowsMedia权限管理器许可证服务。交换中心的作用是对请求许可证的消费者进行身份验证。数字媒体文件和许可证是分开存储和分发的，因此更便于管理整个系统。（2）分发43（4）获取许可证要播放打包的数字媒体文件，消费者首先必须获取一个许可证密钥为该文件解锁。当消费者试图获取打包的数字媒体文件、获取一个预先传递的许可证或首次播放该数字媒体文件时，都将自动启动获取许可证的过程。WindowsMedia权限管理器或者引导用户进入注册页（该页要求输入信息或付费），或者从交换中心检索一个许可证而不提示任何问题。（4）获取许可证44（5）播放数字媒体文件要播放数字媒体文件，消费者需要能支持WindowsMediaDRM的播放机。然后，消费者即可根据许可证中所提供的规则或权限来播放文件。许可证可提供多种不同权限，如开始时间和日期、持续时间以及对操作计数。例如，默认权限可能允许消费者在特定计算机上播放数字媒体文件并可将该文件复制到便携设备。许可证不可转让。这种按PC颁发许可证的模式可确保打包的数字媒体文件只能在已获得该文件的许可证密钥的计算机上播放。（5）播放数字媒体文件453.WindowsMedia版权管理的优势对于艺术家和公司来说，一套强而有效的数字版权系统将会减少公司在版权利益上的损失。越来越多的未经授权的媒体文件的出现，极大的伤害到了版权公司的利益，这些文件有着和正版内容一样的质量，而且被非常容易的传播和分发。通过WindowsMediaDRM，内容提供者可以通过加密媒体文件和分发授权来保证自己内容的版权利益。3.WindowsMedia版权管理的优势46对于内容提供者来说，零售商和录音实验室可以在网上开设音乐销售的商店，无论内容被传播的多广，内容提供者可以保证内容的版权不受侵害。获取许可证的过程也成为公司收集用户信息的过程。WindowsMedia采用了极高强度的DRM机密方式，即使用现在的超级计算机也需要数天进行破解。DRM也很好的防止了在不同PC上交换许可证的可能性。对于内容提供者来说，47对于消费者来说，数字内容分发商提供给消费者更方便的获取最新音乐和视频的方法。随着数字版权保护的提供，内容提供者将更加愿意将一些更好的节目和内容提供在互联网上进行共享。数字版权技术也避免用户被牵涉到一些版权纠纷中。对于消费者来说，484.WindowsMedia版权管理器组件WindowsMediaPackager：打包媒体文件WindowsMediaLicenseService：服务注册客户，颁发许可证SQL数据库：存储有关媒体文件、事务、许可证和注册的信息WindowsMediaRightsManagerWeb站点：提供可供下载的打包文件、注册客户以及颁发许可证4.WindowsMedia版权管理器组件495.获得WindowsMedia版权管理器开发工具包访问Web页面/windowsmedia/dowloads/default.asp下载WindowsMediaRightsManager10SDK5.获得WindowsMedia版权管理器开发工具包502.2RealMedia1.制作端产品RealProducerBasic和Plus版将普通格式的音频、视频或动画媒体文件通过压缩转换为RealServer能进行流式传输的流格式文件。提供两种编码格式选择：HTTP和SureStream。

2.服务器端产品RealServerBasic、Plus、Intranet和Professional版本提供流式服务。代理软件RealSystem

Proxy提供专用的、安全的流媒体服务代理，能使ISPs等服务商有效降低带宽需求。

3.客户端产品RealPlayerBasic和Plus版既可以独立运行，也能作为插件在浏览器中运行。2.2.1RealSystem系统组成2.2RealMedia1.制作端产品RealPr512.2.2RealMedia文件格式RealAudio：传输接近CD音质的音频数据RealVideo：传输不间断的视频数据RealFlash：高压缩比的动画格式RealMedia文件格式；使RealSystem可以通过各种网络传送高质量的多媒体内容。1.加标志的文件格式使用四字符编码来标识文件元素。基本部件是块（chunk）每个块包括：指明块标识符的四字符编码；

块中限定数据大小的32位数值；

数据块部分。依类型的不同，上层的块可以包含子对象。

2.2.2RealMedia文件格式RealAudio：522.报头部分一般情况下，RealMedia的报头部分有下面四种：RealMedia文件报头——RealMedia文件的第一个块

属性报头（PropertiesHeader）

媒体属性报头（MediaPropertiesHeader）

内容描述报头（ContentDescriptionHeader）RealMedia文件报头以后，其它报头的出现可以任何次序。3.数据部分（DataSection）由数据部分报头和后面排列的媒体数据包组成。数据块报头标志数据块的开始，媒体数据包是流媒体数据的数据包。4.索引部分（IndexSection）由描述索引区内容的索引块报头和一串索引记录组成

2.报头部分532.2.3RealSystem中的数据通信RealProducerRealServerRealPlayerTCPUDPTCPUDP2.2.3RealSystem中的数据通信RealRea54RealPlayer播放过程2.2.4RealSystem系统中RTSP通信RAMRealPlayer播放过程2.2.4RealSys55RTPRTSPServerTCP控制信道单工UDP信道(providemediadata)全双工UDP信道(providesynchronization)OddPortRTSPClientEvenPortOddPortRTPRTSPServerTCP控制信道单工UDP信道全双56RDTRTSPServerTCP控制信道单工UDP信道(providemediadata)单工UDP重发请求服务器端口缺省值：554RTSPClientRDTRTSPServerTCP控制信道单工UDP信道单工572.2.5RealServer中的多播技术将一个现场直播流同时传递给多个客户端，而无需为每一客户的连结发送一个单独的数据流，客户端只需连结到这个数据流，而不是连结到RealServer，从而降低带宽的使用2.2.5RealServer中的多播技术将一个现场直581.Back-ChannelMulticast（反向信道多播）在客户端和服务器之间保持一个用于统计和控制信息交互的控制信息双向传输RTSP或PNA协议：提供验证和连接统计功能2.ScalableMulticast（可伸缩多播）无控制信道用户统计只能在多播结束或用户停止播出或关闭RealPlayer时进行单向传输UPL格式SDP（会话描述协议）1.Back-ChannelMulticast（反向信道592.2.6RealServer中的分流技术一般用于网络直播Transmitter（发送服务器）通过UDP单播、UDP组播和TCP将直播媒体流发送到分布在各地的多个接收服务器，客户端可以就近访问服务器获得较高质量的媒体流减少带宽使用Transmitter与Receiver（接收服务器）之间由高速链路连接。2.2.6RealServer中的分流技术一般用于网络直601.PushSplitting预先建立连接立即传送媒体流2.PullSplitting无需预先建立连接第一个连接建立后要保持该连接至编码器停止编码ReceiverTransmitterSplitter1.PushSplittingReceiverTrans613.实际应用——RealSystemProxy8弹性可扩充的专用流媒体降低带宽成本网络管理容易保护播放内容安全性3.实际应用——RealSystemProxy8622.2.7SureStream存在问题：通过低速率调制解调器与Internet连接；限制发布媒体质量或连接人数。解决方法：一、服务器减少发送给客户端的数据而阻止再缓冲，在RealSystem5.0中，称为“视频流瘦化”；二、根据不同连接速率创建多个文件，根据用户连接，服务器发送相应文件。SureStream技术：一、确立一个编码框架，允许不同速率的多个流同时编码，合并到同一个文件中；二、采用一种复杂客户/服务器机制探测带宽变化。2.2.7SureStream存在问题：通过低速率调制解63一、RMCS简介RMCSoffersapackagingserver,streamingserver,licenseserverandasecurefileformatplug-inforRealPlayer.ThissystemprovidesWindowsandUNIXsolutionsandsupportssubscription,videoondemandandotherbusinessmodels.RMCSiscurrentlyutilizedbyMusicNet,ajointventureofRealNetworks,AOLTimeWarner,BertelsmannAG,EMIGroupandZomba.2.2.9RMCS一、RMCS简介2.2.9RMCS64MusicNetisofferingdigitallicensesforamusicsubscriptionserviceforthefourrecordlabelsanditsmusicformatisboundtotheRealformat.BothAOLandRealNetworks(RealOne)havelaunchedaMusicNet-basedservice.2.2.9RMCS(cont’d)MusicNetisofferingdigitall65二、RMCS可以干什么？1.满足内容所有者和相应的版权所有者的需求；2.支持灵活的商务运营方式：订阅、点播以及其它有创意的方式；3.保护内容所有者的权益，避免盗版和其他非法使用；4.向客户提供比没有采用版权保护技术更多的服务；5.向更广泛的用户提供安全的媒体内容；6.透明地向用户传送加密控制信息，并在用户播放时进行无缝控制，使用户能像播放普通文件一样播放加密内容。二、RMCS可以干什么？66三、RMCS如何构成？RMCS提供了四个组件功能用以保护、传送和执行媒体文件，包括：1．RealSystemPackager：内容供应商用其对媒体文件进行打包、加密或者进行分发和广播。2．RealSystemLicenseServer：处理访问请求和对加密媒体文件进行许可处理的HTTP服务器。3．MediaCommerceUpgradeforRealPlayer：可以识别加密的Real格式文件（*.rms）的客户端软件。4．RealSystemServerPlugin：服务器端的插件，可以使RealServer无缝处理加密的信息流。三、RMCS如何构成？67四、RMCS如何处理媒体流？1.RealSystemPackager将没有加密的媒体文件转换为加密的媒体文件。它将生成1个全球统一标识符（GUID）和内容文件的密钥，并把它们保存成文本文件，输出到内容数据库。2.内容、GUID和密钥被输入到后台数据库，加密的媒体文件通过不同的传送机制让用户可以使用。3.零售商设定许可内容的使用规则。4.用户访问零售商的web服务器以获取播放加密媒体文件的许可。5.零售Web服务器从RealSystemLicenseServer请求权限并且处理用户的交易。6.请求的客户端获取内容文件。它检查加密许可数据库以确认已经收到播放文件的权限。只有获得授权的客户端才能播放文件。四、RMCS如何处理媒体流？682.3QuickTime媒体描述和媒体数据分开存储媒体描述或元数据（Meta-Data）——Movie：包含轨道数目、视频压缩格式和时间信息，媒体数据存储区域的索引媒体数据：所有的采样数据，如视频帧和音频采样媒体数据可与QuickTimemovie存储在同一个文件中，也可在一个单独的文件或者在几个文件中2.3.1QuickTime文件格式2.3QuickTime媒体描述和媒体数据分开存储2.3691.Atom2.QuickTimeAtomContainers数据类型数据大小信息Data报头数据数据类型子原子叶原子数据大小信息Data数据大小信息原子ID原子类型数据类型Data数据大小信息数据类型双亲原子1.Atom数据类型数据大小信息Data报头数据数据类型子702.3.2QuickTime文件结构一群原子的集合不规定原子的次序2.3.3QuickTimeMovieVideoMedia信息MusicMedia信息TextMedia信息TracksMovies2.3.2QuickTime文件结构一群原子的集合2.712.3.4QuickTime制作技术媒体制作软件QuickTimePro制作虚拟环境的工具软件QuickTimeVR2.3.5QuickTime发布技术2.3.6QuickTime播放技术点播、实时广播、非实时广播RTP/RTSP（高带宽用户）；HTTP（低带宽用户）不支持SureStream技术QuickTimePlayer2.3.4QuickTime制作技术媒体制作软件Qu722.4其他流媒体技术——Flash流格式动画交互式矢量动画标准采用矢量作图技术：各元素均为矢量；只用少量的数据就可以描述一个复杂的对象

体积小，采用流控制技术（易于网上流传）由时间发展为先后顺序排列的一系列编辑帧组成除传统的“帧－帧”动画变形，还支持过渡变形技术，包括移动变形和形状变形交互性：通过ActionScript实现2.4其他流媒体技术——Flash流格式动画交互式矢量动画73视频：SWF动画文件音频：RealAudio文件RealPlayer同步这两个流播放时，可以对流进行控制操作，如停止、快进、重放如何输出RealFlash文件？2.4.2与RealFlash相关的流格式Flash视频：SWF动画文件2.4.2与RealFlash74TheEndTheEnd75过渡变形只需制作出动画序列中的第一帧和最后一帧（关键帧），中间的过渡帧可通过Flash计算自动生成。大大减少动画制作的工作量，缩减动画文件的尺寸，而且过渡效果非常平滑。对帧序列中的关键帧的制作，产生不同的动画和交互效果。播放时，以时间线上的帧序列为顺序依次进行。过渡变形只需制作出动画序列中的第一帧和最后一帧（关键帧），中76Chapter2

流媒体技术基础南京工程学院计算机工程学院徐梦溪Chapter2

流媒体技术基础南京工程学院77在Internet和Intranet上实现基于流技术的数字媒体（音频、视频）的传输制作、发布和播放软件与Windows9x/NT/2000/XP集成在一起核心是ASF2.1WindowsMedia在Internet和Intranet上实现基于流技术的数字媒782.1.1WindowsMedia技术平台概述1.基于组件的方案构成以一系列模块组件为中心WindowsMediaToolsWindowsMediaServicesNetworkWindowsMediaPlayer2.1.1WindowsMedia技术平台概述1.基792.1.1WindowsMedia技术平台概述2.WindowsMedia的应用方式广播电影和特别节目广告音乐教育团体通信个人使用2.1.1WindowsMedia技术平台概述2.Wi802.1.2WindowsMedia技术基本概念WindowsMedia：指与某个MicrosoftWindowsMedia技术名称一起使用的商标名。WindowsMediaService：指在网上驻留和发布基于WindowsMedia的流内容的WindowsMedia技术。WindowsMediaServer：指运行WindowsMedia服务的服务器。WindowsMediaStream：指WindowsMedia服务器通过网络发布的现场或点播的基于WindowsMedia的内容。2.1.2WindowsMedia技术基本概念Wind812.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaSDK：指基于WindowsMedia技术的软件开发工具包（SDK）。WindowsMediaTools：指用于为WindowsMedia服务创建基于WindowsMedia的内容的一套工具。WindowsMediaEncoder：指捕获音频、视频；编写数字形式的脚本数据；压缩音频和视频数据；并将它们保存到WindowsMedia格式文件或通过网络传送流所使用的WindowsMedia技术。WindowsMediaCodec：指WindowsMedia技术使用的音频或视频压缩/解压缩（编解码器）算法。更明确地说，它可以指MicrosoftWindowsMedia音频编解码器或MicrosoftWindowsMedia视频编解码器。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co822.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaAudioCodec：指WindowsMedia技术使用的音频压缩/解压缩（编解码器）算法。WindowsMediaVideoCodec：指WindowsMedia技术使用的视频编解码算法。WindowsMediaFormat：指WindowsMedia技术（或包含WindowsMedia技术许可证的第三方产品）在编著、存储、编辑、发布、流传输、或播放基于时间线的内容时所使用的格式。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co832.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMedia格式文件：指用WindowsMedia技术创建的文件，它包含按WindowsMedia格式保存的音频、视频、或脚本数据。文件扩展名：.asf，.wma，.wmvWindowsMedia格式化的内容：指用WindowsMedia技术或包含WindowsMedia技术许可证的第三方产品创建的基于时间的媒体内容。2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co842.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）WindowsMediaMetafiles：指用WindowsMedia技术创建的文件，它包含可扩展标记语言（XML）语法形式的元数据。元数据可以包含诸如WindowsMedia-格式化的文件的URL，它所指媒体的标题、版权以及作者，或者WindowsMedia-格式化的文件的开始时间和持续时间的信息。文件扩展名：.asx，.wax，.wvxWindowsMediaPlayer：指播放WindowsMedia格式的文件或再现基于WindowsMedia的内容的WindowsMedia技术。

2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co852.1.2WindowsMedia技术基本概念（cont’d）DigitalRightsManagement：指用于保护媒体内容和管理访问权限的技术。通过实现这项技术，能够维护媒体内容副本所有者的一个列表，还可以在发布的每张内容上放置数字签名。

2.1.2WindowsMedia技术基本概念（co862.1.3WindowsMedia组件1.WindowsMediaTools包括创建工具和编辑工具MediaEncoder：将实时或存储的音频、视频内容转换为ASF流，然后通过WindowsMediaServer在网络中传送。MediaAuthor：为合成并同步视频和图像文件提供一个图形界面；能够在创建.asf文件之前预览模拟的结果；支持多目标宽带和脚本命令。2.1.3WindowsMedia组件1.Windo87VidToASF：此命令行实用工具将.vid或.mov文件转换成.asf文件；可以使用命令行选项来指定添加标记，调用URL，以及执行脚本命令的脚本文件。WavToASF：此命令行实用工具将.wav或.mp3文件转换成.asf文件；可以使用命令行选项来指定添加标记，调用URL，以及执行脚本命令的脚本文件。WindowsMediaPresenter：插件工具；配合WindowsMediaEncoder将PowerPoint演示文稿转换成.asf流。

VidToASF：此命令行实用工具将.vid或.mo88ASFIndexer：此图形工具用于编辑.asf文件；对已有的.asf文件添加索引、属性和标记并裁剪.asf文件的开始和结束部分。ASFChop：编辑.asf文件的命令行实用工具；向.asf文件中添加标记、脚本以及属性，或者从.asf文件中删除时间区间。ASFCheck：验证.asf文件的格式；识别.asf文件内部的问题并修复其中的一些。ASFIndexer：此图形工具用于编辑.asf文件；892.1.3WindowsMedia组件（cont’d）2.WindowsMediaServer对外提供ASF流媒体的网络发布服务保证文件的保密性以及文件不能被未授权下载使每个使用者以最佳影像品质浏览网页具有多种文件发布形式和监控管理功能2.1.3WindowsMedia组件（cont’d）90包括两大基本服务模块：①UnicastService为客户提供点对点连接式服务按用户的参与程度：On-DemandUnicast：可以控制播放的过程BroadcastUnicast：只能观看播放②StationService对外提供广播式服务包括两大基本服务模块：912.1.3WindowsMedia组件（cont’d）3.WindowsMediaPlayer可以接收并播放来自WindowsMediaServer的流，播放电影剪辑、网站音乐视频、公司演示文稿，以及其它更多的内容。播放大多数流行格式的音频和视频。读取并执行.asf文件中的脚本命令。接收脚本命令、标记和元数据，如剪辑标题、作者和版权为在Internet上观看现场新闻播放WindowsMedia广播和点播的内容。播放网站上的电影剪辑和音乐视频。

2.1.3WindowsMedia组件（cont’d）922.1.4ASF简介ASF是一种数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。使用MPEG-4压缩算法体积小ASF格式的视频中可带有命令代码，用户指定在到达视频或音频的某个时间后触发某个事件或操作。

2.1.4ASF简介ASF是一种数据格式，音频、视频、图931.ASF的特征可扩展的媒体类型——ASF文件允许制造者很容易地定义新的媒体类型部分下载——特定的有关播放部件的信息能够存储在ASF文件头部分，这些信息能够为客户机用来找到合适的所需的播放部件的版本（如果没有在客户机上安装）可伸缩的媒体类型——ASF是设计用来表示可伸缩的媒体类型的“带宽”之间的依赖关系流的优先级化——现代的多媒体传输系统能够动态地调整以适应网络资源紧张的情况多语音目录信息1.ASF的特征942.ASF文件格式ASF对象：ASF文件基本的组织单元无需一个权威机构来管理对象标识符系统，因为计算机网卡能够产生一个有效的唯一的GUID。对象大小字段已定义得足够处理高带宽多媒体内容的大文件。ObjectIDObjectSizeObjectData16B8B??B2.ASF文件格式ObjectIDObjectSiz953.高层文件结构ASF文件逻辑上是由三个高层对象组成：头对象（HeaderObject）、数据对象（DataObject）和索引对象（IndexObject）。头对象是必需的，并且必须放在每一个ASF文件的开头部分。数据对象也是必需的，且一般情况下紧跟在头对象之后。索引对象是可选的，一般推荐使用。头对象先于数据对象到达有三种方式：①包含头对象的信息作为“会话声明”的一部分。②利用一个与数据对象不同的“通道”发送头对象。③在发送ASF数据对象之前发送头对象。3.高层文件结构96ASF头对象头对象是唯一包含其他ASF对象的对象FilePropertiesObject（文件属性对象）——全局文件属性。StreamPropertiesObject（流属性对象）——定义一个媒体流和其属性。ContentDescriptionObject（内容描述对象）——包含所有目录信息。ComponentDownloadObject（部件下载对象）——提供播放部件信息。StreamGroupsObject（流组织对象）——逻辑上把多个媒体流组织在一起。ScalableObject（可伸缩对象）——定义媒体流之间的可伸缩的关系。ASF头对象头对象是唯一包含其他ASF对象的对象97ASF头对象（cont’d）PrioritizationObject（优先级对象）——定义相关流的优先级。MutualExclusionObject（相互排斥对象）——定义排斥关系如语言选择。Inter-MediaDependencyObject（媒体相互依赖对象）——定义混合媒体流之间的相互依赖关系。RatingObject（级别对象）——根据W3CPICS定义文件的级别。IndexParametersObject（索引参数对象）——提供必要的信息以重建ASF文件的索引。ASF头对象（cont’d）Prioritization98ASF数据对象包含一个ASF文件的所有多媒体数据。多媒体数据以ASF数据单元的形式存储，每一个ASF数据单元都是可变长的，且包含的数据必须是同一种媒体流。数据单元在当它们开始传输的时候在数据对象中自动地排序，这种排序来自于交叉存储的文件格式。ASF数据对象包含一个ASF文件的所有多媒体数据。99ASF索引对象包含一个嵌入ASF文件的多媒体数据的基于时间的索引。每个索引进入表现的时间间隔是在制作时设置的，并且存储在索引对象中。由于没有必要为一个文件的每一个媒体流建立一个索引，因此，通常利用一个时间间隔列表来索引一系列的媒体流。

ASF索引对象包含一个嵌入ASF文件的多媒体数据的基于时间1002.1.5WindowsMedia9系列音频编解码器1.WindowsMediaAudio9所享有的音质比先进的WindowsMediaAudio8所提供的音质还高20%对可变比特率（VBR）音频的支持，保证了可通过更小的文件来提供更高的质量可以在计算机、CD-R或超过120种与WindowsMedia兼容的设备上存储比以往更多的音乐与早期版本的WindowsMediaAudio兼容的解码器向后兼容，因此，可以在早期版本的播放机、操作系统和电子设备上播放新的内容2.1.5WindowsMedia9系列音频编解码器1012.WindowsMediaAudio9Professional第一个用于Web的数字环绕声编解码器配备了高保真硬件和5.1声道环绕声的计算机能在立体声或5.1声道（甚至7.1声道）环绕声中捕获高清晰度音频（24比特/96-KHz采样），从而实现了以128到768Kbps的速率进行流式播放或传递下载后播放的内容用户无需128Kbps的立体声MP3文件，就可以尽享5.1声道音频提供的可媲美相同比特率的出众保真性能如果用户尝试使用新的5.1声道、24比特、96kHz采样率性能播放文件，但没有支持多声道或高清晰度声音的系统或声卡，播放质量将无缝地下降（例如，降低到16比特、2声道立体声），以便用户获得系统可提供的最佳播放体验。2.WindowsMediaAudio9Profe1023.WindowsMediaAudio9Lossless用于存档收藏的CD可以将CD中的曲目复制为这种无损格式，以实现高效存储然后，将曲目转换为基于WindowsMediaAudio9的CD进行播放3.WindowsMediaAudio9Lossl1034.WindowsMediaAudio9Voice到目前为止，低比特率编解码器已经针对音乐或声音进行了优化但这种混合模式的声音和音乐编解码器能够提供极其出色的音质，可用于低比特率流式处理（不到20Kbps）。

4.WindowsMediaAudio9Voice1045.WindowsMediaAudio9VBRVBR模式意味着实现最佳音质所需的平均比特率更低、文件也更小。VBR可应用于WindowsMediaAudio9和WindowsMediaAudio9Professional编解码器。WindowsMediaAudio9Lossless编解码器始终使用VBR。对于低比特率的流式处理和设备（例如CD和DVD播放机），可使用限制峰值模式。

5.WindowsMediaAudio9VBR1052.1.6WindowsMedia9系列视频编解码器1.WindowsMediaVideo9与WindowsMediaVideo8编解码器相比，质量提高大约15%到50%（最高比特率下的画质提高最多）；确保可在任何比特率下提供无与伦比的视频质量。Eg.WindowsMediaVideo（WMV）9文件的大小通常只有同等质量的MPEG-4文件的一半。

2.1.6WindowsMedia9系列视频编解码器1062.WindowsMediaVideo9AdvancedProfile一种随WindowsMediaPlayer10、WindowsMediaFormat9.5SDK和更新的编解码器安装程序包一起提供的新的编解码器。主要功能包括改进的交织支持和传输格式独立性。在运行WindowsMediaPlayer10的计算机上的使用效果最佳，也可以在WindowsMediaPlayer7或更高版本的计算机上使用。若要将此编解码器与WindowsMediaEncoder9系列一起使用，必须安装WindowsMediaPlayer10。AdvancedProfile编解码器将在解码器中显示一个选项。使用9系列视频编解码器的以前版本，内容生成器可以提供渐进的内容，所采用的数据速率低到MPEG-2编解码器的三分之一，并且仍获得与MPEG-2相同的质量。2.WindowsMediaVideo9Advan1072.WindowsMediaVideo9AdvancedProfile(cont’d)内容生成器和广播器现在可以通过交织的内容在编码效率上获得同样的改进。传输格式独立性使得WindowsMediaVideo9AdvancedProfile可以通过并非基于WindowsMedia的系统提供，例如基于标准的广播基础结构（通过本机MPEG-2传输流）或无线基础结构（通过RTP），甚至是DVD。2.WindowsMediaVideo9Advan1083.WindowsMediaVideo9Screen进行演示或在培训时示范如何使用计算机。即使CPU的配置相对普通，可以更好地处理位图图像和屏幕动作。3.WindowsMediaVideo9Scree1094.WindowsMediaVideo9Image通过平移和缩放效果将静态图像转换为全屏（640x480）视频。添加交叉渐隐过渡，创建完全编辑的视频剪辑效果。在低达每秒20千比特（Kbps）的数据速率下传递结果。使用固定比特率（CBR）或单步可变比特率（VBR）模式压缩的这些文件可轻松地进行共享。4.WindowsMediaVideo9Image1105.WindowsMediaVideo9ImageV2通过平移、缩放和各种转换效果将静态图像转换为视频。通过将这些过渡与平移、缩放和同时淡入淡出相结合，创建几乎没有数目限制的效果。可以在低达每秒20千比特（Kbps）的数据速率下传递结果。使用固定比特率（CBR）或单步可变比特率（VBR）模式压缩的这些文件可轻松地进行共享。与以前版本不兼容。5.WindowsMediaVideo9Image1116.WindowsMediaVideo9VBR模式WindowsMediaVideo9编解码器可以查找较复杂的部分，并在最需要的地方分配更多的比特（例如，动作多的序列），从而以较小的平均文件大小来实现最佳质量。WindowsMediaVideo9支持限制峰值的VBR模式，这样，用户可以指定允许的最高比特率，低比特率连接和设备（如DVD播放机）也可利用VBR的优势。6.WindowsMediaVideo9VBR模1127.广播就绪编解码器级的本机隔行扫描支持可确保在广播传递应用（例如，机顶盒或TV传递）中实现最佳质量。

8.基于硬件的WindowsMedia视频加速利用支持DirectX视频加速(DxVA)技术的新一代显卡，体验全面提升的性能。有了这些显卡，基于WindowsMediaVideo的内容的呈现就可以由显卡处理器分担，从而使播放更平滑，使更高分辨率的视频播放成为可能。这种分担模式为其他任务留出了更多的计算资源。

7.广播就绪1132.1.7WindowsMedia版权管理技术核心组件：WindowsMediaRightManagerWindowsMedia版权管理器9系列包括：服务器和软件开发包——保护媒体文件的回放SDK——制作用于加密和分发许可证的程序2.1.7WindowsMedia版权管理技术核心组件1141.数字版权管理技术Digitalrightsmanagement(DRM)isanumbrellatermthatreferstoaccesscontroltechnologiesusedbypublishersandothercopyrightholderstolimitusageofdigitalmediaordevices.DRMcanalsorefertorestrictionsassociatedwithspecificinstancesofdigitalworksordevices.Tosomeextent,DRMoverlapswithcopyprotection,butDRMisusuallyappliedtocreativemedia(music,films,etc.)whereascopyprotectiontypicallyreferstosoftware.1.数字版权管理技术115Theuseofdigitalrightsmanagementhasbeencontroversial.Advocatesargueitisnecessaryforcopyrightholderstopreventunauthorizedduplicationoftheirworktoensurecontinuedrevenuestreams.Opponents,suchasTheFreeSoftwareFoundation,maintainthattheuseoftheword"rights"ismisleadingandsuggestthatpeopleinsteadusethetermdigitalrestrictionsmanagement.Theuseofdigitalrightsmana116DRM运作机制：有效的DRM技术是让电子出版物的分销商用自定义的加密技术来控制对这些产品——不论是印刷品，音乐或是图象——的访问。DRM运作机制：1172.WindowsMedia版权管理器的基本工作方式（1）打包WindowsMedia版权管理器对数字媒体文件打包。打包的文件将加密并使用一个“密钥”锁定。该密钥存储在一个加密许可证中，该许可证将单独分发。——独有功能