第3章 流媒体技术

第3章流媒体技术

3.1概述3.2流媒体通信协议3.3流媒体实现原理3.4流媒体播放方式3.5流媒体文件格式3.6流媒体系统构成13.1概述1.流媒体定义流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件，而流技术就是把连续的影象和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器。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机器后才可以观看的网络传输技术。2流媒体技术包括流媒体数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。广义上的流是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；狭义上的流是相对于传统的下载－回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使时延大大减少。流式传输3与传统网络媒体传输方式的区别传统方式（网络浏览、FTP、…）流媒体传输内容文本、图片、二进制文件视频、音频传输模式“先下载，后享用”“边传输，边播放”等待时间下载等待时间漫长初始等待时间非常短磁盘缓存需要大量的磁盘缓存无需磁盘缓存或需要量非常少42.流媒体传输流程

用户（Web浏览器）通过HTTP/TCP与Web服务器(WebServer)交换信息，获取流媒体服务清单，根据获得的流媒体服务清单向媒体服务器(A/VServer)请求相关服务；5流媒体传输流程然后客户机的Web浏览器启动相应的媒体播放器，通过RTP/UDP从媒体服务器中获取流媒体数据，实时播放。在播放过程中，客户机的媒体播放器需要实时通过RTCP/UDP与媒体服务器交换控制信息，媒体服务器根据客户机反馈的流媒体接收情况智能调整向客户机传送的媒体数据流，从而在客户端达到最优的接收效果。63.流式传输的方法：实现流式传输有两种方法：顺序流式（ProgressiveStreaming）传输实时流式(RealtimeStreaming)传输

7(1)顺序流式传输按顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的后续部分。顺序流式传输不像实时流式传输那样，可在传输期间根据用户连接的速度做调整。8(1)顺序流式传输优点：(a)对通过调制解调器发布短片段时，顺序流式传输显得很实用，尽管有延迟，但毕竟可以发布较高质量的视频片段。(b)顺序流式文件是放在标准HTTP或FTP服务器上的，这种文件易于管理，基本上与防火墙无关。9

应用：比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告。用户在观看前必须经历延迟，对较慢的连接尤其如此。

顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如讲座、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。10(2)实时流式传输RealtimeStreaming实时流式传输保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。特点：实时流式传输与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器（如QuickTimeStreamingServer、RealServer、WindowsMediaServer）与传输协议。11(2)实时流式传输RealtimeStreaming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。实时流式传输必须匹配连接带宽，所以在以调制解调器速度连接时，图像质量较差；当网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。124.流媒体应用直播与点播互联网广播网移动网多视点/3D视频交互性沉浸感三维显示多媒体传感器网络交通实况环境监测公共安全视频社区播客社区网络…IVVVSystem(HHI)EyeVision(CMU)133.2流媒体通信协议

流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。

14流媒体通信协议

实时传输协议实时传输控制协议实时流协议资源预留协议153.3流媒体实现原理16首先通过采用高效的压缩算法，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输，然后通过架设流媒体服务器，修改MIME标识,通过各种实时协议传输流数据。流媒体实现原理17Microsoft、RealNetworks、AppleComputer以及其他各方均提供关于编码、流式传送以及客户观看等方面的、享有专用权的方案。常规视频编码速度的范围从20kb/s到目前的300kb/s，并且有望达到1Mb/s及以上的速度。流媒体实现原理18识别流媒体类型的途径——MIMEWeb服务器和Web浏览器可通过MIME来识别流媒体并对其进行相应的处理。MIME是MultipurposeInternetMailExtensions（通用因特网邮件扩展）的缩略词。它不仅用于电子邮件，还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型。19MIME和SMTP的关系用户MIMESMTPSMTP7位ASCII码7位ASCII码MIME非ASCII码非ASCII码用户7位ASCII码203.4流媒体播放方式1.单播Unicast在客户端与媒体服务器之间需要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，这种传送方式称为单播。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。这种巨大冗余会造成服务器的负担沉重，响应的时间过长，甚至停止播放；管理人员为保证一定的服务质量，必须配置合适的硬件和带宽。212.组播Multicast

IP组播技术构建一种具有组播能力的网络，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，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个，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上，减少网络上传输信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。223.点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。点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端都各自连接服务器，因而会迅速用完网络带宽。234.广播广播指的是用户被动接收流。在广播过程中，客户端接收流，但不能控制流。例如，用户不能暂停、快进或后退流。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。243.5流媒体文件格式为了减小用户的播放延时和存储空间，实现边下载边播放，并保证一定的播放质量，就需要对压缩文件进行特殊的处理，添加一些附属信息，如计时、压缩和版权信息，这就是流式文件格式。流媒体的三大平台公司MicrosoftRealNetworksApple251.RealMediaRealMedia是目前Internet上最流行的跨平台的客户/服务器结构多媒体应用规范，它采用音频/视频流和同步回放技术实现了网上全带宽的多媒体回放。在RealMedia规范中主要包括三类文件：RealAudio：用以传输接近CD音质的音频 数据；RealVideo：用来传输连续视频数据；RealFlash：RealNetworks公司与 Macromedia公司合作推出的高压缩比动 画格式。261.RealMediaRealPlayer就是在网上收听收看这些实时音频、视频和Flash的最佳工具之一。只要用户的线路允许，使用RealPlayer可以不必下载音频/视频内容就能实现网络在线播放，上网查找和收听、收看各种广播、电视。272.ASFASF（AdvancedStreamingFormat）文件是Microsoft为了和现在的RealPlayer竞争而发展起来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。由于它是用MPEG-4的压缩算法，所以它的压缩质量如果不考虑文件大小的话，完全可以和VCD媲美，比同是视频格式的*.rm好很多。282.ASF关于这种格式，Microsoft有明确说明：“ASF是一种支持在各类网络和协议下进行数据传递的公开标准。ASF用于排列、组织、同步多媒体数据以通过网络传输。ASF是一种数据格式，然而，它也可用于指定实况演示的格式。293.MOVQuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能，被包括AppleMacOS、MicrosoftWindows在内的所有主流操作平台支持。QuickTime制定了其称作QuickTimeMovie的多媒体文件格式。此文件格式是极具弹性的存储格式。303.MOV虽然，QuickTime并没强制要求用户将媒体资料存成QuickTimeMovie文件，但大部分的用户会发现，QuickTimeMovie档案格式是一种方便而强大的多媒体文件格式，它要比微软早期推出的AVI文件格式强。314.SWFSWF（ShockWaveFlash）是Micromedia公司推出的一种动画格式，它采用矢量图形方法存储动画，使得生成的文件很小，但质量却丝毫不变，已播放的质量不随画面的放大而变差（这是一般VCD的缺点），因而得到了广泛应用。如今它与RealNetwork公司进行合作，一同推进流媒体的服务。Flash的一个最大的优点是制作简单，发布方便。323.6流媒体系统的构成33流媒体应用体系缓存替换算法代理服务器协作机制代理服务器放置策略MultimediaServerMultimediaServerHybridProxyMobileHostMobileHostInternetClientInternetClient智能终端自主版权Codec多媒体流协议族可扩展编码技术流媒体组播码率控制算法面向网络的自适应编码与传输高效网络子系统磁盘调度算法媒体数据分组存储策略多媒体流调度算法兼容无线和Internet的流媒体代理服务器流媒体服务器341．媒体内容制作媒体内容制作模块可进行Stream的制作与生成。它包括了从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富的流媒体的一系列的工具，这些工具产生的Stream文件可以存储为固定的格式，供发布服务器使用。它还可以利用视频采集设备，实时向媒体服务器提供各种视频流，提供实时的多媒体信息的发布服务。35媒体制作流程362．媒体内容管理媒体内容管理包括流媒体文件的存储、查询及节目管理、创建和发布。节目不多时可使用文件系统，当节目量大时，就必须使用数据库管理系统。373．用户管理用户管理主要进行用户的登记、授权、计费和认证。对商业应用来说，用户管理功能至关重要。包括订金、VOD、出租、所有权、BtoB的多级内容分发版权管理领域等，是运营商保护内容和依靠内容赢利的关键技术保障。384．视频服务器视频服务器是网络视频的核心，直接决定着流媒体系统的总体性能。为了能同时响应多个用户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算法。视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流，其存储量要大，数据率要高，并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以确保用户请求在系统资源下的有效服务。存储设备多采用SCSI接口，以确保高速、并行、多重