一种多媒体传输技术的应用

一种多媒体传输技术的应用

1流媒体技术在互联网的应用媒体技术是一种“软件技术”，可以将连续的图像和声音信息压缩到网络服务器，让读者可以下载、阅读和接收。在不需要下载所有多媒体文件之前，可以立即阅读。这是解决多媒体广播时网络带宽度问题的“平滑技术”。媒体技术不是一种独特的技术。这是一种融合了许多网络技术之后产生的技术，包括探测媒体数据、压缩、存储、传输和网络连接等。采用流媒体技术由于不需要将全部数据下载,因此等待时间可以大大缩短,也节省了大量的磁盘空间.流媒体作为在互联网上实时传输多媒体文件的技术,前景被一致看好.此外,考虑到Internet的连接速度不稳定,从而影响到用户接收信号的质量,目前出现了一种智能流技术.智能流技术通过两种途径克服带宽协调和流瘦化.首先,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;第二,采用一种复杂客户/服务器机制探测带宽变化.为满足客户要求,首先编码、记录不同速率下的媒体数据,并保存在单一文件中,此文件称为智能流文件,即创建可扩展流式文件.当客户端发出请求,它将其带宽容量传给服务器,媒体服务器根据客户带宽将智能流文件相应部分传送给用户.以此方式,用户可看到最可能的优质传输,制作人员只需要压缩一次,管理员也只需要维护单一文件,而媒体服务器根据所得带宽自动切换.由此,智能流为现实世界Internet上根据变化的带宽特点来发送高质量媒体提供了可靠的保证.流媒体(StreamMedia)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.目前比较常见的几种流媒体格式有微软的.asf,RealNetworks公司的.rm、.ra、.rmvb以及苹果公司的.mov等.2视频编码技术一个基本的流媒体系统包括编码器、服务器和播放器三部分,如图1所示.编码器对原始的音、视频数据进行一定格式的压缩编码,编码的方式有实时和非实时两种,常用的音频编码器主要有MP3、VivoAudio等,常用的视频编码器主要有MPEG4、H.261、H.263和H.264等,其中最近投入使用的H.264视频编码器无论是在编码效率还是在图像质量上都优于其它现有视频编码器.服务器负责将编码数据封装成RTP数据包发送到网络中.每次从节目中获取一帧数据,然后分成几个RTP数据包,并将时间戳和序列号添加到RTP包头,属于同一帧的数据包具有相同的时戳.一旦到达数据包所应播放的时间后,服务器便将这一帧的音视频数据包发送出去,然后再读取下一帧数据.客户端每次从队列头部读取一帧的数据,从包头的时戳中解出该帧的播放时间,然后进行音视频同步处理.同步后的数据将送入解码器进行解码,解码后的数据被送入一个循环读取的缓存中等待.一旦该帧的播放时间到达,解码数据就被从缓存中取出,送入播放模块驱动底层硬件设备进行显示或播放.3在教育中使用视频技术3.1数字视频技术在远程教学中的应用电脑的普及、多媒体技术的发展以及网络的迅速崛起,给远程教育带来了新的机遇,世界各国都正大力开展包括网络教育在内的远程教育.在远程教学过程中,最基本的要求是将信息从教师端传递到远程的学生端,需要传递的信息可能是多元化的,这其中包括各种类型的数据:如视频、音频、文本、图片等.将这些资料从一端传递到另一端是远程教学需要解决的问题,而如何将这些信息资料有效的组合起来以达到更好的教学效果更是我们需要思考的重要方面.由于当前网络带宽的限制,流媒体无疑是最佳的选择,学生可以在家通过一台计算机、一条电话线、一只Modem就可以参加到远程教学当中来.对于教师来讲,也无需做过多的准备,授课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.同时就目前来讲,能够在远程教学活动中进行多媒体交互教学的技术多为流媒体,像RealSystem、Flash、Shockwave等技术就经常应用到远程教学中.远程教育是对传统教育模式的一次革命,它能够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都提供了极大便利.3.2以流媒体技术研发为核心的宽带视频点播系统视频点播技术已经不是什么新鲜的概念了,最初的VOD应用于卡拉OK点播,当时的VOD系统是半自动的需要人工参与.随着计算机的发展,VOD技术逐渐应用于局域网及有线电视网中,此时的VOD技术趋于完善,但有一个困难阻碍了VOD技术的发展,那就是音视频信息的庞大容量.此时流媒体技术出现了,在视频点播方面我们完全可以遗弃局域网而使用互联网,由于流媒体经过了特殊的压缩编码,使得它很适合在网络上传输,由于采用了先进的负载均衡技术,可对大规模的并发点播请求进行分布式处理,使其能适应大规模的点播环境.同时随着网络技术的不断发展,千兆园区网已成为院校网络的主体,带宽已逐渐不是主要制约因素了,流媒体技术会越来越广泛的应用于宽带视频点播系统中,教师可以在家里利用MSProducer完成教学课件的制作并上传到服务器,而学生也可以在家里或宿舍自主选择想要学习的内容,方便快捷,具有高度的学习自主性,可以有效提高学生学习的积极性和主动性,在一定程度上避免了传统的“大锅饭”式的教学模式造成的“高分低能”现象,同时也提高了学校合理使用教学资源的效率和效益.3.3在线直播,节省带宽.在现代网络中,还可目前在线直播(或称为网络直播)已经得到了迅猛发展,已经从实验阶段走向了实用阶段,并能够提供较满意的音、视频效果.许多高校也已提供了在线直播业务,提供的内容涵盖实时教学、校园电视、其他电视节目转播等.并且通过Multicast(多址广播)技术大大减少服务器端的负荷,同时最大限度地节省了带宽.3.4视频会议技术视频会议是流媒体技术的一个重要应用方面,通过流媒体我们还可以进行点对点的通信,最常见的例子就是可视电话和视频会议系统.只要我们有一台已经接入互联网的电脑和一个摄像头,就可以与世界任何地点的人进行音、视频的通信.此外,具有多个分校区的院校可以利用基于流技术的视频会议系统来组织跨校区的会议和讨论,从而节省大量人、财、物的开支.当然目前视频会议技术可大致分为主要由软件实现的桌面视频会议系统和主要由硬件实现的会议室型视频会议系统,两者在价格、性能和音、视频效果上都有较大差别,各高校在实际采购部署中也采用了不同的方案,有纯桌面型的,有纯会议室型的,也有两者结合的,需求不同,其应用方式自然不同.3.5视频监控系统在校园监控系统中的运用当前,在军队院校减员增效的大形式下,视频监控系统得到了较广泛的应用,以弥补保安、重点场所值守等方面的实际需求与人员不断减少造成的问题,视频监控的一般过程是:在一些重要的场所安放一个或若干个摄像机拍摄监控现场,然后将视频信号进行流处理,通过网络传输到指定的监控中心,再通过存储设备,将媒体存储到存储介质上,同时还可以根据不同需要和途径在现场安装其它的探测装置作为监控系统的辅助设备.院校主要在以下三个方面应用了视频监控系统:校区安全监控、考场监控和重点部位的无人值守,取得的效果是值得肯定的.4通信技术的未来发展趋势4.1什么是流媒体技术据国际电信联盟ITU在2004年9月的一份报告指出,全球的宽带用户已经在去年底首度突破1亿大关,其中中国电信的宽带用户就超过了1千万,用户的主要接入方式是ADSL和以太网线,其实际的连接速率可以达到1Mbit/s.而且随着高性能的编码技术的采用,如H.264和最新的WindowsMedia视频编码器,800kbit/s的视频流就可以接近或达到DVD质量.在这种情况下,扩展流媒体技术用来提供电视服务也就顺理成章了.IPTV,也叫交互式网络电视,就是利用流媒体技术通过宽带网络传输数字电视信号给用户,这种应用有效地将电视、网络和PC三个领域结合在一起,具有很强的发展前景.IPTV可以采用两种不同的方式提供用户电视服务,组播或者广播方式和视频点播(VOD)方式.一个明显的优势是IPTV是基于现在互联网的方式来实现服务器和用户终端的连接,因此很容易同时提供现有的互联网的服务,将电视服务和互联网浏览、电子邮件,以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能结合在一起.4.2无线网络与无线流媒体2.5G、3G以及超3G无线网络的发展也使得流媒体技术可以被用到无线终端设备上,目前中国联通公司提供CDMA1x,用户网络带宽最多可以达到100kbit/s,这已经足够提供QCIF大小的流媒体服务;而且随着3G无线网络的应用,用户的网络带宽可以达到384kbit/s.另一方面,手机设备运算能力越来越强,存储空间越来越大,不用说SMARTPhone和PocketPC等高端手机,就是一般的中档手机也能实现基本的H.264的软件解码.面向无线网络的流媒体应用对当前的编码和传输技术提出了更大的挑战,首先,相对于有线网络而言,无线网络状况更不稳定,除去网络流量所造成的传输速率的波动外,手持设备的移动速度和所在位置也会严重地影响到传输速率,因此高效的可自适应的编码技术至关重要.其次,无线信道的环境也要比有线信道恶劣得多,数据的误码率也要高许多,而高压缩的码流对传输错误非常敏感,还会造成错误向后面的图像扩散,因此无线流媒体在信源和信道编码上需要很好的容错技术.尽管手机设备的运算能力越来越强,但是由于它是由电池供电的,因此编解码处理不能太复杂,并且最好能够根据用户设备的电池来调整流媒体的接收和处理,能源管理技术也是移动流媒体的一个研究热点.4.3家庭网络的家庭网络将为多媒体的共享提供了一个重要的、方便的、方便的生活现代家庭中的越来越多的设备可以用来采集、接收、发送和播放多媒体数据.如人们可以通过电视来收看电视节目,通过PC机在互联网上欣赏流媒体节目,通过自己的数字相机和摄像机来拍摄图像和视频,通过手机和其他手持设备来发送彩信,通过汽车的音响系统来欣赏音乐和广播.并且家庭中的网络连接也是多样化的,如电视连接有线电视网,PC机连接着互联网,手机连接着无线网络,而且这些设备也能在家里通过蓝牙或者802.11无线网络协议连接在一起.所有这些设备所收到的多媒体数据如何在家庭网络和设备间共享,为流媒体的发展提供了一个更大的舞台,真正实现一种无所不在、随心所至的多媒体服务,让多媒体真正地像液体一样自由流动起来.流媒体在家庭网络应用中的关键是如何使多媒体数据能够适应不同的设备的能力,如在电视和PC机中播放的视频的大小可能是标清甚至是高清,但是同样的内容就可能需要经过流媒体系统有效的转换才能成为最适合在手持设备上播放的媒体.4.4编码新技术4.4.1视频编码框架流媒体系统中的多媒体数据要通过网络来传输给用户,高效的编码技术可以极大地降低流媒体系统对网络带宽的要求.目前标准化和商业化的视频编码技术都是基于运动补偿和DCT变换的,从早期的MPEG-1和H.261,到最新的MPEG-4AVC、MPEG-7、H.264和WindowsMedia视频编码器都采用了这个框架.在这个框架中,运动估计和补偿模块用来消除相邻图像间的冗余信息,熵编码模块用来消除编码信号的冗余性,变换量化模块根据人的视觉系统对视频信号的细微变化的不敏感性丢失部分信息,从而提高压缩比.在这个编码框架下,过去十多年的时间内编码技术取得了很大的发展,事实上,MPEG-4AVC/H.264标准的编码效率要比MPEG-1提高了4倍左右,除去更精细的运动补偿和基于上下文的熵编码外,帧内预测,多参考帧的预测,环路滤波和率失真优化技术也极大地提高了该标准的性能.4.4.2视频编码技术前面我们也讨论过,在流媒体应用中需要解决的一个基本问题是网络带宽的波动,不同的人在不同的时刻使用互联网和无线网络时,得到的数据传输率存在着很大的差异;甚至同一个人在同一个时刻,哪怕是在传输同一个视频流,实际的数据传输率也会存在较大的波动.目前在流媒体系统中所用的编码技术都是生成固定码率的码流,它们很难适应如此复杂的网络带宽的波动.一个有效的方法是采用可伸缩性的视频编码,MPEG-4和H.263标准中就包含了分层的可伸缩性的视频编码,它们提供一定的适应网络带宽变化的能力,但是在流媒体应用中人们更期望视频编码技术能提供精细的码流可伸缩性,MPEG-4FGS就是一种这样的编码技术,目前MPEG-21可伸缩视频编码组正在研究两套编码方案:高效的FGS编码方案和3D小波编码方案.4.4.3商家之间的互通互联多媒体编码标准在流媒体里是至关重要的.一方面标准的制定和执行确保不同厂家和服务商之间可以互通互联,另一方面标准里的知识产权也是商家必争之处.掌握了标准里的知识产权,在竞争的时候就有很大的主动权.所以很多商家乃至政府部门都在全力推出自己的知识产权到各种国际标准里去,甚至打造自己的产业或国家标准.4.4.4与流媒体相关的视频编码技术P2P是当前互联网上较热门的技术,已应用到网络文件共享、MP3下载和电视直播等方面.其基本思想是通过P2P技术,除了可跟服务器交互外,每个用户还可以共享他的文件或信息给其他用户.P2P技术也可以应用到流媒体,每个流媒体用户也是一个P2P中的一个节点