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1流媒體概述

音/視頻(A/V)等多媒體信息是在時間上展開的數據流,具有數據量大和實時等特點。要在多媒體終端(如PC)上再現或回放多媒體信息,獲得平滑的多媒體數據流非常重要。當用戶通過下載方式將網絡中服務器的數據保存至本地終端DSM(數字存儲媒質,如計算機硬盤)后,通過數據總線在DSM和內存之間進行傳輸不難實現。但采用下載方式,用戶必須考慮兩個因素:對客戶端的存儲需求和播放啟動延時。因為A/V文件一般都較大,需要很大的存儲容量;而且由于網絡帶寬的限制,下載需要花費較長的時間。

流媒體技術解決的問題就是:采用流式傳輸方式直接從網絡上得到平滑的數據流,無須首先把多媒體數據下載到本地終端在采用流式傳輸的系統中,聲音、影像、動畫等信息從網絡中音視頻服務器向用戶終端(如PC、PDA等)連續、實時傳送,用戶不必象下載方式那樣等到整個文件全部下載完畢,只需經過短暫的啟動延時(緩沖)即可在用戶的計算機上通過解壓設備(硬件或軟件)解壓后進行回放,數據的剩余部分在后臺繼續從服務器下載這種對多媒體數據邊下載邊回放的方式不僅使啟動延時縮短,而且不需要本地終端有太大的存儲容量。

2流媒體的傳輸方式

2.1順序流式傳輸

即在給定時刻,用戶只能觀看已下載的部分,而不能跳過還未下載的部分,它不像實時流式傳輸那樣在傳輸期間根據用戶連接的速度進行調整。由于文件在播放前觀看的部分是無損下載的,順序流式傳輸方式適合高質量的短片段,如片頭、片尾和廣告,不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻、講座、演說與演示,也不支持現場廣播。嚴格說來,它是一種點播技術。

2.2實時流式傳輸

是指媒體傳輸時信息帶寬能自動動態適應網絡帶寬,保證媒體信號帶寬與網絡連接相匹配,使媒體可被實時觀看到。它與順序流式傳輸不同,需要專用的流媒體服務器與傳輸協議。實時流式傳輸適合現場事件,也支持隨機訪問,用戶可快進或后退觀看前面或后面的內容。理論上,實時流一經播放就可不停地收看,但實際上,可能會發生周期暫停。

2.3二者的比較

(1)從視頻質量上講,實時流式傳輸必須匹配連接帶寬,由于出錯丟失的信息被忽略掉,網絡擁擠或出現問題時,視頻質量會下降;如欲保證視頻質量,順序流式傳輸更好。

(2)實時流式傳輸需要特定的服務器,如QuickTimeStreamingServer、RealServer與WindowsMediaServer,這些服務器允許對媒體發送進行更多級別的控制,因而系統設置、管理比標HTTP服務器更復雜。

(3)實時流式傳輸還需要特殊的網絡協議,如:RTSP(RealtimeStreamingProtocol)或MMS(MicrosoftMediaServer),這些協議在有防火墻時有時會出現問題,導致用戶不能看到一些地點的實時內容;而順序流式傳輸與防火墻無關。

3流媒體傳輸質量的控制

3.1智能(intelligenceandability)流技術

系統能夠自動檢測網絡狀況并將視、音頻流的屬性調整到最佳,使用戶收到與其連接速度相符的媒體流。智能流技術的實質是通過C/S應用層的速率反饋機制探測網絡帶寬變化,利用媒體流的多速率層次編碼能力,在服務器端動態的調節媒體流的傳輸速率,以保證用戶在網絡帶寬變化條件下仍能收到質量較好的媒體流。

3.2分流(splitting)技術

分流技術一般只在作網絡直播時使用。發送服務器通過UDP單播、UDP組播等方式將直播媒體流發送到分布在各地的多個接收服務器,客戶端可以就近訪問服務器獲得較高質量的媒體流,同時減少帶寬使用。發送服務器與接收服務器之間由高速鏈路連接。

3.3內容分發網絡(CDN)技術

CDN是近幾年才發展起來的新技術,它作為基礎IP網絡之上的一個內容疊加網,通過引入主動內容管理、全局負載均衡和內容緩存等技術,可以將用戶請求的流媒體內容到距離用戶最近的網絡邊緣,從而提高用戶訪問的響應速度,并有效解決網絡擁塞,最大限度的減輕骨干網絡流量。

3.4緩存(caching)技術

互聯網是以斷續的異步包傳輸為基礎,一個實時媒體流或媒體文件在傳輸中將被分成多個包傳輸。由于網絡的延時、抖動等因素,包到達客戶端的順序和延遲可能不一樣,可能出現先發的包后到的情況,因此需要緩存系統來彌補網絡延遲和抖動的影響,以保證數據包的順序正確以及不會因為網絡暫時擁塞而出現播放停頓的現象。緩存技術一般采用環形鏈表結構存儲數據,丟棄已發送或已播放內容并利用空出的空間存儲將要發送或將要播放的內容,所以一般緩存不會很大。

4流媒體系統組成結構

4.1服務器端產品

服務器端軟件產品主要有Microsoft公司的WindowsMediaServers服務器組件、RealNetworks公司的RealServer和Apple公司的QuickTimeStreamingServer等。這些軟件的作用是提供流式多媒體信息的和管理平臺。

4.2制作端產品

制作端軟件產品主要有Microsoft公司的WindowsMediaServers工具組件、RealNetworks公司的RealProducer和Apple公司的QuickTime等。這些軟件的作用是將普通格式的音頻、視頻或動畫媒體文件通過壓縮轉換為能進行流式傳輸的流格式文件。

4.3客戶端播放器

客戶端播放器軟件產品主要有Microsoft公司的WindowsMediaPlayer、RealNetworks公司的RealPlayer和Apple公司的QuickTime等。這些軟件通常既可以獨立運行,也能作為插件在瀏覽器中運行。

5流媒體技術的應用

Internet的不斷發展決定了流媒體應用廣闊的市場前景。流媒體技術及其相關產品將廣泛用于遠程教育、網絡電臺、視頻點播、收費播放等。流媒體技術在企業一級的可能應用包括電子商務、遠程培訓、視頻會議、客戶支持等。下面對一些主要的流媒體應用作簡要的介紹。

5.1視頻播出(StreamingVideo)

娛樂是流媒體的重要應用場合。用攝像機或其它裝置獲得視頻信號后,就可以通過站點進行基于Internet的現場直播;或者保存為流媒體格式的文件,以供按需播放。需要在一臺較高配置的PC機或服務器上安裝上普通視頻采集卡和聲卡,然后通過視頻采集卡輸入視頻和通過聲卡輸入聲音信號就可以用實時編碼工具來進行直播或錄制成流媒體文件。在這種應用中可加入一定的計費手段,從而能夠提供有償多媒體內容服務。

5.2遠程教學(Remoteseminar)

遠程教學將為更多的人提供接受教育的機會。教學者事先在Internet/Intranet上發出通知,聽眾在講座開始前訪問某個URL地址,當講座開始時,聽眾可以看到演講者的演講畫面并聽到他的聲音。整個講座也可以媒體文件的形式記錄下來,用于以后按需播放。教學者事先把媒體文件傳給遠程教學服務器,當聽眾需要聽講座時,同樣訪問相應的URL地址,請求獲取服務器中的媒體內容。媒體數據通過流式傳輸下載到用戶的瀏覽器高速緩存中,由媒體播放器實時回放。

5.3視頻會議(VideoConference)

視頻會議和遠程教學有很多類似之處,但它對實時性的要求更高。在一個視頻會議中,各個會議點用音/視頻采集設備得到多媒體內容信息,經過數字化后用某種壓縮方法進行壓縮。壓縮數據可以通過網絡直接在各個會議點之間組播,或傳到多點處理器(MP)經過合成或轉換后再向各與會點組播。但不管采用哪種方式,都需要保證以盡量小的時延在各個點進行回放,這正是流媒體技術發揮作用的地方。