流媒體技術(shù)的原理、應(yīng)用及發(fā)展0001

1、摘要：Internet的迅猛發(fā)展和普及為流媒體業(yè)務(wù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的市場動力，流媒體業(yè)務(wù)正日益普及，流媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。首先介紹了流媒體技術(shù)的基礎(chǔ)、基本原理以及流式傳輸?shù)幕具^程，接著重點(diǎn)介紹了流媒體技術(shù)在視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、視頻會議和Internet直播方面的應(yīng)用，最后介紹了流媒體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望。關(guān)鍵詞：多媒體通信，多媒體業(yè)務(wù)，流媒體，流式傳輸，原理，應(yīng)用，發(fā)展隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)開始帶給人們形式多樣的信息。從在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)第一張圖片到現(xiàn)在各 種形式的網(wǎng)絡(luò)視頻、三維動畫，人們的視聽覺在網(wǎng)絡(luò)上得到了很大的滿足。但人們又面臨著另外一種不可 避免的尷尬：在網(wǎng)絡(luò)上

2、看到生動清晰的媒體演示的同時，不得不為等待傳輸文件而花費(fèi)大量時間。為了解 決這個矛盾，一種新的媒體技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是流媒體技術(shù)。流媒體是指在網(wǎng)絡(luò)中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件。而流式傳輸技 術(shù)就是把連續(xù)的聲音和圖像信息經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)站服務(wù)器上，讓用戶一邊下載一邊收聽觀看，而不 需要等待整個文件下載到自己的機(jī)器后才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。目前，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音視頻（A/V）等多媒體信息主要有下載和流式傳輸兩種方案。一方面，由于音視 頻文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時由于受網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，下載這樣的文件常常需要 幾分鐘甚至幾小時，所以采用下載方法的時

3、延也就很大。而采用流式傳輸時，聲音、圖像或動畫等時基媒 體由音視頻服務(wù)器向用戶計算機(jī)連續(xù)、實(shí)時傳送，用戶只需經(jīng)過幾秒或數(shù)十秒的啟動時延而不必等到整個 文件全部下載完畢即可觀看。當(dāng)聲音、圖像等時基媒體在客戶機(jī)上播放時，文件的剩余部分將在后臺從服 務(wù)器上繼續(xù)下載。流式傳輸不僅使啟動時延大大縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶 必須等待整個文件全部下載完畢之后才能觀看的缺點(diǎn)。 一、流媒體技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實(shí)時流式傳輸（Real-time streaming transport ）和順序流式傳輸（progressive streaming transport）。一般來說，如

4、為實(shí)時廣播，或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，或應(yīng)用實(shí)時 流協(xié)議（RTSP）等，即為實(shí)時流式傳輸。如使用超文本傳輸協(xié)議（HTTP）服務(wù)器，文件即通過順序流發(fā) 送。采用哪種傳輸方法可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。當(dāng)然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。1.實(shí)時流式傳輸實(shí)時流式傳輸總是實(shí)時傳送，特別適合現(xiàn)場廣播，也支持隨機(jī)訪問，用戶可快進(jìn)或后退以觀看后面或 前面的內(nèi)容。但實(shí)時流式傳輸必須保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接匹配，以便傳輸?shù)膬?nèi)容可被實(shí)時觀看。這 意味著在以調(diào)制解調(diào)器速度連接網(wǎng)絡(luò)時圖像質(zhì)量較差。而且，如果因為網(wǎng)絡(luò)擁塞或出現(xiàn)問題而導(dǎo)致出錯和 丟失的信息都被忽略掉，那么圖像質(zhì)量將很差。實(shí)時流式傳輸需要專用的流媒體

5、服務(wù)器與傳輸協(xié)議。2.順序流式傳輸順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看在線內(nèi)容，在給定時刻，用戶只能觀看已下 載的部分，而不能跳到還未下載的部分。由于標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)器可發(fā)送順序流式傳輸?shù)奈募?，也不需?其他特殊協(xié)議，所以順序流式傳輸經(jīng)常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于這種傳輸方式觀看的部分是無損下載的，所以能夠保證播放的最終質(zhì)量。但這 也意味著用戶在觀看前必須經(jīng)歷時延。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機(jī)訪問要求的情況，如講座、演 說與演示；也不支持現(xiàn)場廣播，嚴(yán)格說來，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。、流媒體技術(shù)原理流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳

6、輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，一般采用HTTP /TCP來傳輸控制信息，而用實(shí)時傳輸協(xié)議/用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(RTP/UDP)來傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因為一個實(shí)時音視頻源或存儲的音視頻文件在傳輸中被分解為許多數(shù)據(jù) 包，而網(wǎng)絡(luò)又是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不相同，故到達(dá)客戶端的時延也就不同，甚至先發(fā)的 數(shù)據(jù)包有可能后到。為此，需要使用緩存系統(tǒng)來消除時延和抖動的影響，以保證數(shù)據(jù)包順序正確，從而使 媒體數(shù)據(jù)能夠連續(xù)輸出。通常高速緩存所需容量并不大，因為通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容可以重新利用空出 的空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。流式傳輸

7、的過程一般如下：1用戶選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP / TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來；2Web瀏覽器啟動音視頻客戶程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對音視頻客戶程序初始化， 這些參數(shù)可能包括目錄信息、音視頻數(shù)據(jù)的編碼類型或與音視頻檢索相關(guān)的服務(wù)器地址；3音視頻客戶程序及音視頻服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時流協(xié)議，以交換音視頻傳輸所需的控制信息，實(shí)時流協(xié)議提供 執(zhí)行播放、快進(jìn)、快倒、暫停及錄制等命令的方法；4音視頻服務(wù)器使用RTP / UDP協(xié)議將音視頻數(shù)據(jù)傳輸給音視頻客戶程序，一旦音視頻數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶 端，音視頻客戶程序即可播放輸

8、出。需要說明的是，在流式傳輸中，使用RTP /UDP和RTSP /TCP兩種不同的通信協(xié)議與音視頻服務(wù)器建立聯(lián)系，目的是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個非運(yùn)行音視頻客戶程序的客戶機(jī)的目的地址。 另外，實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務(wù)器和播放器。三、流媒體技術(shù)應(yīng)用Internet的迅猛發(fā)展和普及為流媒體業(yè)務(wù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的市場動力，流媒體業(yè)務(wù)正變得日益流行。流媒體技術(shù)廣泛用于多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、實(shí)時視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。流媒體技術(shù)的應(yīng)用將為網(wǎng)絡(luò)信息交流帶 來革命性的變化，對人們的工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。下

9、面介紹流媒體技術(shù)在視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、視 頻會議、Internet直播方面的應(yīng)用。1.視頻點(diǎn)播最初的視頻點(diǎn)播應(yīng)用于卡拉OK點(diǎn)播，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，VOD技術(shù)逐漸應(yīng)用于局域網(wǎng)及有線電 視網(wǎng)，此時的VOD技術(shù)趨于完善，但音視頻文件的龐大容量仍然阻礙了VOD技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。由于服務(wù)器端不僅需要大容量的存儲系統(tǒng)，同時還要承擔(dān)大量數(shù)據(jù)的傳輸，因而服務(wù)器根本無法支持大規(guī)模的點(diǎn)播。同時，由于局域網(wǎng)中的視頻點(diǎn)播覆蓋范圍小，用戶也無法通過 中的節(jié)Internet等網(wǎng)絡(luò)媒介收聽或觀看局域網(wǎng)目。由于以下的原因使得基于流媒體技術(shù)的VOD完全可以從局域網(wǎng)轉(zhuǎn)向Internet。1流媒體經(jīng)過了特殊的壓縮編碼后很適合在

10、Internet上傳輸；2客戶端采用瀏覽器方式進(jìn)行點(diǎn)播，基本無需維護(hù)；3采用先進(jìn)的機(jī)群技術(shù)可以對大規(guī)模的并發(fā)點(diǎn)播請求進(jìn)行分布式處理，使其能適應(yīng)大規(guī)模的點(diǎn)播環(huán)境。隨著寬帶網(wǎng)和信息家電的發(fā)展，流媒體技術(shù)會越來越廣泛地應(yīng)用于視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。目前，很多大型的 新聞娛樂媒體，如中央電視臺、北京電視臺等，都在Internet上提供基于流媒體技術(shù)的節(jié)目。2,遠(yuǎn)程教育電腦的普及、多媒體技術(shù)的發(fā)展以及Internet的迅速崛起，給遠(yuǎn)程教育帶來了新的機(jī)遇。在遠(yuǎn)程教學(xué)過程中，最基本的要求就是將信息從教師端傳到遠(yuǎn)程的學(xué)生端，需要傳送的信息可能是多元的，如視頻、 音頻、文本、圖片等。將這些信息從一端傳送到另一端是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程

11、教學(xué)需要解決的問題，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制下，流式傳 輸將是最佳選擇。學(xué)生在家通過一臺計算機(jī)、一條電話線、一個調(diào)制解調(diào)器就可以參加遠(yuǎn)程教學(xué)。教師也 無須另外做準(zhǔn)備，授課的方法基本與傳統(tǒng)授課方法相同，只不過面對的是攝像頭和計算機(jī)而已。目前，能夠在Internet上進(jìn)行多媒體交互教學(xué)的技術(shù)多為流媒體技術(shù)，如Real System、Flash、Shockwave等技術(shù)就經(jīng)常被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中。遠(yuǎn)程教育是對傳統(tǒng)教育模式的一次革命，它集教學(xué)和管理 于一體，突破了傳統(tǒng)面授的局限，為學(xué)習(xí)者在空間和時間上都提供了便利。除了實(shí)時教學(xué)外，使用流媒體的VOD技術(shù)還可以進(jìn)行交互式教學(xué)，達(dá)到因材施教的目的。學(xué)生可以通過網(wǎng)

12、絡(luò)共享學(xué)習(xí)經(jīng)驗。大型企業(yè)可以利用基于流媒體技術(shù)的遠(yuǎn)程教育對員工進(jìn)行培訓(xùn)。3,視頻會議市場上的視頻會議系統(tǒng)有很多，這些產(chǎn)品基本上都支持TCP /IP協(xié)議，但采用流媒體技術(shù)作為核心技術(shù)的系統(tǒng)并不占多數(shù)。雖然流媒體技術(shù)并不是視頻會議的必須選擇，但為視頻會議的發(fā)展起了重要的推動 作用。采用流媒體格式傳送音視頻文件，使用者不必等待整個影片傳送完畢就可以實(shí)時、連續(xù)地觀看，這 樣不但解決了觀看前的等待問題，還達(dá)到了即時的效果。雖然在畫面質(zhì)量上有一些損失，但就一般的視頻 會議來講，并不需要很高的圖像質(zhì)量。視頻會議是流媒體技術(shù)的一個商業(yè)用途，通過流媒體可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信 ，最常見的就是可視電話。只要兩端都有一

13、臺接入Internet的電腦和一個攝像頭，在世界任何地點(diǎn)都可以進(jìn)行音視頻通信。此外，大 型企業(yè)可以利用基于流媒體的視頻會議系統(tǒng)來組織跨地區(qū)的會議和討論。4.Internet直播隨著Internet技術(shù)的發(fā)展和普及，在Internet上直接收看體育賽事、重大慶典、商貿(mào)展覽成為很多網(wǎng) 民的愿望，而很多廠商希望借助網(wǎng)上直播的形式將自己的產(chǎn)品和活動傳遍全世界。這些需求促成了Internet直播的形成，但是網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題一直困擾著Internet直播的發(fā)展，不過隨著寬帶網(wǎng)的不斷普及和流媒體技術(shù)的不斷改進(jìn)，Internet直播已經(jīng)從實(shí)驗階段走向?qū)嵱?，并能夠提供較滿意的音視頻效果。流媒體技術(shù)在Interne

14、t直播中充當(dāng)著重要角色，主要表現(xiàn)在以下方面：1首先，流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在低帶寬環(huán)境下提供高質(zhì)量的音視頻信息；2智能流媒體技術(shù)可以保證不同連接速率下的用戶能夠得到不同質(zhì)量的音視頻效果；3流媒體的組播技術(shù)可以大大減少服務(wù)器端的負(fù)荷，同時最大限度地節(jié)省帶寬。四、流媒體技術(shù)的發(fā)展1.流媒體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀流媒體技術(shù)是Real Networks公司首先推出的，現(xiàn)在許多廠商都有成熟的基于流的產(chǎn)品，如RealNetworks公司的Real SystemG2和微軟公司的Windows Media Service。除了得到許多制造商的支持， 基于流媒體的國際標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)提出。由WWW聯(lián)合會（W3C）提出的基于流的媒體

15、語言一一同步綜合多媒體語言（SMIL：Synchronized MultimediaIntegration Language ）與超文本標(biāo)記語言（HTML）類似。它可以描述演示的實(shí)時行為、屏幕 上演示的版面以及協(xié)同媒體之間的超鏈接，可以演示流式視頻、音頻、圖像、文本等多種類型媒體，允許 在一個同步多媒體演示中集成一系列的獨(dú)立多媒體對象。利用SMIL語言還可以方便地同步多個基于流的 多媒體對象。2.流媒體技術(shù)的最新發(fā)展下面介紹代表流媒體技術(shù)最新發(fā)展的兩個廠商的產(chǎn)品。微軟公司的Windows Media最新的Windows Media Encode不僅壓縮比率又有新的突破，而且可以支持更多不同的網(wǎng)

16、絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率和壓縮比率：如可以用848kbit/s速率播放接近CD音質(zhì)的音頻數(shù)據(jù)流，用64Kbit/s速率播放CD音質(zhì) 的音頻數(shù)據(jù)流；最新發(fā)布的視頻編碼則明顯優(yōu)化了動態(tài)效果的處理。WMV8是目前惟一能夠提供TrueMotion-Picture-ReadyVideoCodec的視頻格式，用連接速率為250Kbit/s的DSL/Cable能夠達(dá)到近乎家用錄像系統(tǒng)（VHS）的視頻品質(zhì)（分辨率為320 X 240,每秒24幀：HK尋&遮率為500kbit/s的DSL/Cable能夠達(dá)到與DVD差不多的視頻品質(zhì)（分辨率為640 X 480,每秒24幀。DRealNetworks公司的RealR

17、eal Audio Encode 8大大增強(qiáng)了Real對音頻的壓縮處理能力（在甚低速率碼流下的音頻傳輸,Real要比Windows Media強(qiáng)一些）。在服務(wù)器端，iPoint-Princeton VideoImage為RealSystem8提供了廣告插播PVI技術(shù)，iPoint可以在RealSystem8中無縫插入預(yù)先定制的廣告節(jié)目。RichFX -RealPlayer8可以以較小的傳輸速率顯示出三維效果。RichFX視頻技術(shù)可以為窄帶電子商務(wù)帶來新的商機(jī)。RealNetworks還推出RealSystemiQ建立新一代網(wǎng)上廣播神經(jīng)中樞系統(tǒng)。RealSystemiQ為數(shù)碼媒體的傳播奠定了新的基礎(chǔ)，它能提升網(wǎng)上廣播的穩(wěn)定性與可靠性，令廣播信息傳播至更多觀眾的同時，也為 媒體傳播帶來了更佳的成本效益。以往，媒體的流播是透過一個中央服務(wù)器把流播的媒體分派到其他的流播服務(wù)器，然后再傳送到用戶。RealSystemiQ改變了這種單向的流播模式，它建立起一個蜂巢式的服務(wù)器組群，讓每一個服務(wù)器均可以向 網(wǎng)絡(luò)廣播，而且從其他服務(wù)器接收內(nèi)容，并把數(shù)碼媒體傳送給用戶。Neuralcast技術(shù)建立起一個對等