流媒體.docx

目 錄摘要11 引言 12 流媒體技術(shù)基礎(chǔ) 1 2.1 流媒體定義 1 2.2 流媒體系統(tǒng)組成 1 2.3 流媒體的播放方式 23 流媒體技術(shù)原理 2 3.1 流式傳輸 2 3.2 流媒體實(shí)現(xiàn)原理 3 3.3 預(yù)處理 44 流媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議 4 4.1 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP 4 4.2 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP4 4.3 實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP4 4.4 資源預(yù)留協(xié)議RSVP 55 流媒體壓縮編碼技術(shù) 5 5.1 WindowsMedia 5 5.2 Realmedia 5 5.3 Quicktime 66 流媒體技術(shù)的應(yīng)用 6 6.1 視頻點(diǎn)播 6 6.2 遠(yuǎn)程教育 6 6.3 視頻會議 7 6.4 Internet直播77 結(jié)束語 7參考文獻(xiàn) 7多媒體通信課程論文流媒體技術(shù)概述摘要：流媒體(streaming media)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)順序地傳輸和播放音頻或視頻等多媒體內(nèi)容的連續(xù)數(shù)據(jù)流。與傳統(tǒng)多媒體相比較，流媒體采用邊下載邊播放的方式，節(jié)省了客戶端的存儲空間，有效利用了帶寬。本文介紹了流媒體技術(shù)的定義、原理和應(yīng)用，對流媒體技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：流媒體 流式傳輸 原理 應(yīng)用1 引言現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶給人們各種形式的信息。人們對信息的需求不再僅僅停留在文本和話音信息。從在網(wǎng)絡(luò)上最初出現(xiàn)聲音、圖片到現(xiàn)在各種形式的網(wǎng)絡(luò)視頻和三維動(dòng)畫，人們的視覺聽覺在網(wǎng)絡(luò)上得到很大的滿足。越來越多的公司和個(gè)人利用音頻和視頻等多媒體技術(shù)發(fā)布和傳播信息，人們也期望能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地獲得數(shù)據(jù)和視頻等多媒體信息。而Internet是盡力而為的網(wǎng)絡(luò)，不能保證提供多媒體信息業(yè)務(wù)的Qos(Quality of service)1，即不能很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。為了解決這個(gè)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)。2 流媒體技術(shù)基礎(chǔ)2.1 流媒體定義流媒體是指在網(wǎng)絡(luò)中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)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(gè)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)。2.2 流媒體系統(tǒng)組成流媒體的實(shí)現(xiàn)大致包括以下幾個(gè)步驟2: 制作(壓縮編碼，格式轉(zhuǎn)換)、 發(fā)布( 上傳到流媒體服務(wù)器)、 編碼(可整合多媒體，并以互動(dòng)方式呈現(xiàn))、播放( 用客戶端播放器播放)。壓縮編碼的作用是將普通格式的音頻視頻或動(dòng)畫媒體文件通過壓縮轉(zhuǎn)換為能進(jìn)行流式傳輸?shù)牧魇轿募??？蛻舳说慕獯a器，對接收的文件進(jìn)行解碼從而用于播放。2.3 流媒體的播放方式2.3.1 單播單播是指在客戶端與媒體服務(wù)器之間建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務(wù)器送出的每個(gè)數(shù)據(jù)包只能傳送給一個(gè)客戶機(jī)。每個(gè)用戶必須分別對媒體服務(wù)器發(fā)送單獨(dú)的查詢，而媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。2.3.2 組播組播技術(shù)允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個(gè)通道上。采用組播方式，單臺服務(wù)器能夠?qū)Χ嗯_客戶機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流并且做到無延時(shí)。多媒體服務(wù)器只需一次性發(fā)送一個(gè)信息包，所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機(jī)，減少網(wǎng)絡(luò)上的信息包的總量提高了網(wǎng)絡(luò)利用的效率，從而也降低了成本。2.3.3 點(diǎn)播與廣播點(diǎn)播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動(dòng)連接。在點(diǎn)播連接過程中，用戶通過選擇內(nèi)容項(xiàng)目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進(jìn)或暫停流。點(diǎn)播連接實(shí)現(xiàn)對流的最大控制，然而這種方式因?yàn)槊總€(gè)客戶端都各自連接服務(wù)器， 會迅速消耗完帶寬。3 流媒體技術(shù)原理3.1 流式傳輸流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是用流式傳輸把聲音、影像或動(dòng)畫信息由服務(wù)器向用戶終端連續(xù)實(shí)時(shí)地傳送。流式傳輸?shù)囊话氵^程是：用戶選擇流媒體服務(wù)后，客戶端與服務(wù)器之間使用 HTTP/TCP 3交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從原始信的息中檢索出來，然后客戶機(jī)上的 Web 瀏覽器啟動(dòng)播放器，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對播放器進(jìn)行初始化。這些參數(shù)一般包括目錄信息、A/V（音視頻）數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V（音視頻）檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。播放器和 A/V（音視頻）服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議（RTSP），交換 A/V（音視頻）傳輸所需要的控制信息。A/V（音視頻）服務(wù)器使用 RTP/UDP 協(xié)議將 A/V（音視頻）數(shù)據(jù)傳輸給 A/V（音視頻）客戶程序，一旦 A/V（音視頻）數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端，A/V（音視頻）客戶程序即可播放。流式傳輸過程如圖3-1 所示。圖3-1 流式傳輸基本原理實(shí)現(xiàn)流式傳輸?shù)膬煞N方法是：實(shí)時(shí)流式傳輸和順序流式傳輸。一般來說，若視頻為實(shí)時(shí)廣播，使用流式傳輸媒體服務(wù)器或應(yīng)用如 RTSP 的實(shí)時(shí)協(xié)議，則這種流式傳輸就是實(shí)時(shí)流式傳輸。這種傳輸為實(shí)時(shí)傳送，非常適合現(xiàn)場事件，并且支持隨機(jī)播放，用戶可以快進(jìn)或后退來觀看前面或后面的內(nèi)容。順序流式傳輸在傳輸期間不會根據(jù)用戶連接的速度進(jìn)行調(diào)整，而是按照一個(gè)固定的順序流來發(fā)送文件。在下載的同時(shí)用戶可以觀看在線媒體，但在給定的時(shí)刻用戶只能觀看已經(jīng)下載完成的部分，不能觀看還未下載的部分，這種方式比較適合高質(zhì)量的短片段，比如廣告和片頭和片尾等。3.2 流媒體實(shí)現(xiàn)原理流媒體實(shí)現(xiàn)原理簡單來說就是先通過高效的壓縮算法來降低文件大小，同時(shí)也減少質(zhì)量的損失，讓原本龐大的多媒體數(shù)據(jù)更適合流式傳輸。然后通過架設(shè)流媒體服務(wù)器，修改MIME標(biāo)識4，通過各種實(shí)時(shí)協(xié)議傳輸流數(shù)據(jù)。其原理框圖如圖3-2所示。圖3-2流媒體實(shí)現(xiàn)原理3.3預(yù)處理多媒體數(shù)據(jù)必須進(jìn)行預(yù)處理后才能進(jìn)行流式傳輸，這是因?yàn)槟壳暗木W(wǎng)絡(luò)帶寬對多媒體的數(shù)據(jù)流量來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。預(yù)處理主要包括以下兩方面：一是采用先進(jìn)高效的壓縮算法；二是通過加入一些附加信息把壓縮媒體轉(zhuǎn)換為適合流式傳輸?shù)奈募袷?。其技巧在于壓縮原始內(nèi)容，使其能夠以流的方式在窄帶或?qū)拵ǖ郎蟼鹘o用戶。預(yù)處理在編碼器內(nèi)完成。編碼方式的選擇可以是多種多樣的：Microsoft、Real Networks、Apple Computer以及其他各方均提供編碼、流式傳送以及客戶觀看等方面的、享有專用權(quán)的方案。此外，某些商家已開始提供100%兼容MPEG-5的產(chǎn)品。音頻視頻編碼器在功能上有相當(dāng)大的差別。最終的編碼資料可以是利用文本或圖形或腳本形式進(jìn)行多路傳輸，并且是放在能夠?qū)崿F(xiàn)流的方式的文件結(jié)構(gòu)中。也意味著該文件有時(shí)間標(biāo)記以及其他易于實(shí)現(xiàn)流的方式的特點(diǎn)，然后再在客戶端進(jìn)行解碼。4 流媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議WWW技術(shù)是以HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)的，而HTTP又是建立在TCP協(xié)議的基礎(chǔ)之上。由于TCP需要較大的開銷，因此不太適合傳輸實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。目前互聯(lián)網(wǎng)上用于多媒體數(shù)據(jù)流的技術(shù)協(xié)議有實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP、實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP和資源預(yù)留協(xié)議RSVP等。4.1 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTPRTP(Realtime Transport Protocol)是用于Internet上的針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議，主要處理一對一以及一對多的多媒體數(shù)據(jù)流傳輸任務(wù)，可以按照UDP、TCP及ATM等協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)提供時(shí)間信息和控制流的同步。4.2 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCPRTCP(Realtime Transport Control Protocol)的作用是和RTP一起來提供流量和擁塞控制服務(wù)，RTP和RTCP配合使用能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率得到最佳，是在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的主要方式。4.3 實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSPRTSP(RealTime Streaming Protocol)是一對多應(yīng)用程序有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)的方式。TCP或RTP在體系結(jié)構(gòu)中位于RTP和RTCP之上。與HTTP協(xié)議相比，RTSP的特點(diǎn)是客戶端和服務(wù)器端都可以發(fā)出請求，是一種雙向的傳輸協(xié)議。4.4 資源預(yù)留協(xié)議RSVPRSVP(Resource Reserve Protocol)是一種Internet上的資源預(yù)訂協(xié)議，因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)的流式傳輸對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)非常地敏感，所以需要預(yù)先為流媒體傳輸預(yù)留一些網(wǎng)絡(luò)帶寬，這可以通過資源預(yù)訂協(xié)議RSVP來實(shí)現(xiàn)。RTP，RTCP，RTSP和RSVP這些協(xié)議協(xié)同工作，共同完成了網(wǎng)絡(luò)多媒體的流式傳輸。其中RTP或UDP協(xié)議負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，RTCP協(xié)議負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量反饋，RSVP協(xié)議用于資源預(yù)留，RTSP協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)端控制。5 流媒體壓縮編碼技術(shù)目前使用的流媒體文件主要有Microsoft公司的WindowsMedia，RealNetworks公司的RealMedia和Apple公司的Quicktime。5.1 Windows MediaWindows Media包括音頻、視頻編解碼器，視頻采用MPEG -4的算法，支持真正的動(dòng)態(tài)變量速率編碼和Two-pass5編碼技術(shù)，能夠保證下載過程中影象的品質(zhì)。音頻解碼器主要采用類似MP36的算法，非常適合低速率傳輸，在給定速率下可獲得更高的質(zhì)量。它的核心是ASF (Advanced Stream Format)數(shù)據(jù)格式，音頻、視頻、圖象以及控制命令腳本等信息通過ASF格式以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)流式媒體內(nèi)容發(fā)布。ASF支持任意的壓縮和解壓縮編碼方式，可以使用任何一種底層的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，靈活性大。支持MIDI、MP3、MPEG、Microsoft流文件、Quicktime文件和Real媒體等。5.2 RealMediaRealMedia采用可擴(kuò)展視頻技術(shù)進(jìn)行主要視頻的編解碼，利用基于小波交換技術(shù)的Real專用算法、RA87壓縮算法，其雙向編碼技術(shù)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)速度來選擇最佳的壓縮比率，帶寬自適應(yīng)能力要好于WindowsMedia。它包括Realvideo視頻、RealAudio音頻和RealFlash動(dòng)畫三類文件，支持ram、rm、rp等流文件，以及MP3、Quicktime文件等多種媒體格式。5.3 QuicktimeQuicktime是數(shù)字媒體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8，是創(chuàng)建實(shí)時(shí)效果、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D動(dòng)畫、音/視頻和其他流媒體的重要基礎(chǔ)。在輸出文件時(shí)可以選擇多種編碼方式，其5.0版采用了MPEG -4壓縮技術(shù)9。可以直接播放Quicktime電影、AIFF、AVI、Macromedia Flash、基于HTTP、FTP、RTP、RTSP的在線音頻視頻。6 流媒體技術(shù)的應(yīng)用隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展，流媒體技術(shù)在互動(dòng)游戲、視頻點(diǎn)播、視頻會議、網(wǎng)上直播、新聞發(fā)布、遠(yuǎn)程教育10等多方面得到了廣泛的應(yīng)用。6.1 視頻點(diǎn)播最初的視頻點(diǎn)播是卡拉OK點(diǎn)播，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，VOD技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于局域網(wǎng)及有線電視網(wǎng)，此時(shí)的VOD技術(shù)已趨于完善。然而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)器端不僅僅需要大容量的存儲系統(tǒng)，還要承擔(dān)大量數(shù)據(jù)的傳輸，根本無法支持大規(guī)模的點(diǎn)播。同時(shí)，由于局域網(wǎng)中視頻點(diǎn)播的覆蓋范圍小，用戶也無法通過Internet等網(wǎng)絡(luò)媒介來收聽或觀看局域網(wǎng)中的節(jié)目。6.2 遠(yuǎn)程教育隨著電腦的普及、多媒體技術(shù)的發(fā)展以及Internet的迅速崛起，遠(yuǎn)程教育迎來了新的機(jī)遇。遠(yuǎn)程教學(xué)過程中最基本的要求是將信息從教師端傳到學(xué)生端，需要傳送的信息可能是多元的，如文本、圖片、音頻、視頻等。將這些信息從一端傳送到另一端是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)的關(guān)鍵問題。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制下，流式傳輸將是最佳的選擇。學(xué)生在家通過一臺計(jì)算機(jī)就可以參加遠(yuǎn)程教學(xué)。教師也無需另外做準(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(jì)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)大多為流媒體技術(shù)。如：Real System、Flash、Shockwave等。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(shí)間上提供了便利。除了實(shí)時(shí)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)，從而達(dá)到因材施教的目的。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)來分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。企業(yè)也可以利用遠(yuǎn)程教育對員工進(jìn)行培訓(xùn)。6.3 視頻會議市場上的視頻會議系統(tǒng)有很多，大都支持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)不是視頻會議的必須選擇，但是為視頻會議的發(fā)展起了重要的推動(dòng)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(gè)影片傳送完就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)、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(shí)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，就已經(jīng)足夠了。視頻會議是流媒體技術(shù)的一個(gè)商業(yè)用途，通過流媒體可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信。只要兩端都有一臺接入Internet的電腦和一個(gè)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)還可以利用流媒體視頻會議系統(tǒng)來開展跨地區(qū)的會議。6.4 Internet直播隨著Internet技術(shù)的發(fā)展和普及，網(wǎng)民希望在Internet上直接收看電視節(jié)目，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(dòng)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)，I