流式播放多媒体服务系统

“流式播放”多媒体服务系统流式播放多媒体服务系统2004年度河南省广播电视优秀科技论文一等奖前言流式媒体服务具有广阔的应用领域，可以广泛应用于局域网、广域网、宽带综合接入网利用光纤基带网、双绞线通信和改造后的双向有线电视网等。它能在众多领域中使用如电视台、广播电台节目查询、节目制作，出版社多媒体网上出版，音像公司产品制作，展览馆、博物馆的信息查询、信息发布，以及娱乐、交互式教学、网络会议和其他商业运作。较于传统的电视，网络媒体文件信息形式和来源丰富，有良好的互动性，具有索引结构的媒体文件能随意快进或快退到希望的位置。不受地域限制，没有节目时间限制，提供在线增加频道和更新播放列表等诸多优点。观众可以在电视和网络之间比较灵活地切换，例如可以在观看球赛的同时，从有关球队的万维网网址上阅览比赛和球员的背景资料，以及其它媒体相关信息。提供信息的同时，它能够对信息本身的安全性加以控制，对不同用户建立不同的安全级别和权限。目前，流式媒体点播较为常见，称为技术。节目点播系统是伴随着视频、音频处理及计算机网络技术的发展而迅速兴起的一门综合性技术。网络结构中的多媒体数据以实时数据流的形式传输，与传统的文件数据不同，多媒体数据流一旦开始传输，就必须以稳定的速率传送到桌面电脑上，以保证其平滑地回放，视频、音频数据流都不能有停滞和间断；网络拥堵、争用或瓶颈都可能导致传送的延迟，引起数据流传输阻塞。服务是综合技术，它包括多媒体数据压缩技术、多媒体网络技术、多媒体数据库技术等专业技术。第一部分基本概念整个系统所围绕的核心是如何安全快速高效地传输数据，并流畅的播放数据流。为此，提出了一种流式传送数据的方式。第一节文件传递方式流式媒体能够通过下载和流式播放两种方式将数字媒体文件传递到客户端，供用户使用。这两种方式各有优缺点，但是这里推崇使用流式播放的方式对远程用户提供服务。下面对这两种方式作简单介绍。下载为了通过使用下载方法将内容传递给用户，通常需要将内容保存到服务器并通过在网页上添加指向该内容的链接来向用户提供指向内容的链接。于是用户可单击链接，将文件下载到其本地硬盘上，然后使用播放机播放内容。但是下载需要用户首先将既耗费时间又耗费磁盘空间的整个文件复制到其计算机中，然后才能播放。另外，因为整个文件必须在下载之后才能播放，因此，下载不能用于实况流。下载不能高效地使用可用带宽。当客户端开始下载数字媒体文件时，所有可用网络带宽用于尽可能快地传输数据。因此，其他网络功能可能会减慢或被中断。流式播放要通过使用流式播放方法将内容传递给用户，您可以将内容保存到服务器，然后将该内容分配给发布点。然后，您可以通过创建公告文件或通过向用户提供发布点的来向用户提供对该内容的访问。您可以将公告文件或嵌入到网页中或将其以电子邮件形式发送。当用户单击链接或公告文件时，播放机就打开并连接到相应的流。因为流式播放只以客户端正确呈现它所必需的速度通过网络发送数据，实现边下载、边解码、边播放，所以它比下载更高效地使用带宽。这有助于防止网络变得过载并有助于维持系统的可靠性。因为播放机必须首先缓冲数据以防在流中存在延迟或间歇，所以在播放机接收流的时间和它开始播放流的时间之间通常有一个延迟。因为对数据进行流式播放和呈现是同时发生的，所以流式播放还允许您传递实况内容。可看出两种传输方式都有一定的缺点，但是就多媒体服务来说，它对数据的实时性要求较高，强调查询和浏览，不要求对数据存储，不要求数据传输中百分之百的完整性，所以使用流式播放能够在满足用户需求的基础上，更有效的减少带宽的占用，提高网络效率。另外，值得一提的是快速流式播放，快速流式播放结合了流式播放和下载的优点的功能。服务器可使用快速启动功能来确保客户端可以在传输开始之后尽可能快地开始播放内容。该功能允许播放机在开始播放内容之前，以网络所允许的最快速度从服务器下载和缓存一小部分内容。当在播放机上建立了缓冲区之后，服务器减慢流的传输，直到与播放机的呈现速度一致。当服务器使用快速缓存功能时，服务器以尽可能高的比特率将所有内容传输到播放机，以使网络阻塞或中断所带来的影响降到最小。与普通的流式播放一样，当缓存了所需数量的数据之后，播放机立即开始呈现内容。数据的其余部分存储在客户端上的临时缓冲区中。第二节系统结构组成我们以基于技术的流式播放媒体系统为例，详细介绍流式播放媒体系统组成结构。基于技术的流式播放媒体系统通常由运行编码器如编码器的计算机、运行的服务器和播放机组成。编码器允许您将实况内容和预先录制的音频、视频和计算机屏幕图像转换为格式。运行的服务器名为服务器，它允许您通过网络分发内容。用户通过使用播放机如接收您分发的内容。系统主干包括如下几个部分服务器、流媒体服务器、客户端。如图一用户首先从服务器那里获得流媒体文件的相关信息，从中搜索自己需要的链接；用户点击链接之后，服务器响应消息，将请求定位到流媒体服务器；用户端播放器连接流媒体服务器，流媒体服务器提供相应服务，以流方式传送数据到用户计算机，用户计算机播放器流文件。以上是最简单的流媒体服务系统。除此之外，该系统中还可以加入视频采集系统、文件服务器和分发服务器，其中视频采集系统又包括摄像机和编码器。如图二编码器是指一台计算机，它使用软件例如编码器将压缩解压缩算法和流格式应用到采用模拟或数字音频和视频格式的内容上，然后将内容重新生成为数字文件或流。该过程称为编码。对内容进行编码后，即可通过进行分发。大多数情况下，用于内容编码的软件安装在不同于的一台单独的计算机上，以确保流式媒体系统稳定、冗余并且能够承受预期负载。第三节建立发布点当您已经获取了内容之后，下一步就是设置运行的服务器以便分发该内容。设置服务器的基本步骤包括添加和配置发布点以标识打算传输的内容；通知用户该内容可用。媒体服务器上必须首先设置发布点，发布点是向用户分发内容的途径。内容可通过创建将客户端重定向到发布点的公告文件来发布，也可通过分发指向发布点的来发布。服务器使用发布点将客户端对内容的请求转换为安置该内容的服务器的物理路径。简单形容，发布点就是在媒体服务器中预先存放的，一个填写了所要提供给客户的媒体文件的一个列表，列表的某一项指明了该媒体文件的具体位置，相关属性如文件名、位置、文件大小、播放时间等。发布点类型与内容发布点有不同的类型，一个服务器上可设置若干个发布点，服务器根据发布点的类型，向用户提供不同的服务。您可以向服务器添加两种类型的发布点点播发布点和广播发布点。点播是传递内容的一种方法，该方法只有在客户端向服务器发出请求时，才通过单播传输来播放相应内容。每个请求流的客户端通常都可完全控制流，可以快进、倒回、暂停和重新启动内容。这是因为点播发布点为请求内容的每个客户端提供了一个唯一的数据路径。&;广播是一种同时向大量观众传输数据的方法。在中，广播是通过使用广播发布点来实现的。接收广播的客户端不能控制内容的开始和播放，也不能让流快进或倒回。该流由服务器控制。在客户端可从广播发布点接收内容之前，必须启动发布点。所以，如果要传输编码器的实况内容，则最好选择广播发布点。如果打算传输文件且希望允许用户控制内容的播放例如，暂停、倒回或快进，则最好选择点播发布点。就发布点的内容来说，发布点可以用多种不同的内容来源，播放列表、文件和编码器都可以作为内容的来源。播放列表提供一种将不同片段的数字媒体内容组织成单个用户体验的方法可通过配置广播或点播发布点传输目录中的单个文件可通过配置广播或点播发布点传输目录中的文件当编码器为广播提供流时，它可以将流推送到服务器，而服务器也可以从编码器提拉所需的流可将另一台服务器上的发布点用作点播发布点或广播发布点的源可将远程多播广播用作广播发布点的内容源，也可以创建存档文件以备以后点播或广播播放将加密目录作为来源使用动态源流传递方式在选择要使用的发布点类型时，您应当考虑如何传递内容；例如，是以单播流方式还是以多播流方式传递内容。利用单播流，客户端连接到服务器以访问内容。利用多播流，服务器向网络上的单个多播地址传输内容，所有客户端都访问该地址而不是连接到服务器以接收流。因为单个流能够满足多个客户端请求，所以这将降低网络上所需的带宽量。以单播流方式传递内容时既可以采用点播发布点又可以采用广播发布点。以多播流方式传递内容时只能采用广播发布点。单播是一种通过网络传输数据包的方法，该方法要求在客户端和传输数据的服务间进行点对点通信。单播也称为定向通信，这是因为数据被定向到网络上的特定客户端。单播是向单个客户端传输单个数据流的一种方法。单播传递从服务器为每一个客户端提供单个流。通过单播传递接收内容的客户端可以使用任何可支持的连接协议连接到服务器。一旦客户端连接到服务器，内容便可以通过用户数据报协议或传输控制协议进行传递。这两个协议之间的区别在于客户端确认收到数据包的方式不同。多播是一种在网络上传输数据的方法，这种方法允许许多个客户端接收相同的数据流。该方法可将向一组网络客户端传输数据所需的带宽降至最低。多播传输要求网络上的路由器和交换机必须启用多播，这意味着它们必须能够传输类协议地址并可解释多播信息数据包。类地址第一个字节以0开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。类地址用于多点广播。多播地址是位于下列两个范围内的类地址224000至5255以及000000000000000000000000000000至。第一个范围中的地址是协议版本44地址，该版本是协议的当前版本。第二个范围中的地址是6地址，该版本是此协议的新版本。用在上时，建议您使用范围239*中的4地址。端口号可以介于1至65535之间。用来传输内容的网络上的路由器必须启用多播，也就是说路由器必须能够解释类地址，否则将无法向客户端如果一个程序计算机连接到另一个程序计算机，或者请求另一个程序计算机的服务，那么发起连接或发出请求的程序计算机就称为客户端。另外，客户端还可以指赋予该程序计算机连接能力的软件。转发多播信息。如图四，多播需要在网络中安装多播路由器，增加了系统成本，但可以有效减少服务器的负荷。多播是一种向多个客户端传输单个数据流的方法。多播是无连接的，客户端通过监视从服务器接收内容流的特定多播地址和端口来接收多播内容。要在服务器上成功地使用多播传递，您的网络必须使用多播路由器。多播路由器能够解释类地址，并使用组管理协议将客户端路由到多播地址。所有多播内容都必须具有指定的生存时间值，该值限制了多播内容在到期之前能够穿过的路由器数量。多播流通过网络上指定数量的路由器进行分发，该数量是由生存时间值决定的。生存时间值在内容每次通过一个路由器时都减1。当该值为零时，多播流就不能继续前进。基于分发类型，多播数据写入器插件的预设生存时间值如下1本地网络3264，洲内128，洲际255允许的最大值第四节向用户发送内容公告在已经添加了发布点和标识了要从中传输的内容之后，您需要通知用户该内容可用。可通过为该内容创建公告来方便地完成通知操作。在设置服务器和要传输的内容之后，需要让用户知道该内容可用以及如何访问。用户可以通过在其播放机中键入指向内容的来访问该内容。但是，用户并不总是知道该，或者甚至不知道内容已存在。为了便于用户访问内容，您可以创建一个公告。公告是扩展名为的元文件，它向播放机提供连接到服务器所需的信息。第五节传输协议为实现流式播放，通过使用控制协议插件支持服务器协议、实时流式传输协议，以及超文本传输协议。数据传输协议是指在两台设备之间传输数据的标准化格式。协议类型可以确定诸如错误检查方法、数据压缩方法，以及文件结束确认之类的变量。如果所有的网络都是以同一方式构建的，并且所有网络软件和设备的行为都类似，那么只需要一种协议即可处理所有的数据传输需求。而在现实中，是由数百万运行各种软硬件组合的不同网络组成的。因此，为了以可靠方式向客户端传输数字媒体内容，需要有一组设计良好的协议。图五描述了如何使用不同的协议在服务器、编码器、内容源，以及客户端之间协商连接。协议服务器协议是为的早期版本开发的专有流式媒体协议。在以单播流方式传递内容时，可以使用协议。此协议支持快进、倒回、暂停、启动和停止索引数字媒体文件等播放机控制操作。如果要支持使用早期版本的客户端，您需要使用或协议满足其流请求。和是协议的专门化版本。基于用户数据报协议，是流式播放的首选协议。基于传输控制协议，用在不支持的网络上。协议可以使用实时流式传输协议以单播流方式传递内容。这是一个应用程序级别的协议，是为控制实时数据如音频和视频内容的传递而专门创建的。此协议是在面向纠错的传输协议基础上实现的，支持停止、暂停、倒回及快进索引文件等播放机控制操作。可以使用将内容传输到运行系列或9系列或9系列的计算机。是一个控制协议，该协议与数据传递实时协议依次发挥作用，实现向客户端提供内容。基于用户数据报协议，是流式播放的首选协议。基于传输控制协议，用在不支持的网络上。协议通过使用超文本传输协议，您可以将内容从编码器传输到服务器，在运行的不同版本的计算机间或被防火墙隔开的计算机间分发流，以及从服务器上下载动态生成的播放列表。对于通过防火墙接收流式内容的客户端特别有用，因为通常设置为使用端口80，而大多数防火墙不会阻断该端口。协议翻转依据客户端的具体环境为其选择适当协议的能力称为协议翻转。如果要支持多种客户端版本，支持通过防火墙连接的客户端或通过不同类型的网络连接的客户端，那么协议翻转将很有用。如果服务器上所有可用的服务器控制协议插件包括服务器控制插件都已启用，那么协议翻转的效果会达到最佳。服务器使用协议翻转的目的是为了与客户端建立最佳的连接。客户端在尝试连接服务器时，会发送有关自身类型以及能支持哪些协议的信息。服务器将该信息与已启用的协议进行比较，然后使用适用于当时情况的最佳协议。通常，服务器和客户端之间的第一次连接尝试是成功的，不需要采取进一步行动。如果该连接请求不成功，那么客户端将尝试使用其他可支持的协议连接到服务器。在每一次协议翻转尝试期间，客户端会经历一段非常短暂、通常不易察觉的延迟时间。建议您使用协议翻转，以确保客户端享受到最佳的流式播放体验。如果客户端使用带有前缀的连接到流，那么协议翻转将在必要时进行。请注意，用户可以在播放机的属性设置中禁用协议。如果播放机只支持一个协议，那么翻转就无法进行。协议翻转中使用的具体逻辑取决于连接服务器的客户端类型。如图九，在使用协议时，启用快速缓存时，系统首先使用基于传输控制协议的协议，如果连接请求不成功，则使用基于用户数据报协议的协议，当请求再次失败时，使用协议。&;禁用快速缓存的系统中，系统会首先使用协议，失败时才会尝试使用协议。对于的早期版本，如中的，不支持协议。然而，协议为这些播放机提供了协议翻转支持。因此，当早期版本的播放机尝试使用带有前缀的连接到服务器时，服务器将自动为播放机协商最佳的协议。服务器将首先尝试使用即采用基于的传输方式的连接到客户端。如果不支持该协议，那么服务器将尝试使用即采用基于的传输方式的进行连接。如果该连接也不成功，则在启用了服务器控制协议插件的情况下，服务器将尝试使用协议进行连接。如图十第六章使用分发服务器分发服务器发布从另一个流式源如另一个服务器接收到的内容。运行的任何计算机都可以作为分发服务器运行。源服务器是分发服务器播放内容的来源。客户端可以像连接源服务器一样连接到分发服务器。分发服务器位于内容流中的源服务器和客户端之间，因此能够执行多种功能负载平衡。分发服务器是一种降低服务器的客户端负载的简单方式，因为您可以将客户端的内容请求分布到网络上的多个服务器上。网络安全策略。分发服务器可以放在网络防火墙内，将位于防火墙之外的源服务器作为来源，向防火墙内的客户端提供内容，因而无需打开额外的端口。或者，分发服务器可以放在网络防火墙之外，将防火墙内的源服务器作为来源，向防火墙外的客户端提供内容。服务器翻转。在向位于多播网络上的客户端多播内容时可以使用分发服务器。不在多播网络上的客户端可以重定向到另一个分发服务器，以便进行标准的内容单播传递。第二部分服务器管理使用，可以将服务器配置为通过或传输内容。在开始传输内容之前，必须为运行的服务器配置设置，添加并配置发布点，然后设置内容。第一节服务器配置设置通过使用管理单元或用于的管理器，可以对服务器进行管理。如果您使用的是管理单元，那么可以将运行的任何服务器添加到控制台，但前提是您具有该服务器的管理权限。即使从管理单元中删除了某个服务器，您仍可以通过用于的管理器来管理该服务器。此外,使用通过9系列软件开发工具包创建的命令行脚本和自定义程序也可以管理服务器。您可能还希望实施通过使用的一些更高级的功能。例如，您可以修改设置以限制客户端连接数、设置安全措施以保护内容、记录有关客户端活动的数据以及设置分发服务器。服务器配置设置包括如下几项1允许或拒绝单播客户端连接2设置服务器限制限制播放机连接数限制传出分发连接数限制播放机总带宽限制传出分发总带宽限制单一播放机单个流的带宽限制单个传出分发流的带宽限制每秒连接数限制播放机不活动超时时间限制连接确认时间第二节发布点类型和公告形式的选择发布点是向用户分发内容的途径。内容可通过创建将客户端重定向到发布点的公告文件来发布，也可通过指向发布点的来发布。创建什么类型的发布点，要根据您的具体需求来选择。如果您希望用户能够控制正传输的内容的播放，则最适于从点播发布点传输内容。这种类型的发布点最常用于安置以文件、播放列表或目录为来源的内容。当客户端连接到该发布点时，将从头开始播放内容，最终用户可以使用播放机上的播放控件来暂停、快进、倒回、跳过播放列表中的项目或停止。如果您希望创造与观看电视节目类似的体验，则最适于从广播发布点传输内容在源或服务器上控制和传输内容。这种类型的发布点最常用于从编码器、远程服务器或其他广播发布点传递实况流。当客户端连接到广播发布点时，客户端就加入了已在传递的广播中。例如，如果公司范围内的会议在上午1000进行广播，在上午1018连接的客户端将错过会议的前18分钟。客户端可以启动和停止流，但是不能暂停、快进、倒回或跳过。为了使用户知道哪些发布点可以使用，最简单的方式是通过指向发布点的来发布。那么究竟什么是呢？统一资源定位器实际上是页的地址，它从左到右由下述部分组成资源类型指出客户程序用来操作的工具。如表示服务器，表示服务器，表示服务器，而表示新闻组。服务器地址指出页所在的服务器域名。端口有时并非总是这样，对某些资源的访问来说，需给出相应的服务器提供端口号。路径指明服务器上某资源的位置其格式与系统中的格式一样，通常有目录子目录文件名这样结构组成。与端口一样，路径并非总是需要的。地址格式排列为例如51就是一个典型的地址。另一种方法，也是使用最广的方法是通过公告文件发布发布点。公告是带有扩展名的元文件，该文件为播放机提供在连接到服务器接收内容时需要的信息。您可以在网页上插入指向公告的链接，将公告放在共享文件中，或用电子邮件发送出去。用户可以通过单击网页上的公告链接或直接打开公告来访问您的内容。位于管理单元公告选项卡上的公告向导可帮助您创建公告文件文件和多播信息文件文件，播放机可以使用这些文件连接到内容。向导还可以帮助您创建带有嵌入式控件的网页，或者提供在个人的网页中嵌入播放机的语法。因为很多浏览器不能直接访问流式媒体内容，所以使用公告文件作为链接，使得大部分用户都可接收数据。举个例子，如果用户使用微软的浏览器访问发布点时，是使用还是公告文件效果是相同的，浏览器会自动启动控件来播放发布点的内容。用户甚至可以选择是在浏览器内播放或是启动来播放；然而对于其他浏览器的使用者，如果该浏览器不支持直接访问流式媒体内容，那么该用户就不能连接指定的发布点。只有当他点击公告文件时，用户的系统才能自动启动。其实公告文件与的本质是一样的，都是对发布点位置的描述，是一个地址。比较一下二者的具体内容就会非常明显的看出其中的相同之处。公告文件示例示例_第三节配置安全选项如果您希望对发布点内容的安全性作进一步设置，提供的安全选项完全可以满足您的要求。它包括如下几项身份验证是保证运行的服务器的安全性的最基本方面。它将对试图访问服务器资源的任何用户进行身份确认。身份验证是对尝试连接到服务器的客户端的凭据进行验证的过程。此过程包括从客户端向服务器发送凭据，以及使用身份验证方案识别用户。授权是验证是否允许客户端连接到服务器的过程。授权在身份验证成功之后进行。在授权过程中，服务器对照为用户试图连接的资源设置的访问权限对用户进行检查。向用户授予权限的目的在于定义一个特定用户可以在系统上执行什么操作，以及向不同的用户授予不同的权限级别。可以为系统上的单个用户、计算机和服务器定义权限。配置防火墙。如果您计划从网络上的服务器向上的播放机传输内容，那么可能需要在防火墙上打开更多端口以防止播放机在接收内容时遇到问题。可以为单播流配置防火墙、为多播流配置防火墙，允许防火墙之外的编码器进行访问。日志管理。服务器包括内置的监视和日志记录功能，您可以利用它们收集有关流式媒体会话及其观众的有价值的信息。总结随着技术发展、新协议制定，其内核将被不断被重新设计，流式媒体服务系统日渐完善。智能流式播放逐渐发展成熟，服务器与一起检测网络状况并自动调整流的属性以最大限度地改善播放质量的方法。通过智能流式播放，用户可以收到根据特定的连接速度定制的连续内容流。为使服务器充分发挥智能流式播放的所有长处，应使用多个比特率对内容进行编码。多比特率内容包含多个以不同的比特率编码的流，每个流通常都对应于一个常见的连接速率。使用分发服务器传递多比特率内容时，所有流都由源服务器发送到分发服务器。当多比特率内容从源服务器或分发服务器发送到播放机时，只有最适于当前带宽状况的比特率内容得以播放。流式播放多媒体系统将会深入到更多的应用领域中去，流式播放多媒体技术将有待于我们进一步学习和推广。