流媒体技术的原理、应用及发展

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,流媒体技术的原理、应用及发展,1,流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。,这个过程的一系列相关的包称为“流”。流媒体实际指的是一种新的媒体传送方式，而非一种新的媒体。,2,所谓流媒体是指采用流式传输的方式在,Internet,播放的媒体格式。,流式传输方式则是将整个,A/V,及,3D,等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用解压设备,(,硬件或软件,),对压缩的,A/V,、,3D,等多媒体文件解压后进行播放和观看。此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。,与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。,3,一、流媒体技术基础,在网络上传输音视频等多媒体信息目前主要有下载和流式传输两种方案。 实现流式传输有两种方法：,实时流式传输（,Real-time streaming transport,）,顺序流式传输（,progressive streaming transport,）。,一般来说，如为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用实时流协议（,RTSP,）等，即为实时流式传输。如使用超文本传输协议（,HTTP,）服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法可以根据需要进行选择。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。,4,1.,实时流式传输实时流式传输总是实时传送，特别适合现场广播，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看后面或前面的内容。但实时流式传输必须保证媒体信号带宽与网络连接匹配，以便传输的内容可被实时观看。,实时流式传输需要专用的流媒体服务器与传输协议。,5,2.,顺序流式传输顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线内容，在给定时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还未下载的部分。由于标准的,HTTP,服务器可发送顺序流式传输的文件，也不需要其他特殊协议，所以顺序流式传输经常被称作,HTTP,流式传输。,顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于这种传输方式观看的部分是无损下载的，所以能够保证播放的最终质量。但这也意味着用户在观看前必须经历时延。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的情况，如讲座、演说与演示；也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。,6,二、流媒体技术原理流式传输的实现需要合适的传输协议。由于,TCP,需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用,HTTP,TCP,来传输控制信息，而用实时传输协议用户数据报协议（,RTP,UDP,）来传输实时数据。,7,流式传输的实现需要缓存。因为一个实时音视频源或存储的音视频文件在传输中被分解为许多数据包，而网络又是动态变化的，各个包选择的路由可能不相同，故到达客户端的时延也就不同，甚至先发的数据包有可能后到。为此，需要使用缓存系统来消除时延和抖动的影响，以保证数据包顺序正确，从而使媒体数据能够连续输出。,通常高速缓存所需容量并不大，因为通过丢弃已经播放的内容可以重新利用空出的空间来缓存后续尚未播放的内容。,8,流媒体的传输协议,1,、,HTTP 2,、,RTPRTCP,：实时传输协议，一对一或一对多传输，,RTP,控制协议,RTCP 3,、,MMS,：微软流媒体服务协议,4,、,RTSP,：实时媒体的点播协议,9,文件格式分类 声音流、视频流、文本流、图像流、动画流,RA,：实时声音,RM,：实时视频或音频的实时媒体,RT,：实时文本,RP,：实时图像,SMIL,：同步的多重数据类型综合设计文件,SWF,：,micromedia,的,real flash,和,shockwave flash,动画文件,RPM,：,HTML,文件的插件,RAM,：流媒体的元文件，是包含,RA,、,RM,、,SMIL,文件地址（,URL,地址）的文本文件,10,RM,格式 是,RealNetworks,公司开发的一种流媒体视频文件格式，它主要包含,RealAudio,、,RealVideo,和,RealFlash,三部分。,Real Media,可以根据网络数据传输的不同速率制定不同的压缩比率，从而实现低速率的,Internet,上进行视频文件的实时传送和播放。因为占用的存储空间小，大多普遍采用，多见于一些音乐网站,MOV,格式,MOV,格式是美国,Apple,公司开发的一种视频格式，播放软件是苹果的,QuickTimePlayer,。具有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度等特点，最大的特点还是跨平台性，即能支持,MacOS,，同样也能支持,Windows,系列。用的也比较少，多用于教学类,.,11,ASF,格式 最大优点就是体积小，因此适合网络传输,ASF,是一个开放标准，它能依靠多种协议在多种网络环境下支持数据的传送。同,JPG,、,MPG,文件一样，,ASF,文件也是一种文件类型，但它是专为在,IP,网上传送有同步关系的多媒体数据而设计的，所以,ASF,格式的信息特别适合在,IP,网上传输。,ASF,文件的内容既可以是我们熟悉的普通文件，也可以是一个由编码设备实时生成的连续的数据流，所以,ASF,既可以传送人们事先录制好的节目，也可以传送实时产生的节目。,12,SWF,是基于,Macromedia,公司,Shockwave,技术的流媒体动画格式，是用,Flash,软件制作的一种格式，源文件为,.fla,格式，由于其体积小、功能强、交互能力好、支持多个层和时间线程等特点，故越来越多地应用到网络动画中。,SWF,文件是,Flash,的其中一种发布格式，已广泛用于,Internet,上，客户端安装,Shockwave,的插件即可播放。目前，,Flash,在,Internet,的主要应用有：,rm,和,ra,格式：主要用来在低速率的网络上实时传输活动视频影像，可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率，在数据传输过程中边下载边播放视频影像，从而实现影像数据的实时传送和播放。客户端通过,Real Player,播放器进行播放。,3GP,画质会比较差 ，但比较小，缺点就是分辨率相对低,.,画面流畅一般。一般适用于手机。,13,流式传输的过程：用户选择某一流媒体服务后，,Web,浏览器与,Web,服务器之间使用,HTTP,TCP,交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来； ,Web,浏览器启动音视频客户程序，使用,HTTP,从,Web,服务器检索相关参数对音视频客户程序初始化，这些参数可能包括目录信息、音视频数据的编码类型或与音视频检索相关的服务器地址；音视频客户程序及音视频服务器运行实时流协议，以交换音视频传输所需的控制信息，实时流协议提供执行播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法； 音视频服务器使用,(,实时传输协议用户数据报协议,)RTP,UDP,协议将音视频数据传输给音视频客户程序，一旦音视频数据抵达客户端，音视频客户程序即可播放输出。,14,需要说明的是，在流式传输中，使用,RTP,UDP,和,RTSP,TCP,两种不同的通信协议与音视频服务器建立联系，目的是为了能够把服务器的输出重定向到一个非运行音视频客户程序的客户机的目的地址。另外，实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器。,15,流媒体播放有四种方式：,1,、单播方式：一台服务器传送的数据包只能传递给一个客户机，媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包，多个点对点方式结合，,2,、组播方式：允许路由器将数据包复制到多个通道，客户端共享一个数据包，按需提供,3,、点播方式：客户端与服务器主动连接用户通过选择内容项目来初始化客户端连接,4,、广播方式：用户被动接受流，客户端接受流，但不能控制流。数据包的单独一个拷贝发动给网络上的所有用户，不管用户是否需要,16,主流播放器,1,、,RealOne Player,：,RealNetworks,公司产品，保证低速用户在线播放，所以,RM,品质较差，对于交互式脚本动画支持较差，支持,RA,、,MP3,播放，但声音单薄,2,、,Windows Media Player,：微软公司产品，资源占用率较高，不提供卸载组件，与三方软件易产生冲突,3,、,QuickTime,：苹果公司产品，文件大适合与多媒体广告、产品演示、高清晰影片，只有文件片段下载完成后才能播放，图像质量低于前两者，,mov,格式在国内应用较少,17,三、流媒体技术应用,Internet,的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正变得日益流行。 流媒体技术广泛用于多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播（,VOD,）、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。,下面介绍流媒体技术在视频点播、远程教育、视频会议、,Internet,直播方面的应用。,18,1.,视频点播 最初的视频点播应用于卡拉,OK,点播，随着计算机技术的发展，,VOD,技术逐渐应用于局域网及有线电视网，此时的,VOD,技术趋于完善，但音视频文件的庞大容量仍然阻碍了,VOD,技术的进一步发展。由于服务器端不仅需要大容量的存储系统，同时还要承担大量数据的传输，因而服务器根本无法支持大规模的点播。同时，由于局域网中的视频点播覆盖范围小，用户也无法通过,Internet,等网络媒介收听或观看局域网中的节目。,19,由于以下的原因使得基于流媒体技术的,VOD,完全可以从局域网转向,Internet,。 流媒体经过了特殊的压缩编码后很适合在,Internet,上传输； 客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护； 采用先进的机群技术可以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。 随着宽带网和信息家电的发展，流媒体技术会越来越广泛地应用于视频点播系统。目前，很多大型的新闻娱乐媒体，如中央电视台、北京电视台等，都在,Internet,上提供基于流媒体技术的节目,20,2.,远程教育,在远程教学过程中，最基本的要求就是将信息从教师端传到远程的学生端，需要传送的信息可能是多元的，如视频、音频、文本、图片等。 将这些信息从一端传送到另一端是实现远程教学需要解决的问题，在当前网络带宽的限制下，流式传输将是最佳选择。学生在家通过一台计算机、一条电话线、一个调制解调器就可以参加远程教学。教师也无须另外做准备，授课的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。 目前，能够在,Internet,上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体技术，如,Real System,、,Flash,、,Shockwave,等技术就经常被应用到网络教学中。远程教育是对传统教育模式的一次革命，它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便利。 除了实时教学外，使用流媒体的,VOD,技术还可以进行交互式教学，达到因材施教的目的。学生可以通过网络共享学习经验。大型企业可以利用基于流媒体技术的远程教育对员工进行培训。,21,3.,视频会议市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本上都支持,TCP,IP,协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不占多数。虽然流媒体技术并不是视频会议的必须选择，但为视频会议的发展起了重要的推动作用。采用流媒体格式传送音视频文件，使用者不必等待整个影片传送完毕就可以实时、连续地观看，这样不但解决了观看前的等待问题，还达到了即时的效果。虽然在画面质量上有一些损失，但就一般的视频会议来讲，并不需要很高的图像质量。视频会议是流媒体技术的一个商业用途，通过流媒体可以进行点对点的通信，最常见的就是可视电话。只要两端都有一台接入,Internet,的电脑和一个摄像头，在世界任何地点都可以进行音视频通信。此外，大型企业可以利用基于流媒体的视频会议系统来组织跨地区的会议和讨论。,22,4.Internet,直播随着,Internet,技术的发展和普及，在,Internet,上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览成为很多网民的愿望，而很多厂商希望借助网上直播的形式将自己的产品和活动传遍全世界。这些需求促成了,Internet,直播的形成，但是网络的带宽问题一直困扰着,Internet,直播的发展，不过随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，,Internet,直播已经从实验阶段走向实用，并能够提供较满意的音视频效果。,23,流媒体技术在,Internet,直播中充当着重要角色，主要表现在以下方面：首先，流媒体技术实现了在低带宽环境下提供高质量的音视频信息；智能流媒体技术可以保证不同连接速率下的用户能够得到不同质量的音视频效果；流媒体的组播技术可以大大减少服务器端的负荷，同时最大限度地节省带宽。,24,四、流媒体技术的发展,1.,流媒体技术的发展现状流媒体技术是,Real Networks,公司首先推出的，现在许多厂商都有成熟的基于流的产品，如,Real Networks,公司的,Real SystemG2,和微软公司的,Windows Media Service,。除了得到许多制造商的支持，基于流媒体的国际标准也已经提出。 由,WWW,联合会（,W3C,）提出的基于流的媒体语言,同步综合多媒体语言（,SMIL,：,Synchronized Multimedia Integration Language,）与超文本标记语言（,HTML,）类似。它可以描述演示的实时行为、屏幕上演示的版面以及协同媒体之间的超链接，可以演示流式视频、音频、图像、文本等多种类型媒体，允许在一个同步多媒体演示中集成一系列的独立多媒体对象。利用,SMIL,语言还可以方便地同步多个基于流的多媒体对象。,25,2.,流媒体技术的最新发展微软公司的,Windows Media,最新的,Windows Media Encode,不仅压缩比率又有新的突破，而且可以支持更多不同的网络数据传输速率和压缩比率：如可以用,848kbit/s,速率播放接近,CD,音质的音频数据流，用,64Kbit/s,速率播放,CD,音质的音频数据流；最新发布的视频编码则明显优化了动态效果的处理。,WMV8,是目前惟一能够提供,TrueMotion-Picture-ReadyVideoCodec,的视频格式，用连接速率为,250Kbit/s,的,DSL/Cable,能够达到近乎家用录像系统（,VHS,）的视频品质（分辨率为,320240,，每秒,24,帧；用连接速率为,500kbit/s,的,DSL/Cable,能够达到与,DVD,差不多的视频品质（分辨率为,640480,，每秒,24,帧。,26,RealNetworks,公司的,Real,Real Audio Encode 8,大大增强了,Real,对音频的压缩处理能力（在甚低速率码流下的音频传输，,Real,要比,Windows Media,强一些）。 在服务器端，,iPoint-Princeton VideoImage,为,RealSystem8,提供了广告插播,PVI,技术，,iPoint,可以在,RealSystem8,中无缝插入预先定制的广告节目。,RichFX,RealPlayer8,可以以较小的传输速率显示出三维效果。,RichFX,视频技术可以为窄带电子商务带来新的商机。,RealNetworks,还推出,RealSystemiQ,建立新一代网上广播神经中枢系统。,RealSystemiQ,为数码媒体的传播奠定了新的基础，它能提升网上广播的稳定性与可靠性，令广播信息传播至更多观众的同时，也为媒体传播带来了更佳的成本效益。,27,以往，媒体的流播是透过一个中央服务器把流播的媒体分派到其他的流播服务器，然后再传送到用户。,RealSystemiQ,改变了这种单向的流播模式，它建立起一个蜂巢式的服务器组群，让每一个服务器均可以向网络广播，而且从其他服务器接收内容，并把数码媒体传送给用户。,Neuralcast,技术建立起一个对等的基础，让数码媒体可透过标准的网络协议由一个服务器传送到其他多个服务器。此外，,RealSystemiQ,的架构允许用来传送各种格式的媒体。,28,