流媒體技術(shù)在校園圖書館中的應(yīng)用

張 鋒

隨著科技的發(fā)展,流媒體技術(shù)正推動圖書館由傳統(tǒng)模式向數(shù)字化模式靠攏,在當(dāng)今現(xiàn)代化的校園圖書館中聲像服務(wù)以其豐富的多媒體資料,優(yōu)良的視聽服務(wù)和生動活潑的輔助教學(xué),在科研服務(wù),知識傳播和文化教育中顯示了充分活力。

一、流媒體介紹

所謂流媒體是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet播放的媒體格式,又叫流式媒體,它是指商家用一個(gè)視頻傳送服務(wù)器把節(jié)目當(dāng)成數(shù)據(jù)包發(fā)出,傳送到網(wǎng)絡(luò)上。這個(gè)過程的一系列相關(guān)的包稱為“流”。流媒體技術(shù)全面應(yīng)用后,人們在網(wǎng)上聊天可直接語音輸入、出現(xiàn)具真實(shí)感的影像新聞等。

流媒體技術(shù)發(fā)端于美國。在美國目前流媒體的應(yīng)用已很普遍,比如惠普公司的產(chǎn)品發(fā)布和銷售人員培訓(xùn)都用網(wǎng)絡(luò)視頻進(jìn)行。

流式傳輸方式則是將整個(gè)A/V及3D等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包,由視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送。與單純的下載方式相比,這種對多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式,不僅使啟動延時(shí)大幅度地縮短,而且對系統(tǒng)緩存容量的需求也大大降低。

二、流媒體技術(shù)原理

流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)镮nternet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸,對一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲的A/V文件,傳輸中它們要被分解為許多包,由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的,各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同,故到達(dá)客戶端的時(shí)間延遲也就不等,甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包可能后到。為此,使用緩存系統(tǒng)來彌補(bǔ)延遲和抖動的影響,并保證數(shù)據(jù)包的順序正確,從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出。而在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。傳輸過程是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,把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來;然后客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動A/VHelper程序,使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。

A/VHelper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議(RTSP),以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機(jī)或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操縱播放、快進(jìn)、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序(一般可認(rèn)為客戶程序等同于Helper程序),一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端,A/V客戶程序即可播放輸出。

三、流媒體的技術(shù)特征

(一)流媒體的傳輸方式

流媒體的傳輸技術(shù)主要有三種:點(diǎn)對點(diǎn)(unicast)、多址廣播(Multicast)和廣播(Broadcast)。多址廣播又稱為組播。點(diǎn)對點(diǎn)的特點(diǎn)是流媒體的源和目的地是一一對應(yīng)的,即流媒體從一個(gè)源(服務(wù)器端的應(yīng)用)發(fā)送出去后只能到達(dá)一個(gè)目的地(客戶端應(yīng)用)。組播是一種基于“組”的廣播,其源和目的地是一對多的關(guān)系,但只能在同一個(gè)組內(nèi)建立,即流媒體從一個(gè)源發(fā)送出去后,任何一個(gè)已經(jīng)加入了與源同一個(gè)組號的目的地均可以接收到。廣播的源和目的地也是一對多的關(guān)系,這種關(guān)系則不局限于組,即流媒體從一個(gè)源發(fā)送出去后,同一網(wǎng)段上的所有目的地均可以接收到,廣播可以看作組播的一個(gè)特例。

廣播和組播對于流媒體傳輸來說是有重大意義的。因?yàn)榱髅襟w的數(shù)據(jù)量往往要占用很大的網(wǎng)絡(luò)帶寬,如果采用點(diǎn)對點(diǎn)方式,所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬與目的地的數(shù)目將成正比;如果采用廣播或組播方式,那么流媒體在源端只需傳輸一份,組內(nèi)或同一網(wǎng)段上的所有客戶端應(yīng)用均可以接收到,這就大大降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。

(二)數(shù)字視頻和聲音傳輸技術(shù)

數(shù)字視頻和聲音傳輸屬于流媒體傳輸范疇。模擬視頻和聲音信號經(jīng)過捕獲設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的數(shù)據(jù)量是很驚人的,所以一般會采取壓縮技術(shù)。另一方面,數(shù)字視頻和聲音傳輸對時(shí)間的敏感性很強(qiáng),實(shí)時(shí)性要求很高,如果不采用特別的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是很難滿足要求的。所以,實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻和聲音傳輸?shù)囊话阕龇ㄊ?先在源端將數(shù)字視頻和聲音信息進(jìn)行壓縮,然后經(jīng)由諸如ATM的有服務(wù)質(zhì)量(即QoS)保證的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康牡?再在目的地解壓后顯示或回放出來。如果需要在如IP網(wǎng)絡(luò)這樣的沒有QoS保證的網(wǎng)絡(luò)上傳輸,則至少也得采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)進(jìn)行傳輸。

目前已發(fā)展和正在發(fā)展的數(shù)字視頻和音頻壓縮技術(shù)有很多種,不同的壓縮技術(shù)有不同的側(cè)重點(diǎn),適應(yīng)于不同的應(yīng)用。常用的已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的壓縮技術(shù)有MPEG-1、MPEG-2、H.261/H.263等,正在發(fā)展的有MPEG-4等。MPEG-1、MPEG-2適用于高帶寬的能夠提供高質(zhì)量低延遲的視頻和音頻應(yīng)用,而H.261、H.263以及正在發(fā)展MPEG-4則適用于低帶寬的對圖象質(zhì)量的延遲要求不高的應(yīng)用。

(三)流媒體系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議

流媒體系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議仍處于發(fā)展過程中。目前,認(rèn)為可能會成為流媒體系統(tǒng)的主流協(xié)議有:

(1)Internet網(wǎng)絡(luò)和傳輸協(xié)議,即IP協(xié)議、TCP/UDF協(xié)議;

(2)媒體投遞和控制協(xié)議,即RTP和RTCP;

(3)媒體控制協(xié)議,即RTSP和SIP;

(4)媒體描述和說明協(xié)議,即SDP和SAP等。

四、流媒體技術(shù)的應(yīng)用范圍

互聯(lián)網(wǎng)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)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將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

(一)遠(yuǎn)程教育

將信息從教師端傳遞到遠(yuǎn)程的學(xué)生端,需要傳遞各種類型數(shù)據(jù)的信息。由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制,流媒體無疑是最佳的選擇。除去實(shí)時(shí)教學(xué)外,使用流媒體中的VOD(視頻點(diǎn)播)技術(shù),更可以達(dá)到因材施教、交互式的多媒體教學(xué)目的。

(二)寬帶視頻點(diǎn)播

隨著計(jì)算機(jī)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)中,雖然VOD技術(shù)趨于完善,但音、視頻信息的龐大容量阻礙了VOD技術(shù)的發(fā)展。流媒體經(jīng)過了特殊的壓縮編碼,適合在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸,在視頻點(diǎn)播方面可以用互聯(lián)網(wǎng)替代局域網(wǎng)。

(三)互聯(lián)網(wǎng)直播

在互聯(lián)網(wǎng)上直接收看各類新聞、訪談等。寬帶網(wǎng)的不斷普及和流媒體技術(shù)的不斷改進(jìn),使互聯(lián)網(wǎng)直播從試驗(yàn)階段走向了實(shí)用階段,并能夠提供較滿意的音、視頻效果。從技術(shù)和市場考慮,互聯(lián)網(wǎng)直播是如今流媒體眾多應(yīng)用中最成熟的一個(gè)。

(四)視頻會議

市場上的視頻會議系統(tǒng)很多,這些產(chǎn)品基本都支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,但采用流媒體技術(shù)作為核心技術(shù)的系統(tǒng)較少。流媒體并不是視頻會議必須的選擇,但是流媒體技術(shù)的出現(xiàn)為校園內(nèi)部視頻會議的發(fā)展起了很重要的作用。

五、數(shù)字圖書館流媒體視頻點(diǎn)播技術(shù)應(yīng)用

該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有幾個(gè)必備要素,一是寬帶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,尤其是在局域網(wǎng)、校園網(wǎng)內(nèi)部應(yīng)用,技術(shù)十分成熟。二是對服務(wù)器的性能和存儲空間要求較高。三是系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定性和支持的并發(fā)用戶數(shù)。現(xiàn)主要對服務(wù)器和系統(tǒng)平臺的應(yīng)用作詳細(xì)介紹。

(一)流媒體視頻服務(wù)器

流媒體視頻服務(wù)器是音視頻資料存儲和發(fā)布的中心,是整個(gè)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的核心部分。硬件的性能直接決定音視頻資料的存儲容量、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。目前主要采用專業(yè)流媒體視頻服務(wù)器或通用服務(wù)器作為服務(wù)端。

專業(yè)流媒體視頻服務(wù)器是為流媒體應(yīng)用量身定做的硬件設(shè)備,其特殊的存儲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全針對視頻應(yīng)用而設(shè)計(jì),針對不同的接入網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)需求,提供不同的接口服務(wù)模塊。都帶有大容量的磁盤陣列設(shè)備,支持多路CPU,具有良好的可擴(kuò)展性,并提供專用的操作系統(tǒng)和流媒體應(yīng)用軟件。通常是由服務(wù)器組構(gòu)成,價(jià)格很高。

通用服務(wù)器—般由普通的微機(jī)服務(wù)器擔(dān)當(dāng),需配備較大的存儲空間,有時(shí)配備磁盤陣列組。相比專業(yè)流媒體視頻服務(wù)器,處理能力有限,支持的并發(fā)用戶較少,管理維護(hù)簡單,一般適用于小型應(yīng)用系統(tǒng),價(jià)格較低。

(二)視頻點(diǎn)播應(yīng)用系統(tǒng)

流媒體技術(shù)是Real NetWorks公司首先推出的,目前許多廠商都推出了成熟的產(chǎn)品?；诹髅襟w的國際標(biāo)準(zhǔn)和基于流媒體的語言SMIL(SynchronizedMult imediaIntegrationLanguage)也已經(jīng)提出。SMIL是一種類似于HTML的標(biāo)記語言,可以描述演示的實(shí)時(shí)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,允許在一個(gè)同步多媒體演示中集成一系列的獨(dú)立多媒體對象。目前比較成熟和應(yīng)用廣泛的視頻點(diǎn)播應(yīng)用系統(tǒng)有Real System、Windows Media、QuickTime等,Real System和Windows Media分別有可以提供免費(fèi)使用的版本,可以支持的最大并發(fā)用戶數(shù)理論上在400人左右。出于經(jīng)費(fèi)等方面的考慮,建議數(shù)字圖書館選擇使用Windows Media或Real System,也可以將兩者結(jié)合起來使用。

1、Real System可在網(wǎng)上發(fā)布Real格式的視頻、音頻文件,使用廣泛。產(chǎn)品包括服務(wù)端Real Server (新版本更名為Helix Server)、制作壓縮工具Real Producer/Real Encoder、客戶端播放器Real Player/Real One Player。Real Server使用兩種通道與客戶端軟件real player通訊:一種是控制通道,用來傳輸客戶端命令,如“暫?！钡?使用TCP協(xié)議;另一個(gè)是數(shù)據(jù)通道,用來傳輸實(shí)際的流媒體數(shù)據(jù),使用UDP協(xié)議。Real Server主要使用兩個(gè)協(xié)議來與客戶端聯(lián)系:RTSP(Real Time Streaming Proto-col)和PNA(Progressive Networks Audio)。當(dāng)用戶通過瀏覽器點(diǎn)擊一個(gè)指向流媒體文件的鏈接時(shí),Real player打開一個(gè)與Real Server的雙路鏈接,通過這個(gè)鏈接與Real Server之間來回傳輸信息。一旦Real Server接受了客戶端的請求,它將通過UDP協(xié)議傳輸客戶請求的數(shù)據(jù)

2、微軟開發(fā)的Windows Media Service是一種能適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)帶寬的流媒體信息的發(fā)布平臺,可以提供流媒體的制作、發(fā)布、播放和管理,其成套產(chǎn)品集成在Windows2000 Server中,安裝方便、配置簡單、對使用的限制也較少,并可在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的應(yīng)用方式。其服務(wù)端為Windows Media Service,其核心是ASF(Advanced Stream Format)。通常使用Windows Media Encoder來壓縮編碼并制作可發(fā)布文件,客戶端則使用Windows Media Player來播放,通過MMS(Microsoft Media Server Protocol)等協(xié)議傳輸流媒體數(shù)據(jù)。

(三)構(gòu)架數(shù)字圖書館視頻服務(wù)器

從圖書館經(jīng)費(fèi)和技術(shù)力量方面來考慮,建議采用通用服務(wù)器,配備大一點(diǎn)的存儲空間,可以考慮配備磁盤陣列。一般IT的硬盤空間大約能存儲5000到10000張光盤。建議操作系統(tǒng)平臺采用Window2000 Server系統(tǒng),安裝維護(hù)都比較簡單,不需要特別的技術(shù)支持。應(yīng)用系統(tǒng)方面可以采用Real公司最新推出的Helix Server平臺。構(gòu)架流媒體視頻服務(wù)器的過程十分簡單,只需將視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的服務(wù)端組件安裝在服務(wù)器上,參數(shù)配置過程包括端口設(shè)置,定義服務(wù)器的最大鏈接數(shù),定義冗余服務(wù)器列表,創(chuàng)建流媒體數(shù)據(jù)的保存路徑,配置流媒體文件播放的鏈接地址等。同時(shí)需要使用專門的數(shù)據(jù)壓縮工具來壓縮編碼,將各種多媒體資料制作成可發(fā)布的流媒體文件保存到指定的路徑下。一張600M的光盤,制作成流媒體文件,通?？蓧嚎s到100M左右。最后在主頁上設(shè)置視頻欄目,介紹視頻資料,鏈接視頻文件播放地址,用戶就可以利用客戶端播放工具點(diǎn)播視頻文件。

參考文獻(xiàn) :

[1]張淑琴.高校圖書館聲像服務(wù)工作應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)媒體技術(shù)挑戰(zhàn)的對策分析.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)學(xué)院學(xué)報(bào),2003.

[2]吳雄林,李勇.流媒體技術(shù)在圖書館聲像信息服務(wù)創(chuàng)新中的應(yīng)用.圖書情報(bào)知識,2003(6).

[3][澳]Michael Topic著.流媒體技術(shù)商機(jī)揭密. 電子出版社,2004.

(作者簡介:張鋒(1980—)男,武漢大學(xué)東湖分校圖書館助理館員,主要從事音頻資料的復(fù)制編輯工作、流媒體視頻資料的采集和編輯以及VOD視頻點(diǎn)播技術(shù)工作。)