基于流媒體技術(shù)的IPTV系統(tǒng)

楊國(guó)榮

摘 要:從流媒體技術(shù)的原理論述入手,分析流式媒體傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)過(guò)程,并以RealMedia為例說(shuō)明流媒體的制作、傳輸和使用的過(guò)程,目的是為了得出流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)探討ASF格式、QuickTime格式等,從而深入理解流媒體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,創(chuàng)造性地研究了網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)中遠(yuǎn)程教育、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)直播、視頻會(huì)議等各項(xiàng)業(yè)務(wù)中流媒體技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,進(jìn)一步驗(yàn)證了流媒體技術(shù)在IPTV中的重要性。

關(guān)鍵詞:流媒體;RealMedia;網(wǎng)絡(luò)通信;IPTV;視頻點(diǎn)播

中圖分類(lèi)號(hào):TN919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)21-196-04

IPTV System Based on Streaming Media Technology

YANG Guorong

(Xi′an Railway Vocational & Technical Institute,Xi′an,710014,China)

Abstract:From the principle of streaming media technology,the implementation of streaming media transmission is realized and taking RealMedia streaming media as an example to illustrate the production,transmission and use of the process,the purpose of streaming media technology in order to gain the advantages of network communication.Through exploration of ASF format,QuickTime format,a deep understanding of streaming media technology applications are given,application and development of streaming media in distance education,video-on-demand,network broadcasting,video conferencing and other business of IPTV are researched,the importance of IPTV is verified.

Keywords:streaming media;RealMedia;network communication;IPTV;video on demand

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及,利用網(wǎng)絡(luò)傳輸聲音與視頻信號(hào)的需求也越來(lái)越大。廣播電視等媒體上網(wǎng)后,也都希望通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)發(fā)布自己的音視頻節(jié)目。但是,音視頻在存貯時(shí)文件的體積一般都十分龐大。在網(wǎng)絡(luò)帶寬還很有限的情況下,花幾十分鐘甚至更長(zhǎng)的時(shí)間等待一個(gè)音視頻文件的傳輸,不能不說(shuō)是一件讓人頭疼的事。流媒體技術(shù)的出現(xiàn),在一定程度上使互聯(lián)網(wǎng)傳輸音視頻難的局面得到改善。流媒體技術(shù)發(fā)端于美國(guó),在美國(guó)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(xiāo)售人員培訓(xùn)都用網(wǎng)絡(luò)視頻進(jìn)行。與傳統(tǒng)的播放方式不同,流媒體在播放前并不下載整個(gè)文件,只將部分內(nèi)容緩存,使流媒體數(shù)據(jù)流邊傳送邊播放,這樣就節(jié)省了下載等待時(shí)間和存儲(chǔ)空間。網(wǎng)絡(luò)電視正是結(jié)合了流媒體技術(shù)的特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生,能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢(shì),充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。因此,網(wǎng)絡(luò)電視的發(fā)展離不開(kāi)流媒體技術(shù),本文著重研究基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)電視的應(yīng)用和發(fā)展。

1 流媒體的技術(shù)

1.1 流媒體技術(shù)的原理

流媒體又叫流式媒體,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。用戶(hù)通過(guò)解壓設(shè)備對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓后,節(jié)目就會(huì)像發(fā)送前那樣顯示出來(lái)。 這個(gè)過(guò)程的一系列相關(guān)的包稱(chēng)為“流”。流媒體實(shí)際指的是一種新的媒體傳送方式,而非一種新的媒體。流媒體技術(shù)全面應(yīng)用后,人們?cè)诰W(wǎng)上聊天可直接語(yǔ)音輸入;如果想彼此看見(jiàn)對(duì)方的容貌、表情,只要雙方各有一個(gè)攝像頭就可以了;在網(wǎng)上看到感興趣的商品,點(diǎn)擊以后,講解員和商品的影像就會(huì)跳出來(lái);更有真實(shí)感的影像新聞也會(huì)出現(xiàn)[1]。

如果將文件傳輸看作是一次接水的過(guò)程,過(guò)去的傳輸方式就像是對(duì)用戶(hù)做了一個(gè)規(guī)定,必須等到一桶水接滿(mǎn)才能使用它,這個(gè)等待的時(shí)間自然要受到水流量大小和桶的大小的影響。而流式傳輸則是,打開(kāi)水頭龍,等待一小會(huì)兒,水就會(huì)源源不斷地流出來(lái),而且可以隨接隨用,因此,不管水流量的大小,也不管桶的大小,用戶(hù)都可以隨時(shí)用上水。從這個(gè)意義上看,流媒體這個(gè)詞是非常形象的。

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(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲(chǔ)的A/V文件,在傳輸中它們要被分解為許多包,由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)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(hù)端的時(shí)間延遲也就不等,甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此,使用緩存系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)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,而不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)暫時(shí)擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大,因?yàn)楦咚倬彺媸褂铆h(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù):通過(guò)丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容,流可以重新利用空出的高速緩存空間來(lái)緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開(kāi)銷(xiāo),故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來(lái)傳輸控制信息,而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)倪^(guò)程一般是這樣的:用戶(hù)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(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來(lái);然后客戶(hù)機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/V Helper程序,使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)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(lèi)型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。

需要說(shuō)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A/V服務(wù)器建立聯(lián)系,是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個(gè)不同于運(yùn)行A/V Helper程序所在客戶(hù)機(jī)的目的地址。實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專(zhuān)用服務(wù)器和播放器,其基本原理如圖1所示[2]。

1.2 流媒體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

流媒體系統(tǒng)包括以下五個(gè)方面的內(nèi)容:

(1) 編碼工具:用于創(chuàng)建、捕捉和編輯多媒體數(shù)據(jù),形成流媒體格式。

(2) 流媒體數(shù)據(jù)。

(3) 服務(wù)器:存放和控制流媒體的數(shù)據(jù)。

(4) 網(wǎng)絡(luò):適合多媒體傳輸協(xié)議甚至是實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。

(5) 播放器:供客戶(hù)端瀏覽流媒體文件。

這五個(gè)部分有些是網(wǎng)站需要的,有些是客戶(hù)端需要的,而且不同的流媒體標(biāo)準(zhǔn)和不同公司的解決方案會(huì)在某些方面有所不同[3]。

在運(yùn)用流媒體技術(shù)時(shí),音視頻文件要采用相應(yīng)的格式,不同格式的文件需要用不同的播放器軟件來(lái)播放,所謂“一把鑰匙開(kāi)一把鎖”。目前,采用流媒體技術(shù)的音視頻文件主要有三大“流派”,即RealNetworks公司的RealMedia、Microsoft的Windows Media和Apple公司的QuickTime。

按照內(nèi)容提交的方式,流媒體可以分為兩種:實(shí)況流媒體廣播(即Web廣播)和由用戶(hù)按需訪問(wèn)的存檔的視頻和音頻。不論是哪一種類(lèi)型的流媒體,其實(shí)現(xiàn)從攝制原始鏡頭到媒體內(nèi)容的回放都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程。下面以RealMedia為例說(shuō)明流媒體的制作、傳輸和使用的過(guò)程[4]:

(1) 采用視頻捕獲裝置對(duì)事件進(jìn)行錄制。

(2) 對(duì)獲取的內(nèi)容進(jìn)行編輯,然后利用視頻編輯硬件和軟件對(duì)它進(jìn)行數(shù)字化處理。

(3) 經(jīng)數(shù)字化的視頻和音頻內(nèi)容被編碼為流媒體格式。

(4) 媒體文件或?qū)崨r數(shù)據(jù)流被保存在安裝了流媒體服務(wù)器軟件的宿主計(jì)算機(jī)上。

(5) 用戶(hù)點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求視頻流或訪問(wèn)流內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫(kù)。

(6) 宿主服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向最終用戶(hù)提交數(shù)字化內(nèi)容。

(7) 最終用戶(hù)利用桌面或移動(dòng)終端上的顯示媒體內(nèi)容的播放程序進(jìn)行回放和觀看。

由于流媒體技術(shù)在一定程度上突破了網(wǎng)絡(luò)帶寬對(duì)多媒體信息傳輸?shù)南拗?因此被廣泛運(yùn)用于網(wǎng)上直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議、企業(yè)培訓(xùn)、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。

2 流式技術(shù)的主要解決方案

由于其成熟穩(wěn)定的技術(shù)性能,互聯(lián)網(wǎng)巨人美國(guó)在線(AOL)、ABC、AT&T;、Sony和Time Life等公司和網(wǎng)上主要電臺(tái)都使用RealSystem向世界各地傳送實(shí)時(shí)影音媒體信息以及實(shí)時(shí)的音樂(lè)廣播。在我國(guó),大量的影視、音樂(lè)點(diǎn)播和春節(jié)晚會(huì)、昆明世博會(huì)開(kāi)幕式的網(wǎng)上直播都采用了RealSystem系統(tǒng)[5]。

Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案,其主要目的是在Internet和Intranet上實(shí)現(xiàn)包括音頻、視頻信息在內(nèi)的多媒體流信息的傳輸。其核心是ASF文件,ASF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息在內(nèi)數(shù)據(jù)格式,通過(guò)分成一個(gè)個(gè)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在Internet上傳輸,實(shí)現(xiàn)流式多媒體內(nèi)容發(fā)布。因此,把在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膬?nèi)容就稱(chēng)為ASF Stream。ASF支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式,并可以使用任何一種底層網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,具有很大的靈活性。Microsoft已將Windows Media技術(shù)捆綁在Windows 2000中,并打算將ASF用作將來(lái)的Windows版本中多媒體內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)文件格式,這無(wú)疑將對(duì)Internet特別是流式技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player工具構(gòu)成。Media Tools是整個(gè)方案的重要組成部分,它提供了一系列的工具幫助用戶(hù)生成ASF格式的多媒體流,分創(chuàng)建工具和編輯工具兩種,創(chuàng)建工具主要用于生成ASF格式的多媒體流,包括Media Encoder,Author,VidToASF,WavToASF,Presenter五個(gè)工具;編輯工具主要對(duì)ASF格式的多媒體流信息進(jìn)行編輯與管理,包括后期制作編輯工具ASF Indexer與ASFChop,以及對(duì)ASF流進(jìn)行檢查并改正錯(cuò)誤的ASFCheck。Media Server可以保證文件的保密性,不被下載,并使每個(gè)使用者都能以最佳的影片品質(zhì)瀏覽網(wǎng)頁(yè),具有多種文件發(fā)布形式和監(jiān)控管理功能。Media Player則提供強(qiáng)大的流信息的播放功能。

Apple公司于1991年開(kāi)始發(fā)布QuickTime,它幾乎支持所有主流的個(gè)人計(jì)算平臺(tái)和各種格式的靜態(tài)圖像文件、視頻和動(dòng)畫(huà)格式,具有內(nèi)置Web瀏覽器插件技術(shù),支持IETF流標(biāo)準(zhǔn)以及RTP,RTSP,SDP,FTP和HTTP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通過(guò)好萊塢影視城檢索到的許多電影新片片段,都是以QuickTime格式存放的。

QuickTime包括服務(wù)器、帶編輯功能的播放器QuickTime Player、制作工、圖像瀏覽器以及使Internet瀏覽器能夠播放QuickTime影片的QuickTime 插件。QuickTime 4支持兩種類(lèi)型的流:實(shí)時(shí)流和快速啟動(dòng)流。使用實(shí)時(shí)流的 QuickTime 影片必須從支持 QuickTime 流的服務(wù)器上播放,是真正意義上的Streaming Media,使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)傳輸數(shù)據(jù)?？焖賳?dòng)影片可以從任何Web Server上播放,使用超文本傳輸協(xié)議(HTTP)或文件傳輸協(xié)議(FTP)傳輸數(shù)據(jù)[5]。

目前,FOX新聞在線、FOX體育在線、BBC WORLD、氣象頻道等機(jī)構(gòu)都加入QuickTime內(nèi)容供應(yīng)商行列,使用QuickTime 技術(shù)制作實(shí)況轉(zhuǎn)播節(jié)目除了上述的流媒體技術(shù)的三種主要格式外,在多媒體課件和動(dòng)畫(huà)方面的流媒體技術(shù)還有Macromedia的Shockwave技術(shù)和MeataCreation公司的Meta Stream技術(shù)。

通過(guò)Shockwave技術(shù)可以方便地在Web頁(yè)面中加入圖像、動(dòng)畫(huà)以及交互式界面等操作。利用這種Streaming Shockwave, 即通過(guò)流的方式使用戶(hù)在客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)邊下載邊播放的功能,節(jié)省了等待時(shí)的時(shí)間。Shockwave與Macromedia產(chǎn)品緊密聯(lián)系在一起,包括Flash,Shockwave for Authorware,Shockwave for Director等技術(shù)。

MetaStream 3D的圖形設(shè)計(jì)軟件是Ray Dream Studio 5 以及Ray Dream 3D,可以方便地在網(wǎng)上創(chuàng)建、發(fā)布及瀏覽被縮放的3D圖形,它具有小文件量及流傳輸?shù)奶攸c(diǎn),比其它任何一種已存在的Internet 3D技術(shù)壓縮率都高。主要應(yīng)用于游戲開(kāi)發(fā)廠商、頁(yè)面設(shè)計(jì)者、電子商務(wù)、科學(xué)研究者、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)者等[6]。

3 流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視中的應(yīng)用

目前我國(guó)通信事業(yè)正在迅猛地發(fā)展,用戶(hù)對(duì)信息服務(wù)的要求越來(lái)越高,特別是寬帶視頻信息?？梢哉f(shuō)中國(guó)已基本具備了大力發(fā)展IPTV的技術(shù)條件和市場(chǎng)條件,而且IPTV網(wǎng)絡(luò)電視市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)普通的消費(fèi)者比較有利,拋開(kāi)這些不管,這里關(guān)心的是怎樣才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電視。對(duì)于一般的用戶(hù)來(lái)說(shuō),一般是采用網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒+普通電視機(jī)。如圖2所示,電腦與機(jī)頂盒共用一臺(tái)ADSL Modem寬帶上網(wǎng)。通常ADSL用戶(hù)的電腦和ADSL Modem都在一個(gè)地方,因此,ADSL Modem引出五類(lèi)網(wǎng)線連接到機(jī)頂盒上?？紤]到大多數(shù)ADSL Modem只有一個(gè)10BaseT網(wǎng)口,因此要多加一個(gè)HUB[7]。網(wǎng)絡(luò)電視可以提供遠(yuǎn)程教育、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)直播、視頻會(huì)議等服務(wù),使人們的生活更加豐富多彩,下面就從這幾個(gè)方面探討流媒體的應(yīng)用。

3.1 遠(yuǎn)程教育

電腦的普及、多媒體技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起,給遠(yuǎn)程教育帶來(lái)了新的機(jī)遇。世界各國(guó)都正大力開(kāi)展包括網(wǎng)絡(luò)教育在內(nèi)的遠(yuǎn)程教育。 在遠(yuǎn)程教學(xué)過(guò)程中,最基本的要求是將信息從教師端傳遞到遠(yuǎn)程的學(xué)生端,需要傳遞的信息可能是多元化的,這其中包括各種類(lèi)型的數(shù)據(jù):如視頻、音頻、文本、圖片等。將這些資料從一端傳遞到另一端是遠(yuǎn)程教學(xué)需要解決的問(wèn)題,而如何將這些信息資料有效的組合起來(lái)以達(dá)到更好的教學(xué)效果更是人們思考的重要方面。由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制,流式媒體無(wú)疑是最佳的選擇,學(xué)生可以在家通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一條電話線、一只Modem就可以參加到遠(yuǎn)程教學(xué)當(dāng)中來(lái)。對(duì)于教師來(lái)講,也無(wú)須做過(guò)多的準(zhǔn)備,授課方法基本與傳統(tǒng)授課方法相同,只不過(guò)面對(duì)的是攝像頭和計(jì)算機(jī)而已。