網(wǎng)絡(luò)視頻廣播流媒體技術(shù)及應(yīng)用探析

山東省煙臺(tái)市廣播電視臺(tái) 孫俊曉

網(wǎng)絡(luò)視頻廣播流媒體技術(shù)及應(yīng)用探析

山東省煙臺(tái)市廣播電視臺(tái) 孫俊曉

通過透視新技術(shù)帶來的網(wǎng)絡(luò)視頻廣播傳播格局，詳細(xì)的分析了視頻廣播中的流媒體技術(shù)及其主要應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)；流媒體；數(shù)字壓縮；協(xié)議；主流格式；應(yīng)用

1.前言

流媒體技術(shù)是當(dāng)前十分流行的多媒體技術(shù)，其基礎(chǔ)就是多媒體通信技術(shù)。流媒體一般是指通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送媒體的技術(shù)總稱。廣義的涵義是使音頻和視頻形成穩(wěn)定而連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)的總稱。狹義上講，流媒體是相對(duì)于傳統(tǒng)的“下載—回放”方式而言的一種新的從Internet上獲得音頻和視頻等流媒體數(shù)據(jù)的方式，這種方式支持多媒體數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)播放。

2.流媒體技術(shù)

2.1 傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)存流媒體解決方案采用的技術(shù)是多樣的，但其本質(zhì)是相近的。流媒體傳輸系統(tǒng)主要是傳統(tǒng)客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)模式，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由預(yù)處理器、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和播放器組成。

2.2 流式傳輸?shù)倪^程

流式傳輸?shù)幕驹砣鐖D2所示，具體傳輸流程如下：

(1)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，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。

(2)客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/V Helper程序，用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，A/V播放器進(jìn)行初始化。

(3)從Web服務(wù)器檢索出來的相關(guān)服務(wù)器的地址定位A/V服務(wù)器。

(4)A/V播放器與A/V服務(wù)器之間交換A/V傳輸所需的實(shí)時(shí)控制協(xié)議

(5)一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端，A/V播放器就可以播放了。

2.3 流式傳輸?shù)臄?shù)字壓縮

由于普通的多媒體文件不支持流式傳輸，也由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，為使流媒體傳輸流暢，需要采用專用壓縮編碼對(duì)音視頻進(jìn)行壓縮編碼。目前常用的已經(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則使用于低寬帶的對(duì)圖象質(zhì)量的延遲要求不高的應(yīng)用。

2.4 流式傳輸?shù)木彺婕夹g(shù)

這是流式傳輸必須的。對(duì)服務(wù)器端來說，把內(nèi)存的部分存儲(chǔ)空間當(dāng)作緩存，用來存儲(chǔ)一個(gè)服務(wù)循環(huán)中的每路服務(wù)流從硬盤取來的數(shù)據(jù)，按需要以一定的速率和服務(wù)順序向客戶端進(jìn)行傳輸。有了緩存，即可把回取數(shù)據(jù)和和輸出服務(wù)相分離，保證輸出帶寬的平滑和客戶端流播放的連續(xù)性。

2.5 流式傳輸存儲(chǔ)技術(shù)

流媒體服務(wù)器必須同時(shí)為多個(gè)用戶或多個(gè)流檢索數(shù)據(jù)，更復(fù)雜的是可能多個(gè)流同時(shí)存儲(chǔ)同一文件拷貝的不同部分，為滿足多流的實(shí)時(shí)播放，存儲(chǔ)系統(tǒng)必須仔細(xì)考慮支持最大流的數(shù)目、緩沖區(qū)的大小、磁盤存取策略及文件的組織等。

2.6 流媒體傳輸協(xié)議

流媒體在Internet/Intranet上傳輸必然涉及到網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，除了Internet本身的多媒體傳輸協(xié)議外，還特別需要實(shí)現(xiàn)流式傳輸?shù)膶?shí)時(shí)流式傳輸協(xié)議，這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有以下幾種：

(1)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP

RTP主要處理一對(duì)一或者一對(duì)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)議傳輸數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)提供時(shí)間信息和控制流同步。

(2)實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP

RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

(3)實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP

RTSP協(xié)議定義了一對(duì)多應(yīng)用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。

(4)資源預(yù)定協(xié)議RSVP

由于多媒體數(shù)據(jù)的流式傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)非常敏感，要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻信息，除了帶寬要求之外，還需要其他更多的條件。RSVP是Internet上的資源預(yù)定協(xié)議，使用RSVP預(yù)留一部分網(wǎng)絡(luò)帶寬，能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。

2.7 流媒體播放方式

(1)單播

所謂單播就是客戶端與服務(wù)器之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。在流媒體放過程中客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從一臺(tái)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)，這種數(shù)據(jù)的傳送方式稱為單播。

(2)組播

組播也稱多播，其發(fā)送源和接收端是一對(duì)多的關(guān)系，采用組播方式，單臺(tái)服務(wù)器能夠?qū)资f臺(tái)客戶機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時(shí)。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個(gè)信息包，而不是多個(gè)；所有發(fā)出請(qǐng)求的客戶端共享同一信息包。減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭浚W(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。

(3)點(diǎn)播

點(diǎn)播是指客戶端主動(dòng)連接到服務(wù)器端的單播連接，也就是用戶通過主動(dòng)選擇播放內(nèi)容來初始化客戶端的連接。點(diǎn)播中客戶占有主動(dòng)權(quán)，對(duì)媒體流可以做開始、停止、后退、快進(jìn)或暫停等操作。實(shí)際上點(diǎn)播就是一種形式的單播，點(diǎn)播提供了對(duì)流的最大控制，但這種方式由于每個(gè)客戶端各自連接服務(wù)器，會(huì)迅速用完網(wǎng)絡(luò)帶寬。

(4)廣播

廣播指的是用戶被動(dòng)地接收媒體流，對(duì)媒體流不具有任何的控制操作。廣播的發(fā)送端與接收端是一對(duì)多的關(guān)系，這種一對(duì)多的關(guān)系與組播中的一對(duì)多的關(guān)系不太一樣，因?yàn)樗鼘?shù)據(jù)包的拷貝發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶，而不管用戶是否需要，在一定程度上同樣造成了帶寬資源的浪費(fèi)。

圖1 流媒體傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 流式傳輸?shù)幕驹?/p>

3.流媒體技術(shù)的主流格式

3.1 Real System

Real System由媒體內(nèi)容制作工具Real Producer、服務(wù)器端RealServer、客戶端軟件三部分組成。其流媒體文件包括RealAudio、RealVideo、Real Presentation和RealFlash四類文件，分別用于傳送不同的文件。Real System采用SureStream技術(shù)，自動(dòng)地并持續(xù)地調(diào)整數(shù)據(jù)流的流量以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中的各種不同網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，輕松在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)視音頻和三維動(dòng)畫的回放。

3.2 Windows Media Technology

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生成ASF格式的多媒體流（包括實(shí)時(shí)生成的多媒體流），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，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。

3.3 QuickTime

Apple公司于1991年開始發(fā)布Quick-Time，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。

4.流媒體技術(shù)的主要應(yīng)用

（1）遠(yuǎn)程教育

將信息從教師端傳遞到遠(yuǎn)程的學(xué)生端，需要傳遞的信息包括各種類型的數(shù)據(jù)：如視頻、音頻、文本、圖片等。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)以外，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、交互式的教學(xué)目的。

（2）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。由于流媒體經(jīng)過了特殊的壓縮編碼，使得它很適合在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，在視頻點(diǎn)播方面我們完全可以遺棄局域網(wǎng)而使用互聯(lián)網(wǎng)。隨著寬帶網(wǎng)和信息家電的發(fā)展，流媒體技術(shù)會(huì)越來越廣泛地應(yīng)用于視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。

（3）互聯(lián)網(wǎng)直播

從互聯(lián)網(wǎng)上直接收看體育賽事、重大慶典、商貿(mào)展覽等。網(wǎng)絡(luò)帶寬問題一直困擾著互聯(lián)網(wǎng)直播的發(fā)展，隨著寬帶網(wǎng)的不斷普及和流媒體技術(shù)的不斷改進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)直播已經(jīng)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。

流媒體技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)直播中充當(dāng)著重要的角色。無論從技術(shù)還是市場(chǎng)上考慮，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)直播是流媒體眾多應(yīng)用中最成熟的一個(gè)。

（4）視頻會(huì)議

市場(chǎng)上的視頻會(huì)議系統(tǒng)有很多，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)并不占多數(shù)。流媒體并不是視頻會(huì)議必須的選擇，但是流媒體技術(shù)的出現(xiàn)為視頻會(huì)議的發(fā)展起了很重要的作用。

5.結(jié)束語

由于因特網(wǎng)帶寬帶限制，網(wǎng)上視頻的質(zhì)量還不盡如人意，但是，隨著視頻壓縮技術(shù)、寬帶網(wǎng)技術(shù)和流媒體傳輸技術(shù)的發(fā)展，基于流媒體的網(wǎng)上視頻廣播將向高畫質(zhì)、實(shí)時(shí)和連續(xù)的方向前進(jìn)，可以預(yù)見，流媒體業(yè)務(wù)將成為寬帶網(wǎng)絡(luò)上的主流信息業(yè)務(wù)。

[1]李向陽.流媒體及其應(yīng)用技術(shù).廣播與電視技術(shù),2001,28(9):76-85.

[2]張麗.流媒體技術(shù)大全[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

孫俊曉（1970—），女，助理工程師，主要從事廣播電視技術(shù)工作。