Internet多媒體數(shù)據(jù)流實時傳輸協(xié)議的研究及其應用

劉殿岫

（科技部信息中心，100862）

0 引言

本文主要針對多媒體數(shù)據(jù)流實時傳輸?shù)木W(wǎng)絡協(xié)議進行系統(tǒng)研究，例如實時傳輸協(xié)議、實時傳輸控制協(xié)議、資源預留協(xié)議、實時流化協(xié)議。這些支持流媒體傳輸?shù)男聟f(xié)議互相配合，在很大程度上滿足了實時數(shù)據(jù)的傳輸要求。文章最后介紹了在平臺上實現(xiàn)的一個多媒體實時傳輸系統(tǒng)。

1 實時傳輸下的多媒體數(shù)據(jù)流關(guān)鍵協(xié)議

1.1 RTCP 協(xié)議與RTP 協(xié)議

圖1

RTP協(xié)議的應用層成幀（ALF AppIication LeveI取景）的原則，用戶可以針對特定應用程序來對其進行擴展以彌補其只提供基本框架協(xié)議的不足。包其中含有RTCP和RTP兩部分。RTP協(xié)議的運行平臺一般為UDP層，所以UDP具有多點交付功能的同時還兼具了數(shù)據(jù)驗證等功能。它的報文格式以及相應的協(xié)議圖，如下所示：

RTP 協(xié)議幀可以在順序號、時間戳、負載類型標識和源標識等方面對實時數(shù)據(jù)流傳輸進行支持。

時間戳的RTP數(shù)據(jù)必須以負載的RTP幀的類型來反映幀數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的采樣時間，計算要求的同步精度有要求的同時抖動也有相關(guān)規(guī)定。接收方根據(jù)時間戳以及接收到的數(shù)據(jù)幀以便為了正確地發(fā)揮媒體流而重構(gòu)所接收的數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系。其也可用于流間同步。對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蛄刑柡蛶瑏G失檢測序列重建。負載類型標識指定的數(shù)據(jù)有效載荷的RTP幀的編碼格式，這個功能還可以被運用到溯源發(fā)聲者（利用ASF，MPEG2等源標識來表示接收機接收到的數(shù)據(jù)源）。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)資源預留協(xié)議（RSVP）

某些類型的服務以預留資源的方式來使服務質(zhì)量OoS得到提升，這也是可行的。

RSVP是目前互聯(lián)網(wǎng)資源預留協(xié)議。它與IPV6有一定的關(guān)聯(lián)。接收器發(fā)送一個含有預定的流數(shù)據(jù)包的規(guī)格。發(fā)件方對于站點流的接受成員組合這是因為它只用識別其所需的數(shù)據(jù)流，然后對數(shù)據(jù)包進行下一步的處理。這使得加入以及離開都更為簡便，后者則必須遵循既定的規(guī)則。RSVP協(xié)議的路由器在管理資源方面必須井井有條。此功能由三個部分組成：訪問控制，組塊分揀器以及組塊調(diào)度器。

1.3 RTSP

最早由CoIumbia大學和ReaINetworks 公司、Netscape Communication 公 司 等 聯(lián) 合 提 出 的RTSP（ReaI Time Streaming ProtocoI）多媒體流化表示控制協(xié)議,它可以對媒體流進行播放、暫停、快進等控制操作。可以用于控制實時性數(shù)據(jù)的傳輸。

它有以下特征：

課程評價成績構(gòu)成是全過程綜合性的評價，評價點包含對課程基礎知識的掌握程度、自主學習活動能力、軟件開發(fā)能力、團隊協(xié)作能力以及創(chuàng)新能力等職業(yè)素養(yǎng)能力。

（1）實行實時流的控制可以從雙向進行

（2）時間同步方面容易滿足，對網(wǎng)絡延遲有較高容錯率

（3）對傳輸協(xié)議的應變性更好，例如IP MuIticast、RTP等

（4）有利于提高網(wǎng)絡安全性

該協(xié)議支持以下操作：

1）從媒體服務器數(shù)據(jù)回收：客戶端以HTTP以及各種方法表達要求。若為組播，就演示說明其組播地址和端口。若為點對點，則客戶端提供目的地址以保證安全。

2）邀請媒體服務器參加會議：媒體服務器可以加入一個既定會議，或以媒體播放的形式，或記錄媒體的一個子集。

3）特別是對于及時表示來說，如果服務器能通過客戶端為新加入媒體流提供便利，其作用將是巨大的。

1.4 IPV6

IPV6為一種新版的InternetIP,是世界使用最廣泛的IPV4。通過增加一個新版本的IP是為 了加入多媒體數(shù)據(jù)流，當然，一個大的地址空間和數(shù)據(jù)流對身份認證和加密方面真實性也是有需求的。 IPV只有確保與IPv4兼容才算是達到了合格的設計指標，其主要的設計理念在其以前的版本上就有所體現(xiàn)，是一種數(shù)據(jù)報協(xié)議類型但是特點是不帶有連接。其結(jié)構(gòu)見圖2。網(wǎng)絡層在設置錯誤控制和流量控制方面并沒有要求，但有以下新的特點：

（1）128 位的地址空間在地址層上建立更多的層次成為可能的同時可以兼顧更多的主機尋址。

（2）提高方案，使多站點路由可能在制定范圍內(nèi)限制。在正確服務為前提下限制多站點的地址欄，例如企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)。另一個區(qū)別永久性標志字段的Intranet組地址。

（3）要使全部路由器都可以識別路徑上的流塊并且以該流特有的方式來處理他們就需要新定義的組塊報頭字段。這種新的報頭要讓電流識別屬于同一數(shù)據(jù)流的所有塊。比如，它可以將優(yōu)先級在同一音頻流以及組塊高于同一文件流之中進行設置。

圖2 IPV6的報頭結(jié)構(gòu)

（4）新的機制來處理真實性以及加密性和完整性。流媒體實時傳輸一直存在一定的缺陷，而IPv6流量的概念定義正好可以彌補這些缺陷。作為一個系列中的單源地址和目的地址相同的數(shù)據(jù)包流的一部分即為數(shù)據(jù)包的標頭中的IPv6流標簽字段。同在一個流的所有數(shù)據(jù)包具有相同的流標簽。IPv6的流標識符是一個關(guān)鍵的功能，互聯(lián)網(wǎng)的IP層，資源預留依賴它的同時QoS協(xié)議承諾也與其有密切關(guān)系。但是以前的IP地址，并不具備這樣的功能。

2 多媒體數(shù)據(jù)流傳輸架構(gòu)

目前的互聯(lián)網(wǎng)在貸款和存儲容量上都有相應的瓶頸，這就使得傳統(tǒng)的下載整個文件完畢后才能運行的媒體播放方式顯得尤為被動。啟動有延遲，存儲空間不足等都是傳統(tǒng)方法所存在的弊端。無疑浪費了巨大的存儲和時間。

后臺從服務器將繼續(xù)下載剩下的文件的同時前臺就開始播放，且只需要非常短的延時，這種方式就為流式傳輸，它相對與傳統(tǒng)方式的優(yōu)勢是顯而易見的。不必等到整個文件下載完成所以節(jié)省了大量高速緩存的容量。流式傳輸?shù)目刂菩畔⒁话憧縃TTP/ TCP來進行。同時音頻信息由RTP/ UDP負責目前支持流媒體協(xié)議有RTP，RTSP及RSVP。即負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞TP協(xié)議，以及負責提供數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量反饋的RTCP協(xié)議還有用來確保網(wǎng)絡服務質(zhì)量的RSVP資源預留協(xié)議。還有RTSP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸提供了遠程控制。這些協(xié)議都具有各自的功能，以共同完成一個多媒體數(shù)據(jù)流的實時傳輸網(wǎng)絡。

3 多媒體數(shù)據(jù)流如何將實時傳輸系統(tǒng)完善與實施

3.1 總體設計

學生可以依賴可用于互聯(lián)網(wǎng)上的遠程教學系統(tǒng)的多媒體數(shù)據(jù)實時傳輸流來提供實時或非實時的教學環(huán)境，它以現(xiàn)代遠程教育的實際要求為前提，以互聯(lián)網(wǎng)實時多媒體傳輸系統(tǒng)的協(xié)議和標準來實現(xiàn)。

3.2 實現(xiàn)技術(shù)

系統(tǒng)主要是為網(wǎng)絡操作，考慮到網(wǎng)絡帶寬和異質(zhì)性，系統(tǒng)的實現(xiàn)采用了安全性，多線程以及系統(tǒng)適應性兼顧的面向?qū)ο驤ava語言。 Java并提供了一個十分健全的網(wǎng)絡編程機制。

3.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可以實現(xiàn)播放本地、遠程媒體、輸出、本地媒體捕捉、實時和傳輸媒體捕捉以及聊天室。

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