解析Internet流媒體的傳輸與網上數據的交換

劉俊姝

【摘 要】互聯網的迅猛發(fā)展使流媒體廣泛應用于日常工作和生活中。流媒體是指Internet中使用流式傳輸技術的連續(xù)時基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。一個完整的流媒體是相關軟硬件的完美集成，它包括壓縮編碼、內容編輯存儲和播放、應用服務器等。本篇將對實現流媒體的關鍵技術“流式傳輸”作一簡要闡述，以及如何實現實時播放的。

【關鍵詞】流媒體；流式傳輸；實時

1.流媒體概述

所謂流媒體是指采用流式傳輸的方式在Internet播放的媒體格式。流媒體又叫流式媒體，它是指廠家用一個視頻傳送服務器把節(jié)目當成數據包發(fā)出，傳送到網絡上。用戶通過解壓設備對這些數據進行解壓后，節(jié)目就會像發(fā)送前那樣顯示出來。

這個過程的一系列相關的包稱為“流”。流媒體實際指的是一種新的媒體傳送方式，而非一種新的媒體。流媒體技術全面應用后，人們在網上聊天可直接語音輸入；如果想彼此看見對方的表情，只要雙方各有一個攝像頭就可以了；在網上看到感興趣的商品，點擊以后，講解員和商品的影像就會出現；更有真實感的影像新聞就會出現。

2.流媒體的傳輸

流式傳輸方式則是將整個A/V及3D等多媒體文件經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由視頻服務器向用戶計算機連續(xù)、實時傳送。在采用“流式傳輸”方式的系統(tǒng)中，用戶不必像采用下載方式那樣等到整個文件全部下載完畢，而是只需經過幾秒或幾十秒的啟動延時即可在用戶的計算機上利用解壓設備（硬件或軟件）對壓縮的A/V、3D等多媒體文件解壓后進行播放和觀看。此時多媒體文件的剩余部分將在后臺的服務器內繼續(xù)下載。

在網絡上傳輸音/視頻等多媒體信息，目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。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，不僅使啟動延時大幅度地縮短，而且對系統(tǒng)緩存容量的需求也大大降低，避免了用戶必須等待整個文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點。

流式傳輸定義很廣泛，現在主要指通過網絡傳送媒體（如視頻、音頻）的技術總稱。實現流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協(xié)議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，文件即通過順序流發(fā)送。

3.流式傳輸的實現條件

流式傳輸的實現需要“緩存”。因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續(xù)的異步傳輸，對一個實時A/V源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網絡是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，甚至先發(fā)的數據包還有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補延遲和抖動的影響，并保證數據包的順序正確，從而使媒體數據能連續(xù)輸出，避免因網絡暫時擁塞而使播放出現停頓現象。因為高速緩存使用環(huán)形鏈表結構來存儲數據，所以高速緩存所需容量并不大，通過丟棄已經播放的內容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內容。

流式傳輸的實現需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。流式傳輸的過程一般是這樣的：用戶選擇某一流媒體服務后，Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸的實時數據從原始信息中檢索出來；然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務器檢索相關參數對Helper程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V數據的編碼類型或與A/V檢索相關的服務器地址。

4.網上數據的交換

針對軟件、設備和數據傳輸速度上的差別，用戶以不同瀏覽音視頻內容。為滿足客戶要求，Progressive networks公司編碼、記錄不同速率下媒體數據，并保存在單一文件中，此文件稱為智能流文件，即創(chuàng)建可擴展流式文件。當客戶端發(fā)出請求，它將其帶寬容量傳給服務器，媒體服務器根據客戶帶寬將智能流文件相應部分傳送給用戶。以此方式，用戶可看到最可能的優(yōu)質傳輸，制作人員只需要壓縮一次，管理員也只需要維護單一文件，而媒體服務器根據所得帶寬自動切換。

流媒體實現方式如下：智能流在RealSystem G2中是對所謂自適應流管理（ASM）API的實現，ASM描述流式數據的類型，輔助智能決策，確定發(fā)送哪種類型數據包。文件格式和廣播插件定義了ASM 規(guī)則。用最簡單的形式分配預定義屬性和平均帶寬給數據包組。對高級形式，ASM規(guī)則允許插件根據網絡條件變化改變數據包發(fā)送。每個ASM規(guī)則可有一定義條件的演示式，如演示式定義客戶帶寬是5，000到15，000Kbps，包損失小于2.5%。如此條件描述了客戶當前網絡連接，客戶就訂閱此規(guī)則。定義在規(guī)則中的屬性有助于RealServer有效傳送數據包，如網絡條件變化，客戶就訂閱一個不同規(guī)則。

在客戶端與媒體服務器之間需要建立一個單獨的數據通道，從一臺服務器送出的每個數據包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余首先會造成服務器沉重的負擔，響應時間過長，甚至停止播放，管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證。

IP組播技術構建一種具有組播能力的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數據流而無延時。媒體服務器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個；所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機，減少網絡上傳輸的信息包的總量。網絡利用效率大大提高，成本大為下降。

點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，卻會迅速用完網絡帶寬。

5.流媒體業(yè)務發(fā)展

互聯網的迅猛發(fā)展和普及使流媒體技校發(fā)展迅速，流媒體技術廣泛應用于多媒體新聞發(fā)布、在線直播、視頻點播、遠程教育、遠程醫(yī)療、網絡電臺。流媒體技術的應用將為網絡信息交流帶來革命性的變化和繁華，對人們的工作和生活將產生深遠的影響。一個完整的流媒體解決方案應是相關軟硬件的完美集成，它大致包括內容采集、 視音頻捕獲和壓縮編碼、內容編輯、內容存儲和播放、應用服務器內容管理發(fā)布及用戶管理等多方面。最首要的是理解流媒體的流式傳輸與網上數據的交換原理，實現實時播放。

【參考文獻】

[1]林宗福主編.多媒體技術基礎（第三版）.清華大學出版社.