流媒體技術工作思考

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隨著現代網絡技術的發展，網絡開始帶給人們形式多樣的信息。從在網絡上出現第一張圖片到現在各種形式的網絡視頻、三維動畫，人們的視聽覺在網絡上得到了很大的滿足。但人們又面臨著另外一種不可避免的尷尬：在網絡上看到生動清晰的媒體演示的同時，不得不為等待傳輸文件而花費大量時間。為了解決這個矛盾，一種新的媒體技術應運而生，這就是流媒體技術。

流媒體是指在網絡中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件。而流式傳輸技術就是把連續的聲音和圖像信息經過壓縮處理后放到網站服務器上，讓用戶一邊下載一邊收聽觀看，而不需要等待整個文件下載到自己的機器后才可以觀看的網絡傳輸技術。

目前，在網絡上傳輸音視頻（A/V）等多媒體信息主要有下載和流式傳輸兩種方案。一方面，由于音視頻文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時由于受網絡帶寬的限制，下載這樣的文件常常需要幾分鐘甚至幾小時，所以采用下載方法的時延也就很大。而采用流式傳輸時，聲音、圖像或動畫等時基媒體由音視頻服務器向用戶計算機連續、實時傳送，用戶只需經過幾秒或數十秒的啟動時延而不必等到整個文件全部下載完畢即可觀看。當聲音、圖像等時基媒體在客戶機上播放時，文件的剩余部分將在后臺從服務器上繼續下載。流式傳輸不僅使啟動時延大大縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個文件全部下載完畢之后才能觀看的缺點。一、流媒體技術基礎

實現流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸（Real-timestreamingtransport）和順序流式傳輸（progressivestreamingtransport）。一般來說，如為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用實時流協議（RTSP）等，即為實時流式傳輸。如使用超文本傳輸協議（HTTP）服務器，文件即通過順序流發送。采用哪種傳輸方法可以根據需要進行選擇。當然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

1.實時流式傳輸

實時流式傳輸總是實時傳送，特別適合現場廣播，也支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看后面或前面的內容。但實時流式傳輸必須保證媒體信號帶寬與網絡連接匹配，以便傳輸的內容可被實時觀看。這意味著在以調制解調器速度連接網絡時圖像質量較差。而且，如果因為網絡擁塞或出現問題而導致出錯和丟失的信息都被忽略掉，那么圖像質量將很差。實時流式傳輸需要專用的流媒體服務器與傳輸協議。

2.順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看在線內容，在給定時刻，用戶只能觀看已下載的部分，而不能跳到還未下載的部分。由于標準的HTTP服務器可發送順序流式傳輸的文件，也不需要其他特殊協議，所以順序流式傳輸經常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于這種傳輸方式觀看的部分是無損下載的，所以能夠保證播放的最終質量。但這也意味著用戶在觀看前必須經歷時延。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的情況，如講座、演說與演示；也不支持現場廣播，嚴格說來，它是一種點播技術。

二、流媒體技術原理

流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。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，一般采用HTTP／TCP來傳輸控制信息，而用實時傳輸協議／用戶數據報協議（RTP／UDP）來傳輸實時數據。

流式傳輸的實現需要緩存。因為一個實時音視頻源或存儲的音視頻文件在傳輸中被分解為許多數據包，而網絡又是動態變化的，各個包選擇的路由可能不相同，故到達客戶端的時延也就不同，甚至先發的數據包有可能后到。為此，需要使用緩存系統來消除時延和抖動的影響，以保證數據包順序正確，從而使媒體數據能夠連續輸出。通常高速緩存所需容量并不大，因為通過丟棄已經播放的內容可以重新利用空出的空間來緩存后續尚未播放的內容。

流式傳輸的過程一般如下：

①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；

②Web瀏覽器啟動音視頻客戶程序，使用HTTP從Web服務器檢索相關參數對音視頻客戶程序初始化，這些參數可能包括目錄信息、音視頻數據的編碼類型或與音視頻檢索相關的服務器地址；

③音視頻客戶程序及音視頻服務器運行實時流協議，以交換音視頻傳輸所需的控制信息，實時流協議提供執行播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法；

④音視頻服務器使用RTP／UDP協議將音視頻數據傳輸給音視頻客戶程序，一旦音視頻數據抵達客戶端，音視頻客戶程序即可播放輸出。

需要說明的是，在流式傳輸中，使用RTP／UDP和RTSP／TCP兩種不同的通信協議與音視頻服務器建立聯系，目的是為了能夠把服務器的輸出重定向到一個非運行音視頻客戶程序的客戶機的目的地址。另外，實現流式傳輸一般都需要專用服務器和播放器。

三、流媒體技術應用

Internet的迅猛發展和普及為流媒體業務發展提供了強大的市場動力，流媒體業務正變得日益流行。流媒體技術廣泛用于多媒體新聞、在線直播、網絡廣告、電子商務、視頻點播（VOD）、遠程教育、遠程醫療、網絡電臺、實時視頻會議等互聯網信息服務的方方面面。流媒體技術的應用將為網絡信息交流帶來革命性的變化，對人們的工作和生活產生深遠的影響。下面介紹流媒體技術在視頻點播、遠程教育、視頻會議、Internet直播方面的應用。

1.視頻點播

最初的視頻點播應用于卡拉OK點播，隨著計算機技術的發展，VOD技術逐漸應用于局域網及有線電視網，此時的VOD技術趨于完善，但音視頻文件的龐大容量仍然阻礙了VOD技術的進一步發展。由于服務器端不僅需要大容量的存儲系統，同時還要承擔大量數據的傳輸，因而服務器根本無法支持大規模的點播。同時，由于局域網中的視頻點播覆蓋范圍小，用戶也無法通過Internet等網絡媒介收聽或觀看局域網中的節目。

由于以下的原因使得基于流媒體技術的VOD完全可以從局域網轉向Internet。

①流媒體經過了特殊的壓縮編碼后很適合在Internet上傳輸；

②客戶端采用瀏覽器方式進行點播，基本無需維護；

③采用先進的機群技術可以對大規模的并發點播請求進行分布式處理，使其能適應大規模的點播環境。

隨著寬帶網和信息家電的發展，流媒體技術會越來越廣泛地應用于視頻點播系統。目前，很多大型的新聞娛樂媒體，如中央電視臺、北京電視臺等，都在Internet上提供基于流媒體技術的節目。

2.遠程教育

電腦的普及、多媒體技術的發展以及Internet的迅速崛起，給遠程教育帶來了新的機遇。在遠程教學過程中，最基本的要求就是將信息從教師端傳到遠程的學生端，需要傳送的信息可能是多元的，如視頻、音頻、文本、圖片等。

將這些信息從一端傳送到另一端是實現遠程教學需要解決的問題，在當前網絡帶寬的限制下，流式傳輸將是最佳選擇。學生在家通過一臺計算機、一條電話線、一個調制解調器就可以參加遠程教學。教師也無須另外做準備，授課的方法基本與傳統授課方法相同，只不過面對的是攝像頭和計算機而已。

目前，能夠在Internet上進行多媒體交互教學的技術多為流媒體技術，如RealSystem、Flash、Shockwave等技術就經常被應用到網絡教學中。遠程教育是對傳統教育模式的一次革命，它集教學和管理于一體，突破了傳統面授的局限，為學習者在空間和時間上都提供了便利。

除了實時教學外，使用流媒體的VOD技術還可以進行交互式教學，達到因材施教的目的。學生可以通過網絡共享學習經驗。大型企業可以利用基于流媒體技術的遠程教育對員工進行培訓。

3.視頻會議

市場上的視頻會議系統有很多，這些產品基本上都支持TCP／IP協議，但采用流媒體技術作為核心技術的系統并不占多數。雖然流媒體技術并不是視頻會議的必須選擇，但為視頻會議的發展起了重要的推動作用。采用流媒體格式傳送音視頻文件，使用者不必等待整個影片傳送完畢就可以實時、連續地觀看，這樣不但解決了觀看前的等待問題，還達到了即時的效果。雖然在畫面質量上有一些損失，但就一般的視頻會議來講，并不需要很高的圖像質量。

視頻會議是流媒體技術的一個商業用途，通過流媒體可以進行點對點的通信，最常見的就是可視電話。只要兩端都有一臺接入Internet的電腦和一個攝像頭，在世界任何地點都可以進行音視頻通信。此外，大型企業可以利用基于流媒體的視頻會議系統來組織跨地區的會議和討論。

4.Internet直播

隨著Internet技術的發展和普及，在Internet上直接收看體育賽事、重大慶典、商貿展覽成為很多網民的愿望，而很多廠商希望借助網上直播的形式將自己的產品和活動傳遍全世界。這些需求促成了Internet直播的形成，但是網絡的帶寬問題一直困擾著Internet直播的發展，不過隨著寬帶網的不斷普及和流媒體技術的不斷改進，Internet直播已經從實驗階段走向實用，并能夠提供較滿意的音視頻效果。

流媒體技術在Internet直播中充當著重要角色，主要表現在以下方面：

①首先，流媒體技術實現了在低帶寬環境下提供高質量的音視頻信息；

②智能流媒體技術可以保證不同連接速率下的用戶能夠得到不同質量的音視頻效果；

③流媒體的組播技術可以大大減少服務器端的負荷，同時最大限度地節省帶寬。

四、流媒體技術的發展

1.流媒體技術的發展現狀

流媒體技術是RealNetworks公司首先推出的，現在許多廠商都有成熟的基于流的產品，如RealNetworks公司的RealSystemG2和微軟公司的WindowsMediaService。除了得到許多制造商的支持，基于流媒體的國際標準也已經提出。

由WWW聯合會（W3C）提出的基于流的媒體語言——同步綜合多媒體語言（SMIL：SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage）與超文本標記語言（HTML）類似。它可以描述演示的實時行為、屏幕上演示的版面以及協同媒體之間的超鏈接，可以演示流式視頻、音頻、圖像、文本等多種類型媒體，允許在一個同步多媒體演示中集成一系列的獨立多媒體對象。利用SMIL語言還可以方便地同步多個基于流的多媒體對象。

2.流媒體技術的最新發展

下面介紹代表流媒體技術最新發展的兩個廠商的產品。

①微軟公司的WindowsMedia

最新的WindowsMediaEncode不僅壓縮比率又有新的突破，而且可以支持更多不同的網絡數據傳輸速率和壓縮比率：如可以用848kbit/s速率播放接近CD音質的音頻數據流，用64Kbit/s速率播放CD音質的音頻數據流；最新的視頻編碼則明顯優化了動態效果的處理。

WMV8是目前惟一能夠提供TrueMotion-Picture-ReadyVideoCodec的視頻格式，用連接速率為250Kbit/s的DSL/Cable能夠達到近乎家用錄像系統（VHS）的視頻品質（分辨率為320×240，每秒24幀；用連接速率為500kbit/s的DSL/Cable能夠達到與DVD差不多的視頻品質（分辨率為640×480，每秒24幀。

②RealNetworks公司的Real

RealAudioEncode8大大增強了Real對音頻的壓縮處理能力（在甚低速率碼流下的音頻傳輸，Real要比WindowsMedia強一些）。

在服務器端，iPoint-PrincetonVideoImage為RealSystem8提供了廣告插播PVI技術，iPoint可以在RealSystem8中無縫插入預先定制的廣告節目。

RichFX－RealPlayer8可以以較小的傳輸速率顯示出三維效果。RichFX視頻技術可以為窄帶電子商務帶來新的商機。

RealNetworks還推出RealSystemiQ建立新一代網上廣播神經中樞系統。RealSystemiQ為數碼媒體的傳播奠定了新的基礎，它能提升網上廣播的穩定性與可靠性，令廣播信息傳播至更多觀眾的同時，也為媒體傳播帶來了更佳的成本效益。

以往，媒體的流播是透過一個中央服務器把流播的媒體分派到其他的流播服務器，然后再傳送到用戶。RealSystemiQ改變了這種單向的流播模式，它建立起一個蜂巢式的服務器組群，讓每一個服務器均可以向網絡廣播，而且從其他服務器接收內容，并把數碼媒體傳送給用戶。Neuralcast技術建立起一個對等的基礎，讓數碼媒體可透過標準的網絡協議由一個服務器傳送到其他多個服務器。此外，RealSystemiQ的架構允許用來傳送各種格式的媒體。

五、結語

由于流媒體技術的發展具有廣闊的前景，所以誰都想成為這個行業的主流。對于代表流媒體技術最高發展水平的兩家公司RealNetworks和微軟，有媒體統計說Real在家庭用戶中的領先優勢進一步增強，但WindowsMedia的增長速度是Real的4倍。有關數字也表明，到2004年流媒體市場將有明顯的擴大，其中為消費者服務創收90億美元，內容提供商創收28億美元，全球將有1000多個流媒體網站，2億多小時視頻流。