流媒體技術研究論文

導語：流媒體技術研究論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要

本文在引言部分闡述了流媒體技術的基礎：流媒體的一般概念及相關的概念。在正文部分介紹了流媒體技術的原理以及媒體服務器的硬件平臺。最后主要的介紹了流媒體技術了兩種教育應用：校園網視頻系統(tǒng)的解決方案和遠程多媒體教學方案。

關鍵字:流媒體流式傳輸媒體服務器校園網視頻系統(tǒng)遠程多媒體教學系統(tǒng)

一、引言

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。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時由于網絡帶寬的限制，下載常常要花數分鐘甚至數小時，所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時，聲音、影像或動畫等時基媒體由音視頻服務器向用戶計算機的連續(xù)、實時傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經過幾秒或十數秒的啟動延時即可進行觀看。當聲音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內繼續(xù)下載。流式不僅使啟動延時成十倍、百倍地縮短，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從Internet上下載才能觀看的缺點。

流媒體指在Internet/Intranet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。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內容存入內存，流式媒體的數據流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。

在這篇文章中，主要是討論流媒體的技術基礎，以及流媒體技術在教育中的應用。

二、流媒體技術基礎

1、流媒體技術的原理

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，故到達客戶端的時間延遲也就不等，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，而不會因為網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環(huán)形鏈表結構來存儲數據：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。

A/VHelper程序及A/V服務器運行實時流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數據傳輸給A/V客戶程序（一般可認為客戶程序等同于Helper程序），一旦A/V數據抵達客戶端，A/V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(xié)議與A/V服務器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務器的輸出重定向到一個不同于運行A/VHelper程序所在客戶機的目的地址。實現流式傳輸一般都需要專用服務器和播放器，其基本原理如圖1所示。

圖1.流式傳輸的基本原理

2、媒體服務器硬件平臺

視頻服務器把存儲在存儲系統(tǒng)中的視頻信息以視頻流的形式通過網絡接口發(fā)送給相應的客戶，響應客戶的交互請求，保證視頻流的連續(xù)輸出。視頻信息具有同步性要求，一方面必須以恒定的速率播放，否則引起畫面的抖動，如MPEG-1視頻標準要求以1.5Mb/s左右的速度播放視頻流。另一方面，在視頻流中包含的多種信號必須保持同步，如畫面的配音必須和口型相一致。另外，視頻具有數據量大的特點，一個經MPEG-1壓縮的90min的電影，長度約為1GB，它在存儲系統(tǒng)上的存放方式，直接影響視頻服務器提供的交互服務，如快進和快倒等功能的實現。視頻服務器必須解決視頻流特性提出的要求。

視頻服務器的工作模式是當服務器響應客戶的視頻流后，從存儲系統(tǒng)讀入一部分視頻數據到對應于這個視頻流的特定的緩存中，然后此緩存中的內容送入網絡接口發(fā)送到客戶。當一個新的客戶請求視頻服務時，服務器根據系統(tǒng)資源的使用情況，決定是否響應此請求。系統(tǒng)的資源包括存儲I/O的帶寬、網絡帶寬、內存大小和CPU的使用率。

三、流媒體技術的應用

互聯(lián)網的迅猛發(fā)展和普及為流媒體業(yè)務發(fā)展提供了強大的市場動力，流媒體業(yè)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、遠程教育、遠程醫(yī)療、網絡電臺、實時視頻會議等互聯(lián)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，它大致包括下面幾個方面的內容：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及用戶管理等。

下面就介紹流媒體技術在教育上的兩個具體的應用方案。

1、校園網視頻系統(tǒng)

校園網的建設隨著教育產業(yè)的興起和發(fā)展也逐漸呈現出蓬勃向上的態(tài)勢。隨著多媒體技術的不斷發(fā)展，特別是多媒體傳輸技術的突破，使網絡多媒體教學得以實現。現在已經有許多的成熟的產品可以用來組建網絡多媒體教學的解決方案。

一般一個校園網視頻系統(tǒng)的要求有：

（1）通過校園網實現音、視頻實況轉播、視頻預訂，制作并存儲節(jié)目。

（2）在校園網上實現VOD教學。

圖2.校園網系統(tǒng)方案

每個教室安裝相應的軟件及視頻卡，攝像頭，麥克風，可以把教室實時的聲音和圖象通過校園網傳到監(jiān)控中心。在存儲服務器安裝SERVER軟件，可以存貯傳輸過來的實時圖象。在點播服務器安裝SERVER軟件，存儲視頻節(jié)目。

雖然現在校園網絡硬件水平和質量現在都非常高，但是，困惑也隨之而來，具體表現為以下幾個方面：

A、校園網投入大，但沒有用在教育主業(yè)上。

B、網絡僅用在辦公自動化中，投資效益低。

C、無法實現充分共享。即享受好的教育資源的學生很有限；同樣的課程需要年復一年的教授；同樣的問題需要一次次重復回答；材質差異明顯的學生按同一模式接受教育，做不到因材施教。

計算機網絡技術在教育產業(yè)中的應用現狀和由此產生的問題引起了教育界和計算機界對于計算機網絡條件下教學模式的思考。教學模式在網絡條件下最終會變化成什么樣子？目前和將來一段時間內網絡技術發(fā)展到底能導致產生哪些更富成效的教育手段，逐步推動教學模式的改變？

2、遠程多媒體教學系統(tǒng)

知識經濟的時代需要人們不斷的學習新的知識、技能，才能跟上時代的步伐。學習必須轉變成一個伴隨每個人一生的過程。網上教育突破了傳統(tǒng)"面授"教學的局限，為求知者提供了時間分散、資源共享、地域廣闊、交互式的教學新方式，因而廣受人們觀注。

從遠程教育的定義可以看出它有下列三方面的內涵:學生與教師的分離，學生與學生的分離，利用傳播媒體和傳輸系統(tǒng)組織教學。從技術上講，遠程教育系統(tǒng)是建立在現代傳媒技術基礎上的多媒體應用系統(tǒng)，它通過現代的通信網絡將教師的圖象、聲音和電子教案傳送給學生，也可以根據需要將學生的圖象、聲音回送給教師，從而模擬出學校教育的授課方式；同時還可以利用現有的網絡條件建立虛擬的班級，加強學生之間的交流。

鑒于遠程教育的深遠意義，我們的遠程多媒體教學系統(tǒng)所要實現的功能有：實現教學課件的點播（VOD），教學直播，網絡課堂等等。

在IP網上開展遠程教學活動，需要解決兩個基本問題：音頻、視頻流信息的傳送以及它們與數據之間的同步。由于音頻、視頻信息的帶寬比較寬，不可能讓學生將所有的節(jié)目下載到本地計算機上后再播放，必須要采用先進網絡播放技術來實現邊發(fā)送邊播放。此外，由于在教學過程中教師會經常使用電子教案來輔助教學，比如用PowerPoint，而電子教案的展示與音頻、視頻流之間有嚴格的時間同步關系，這就要求在傳輸過程中我們仍然要保持它們之間的同步關系。

圖3.遠程教育網絡結構

系統(tǒng)的工作過程如下：輸入的視頻和音頻信號將送給MPEG4的編碼器進行編碼，編碼器輸出的節(jié)目流既可以存入存儲設備也可以直接送給MediaServer，MediaServer的主要功能是完成節(jié)目流的播出。MediaServer播出的節(jié)目有三個來源，它可能是保存在存儲設備中的ASF文件，也可以是編碼器實時傳送來的節(jié)目，它播出的節(jié)目還可以從其它的MediaServer上獲取。普通的用戶可以通過LAN或通過無線網絡接入到該系統(tǒng)之中。

參考文獻

[1]曹功靖，王暉，吳玲達Real流媒體技術及其在遠程教學中的應用計算機應用研究2001.

[2]羅建川，劉守印，胡君紅，彭新生實時傳輸協(xié)議RTP的研究及其應用計算機工程與應用2001.8.

[3]邵曉芳，劉軍輝一個低成本流媒體服務系統(tǒng)的實現方案網絡與通信2001.