流媒體技術及在電力的作用探究論文

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摘要:介紹了流媒體技術的起源、相關概念和流媒體組成系統的基礎原理等，并系統地研究了流媒體的文件格式、制作技術、播放方式和壓縮編碼技術等。文章重點地闡述了流媒體在因特網上傳播的關鍵技術——流式傳輸，并在此基礎上對流媒體技術尤其是在電力運行系統中的應用提出了建議和看法。

關鍵詞:流媒體;流式傳輸;壓縮編碼;視頻;電力運行系統

引言

在網絡上傳輸音/視頻等多媒體信息，通常有下載傳輸和流式傳輸兩種方案。由于網絡帶寬有限，而音/視頻的文件容量通常很大，采用下載傳輸非常耗時，傳輸延遲也很大，特別是下載傳輸無法滿足需要長時間持續傳輸(如，電力設備和線路現場監控)的應用要求。而采用流式傳輸時，音/視頻信息由音視頻服務器或攝像頭向用戶計算機的連續、實時傳送，用戶可邊接收邊觀看，不僅啟動延時大大縮短，用戶也不必等待整個文件從網上全部下載才能觀看，這對現場臨控之類的音/視信息傳輸，更有其獨特的優點。

一、流媒體技術簡介

流媒體是指采用流式傳輸的方式在Internet播放的媒體格式，又稱流式媒體[1]。流媒體技術指將連續的影像和聲音信息通過攝像頭或者經壓縮處理后存放在網站服務器上，讓用戶無須等整個文件全部下載完畢后就可以一邊下載一邊觀看和收聽的技術[2]。流媒體技術以流的方式傳輸視頻和音頻信息，即便是網絡異常擁擠的情況下，也能傳輸清晰流暢的影音和視頻給廣大用戶，使得在網絡上觀看和傳輸影音成為現實。流式傳輸主要指通過網絡傳送多媒體的技術總稱，即將音頻或視頻等多媒體文件經過特殊的壓縮，由視頻服務器等設備向用戶計算機連續、實時或順序傳送[2]。它是流媒體的關鍵技術。

二、流媒體技術原理

(一)流媒體系統的組成

流媒體系統通常包括編碼器、服務器和播放器三個部分。每個部分之間通過特定的協議互相通信，并按照特定格式互相交換文件數據。

1.流媒體編碼器:由視頻采集卡和流媒體編碼軟件組成。流媒體采集卡負責接受音/視頻數據并轉換為所需的信號形式，供編碼軟件處理;編碼軟件負責將流媒體采集卡傳送過來的信號加工并壓縮成流媒體格式。如果進行直播，還要負責將壓縮后的流媒體信號實時地傳給流媒體服務器。

2.流媒體服務器:由流媒體軟件系統的服務器部分和一臺硬件服務器組成，負責管理、存儲、分發編碼器傳來的流媒體節目。

3.流媒體終端播放器(解碼器):是流媒體系統播放軟件，用來播放音/視頻節目。

(二)流媒體技術原理

1.流媒體壓縮編碼技術。流媒體文件必須制作成適合流媒體傳輸的流媒體格式文件后才能進行存儲或傳輸。

各種流媒體平臺所采用的壓縮編碼技術各不相同，主要有MPEG1、MPEG-2、MPEG-4、WindowsMediaVideo、RealMedia等。

MPEG-l和MPEG-2的壓縮率大概在20～30倍之間，用于網絡傳輸還是太低。MPEG-4的壓縮率可以超過100倍，且仍可保有非常好的音質和畫質。通常的壓縮編碼是基于一定的壓縮算法，如WindowsMedia是基于MPEG-4的離散余弦變換(DCT)算法，而RealMedia則采用小波變換算法。

2.流媒體的關鍵技術。實現流媒體的關鍵技術是流式傳輸。流式傳輸技術的四個關鍵步驟是:(1)預處理:傳輸前采用先進高效的壓縮算法，對多媒體信息進行壓縮，適合于網絡傳輸。(2)復用和解復用:傳輸前對多個信軌進行復用，在用戶端再解復用，還原成原始形態。(3)打包和解包:流媒體打包后發送到網絡傳輸;在接收端依照包序列號重排序并解包。(4)后處理:在解包后對數據進行特殊處理，如圖形霧化，回音抵消等。

在流式傳輸過程中，由于受網絡自身特性影響，會出現“時延抖動”，可能嚴重影響傳輸質量。

降低時延抖動產生的影響，可從以下兩方面著手:一是對現有網絡進行改造，如，用IPV6技術對視頻數據的網絡傳輸質量控制等技術進行改進。二是采用緩存機制，在數據包輸出前對時延抖動進行吸收，即接收端收到數據包之后，不立即播放，而是將它暫時存儲在緩存中，直到預定的播放時間到來，再將緩存中存儲的數據包進行規則播放，從而將時延抖動減少到最低。

此外，流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。支持流式傳輸的常用網絡協議有:(1)實時傳輸協議RTP(RealtimeTransportProtocol)。這是Internet多媒體數據流的一種傳輸協議，提供端到端的傳送服務，實現流的同步，但只能工作在一對一或一對多的傳輸情況下。(2)實時傳輸控制協議RTCP(Real-timeTransportControlProtocol)。它和RTP一起提供多媒體數據流量控制和擁塞控制服務。(3)實時流式協議RTSP(Real-timeStreamingProtoco1)。它定義了一對多的應用程序，解決通過IP網絡有效地傳送多媒體數據的問題。(4)Internet資源預訂協議RSVP(ResourceReserveProtoco1)，用于預留網絡帶寬。(5)MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)協議，用于識別流媒體類型。

3.流媒體的實現。首先，通過高效壓縮算法讓大容量的多媒體數據適合流式傳輸;其次，通過流媒體服務器修改MIME標志;最后，通過支持流式傳輸的實時網絡協議傳輸數據流。

以RealMedia為例:第一，采用視頻捕獲裝置對事件進行錄制;第二，適當編輯獲取的內容，然后利用視頻編輯硬件和軟件數字化處理編輯的內容;第三，數字化的視頻和音頻內容被編碼為流媒體格式;第四，將媒體文件或實況數據流保存在安裝了流媒體服務器軟件的宿主計算機上;第五，用戶點擊網頁請求視頻流等;第六，宿主服務器通過網絡向用戶發送音/視頻流數據;第七，用戶利用媒體播放程序進行進退、回放、觀看。

三、流媒體技術在電力運行中的特殊應用

2008年初，中國南方遭受了歷史罕見的冰雪災害。其中湖南省郴州市出現了連續近一個月的低溫雨雪冰凍天氣，電力、林業、通訊遭受毀滅性重創。全市數十年電力建設成果一朝被毀，郴州一度成為電力“孤島”。回頭來看，除了電力線路建設等級偏低、對極端性天氣與氣候條件的監測預報水平還不高等原因之外，架設在人煙稀少的高山峻嶺的電力線路以及電力設備，因為無人值守也不便巡查，不能及時發現災害，也是一個非常重要的原因。公務員之家

要形象直觀、動態實時地監控高山險地的關鍵線路和設備情況，特別是災害發生和發展情況，在流媒體技術迅速發展的今天，已成為可能。最粗略的技術設想是在關鍵地區的高壓鐵塔或設備機房安裝特殊的攝像頭，借助流媒體傳輸技術和無線或有線網絡技術，連續傳送電力線路和電力設備運行情況的實時圖像或聲音。

除了防災抗災監控，流媒體技術在電力系統防盜、電力變電站的無人值守等方面也有廣泛的應用前景。近幾年，電力線路和電力設施被偷盜和破壞的事件頻頻發生，據國家發改委副主任張國寶透露，在事件發生最嚴重的2005年，國家電網公司的電力設施遭受外力破壞的事件數量為12554起，10千伏及以上變壓器遭受外力破壞2400多臺，倒桿(塔)300多基，丟失、受損輸電導線4000多公里、電力電纜200多公里，通信線路70多公里，塔材近5萬件，110千伏及以上輸電線路因外力破壞引起的線路跳閘達779次[6]。由于電力和群眾生活、企業生產密切相關，如果電力設施遭遇破壞，就會造成大面積停電，后果不堪設想。2003年美加“8·14”和2005年莫斯科“5·25”這兩起大面積停電事故，就是很好的警示案例。

福安市位于閩北山區，山高人少，線路漫長，地勢復雜，每年要多次遭受冰雪、臺風等惡劣氣象的危害，電力線路的運行巡查和電力變電站的人值守始終是一個老大難問題。如果能利用流媒體技術，只要配備一組攝像頭加一套流媒體網絡管理系統，就能在及時甚至實時監控到災害性天氣對電力線路和電力設備的影響進程和危害發展程度，為防災抗災提供有效的技術支持，并在艱苦地段對電力變電站實現無人或半無人值守。

結束語

流媒體是眾多寬帶業務的基礎平臺，也是一種新型的數據信息載體，是網絡技術同視/音頻技術的有機結合。隨著互聯網的發展，流媒體技術不僅在社會生活中有著廣泛的應用前景，而且在電力運行等各個行業都可以發揮特殊的不可替代的作用。

參考文獻:

[1]鐘玉琢，向哲，沈洪.流媒體和視頻服務器[M].北京:清華大學出版社，2003:50-55.

[2]廖勇.流媒體技術入門與提高[M].北京:國防工業出版社，2006:9-12.

[3]何淑貞.流媒體為寬帶網絡的應用新途[J].數字通信世界，2007，(4).

[4]鐘玉琢，等.基于對象的多媒體數據壓縮編碼國際標準-MPEG4及其校驗模型[M].北京:北京科學出版社，2000:433-435.

[5]孫凱，徐振宇，武鵬飛.多媒體技術原理與應用[J].煤，2007，(1).

[6]天地偉業.淺談網絡視頻在電力變電站無人值守應用[EB/OL]./news/view/