流媒體動畫應用研究

摘要： 本文主要介紹了流媒體動畫、原理及其應用，詳述了作為流媒體實現的關鍵技術—流式傳輸和傳輸的過程，以及流媒體動畫在綿陽師范學院新校區虛擬現實展示中的應用。

關鍵詞： 流媒體技術 傳輸原理 虛擬現實技術

1.概述

隨著Internet的迅速發展，上網人數的不斷增加，用戶對網絡服務也提出了愈來愈高的要求，人們不再滿足于傳統的單媒體數據服務（如文本瀏覽、FTP和E-mail。），一方面，人們希望能在網絡上看到生動清晰的媒體演示；另一方面，人們又不得不去面對如此慢的網絡速度下文件傳輸所需的大量時間。為了解決這種矛盾，“流媒體技術”應運而生。同時伴隨著Flash及3D技術的飛速發展，實時傳送流媒體動畫己經成為業界的共識并具有極其巨大的需求，因此流媒體動畫受到越來越多的關注［２］。

2.流媒體動畫技術

流媒體指在Internet/Intranet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［１］。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，在播放開始時有一些延遲，后續數據流隨時傳送隨時播放。如果數據流動速度保持足夠快的話，播放是連續的。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，無論文件長30s還是3h，用戶都只需在觀看文件前等上幾秒鐘即可。

2.1緩存技術

緩存技術以包傳輸為基礎進行斷續的異步傳輸，實時源或存儲的文件在傳輸中被分解為許多包，由于網絡是動態變化的，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，甚至先發的數據包有可能后到。為此，使用緩存系統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輸出，而不會因為網絡延續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形鏈表結構來存儲數據，通過丟棄己經播放的內容，流可以重新利用空出的高速緩存空來緩存儲后續尚未播放的內容［３］。

2.2傳輸流程

（1）Web瀏覽器與服務器之問使用交換控制信息HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸的實時數鋸從原始信息中檢索出來；

（2）用HTTP從Web服務器檢索相關數據，A/V播放器進初始化；

（3）從Web服務器檢索出來的相關服務器的地址定位A/V服務器；

（4）A/V播放器與A/V服務器之間交換A/V傳輸，所需要的事實控制協議；

（5）一旦A/V數據抵達客戶端，A/V播放器就可以播放媒體動畫了［４］。

2.3傳輸協議

流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。由于傳輸控制協議(TCP)開銷較大，故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中，一般采用超文本傳輸協議/傳輸控制協議(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［５］。

3.流媒體技術原理

多媒體數據必須進行預處理才能適合流式傳輸，這是因為目前的網絡帶寬對多媒體巨大的數據流量來說遠遠不夠。預處理主要包括2個方面:

①在保證一定質量的前提下，丟棄大量對質量影響較小的信息。

②采用先進、高效的壓縮算法。

流式傳輸的過程一般為: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Helper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、數據的編碼類型或與信息檢索相關的服務器地址［６］。

Helper程序及音/視頻服務器運行實時流協議(RTSP)，以交換音/視頻傳輸所需的控制信息。與CD播放機或VCR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。音/視頻服務器使用RTP/U DP協議將數據傳輸給客戶程序(一般可認為客戶程序等同于Helper 程序)，一旦音/視頻數據抵達客戶端，客戶程序即可播放輸出。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［７］。

4.流媒體的傳播方式

4.1 單播

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送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發送所申請的數據包拷貝。這種巨大的冗余首先造成服務器沉重的負擔，響應需要很長時間，甚至停止播放;管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務質量。但用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流媒體。單播連接提供了對流媒體的最大控制。

4.2 廣播

廣播指的是用戶被動接收流媒體。在廣播過程中，客戶端接收流媒體，但不能控制流媒體。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流媒體。廣播方式中數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶。

4.3 多播

IP多播技術構建一種具有多播能力的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用多播方式，單臺服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發送連續數據流而無延時。媒體服務器只需要發送一個信息包，而不是多個;所有發出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發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。多播吸收了單播和廣播方式的長處，克服了上述2種發送方式的弱點，將數據包的單獨一個拷貝發送給需要的客戶。多播不會復制數據包的多個拷貝傳輸到網絡上，也不會將數據包發送給不需要的客戶，保證了網絡上多媒體應用占用網絡的最小帶寬［7］。

5.流媒體動畫的應用

基于綿陽師范學院新校區的虛擬顯示展示是建立在現代傳媒技術基礎上的多媒體應用系統，它通過現代的通信網絡將學校校區的全景及建筑分布以動畫、聲音和視頻的形式展現給用戶，從而模擬出學校全景直觀感受，讓用戶有身臨其境的感受。在互連網上以動畫的形式傳輸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，不可能讓用戶將所有的節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送邊播放。

6.結語

隨著Internet的飛速發展，流媒體技術日趨完善，它的應用越來越普及。流媒體動畫在綿陽師范學院新校區的成功展示是流媒體技術應用的一個方面，其還廣泛應用于多媒體新聞發布、在線直播、網絡廣告、電子商務、視頻點播、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。流媒體技術在網絡上將有更廣闊的發展前景［8］。

參考文獻：

［1］李炳林.流媒體技術及應用.現代通信與網絡技術講座.2001.12.68-70.

［2］劉輔.Character Education Of China.［C］.北京:中央廣播電視大學出版社， 2004．118-206.

［3］吳莉莉，劉益成.流媒體技術及應用.［C］.信息技術.2002.39-41.

［4］李炳林.電力系統自動化(電力自動化研究院通信所，南京210003).

［5］李東生.基于Windows 2000流式媒體技術的遠程教育系統.太原理工大學學報，2000，31(5).

［6］實時多媒體廣播系統的研究與應用.鐵路計算機應用，2000，09(3).

［7］［英］.邁克爾·里德帕斯著.龔怡祖譯1虛擬現實［M］.南京:譯林出版社，1997.

［8］王堅，孫宇浩.身臨其境［M］.杭州：浙江科學技術出版社，2000.1.