流媒體技術在校園圖書館中的應用

張 鋒

隨著科技的發展,流媒體技術正推動圖書館由傳統模式向數字化模式靠攏,在當今現代化的校園圖書館中聲像服務以其豐富的多媒體資料,優良的視聽服務和生動活潑的輔助教學,在科研服務,知識傳播和文化教育中顯示了充分活力。

一、流媒體介紹

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,又叫流式媒體,它是指商家用一個視頻傳送服務器把節目當成數據包發出,傳送到網絡上。這個過程的一系列相關的包稱為“流”。流媒體技術全面應用后,人們在網上聊天可直接語音輸入、出現具真實感的影像新聞等。

流媒體技術發端于美國。在美國目前流媒體的應用已很普遍,比如惠普公司的產品發布和銷售人員培訓都用網絡視頻進行。

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、實時傳送。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,而且對系統緩存容量的需求也大大降低。

二、流媒體技術原理

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的異步傳輸,對一個實時A/V源或存儲的A/V文件,傳輸中它們要被分解為許多包,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RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。傳輸過程是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,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。

三、流媒體的技術特征

(一)流媒體的傳輸方式

流媒體的傳輸技術主要有三種:點對點(unicast)、多址廣播(Multicast)和廣播(Broadcast)。多址廣播又稱為組播。點對點的特點是流媒體的源和目的地是一一對應的,即流媒體從一個源(服務器端的應用)發送出去后只能到達一個目的地(客戶端應用)。組播是一種基于“組”的廣播,其源和目的地是一對多的關系,但只能在同一個組內建立,即流媒體從一個源發送出去后,任何一個已經加入了與源同一個組號的目的地均可以接收到。廣播的源和目的地也是一對多的關系,這種關系則不局限于組,即流媒體從一個源發送出去后,同一網段上的所有目的地均可以接收到,廣播可以看作組播的一個特例。

廣播和組播對于流媒體傳輸來說是有重大意義的。因為流媒體的數據量往往要占用很大的網絡帶寬,如果采用點對點方式,所需的網絡帶寬與目的地的數目將成正比;如果采用廣播或組播方式,那么流媒體在源端只需傳輸一份,組內或同一網段上的所有客戶端應用均可以接收到,這就大大降低了網絡帶寬的占用。

(二)數字視頻和聲音傳輸技術

數字視頻和聲音傳輸屬于流媒體傳輸范疇。模擬視頻和聲音信號經過捕獲設備轉換成數字形式的數據量是很驚人的,所以一般會采取壓縮技術。另一方面,數字視頻和聲音傳輸對時間的敏感性很強,實時性要求很高,如果不采用特別的網絡傳輸協議是很難滿足要求的。所以,實現數字視頻和聲音傳輸的一般做法是:先在源端將數字視頻和聲音信息進行壓縮,然后經由諸如ATM的有服務質量(即QoS)保證的網絡傳輸到目的地,再在目的地解壓后顯示或回放出來。如果需要在如IP網絡這樣的沒有QoS保證的網絡上傳輸,則至少也得采用實時傳輸協議(RTP)進行傳輸。

目前已發展和正在發展的數字視頻和音頻壓縮技術有很多種,不同的壓縮技術有不同的側重點,適應于不同的應用。常用的已經標準化的壓縮技術有MPEG-1、MPEG-2、H.261/H.263等,正在發展的有MPEG-4等。MPEG-1、MPEG-2適用于高帶寬的能夠提供高質量低延遲的視頻和音頻應用,而H.261、H.263以及正在發展MPEG-4則適用于低帶寬的對圖象質量的延遲要求不高的應用。

(三)流媒體系統相關協議

流媒體系統相關協議仍處于發展過程中。目前,認為可能會成為流媒體系統的主流協議有:

(1)Internet網絡和傳輸協議,即IP協議、TCP/UDF協議;

(2)媒體投遞和控制協議,即RTP和RTCP;

(3)媒體控制協議,即RTSP和SIP;

(4)媒體描述和說明協議,即SDP和SAP等。

四、流媒體技術的應用范圍

互聯網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)遠程教育

將信息從教師端傳遞到遠程的學生端,需要傳遞各種類型數據的信息。由于當前網絡帶寬的限制,流媒體無疑是最佳的選擇。除去實時教學外,使用流媒體中的VOD(視頻點播)技術,更可以達到因材施教、交互式的多媒體教學目的。

(二)寬帶視頻點播

隨著計算機的發展,VOD技術逐漸應用于局域網及有線電視網中,雖然VOD技術趨于完善,但音、視頻信息的龐大容量阻礙了VOD技術的發展。流媒體經過了特殊的壓縮編碼,適合在互聯網上傳輸,在視頻點播方面可以用互聯網替代局域網。

(三)互聯網直播

在互聯網上直接收看各類新聞、訪談等。寬帶網的不斷普及和流媒體技術的不斷改進,使互聯網直播從試驗階段走向了實用階段,并能夠提供較滿意的音、視頻效果。從技術和市場考慮,互聯網直播是如今流媒體眾多應用中最成熟的一個。

(四)視頻會議

市場上的視頻會議系統很多,這些產品基本都支持TCP/IP網絡協議,但采用流媒體技術作為核心技術的系統較少。流媒體并不是視頻會議必須的選擇,但是流媒體技術的出現為校園內部視頻會議的發展起了很重要的作用。

五、數字圖書館流媒體視頻點播技術應用

該技術的實現有幾個必備要素,一是寬帶的網絡環境,尤其是在局域網、校園網內部應用,技術十分成熟。二是對服務器的性能和存儲空間要求較高。三是系統平臺的穩定性和支持的并發用戶數。現主要對服務器和系統平臺的應用作詳細介紹。

(一)流媒體視頻服務器

流媒體視頻服務器是音視頻資料存儲和發布的中心,是整個視頻點播系統的核心部分。硬件的性能直接決定音視頻資料的存儲容量、穩定性和數據傳輸的質量。目前主要采用專業流媒體視頻服務器或通用服務器作為服務端。

專業流媒體視頻服務器是為流媒體應用量身定做的硬件設備,其特殊的存儲結構和網絡結構完全針對視頻應用而設計,針對不同的接入網絡和系統需求,提供不同的接口服務模塊。都帶有大容量的磁盤陣列設備,支持多路CPU,具有良好的可擴展性,并提供專用的操作系統和流媒體應用軟件。通常是由服務器組構成,價格很高。

通用服務器—般由普通的微機服務器擔當,需配備較大的存儲空間,有時配備磁盤陣列組。相比專業流媒體視頻服務器,處理能力有限,支持的并發用戶較少,管理維護簡單,一般適用于小型應用系統,價格較低。

(二)視頻點播應用系統

流媒體技術是Real NetWorks公司首先推出的,目前許多廠商都推出了成熟的產品。基于流媒體的國際標準和基于流媒體的語言SMIL(SynchronizedMult imediaIntegrationLanguage)也已經提出。SMIL是一種類似于HTML的標記語言,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,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。目前比較成熟和應用廣泛的視頻點播應用系統有Real System、Windows Media、QuickTime等,Real System和Windows Media分別有可以提供免費使用的版本,可以支持的最大并發用戶數理論上在400人左右。出于經費等方面的考慮,建議數字圖書館選擇使用Windows Media或Real System,也可以將兩者結合起來使用。

1、Real System可在網上發布Real格式的視頻、音頻文件,使用廣泛。產品包括服務端Real Server (新版本更名為Helix Server)、制作壓縮工具Real Producer/Real Encoder、客戶端播放器Real Player/Real One Player。Real Server使用兩種通道與客戶端軟件real player通訊:一種是控制通道,用來傳輸客戶端命令,如“暫停”等,使用TCP協議;另一個是數據通道,用來傳輸實際的流媒體數據,使用UDP協議。Real Server主要使用兩個協議來與客戶端聯系:RTSP(Real Time Streaming Proto-col)和PNA(Progressive Networks Audio)。當用戶通過瀏覽器點擊一個指向流媒體文件的鏈接時,Real player打開一個與Real Server的雙路鏈接,通過這個鏈接與Real Server之間來回傳輸信息。一旦Real Server接受了客戶端的請求,它將通過UDP協議傳輸客戶請求的數據

2、微軟開發的Windows Media Service是一種能適應多種網絡帶寬的流媒體信息的發布平臺,可以提供流媒體的制作、發布、播放和管理,其成套產品集成在Windows2000 Server中,安裝方便、配置簡單、對使用的限制也較少,并可在此基礎上開發新的應用方式。其服務端為Windows Media Service,其核心是ASF(Advanced Stream Format)。通常使用Windows Media Encoder來壓縮編碼并制作可發布文件,客戶端則使用Windows Media Player來播放,通過MMS(Microsoft Media Server Protocol)等協議傳輸流媒體數據。

(三)構架數字圖書館視頻服務器

從圖書館經費和技術力量方面來考慮,建議采用通用服務器,配備大一點的存儲空間,可以考慮配備磁盤陣列。一般IT的硬盤空間大約能存儲5000到10000張光盤。建議操作系統平臺采用Window2000 Server系統,安裝維護都比較簡單,不需要特別的技術支持。應用系統方面可以采用Real公司最新推出的Helix Server平臺。構架流媒體視頻服務器的過程十分簡單,只需將視頻點播系統的服務端組件安裝在服務器上,參數配置過程包括端口設置,定義服務器的最大鏈接數,定義冗余服務器列表,創建流媒體數據的保存路徑,配置流媒體文件播放的鏈接地址等。同時需要使用專門的數據壓縮工具來壓縮編碼,將各種多媒體資料制作成可發布的流媒體文件保存到指定的路徑下。一張600M的光盤,制作成流媒體文件,通常可壓縮到100M左右。最后在主頁上設置視頻欄目,介紹視頻資料,鏈接視頻文件播放地址,用戶就可以利用客戶端播放工具點播視頻文件。

參考文獻 :

[1]張淑琴.高校圖書館聲像服務工作應對網絡媒體技術挑戰的對策分析.內蒙古財經學院學報,2003.

[2]吳雄林,李勇.流媒體技術在圖書館聲像信息服務創新中的應用.圖書情報知識,2003(6).

[3][澳]Michael Topic著.流媒體技術商機揭密. 電子出版社,2004.

(作者簡介:張鋒(1980—)男,武漢大學東湖分校圖書館助理館員,主要從事音頻資料的復制編輯工作、流媒體視頻資料的采集和編輯以及VOD視頻點播技術工作。)