流媒體技術(shù)及其在電力運行中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞:流媒體;流式傳輸;壓縮編碼;視頻;電力運行系統(tǒng)

中圖分類號:F27文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1673-291X(2010)22-0026-02

引言

在網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(xù)傳輸(如，電力設(shè)備和線路現(xiàn)場監(jiān)控)的應(yīng)用要求。而采用流式傳輸時，音/視頻信息由音視頻服務(wù)器或攝像頭向用戶計算機(jī)的連續(xù)、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(wǎng)上全部下載才能觀看，這對現(xiàn)場臨控之類的音/視信息傳輸，更有其獨特的優(yōu)點。

一、流媒體技術(shù)簡介

流媒體是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet播放的媒體格式，又稱流式媒體 [1]。流媒體技術(shù)指將連續(xù)的影像和聲音信息通過攝像頭或者經(jīng)壓縮處理后存放在網(wǎng)站服務(wù)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(shù) [2]。流媒體技術(shù)以流的方式傳輸視頻和音頻信息，即便是網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)上觀看和傳輸影音成為現(xiàn)實。流式傳輸主要指通過網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體的技術(shù)總稱，即將音頻或視頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮，由視頻服務(wù)器等設(shè)備向用戶計算機(jī)連續(xù)、實時或順序傳送 [2]。它是流媒體的關(guān)鍵技術(shù)。

二、流媒體技術(shù)原理

(一)流媒體系統(tǒng)的組成

流媒體系統(tǒng)通常包括編碼器、服務(wù)器和播放器三個部分。每個部分之間通過特定的協(xié)議互相通信，并按照特定格式互相交換文件數(shù)據(jù)。

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(fù)責(zé)接受音/視頻數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為所需的信號形式，供編碼軟件處理;編碼軟件負(fù)責(zé)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(jìn)行直播，還要負(fù)責(zé)將壓縮后的流媒體信號實時地傳給流媒體服務(wù)器。

2.流媒體服務(wù)器:由流媒體軟件系統(tǒng)的服務(wù)器部分和一臺硬件服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)管理、存儲、分發(fā)編碼器傳來的流媒體節(jié)目。

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

(二)流媒體技術(shù)原理

1.流媒體壓縮編碼技術(shù)。流媒體文件必須制作成適合流媒體傳輸?shù)牧髅襟w格式文件后才能進(jìn)行存儲或傳輸。

各種流媒體平臺所采用的壓縮編碼技術(shù)各不相同，主要有MPEG1、MPEG-2、MPEG-4、Windows Media Video、Real Media等。

MPEG-l和MPEG-2的壓縮率大概在20～30倍之間，用于網(wǎng)絡(luò)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(zhì)和畫質(zhì)。通常的壓縮編碼是基于一定的壓縮算法，如Windows Media是基于MPEG-4的離散余弦變換(DCT)算法，而Real Media則采用小波變換算法。

2.流媒體的關(guān)鍵技術(shù)。實現(xiàn)流媒體的關(guān)鍵技術(shù)是流式傳輸。流式傳輸技術(shù)的四個關(guān)鍵步驟是:(1)預(yù)處理:傳輸前采用先進(jìn)高效的壓縮算法，對多媒體信息進(jìn)行壓縮，適合于網(wǎng)絡(luò)傳輸。(2)復(fù)用和解復(fù)用:傳輸前對多個信軌進(jìn)行復(fù)用，在用戶端再解復(fù)用，還原成原始形態(tài)。(3)打包和解包:流媒體打包后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)自身特性影響，會出現(xiàn)“時延抖動”，可能嚴(yán)重影響傳輸質(zhì)量。

降低時延抖動產(chǎn)生的影響，可從以下兩方面著手:一是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，如，用IPV6技術(shù)對視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量控制等技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。二是采用緩存機(jī)制，在數(shù)據(jù)包輸出前對時延抖動進(jìn)行吸收，即接收端收到數(shù)據(jù)包之后，不立即播放，而是將它暫時存儲在緩存中，直到預(yù)定的播放時間到來，再將緩存中存儲的數(shù)據(jù)包進(jìn)行規(guī)則播放，從而將時延抖動減少到最低。

此外，流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。支持流式傳輸?shù)某Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)協(xié)議有:(1)實時傳輸協(xié)議RTP(Realtime Transport Protocol)。這是Internet多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議，提供端到端的傳送服務(wù)，實現(xiàn)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(xié)議RTCP (Real-time Transport Control Protocol)。它和RTP一起提供多媒體數(shù)據(jù)流量控制和擁塞控制服務(wù)。(3)實時流式協(xié)議RTSP (Real-time Streaming Protoco1)。它定義了一對多的應(yīng)用程序，解決通過IP網(wǎng)絡(luò)有效地傳送多媒體數(shù)據(jù)的問題。(4)Internet資源預(yù)訂協(xié)議RSVP (Resource Reserve Protoco1)，用于預(yù)留網(wǎng)絡(luò)帶寬。(5)MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)協(xié)議，用于識別流媒體類型。

3. 流媒體的實現(xiàn)。首先，通過高效壓縮算法讓大容量的多媒體數(shù)據(jù)適合流式傳輸;其次，通過流媒體服務(wù)器修改MIME標(biāo)志;最后，通過支持流式傳輸?shù)膶崟r網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)流。

以RealMedia為例:第一，采用視頻捕獲裝置對事件進(jìn)行錄制;第二，適當(dāng)編輯獲取的內(nèi)容，然后利用視頻編輯硬件和軟件數(shù)字化處理編輯的內(nèi)容;第三，數(shù)字化的視頻和音頻內(nèi)容被編碼為流媒體格式;第四，將媒體文件或?qū)崨r數(shù)據(jù)流保存在安裝了流媒體服務(wù)器軟件的宿主計算機(jī)上;第五，用戶點擊網(wǎng)頁請求視頻流等;第六，宿主服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送音/視頻流數(shù)據(jù);第七，用戶利用媒體播放程序進(jìn)行進(jìn)退、回放、觀看。

三、流媒體技術(shù)在電力運行中的特殊應(yīng)用

2008年初，中國南方遭受了歷史罕見的冰雪災(zāi)害。其中湖南省郴州市出現(xiàn)了連續(xù)近一個月的低溫雨雪冰凍天氣，電力、林業(yè)、通訊遭受毀滅性重創(chuàng)。全市數(shù)十年電力建設(shè)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(shè)等級偏低、對極端性天氣與氣候條件的監(jiān)測預(yù)報水平還不高等原因之外，架設(shè)在人煙稀少的高山峻嶺的電力線路以及電力設(shè)備，因為無人值守也不便巡查，不能及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害，也是一個非常重要的原因。

要形象直觀、動態(tài)實時地監(jiān)控高山險地的關(guān)鍵線路和設(shè)備情況，特別是災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展情況，在流媒體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，已成為可能。最粗略的技術(shù)設(shè)想是在關(guān)鍵地區(qū)的高壓鐵塔或設(shè)備機(jī)房安裝特殊的攝像頭，借助流媒體傳輸技術(shù)和無線或有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，連續(xù)傳送電力線路和電力設(shè)備運行情況的實時圖像或聲音。

除了防災(zāi)抗災(zāi)監(jiān)控，流媒體技術(shù)在電力系統(tǒng)防盜、電力變電站的無人值守等方面也有廣泛的應(yīng)用前景。近幾年，電力線路和電力設(shè)施被偷盜和破壞的事件頻頻發(fā)生，據(jù)國家發(fā)改委副主任張國寶透露，在事件發(fā)生最嚴(yán)重的2005年，國家電網(wǎng)公司的電力設(shè)施遭受外力破壞的事件數(shù)量為12 554起，10千伏及以上變壓器遭受外力破壞2 400多臺，倒桿(塔)300多基，丟失、受損輸電導(dǎo)線4 000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(dá)779次 [6] 。由于電力和群眾生活、企業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，如果電力設(shè)施遭遇破壞，就會造成大面積停電，后果不堪設(shè)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(qū)，山高人少，線路漫長，地勢復(fù)雜，每年要多次遭受冰雪、臺風(fēng)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(shù)，只要配備一組攝像頭加一套流媒體網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，就能在及時甚至實時監(jiān)控到災(zāi)害性天氣對電力線路和電力設(shè)備的影響進(jìn)程和危害發(fā)展程度，為防災(zāi)抗災(zāi)提供有效的技術(shù)支持，并在艱苦地段對電力變電站實現(xiàn)無人或半無人值守。

結(jié)束語

流媒體是眾多寬帶業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺，也是一種新型的數(shù)據(jù)信息載體，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同視/音頻技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流媒體技術(shù)不僅在社會生活中有著廣泛的應(yīng)用前景，而且在電力運行等各個行業(yè)都可以發(fā)揮特殊的不可替代的作用。

參考文獻(xiàn):

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[4]鐘玉琢，等.基于對象的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)-MPEG4及其校驗?zāi)Ｐ蚚M].北京:北京科學(xué)出版社，2000:433-435.

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09-05，2010-03-14.

Streaming Media and its Application of Electrical Running

TANG Qiong-hua

(Fuan Power-supply Lte.Co，F(xiàn)uan 355000，China)

Abstract: The article introduced the origin of the streaming media technology，the referred concepts，the principle of the streaming media system，and so on. Moreover，the article studied the file formats ，the execution technology and the broadcast way of the streaming media，the compression encoding technology，and so on. The article elaborated the key technology - streaming transmission in Internet. Hereon，the article gave out some new suggestions and opinions. The article also expressed the attainment of the streaming media’s technology as well as to its future prospect forecast，especially in electrical systems.

Key words: streaming media; streaming transmission; compression encoding; video; electrical system[責(zé)任編輯 吳高君]