網絡視頻廣播流媒體技術及應用探析

山東省煙臺市廣播電視臺 孫俊曉

網絡視頻廣播流媒體技術及應用探析

山東省煙臺市廣播電視臺 孫俊曉

通過透視新技術帶來的網絡視頻廣播傳播格局，詳細的分析了視頻廣播中的流媒體技術及其主要應用。

網絡；流媒體；數字壓縮；協議；主流格式；應用

1.前言

流媒體技術是當前十分流行的多媒體技術，其基礎就是多媒體通信技術。流媒體一般是指通過IP網絡傳送媒體的技術總稱。廣義的涵義是使音頻和視頻形成穩定而連續的傳輸流和回放流的一系列技術的總稱。狹義上講，流媒體是相對于傳統的“下載—回放”方式而言的一種新的從Internet上獲得音頻和視頻等流媒體數據的方式，這種方式支持多媒體數據流的實時傳輸和實時播放。

2.流媒體技術

2.1 傳輸系統結構

現存流媒體解決方案采用的技術是多樣的，但其本質是相近的。流媒體傳輸系統主要是傳統客戶機/服務器(C/S)模式，其系統結構如圖1所示。主要由預處理器、服務器、網絡和播放器組成。

2.2 流式傳輸的過程

流式傳輸的基本原理如圖2所示，具體傳輸流程如下：

(1)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。

(2)客戶機上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程序，用HTTP從Web服務器檢索相關數據，A/V播放器進行初始化。

(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傳輸所需的實時控制協議

(5)一旦A/V數據抵達客戶端，A/V播放器就可以播放了。

2.3 流式傳輸的數字壓縮

由于普通的多媒體文件不支持流式傳輸，也由于網絡帶寬的限制，為使流媒體傳輸流暢，需要采用專用壓縮編碼對音視頻進行壓縮編碼。目前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則使用于低寬帶的對圖象質量的延遲要求不高的應用。

2.4 流式傳輸的緩存技術

這是流式傳輸必須的。對服務器端來說，把內存的部分存儲空間當作緩存，用來存儲一個服務循環中的每路服務流從硬盤取來的數據，按需要以一定的速率和服務順序向客戶端進行傳輸。有了緩存，即可把回取數據和和輸出服務相分離，保證輸出帶寬的平滑和客戶端流播放的連續性。

2.5 流式傳輸存儲技術

流媒體服務器必須同時為多個用戶或多個流檢索數據，更復雜的是可能多個流同時存儲同一文件拷貝的不同部分，為滿足多流的實時播放，存儲系統必須仔細考慮支持最大流的數目、緩沖區的大小、磁盤存取策略及文件的組織等。

2.6 流媒體傳輸協議

流媒體在Internet/Intranet上傳輸必然涉及到網絡傳輸協議，除了Internet本身的多媒體傳輸協議外，還特別需要實現流式傳輸的實時流式傳輸協議，這些網絡協議主要有以下幾種：

(1)實時傳輸協議RTP

RTP主要處理一對一或者一對多的多媒體數據流傳輸任務，可以按照UDP，TCP及ATM等協議傳輸數據，負責提供時間信息和控制流同步。

(2)實時傳輸控制協議RTCP

RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網上的實時數據。

(3)實時流協議RTSP

RTSP協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。RTSP在體系結構上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數據傳輸。

(4)資源預定協議RSVP

由于多媒體數據的流式傳輸對網絡的延時非常敏感，要在網絡中傳輸高質量的音頻、視頻信息，除了帶寬要求之外，還需要其他更多的條件。RSVP是Internet上的資源預定協議，使用RSVP預留一部分網絡帶寬，能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。

2.7 流媒體播放方式

(1)單播

所謂單播就是客戶端與服務器之間點對點的連接。在流媒體放過程中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每個數據包只能傳送給一個客戶機，這種數據的傳送方式稱為單播。

(2)組播

組播也稱多播，其發送源和接收端是一對多的關系，采用組播方式，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。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。

(3)點播

點播是指客戶端主動連接到服務器端的單播連接，也就是用戶通過主動選擇播放內容來初始化客戶端的連接。點播中客戶占有主動權，對媒體流可以做開始、停止、后退、快進或暫停等操作。實際上點播就是一種形式的單播，點播提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，會迅速用完網絡帶寬。

(4)廣播

廣播指的是用戶被動地接收媒體流，對媒體流不具有任何的控制操作。廣播的發送端與接收端是一對多的關系，這種一對多的關系與組播中的一對多的關系不太一樣，因為它將數據包的拷貝發送給網絡中的所有用戶，而不管用戶是否需要，在一定程度上同樣造成了帶寬資源的浪費。

圖1 流媒體傳輸系統結構圖

圖2 流式傳輸的基本原理

3.流媒體技術的主流格式

3.1 Real System

Real System由媒體內容制作工具Real Producer、服務器端RealServer、客戶端軟件三部分組成。其流媒體文件包括RealAudio、RealVideo、Real Presentation和RealFlash四類文件，分別用于傳送不同的文件。Real System采用SureStream技術，自動地并持續地調整數據流的流量以適應實際應用中的各種不同網絡帶寬需求，輕松在網上實現視音頻和三維動畫的回放。

3.2 Windows Media Technology

Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player工具構成。Media Tools是整個方案的重要組成部分，它提供了一系列的工具幫助用戶生成ASF格式的多媒體流（包括實時生成的多媒體流），分創建工具和編輯工具兩種，創建工具主要用于生成ASF格式的多媒體流，包括Media Encoder、Author、VidToASF、WavToASF、Presenter五個工具；編輯工具主要對ASF格式的多媒體流信息進行編輯與管理，包括后期制作編輯工具ASF Indexer與ASFChop，以及對ASF流進行檢查并改正錯誤的ASFCheck。Media Server可以保證文件的保密性，不被下載，并使每個使用者都能以最佳的影片品質瀏覽網頁，具有多種文件發布形式和監控管理功能。Media Player則提供強大的流信息的播放功能。

3.3 QuickTime

Apple公司于1991年開始發布Quick-Time，它幾乎支持所有主流的個人計算平臺和各種格式的靜態圖像文件、視頻和動畫格式，具有內置Web瀏覽器插件技術，支持IETF流標準以及RTP、RTSP、SDP、FTP和HTTP等網絡協議。

4.流媒體技術的主要應用

（1）遠程教育

將信息從教師端傳遞到遠程的學生端，需要傳遞的信息包括各種類型的數據：如視頻、音頻、文本、圖片等。由于當前網絡帶寬的限制，流媒體無疑是最佳的選擇。除去實時教學以外，使用流媒體中的VOD(視頻點播)技術，更可以達到因材施教、交互式的教學目的。

（2）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。由于流媒體經過了特殊的壓縮編碼，使得它很適合在互聯網上傳輸，在視頻點播方面我們完全可以遺棄局域網而使用互聯網。隨著寬帶網和信息家電的發展，流媒體技術會越來越廣泛地應用于視頻點播系統。

（3）互聯網直播

從互聯網上直接收看體育賽事、重大慶典、商貿展覽等。網絡帶寬問題一直困擾著互聯網直播的發展，隨著寬帶網的不斷普及和流媒體技術的不斷改進，互聯網直播已經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。

流媒體技術在互聯網直播中充當著重要的角色。無論從技術還是市場上考慮，現在互聯網直播是流媒體眾多應用中最成熟的一個。

（4）視頻會議

市場上的視頻會議系統有很多，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并不占多數。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視頻會議的發展起了很重要的作用。

5.結束語

由于因特網帶寬帶限制，網上視頻的質量還不盡如人意，但是，隨著視頻壓縮技術、寬帶網技術和流媒體傳輸技術的發展，基于流媒體的網上視頻廣播將向高畫質、實時和連續的方向前進，可以預見，流媒體業務將成為寬帶網絡上的主流信息業務。

[1]李向陽.流媒體及其應用技術.廣播與電視技術,2001,28(9):76-85.

[2]張麗.流媒體技術大全[M].北京:科學出版社,2000.

孫俊曉（1970—），女，助理工程師，主要從事廣播電視技術工作。