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流媒体技术及应用

流媒体技术及应用

李炳林

(电力自动化研究院通信所9南京21 3D

摘要:流媒体技术是一种无需等待音/视频信息全部下载9可以随时连续传送和播放信息的传输技

术O 文中简要介绍了流媒体的基本技术原理及其压缩编码技术~最主要的几种网络传输协议和流媒体的主要传播方式9分析了传统视频告警系统的不足9提出了基于流媒体技术9由流媒体编码器~服务器和播放器构成的数字视频告警系统的实施方案O 关键词:流媒体9压缩编码9实时传输9Internet 中图分类号:TN 919.8

收稿日期: 2 1- 7-17O

引言

随着现代网络技术的发展9作为第四媒体的 网络带给人们更多形式的信息O 快速链接和多媒体计算机的出现9使网络上的信息不再只是文本~图像和简单的声音文件9而是音频~视频~数据的综合9例如电影~新闻剪辑电台~电视广播~网络游戏9甚至虚拟宠物O 这些多媒体包含了丰富信息9同时文件内容巨大O 由于网络带宽的限制9下载这些多媒体信息需要数分钟甚至数小时O 为减少传输文件所需的时间9一种新的技术应运而生9这就是 流媒体技术O

流媒体指在Internet /Intranet 中使用流式传输技术的连续时基媒体9如音频~视频或多媒体文件[1]O 流式媒体在播放前并不下载整个文件9只将开始部分内容存入内存9在播放开始时有一些延迟9后续数据流随时传送随时播放O 如果数据流动速度保持足够快的话9播放是连续的O 流式传输避免了用户必须等待整个文件全部从Internet 上下载才能观看的缺点9无论文件长3 S 还是3h 9用户都只需在观看文件前等上几秒钟即可O

1

流媒体技术原理

多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输9这是因为目前的网络带宽对多媒体巨大的数据流量来说远远不够O 预处理主要包括2个方面: 在保证一定质量的前提下9丢弃大量对质量影响较小的信息9 采用先进~高效的压缩算法O

流式传输的实现需要缓存O 因为Internet 以包传输为基础进行断续的异步传输9一个实时音/视频源或存储的音/视频文件9在传输中要被分解为许多包9由于网络是动态变化的9各个包选择的路由可能不尽相同9故到达客户端的时间延迟也就不等9甚至

先发的数据包后到O 为此9使用缓存系统来弥补延迟

和抖动的影响9并保证数据包的顺序正确9从而使数据能连续输出9而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿O 通常高速缓存所需容量并不大9因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据:通过丢弃已经播放的内容9可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容O

流式传输的实现需要合适的传输协议O 由于传输控制协议(TCP D 开销较大9故不太适合传输实时数据O 在流式传输的实现方案中9一般采用超文本传输协议/传输控制协议(~TTP /TCP D 来传输控制信息9而用实时传输协议/用户数据报协议(RTP /UDP D 来传输实时数据O

流式传输的过程一般为:用户选择某一流媒体服务后9Web 浏览器与Web 服务器之间使用~TTP /TCP 交换控制信息9以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来9然后客户机上的Web 浏览器启动~elper 程序9使用~TTP 从Web 服务器检索相关参数对~elper 程序初始化O 这些参数可能包括目录信息~数据的编码类型或与信息检索相关的服务器地址O

~elper 程序及音/视频服务器运行实时流协议(RTSP D 9以交换音/视频传输所需的控制信息O 与CD 播放机或VCR 所提供的功能相似9RTSP 提供了操纵播放~快进~快倒~暂停及录制等命令的方法O 音/视频服务器使用RTP /UDP 协议将数据传输给客户程序(一般可认为客户程序等同于~elper 程序D 9一旦音/视频数据抵达客户端9客户程序即可播放输出O

需要说明的是9在流式传输中9使用RTP /UDP 和RTSP /TCP 这2种不同的通信协议与音/视频服务器建立联系9是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行~elper 程序所在客户机的目的

8 第25卷第24期

2 1年12月25

VOlL 25NOL 24

De L 2592 1

地址O 实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器,其基本原理如图1所示

O

图1流式传输基本原理

Fig .1

The basic principle Of streaming transmissiOn

2

流媒体压缩编码技术

目前使用的流媒体文件主要有3类产品,即Microsoft 公司的WindowsMedia 和Realnetworks 公司的RealMedia ,Apple 公司的GuickTime [2,3]O

WindowsMedia 包括视频~音频编解码器O 其中,视频编码器(WMV D 采用基于MPEG 4的离散余弦变换(DCT D 算法,支持True VBR (真正动态变量速率编码,该技术能保证下载过程中影像的品质D 和Two Pass 编码技术,最新版本为WM 8,它是流式视频中质量最高的编码器之一O 音频解码器(WMA D 主要采用类似MP 3的算法,特别适合于低速率传输,在给定速率下可获得更好的质量O

RealMedia 采用可扩展视频技术作为其主要视频编解码,利用基于小波变换技术的Real 专用算法O 最近又增加了RA 8的压缩算法,如连接速率低于编码时采用的速率,播放时服务器端丢弃不重要的信息,播放器解码尽可能还原视频质量O 通过SVT (scalable video technology D 技术可以让速度较慢的电脑不需要解开所有的原始图像数据也能流畅地观看节目;双向编码技术类似于可变化特率(VBR D ,根据带宽的限制选择最优化压缩码率O 为了更好地适应在网上传播,它还可以根据你所采用的Modem 的速率来选择最佳压缩比率的Real 文件,这就是所谓的SureStream 技术O 不能否认,在网络带宽自适应方面,RealMedia 比WindowsMedia 要好得多O

GuickTime 支持几乎所有主流的个人计算平台,是数字媒体领域事实上的工业标准,是创建3D 动画~实时效果~虚拟现实~音/视频和其他数字流媒体的重要基础O GuickTime 在输出文件时可以选择包括~.263在内的多种编码,但主要以Sorenson-Video 为主,从5.0开始已经采用了MPEG 4压缩技术O GuickTime 中的声音编解码器为Gualcom-PureVolM ,从GuickTime 4.1版本中开始支持VBR O GuickTime 的音乐编解码器为GDesiglMu-sic 2O

3

流媒体传输的网络协议[2,4]

3.1

RTP 与RTCP

实时传输协议(RTP D 是用于Internet 上针对多媒体数据流的一种传输协议O RTP 被定义为在一对

一或一对多的传输情况下工作,其目的是提供时间信息和实现流同步O RTP 通常使用UDP 来传送数据,但也可以在TCP 或ATM 等其他协议上工作O 当应用程序开始一个RTP 会话时,将使用2个端口:一个给RTP ,另一个给RTCP O RTP 本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不提供流量控制或拥塞控制,它依靠实时传输控制协议(RTCP D 提供这些服务O 通常RTP 算法并不作为一个独立的网络层来实现,而是作为应用程序代码的一部分O RTCP 和RTP 一起提供流量控制和拥塞控制服务O 在RTP 会话期间,各参与者周期性地传送RTCP 包O RTCP 包中含有已发送的数据包的数量~丢失的数据包的数量等统计资料,因此,服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率,甚至改变有效载荷类型O RTP 和RTCP 配合使用,能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化,因而特别适合传送网上的实时数据O 3.2实时流协议(RTSP D

实时流协议(RTSP D 是由Realnetworks 和netscape 共同提出的,该协议有利于一对多应用程序有效地通过IP 网络传送多媒体数据O RTSP 在体系结构上位于RTP 和RTCP 之上,它使用TCP 或RTP 完成数据传输O ~TTP 与RTSP 相比,~TTP 传送~TML 文件,而RTP 传送多媒体数据;~TTP 请求由客户机发出,服务器作出响应;而使用RTSP 时,客户机和服务器都可以发出请求,即RTSP 可以是双向的O

3.3资源预订协议(RSVP D

由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感,要在网络中传输高质量的音频~视频信息,除带宽要求之外,还需其他条件O 使用RSVP 预留一部分网络资源(即带宽D ,能在一定程度上为流媒体的传输提供服务质量(GoS D O 在某些试验性的系统如网络视频会议工具中就集成了RSVP O 3.4微软媒体服务器(MMS D 协议

MMS 协议用于访问WindowsMedia 发布点上的单播内容,它是连接WindowsMedia 单播服务的默认方法O 若观众在WindowsMedia Player 中键入一个URL 连接内容,而不是通过超链接访问内容,则必须使用MMS 协议O

当使用MMS 协议连接到发布点时,使用 协议翻转以获得最佳连接O 协议翻转始于试图通过MMSU 连接客户端O MMSU 是MMS 协议结合UDP 数据传送,MMST 是MMS 协议结合TCP 数据传送O 如果MMSU 连接不成功,则服务器试图使用MMST O

使用MMS 协议可实现对流式节目的快进~后退~暂停~开始和停止控制功能O

!

6"现代通信与网络技术讲座"

###################################################################李炳林流媒体技术及应用

4流媒体的传播方式

4.1单播

在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道9从一台服务器送出的数据包只能传送给一个客户机9这种传送方式称为单播G每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询9而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝G这种巨大的冗余首先造成服务器沉重的负担9响应需要很长时间9甚至停止播放;管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量G但用户可以开始\停止\后退\快进或暂停流媒体G单播连接提供了对流媒体的最大控制G

4.2广播

广播指的是用户被动接收流媒体G在广播过程中9客户端接收流媒体9但不能控制流媒体G例如9用户不能暂停\快进或后退该流媒体G广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户G 4.3多播

IP多播技术构建一种具有多播能力的网络9允许路由器一次将数据包复制到多个通道上G采用多播方式9单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时G媒体服务器只需要发送一个信息包9而不是多个;所有发出请求的客户端共享同一信息包G信息可以发送到任意地址的客户机9减少网络上传输的信息包的总量G网络利用效率大大提高9成本大为下降G多播吸收了单播和广播方式的长处9克服了上述2种发送方式的弱点9将数据包的单独一个拷贝发送给需要的客户G多播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上9也不会将数据包发送给不需要的客户9保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽G

5流媒体技术的应用

目前比较普遍的数字录音系统和数字视频录像告警系统9都是利用特殊的硬件设备组成一个多媒体计算机系统9将模拟的音/视频信息9经过电话语音设备或图像采集设备转换9得到数字化的音/视频信息9经过一定的压缩9保存到文件当中9然后可对这些文件进行检索和回放G这类系统的一个最主要的缺点是9对保存下来的文件的处理只能在特定的设备上进行9一般都在原采集设备上检索和回放9无法通过互联网在多个终端上进行检索9也无法支持在记录的同时对信息进行实时浏览G

本文介绍用Microsoft公司的WindowsMedia Service[5]来建立基于Internet的视频报警系统9系统的结构示意于图2G

由图2可见9音/

视频采集和旧格式媒体文件组

图2视频报警系统构成

Fig.2COnstructiOn Of the videO surveillauce system

成了传统的视频告警系统G利用音/视频采集设备获得数字化音/视频信息9以特定的文件格式(如AVI)保存起来9然后提供相应的检索工具便可对历史信息进行处理G利用流媒体组建的视频报警系统增加了流媒体编码器\服务器和播放器等3部分G 流媒体编码器是由Microsoft公司提供的媒体工具9它主要对音/视频信息进行编码9产生ASF (advanced streaming format)文件9既可以转换录制好的数据(将旧格式媒体数据转换成ASF文件)9也可以对音/视频进行实时编码9即边进行音/视频采集9边编码产生ASF文件流G在编码时对视频采用MPEG4的压缩算法9对音频采用MP3的压缩算法G ASF是一种数据格式9音频\视频\图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式9以网络数据包的形式传输9实现流式多媒体内容发布G ASF 支持任意的压缩/解压缩编码方式9并可以使用任意一种底层网络传输协议9具有很大的灵活性G ASF 流文件的数据速率可以在28.8kbit/s到3Mbit/s 之间变化9特别适合在IP网上传输G

流媒体服务器是系统的核心9它的主要功能是完成流媒体的播放;既可以播放经过制作的流媒体文件9也可以直接播放从编码器发送来的实时流媒体;既支持点播也支持广播G它根据网络连接速率调整发送音/视频信息的速率9保证数据包的顺序和控制延时9使得音/视频信息能够连续输出G

媒体播放器是客户端的应用程序9其功能是从网络接收流媒体并播放G Microsoft公司的播放器是WindowsMedia Player9最新版本是89可免费获取G 以前的版本增加一个MPEG4插件就可播放ASF 流G因此9实现对媒体的回放无需特定的硬件9任何网络上的计算机安装了媒体播放器后就可完成G 整个检索回放过程如下;

a.用户在客户端利用Web浏览器访问音/视频服务器的主页(Web服务器)9发出检索命令9要求浏览特定的ASF文件G

b.Web服务器收到命令后9向流媒体服务器发出请求G

7

c.流媒体服务器收到请求后,从ASF数据库中检索出指定的ASF原始信息,启动客户端的媒体播放器,并初始化媒体播放器,提供ASF流的数据编码类型URL地址流媒体的长度等

d.播放器开始播放ASF流,同时提供开始暂停停止快退快进等功能

音视频报警服务器还可以采用广播的方式发布实时信息当系统捕获到告警信息后,经编码器直接产生流信息,同时将流信息对外广播这时网络上的任何客户均可浏览到该实时音视频流信息,只是此时客户无法控制此音视频流信息

结语

流媒体技术目前已被广泛地应用在互联网多媒体新闻发布在线直播网络广告电子商务视频点播远程教育远程医疗网络电台实时视频会议等互联网信息服务的方方面面据最新研究报告显示, 2000年互联网上的音视频流媒体技术应用增长幅度达到了史无前例的215 相信随着互联宽带网的建设和普及,流媒体的应用前景将是无量的

参考文献

1科慧岛研究中心(Keihuidao Research Center).网络视频流媒体技术与应用(Network Video-streaming Me-dia Technology and Application).http,https://www.sodocs.net/doc/989002691.html, docs DOCS.htm

2多媒体技术,计算通信和应用(Multimedia Technology, Compute,Communication and Application).潘志庚译(Pan Zhigeng,trans).北京,清华大学出版社(Beijing, Tsinghua University Press),2000.480

3多媒体数字压缩原理与标准(Multimedia Digital Com-press Theory and Standard).李煜,朱山风,段上为,等译(Li Yu,Zhu Shanfeng,Duan Shangwei,et al, trans).北京,电子工业出版社(Beijing,Publishing ~ouse of electronics Industry Press),2000.296

4林福宗(Lin FuZong).多媒体技术基础(Fundamentals of Multimedia Technology).北京,清华大学出版社(Bei-jing,Tsinghua University Press),2000.416

5康博创作室(Kangbo Creator).中文Windows Me组网与多媒体技术(Windows Me Build Network and Multi-media Technology in Chinese).北京,清华大学出版社(Beijing,Tsinghua University Press),2001.284

李炳林,男,硕士,工程师,主要从事通信网管系统和视频系统的开发工作

STREAMING MEDIA TECHNOLOGY AND ITS APPLICATION

Lz bznglzn(Nanjing Automation Research Institute.Nanjing210003.China J

A bstra c t:Receiving audio and video information momentarily is available by streaming media technology.This paper intro-duces the basic principles of streaming media technology and its compressing code techni g https://www.sodocs.net/doc/989002691.html,work transmission proto-cols.and the main spread modes of streaming media.The blemish of the conventional video surveillance system is pointed out.Then the plan of a new streaming media technology based video surveillance system consisting of stream media codec. server and player is proposed.

Keywor d s:streaming media:compressing code:real time transport:Internet

(上接第64页continued from page64)

b.省公司生技处劳工处基建处等处室通过广域网系统及电子邮件系统实现信息交流

c.省公司办公自动化系统与下属单位通过广域网系统的连接实现数据信息交流

d.省公司管理信息系统(MIS)与下属单位通过广域网系统的连接实现数据信息交流,访问省公司MIS数据库,查询生产数据及其他业务信息

e.省公司电厂生产实时系统通过广域网系统收集下属电厂的生产数据

结语

省公司计算机企业内联网的建立,可促进企业内部工作效率生产效率和管理水平的提高,使数据信息能够方便高效地收集交换及共享,从而显著改善企业内部的信息交流和协同工作,并且为以后省电力集团公司Internet站点和下属各单位的In-ternet Intranet站点的建设打下基础

何可立,男,助理工程师,主要从事计算机网络规划系统软件设计和开发等工作

W AN PRO J ECT F OR G U ANGDONG ELECTRIC PO W ER HOLDING CORPORATION He ke lz(G uangdong electric Power~olding Corp.G uangZhou510600.China J

Keywor d s:computer network:WAN:TCP IP:route 17

现代通信与网络技术讲座李炳林流媒体技术及应用

流媒体技术及应用

作者:李炳林

作者单位:电力自动化研究院通信所,

刊名:

电力系统自动化

英文刊名:AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS

年,卷(期):2001,25(24)

被引用次数:45次

参考文献(5条)

1.科慧岛研究中心网络视频--流媒体技术与应用(Network Video-streaming Media Technology and Application)

2.潘志庚多媒体技术:计算、通信和应用 2000

3.李煜;朱山风;段上为多媒体数字压缩原理与标准 2000

4.林福宗多媒体技术基础 2000

5.康博创作室中文Windows ME组网与多媒体技术 2001

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1.魏华浅析流媒体技术的应用[期刊论文]-金卡工程2010,14(10)

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3.王艳丽.鲜继清.白洁.WANG Yan-li.XIAN Ji-qing.BAI Jie基于P2P的流媒体技术[期刊论文]-计算机应用2005,25(6)

4.曹燕萍.谢剑英Windows流媒体技术及其应用[期刊论文]-计算机工程2002,28(8)

5.常秋艳流媒体技术的演进[期刊论文]-中小企业管理与科技2010(22)

引证文献(32条)

1.周小毛基于云模型的流媒体业务质量评价[期刊论文]-软件 2012(11)

2.兰品雄基于IXP425嵌入式P2P板卡的设计与实现[学位论文]硕士 2008

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4.陈鹏,王俊英,谢从满基于CATV和局域网的资源服务体系的实现[期刊论文]-中国有线电视 2003(13)

5.巫宗芳,冯军焕Real Media和Windows Media流技术的新一轮比拼[期刊论文]-现代远程教育研究 2002(02)

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12.石雅莎支持无线网络的流媒体系统及在嵌入式系统下的实现[学位论文]硕士 2008

13.熊宜栋电力系统异构网络环境中视频流传输研究与实现[期刊论文]-武汉大学学报(工学版) 2005(04)

14.王樟SECDN仿真系统的设计与实现[学位论文]硕士 2004

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16.彭赞视频监视与图像分析系统研究[学位论文]硕士 2005

17.申光一种基于模糊控制的流媒体转发及存储系统的研究与实现[学位论文]硕士 2004

18.李黎基于Linux平台的IPTV机顶盒研究与开发[学位论文]硕士 2010

19.刘长明网络资源信息管理分析系统的设计与实现[学位论文]硕士 2005

20.陈伟宁基于UCLINUX的IP机顶盒的系统设计与实现[学位论文]硕士 2006

21.王培基于嵌入式Linux的IPTV机顶盒的设计与实现[学位论文]硕士 2008

22.邓昕江西省教育考试网上巡查系统的构建[学位论文]硕士 2009

23.尹涛“和欣”操作系统上流媒体播放器的实现[学位论文]硕士 2005

24.刘洪涛基于嵌入式Linux的IPTV机顶盒设计实现与关键技术研究[学位论文]硕士 2007

25.崔学敬基于流媒体技术的视频会议系统的原理和实现方法[学位论文]硕士 2004

26.裘英流媒体在嵌入式视频监控系统中的设计和研究[学位论文]硕士 2005

27.李杨流媒体技术的研究及在网络教学中的应用[学位论文]硕士 2010

28.李秋菊基于XML的多媒体教学系统的研究与实现[学位论文]硕士 2005

29.韩丽流媒体技术在现代远程教育中的应用[学位论文]硕士 2005

30.李涛基于MPEG-4的嵌入式网络视频监控系统研究[学位论文]硕士 2007

31.付薇嵌入式网络视频信号处理与传输系统的研究[学位论文]硕士 2007

32.刘洪涛基于嵌入式Linux的IPTV机顶盒设计实现与关键技术研究[学位论文]硕士 2007引用本文格式:李炳林流媒体技术及应用[期刊论文]-电力系统自动化 2001(24)

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