走進(jìn)流媒體技術(shù)鞍山師范學(xué)院電教中心鐘志強(qiáng)遼寧鞍山114005【摘要】：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸音視頻文件成為了可能。本文介紹了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)中正流行的幾種流媒體文件格式，以用它們的工作特點(diǎn)。

【關(guān)鍵字】：流媒體網(wǎng)絡(luò)

"微軟在成功地通過(guò)視窗操作系統(tǒng)后，目前正處于重要軟件的開(kāi)發(fā)關(guān)頭，這種軟件將使互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體內(nèi)容成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢煞指畹囊徊糠?-"流媒體"（StreamingMedia），是微軟真正看好的方向，它將成為個(gè)人電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用的主流"---比爾.蓋茨

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使流媒體技術(shù)不斷完善。它是今天多媒體網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)中重要的使用方式，也是明天INTERNET中研究、開(kāi)發(fā)求以更好利用的焦點(diǎn)技術(shù)。

一、流式傳輸?shù)幕A(chǔ)

在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音／視頻等多媒體信息，目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。音／視頻文件一般都較大，所以需要的存儲(chǔ)容量也較大；同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，下載常常時(shí)間較長(zhǎng)，所以這種處理方法延遲也很大。在流式傳輸時(shí)，聲音、影像或動(dòng)畫等時(shí)基媒體由音視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)的連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送，用戶不必等到整個(gè)文件全部下載完畢，當(dāng)聲音等時(shí)基媒體在客戶機(jī)上播放時(shí)，文件的剩余部分將在后臺(tái)從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。流式不僅使啟動(dòng)延時(shí)成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。它提供順序流式傳輸（progressivestreaming）和實(shí)時(shí)流式傳輸（Realtimestreaming）兩種方法。

1、序流式傳輸：

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時(shí)用戶可觀看再線媒體，在給定時(shí)刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸在傳輸期間不能根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。由于標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件，也不需要其他特殊協(xié)議，它經(jīng)常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式文件是放在標(biāo)準(zhǔn)HTTP或FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無(wú)關(guān)。順序流式傳輸不適合長(zhǎng)片段和有隨機(jī)訪問(wèn)要求的視頻，如：講座、演說(shuō)與演示。它也不支持現(xiàn)場(chǎng)廣播，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。

2、實(shí)時(shí)流式傳輸：

實(shí)時(shí)流式傳輸指保證媒體信號(hào)帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接配匹，使媒體可被實(shí)時(shí)觀看到。實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，特別適合現(xiàn)場(chǎng)事件，也支持隨機(jī)訪問(wèn)，用戶可快進(jìn)或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。理論上，實(shí)時(shí)流一經(jīng)播放就可不停止，但實(shí)際上，可能發(fā)生周期暫停。

實(shí)時(shí)流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著在以調(diào)制解調(diào)器速度連接時(shí)圖象質(zhì)量較差。而且，由于出錯(cuò)丟失的信息被忽略掉，網(wǎng)絡(luò)擁擠或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，視頻質(zhì)量很差。如欲保證視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定服務(wù)器，如QuickTimeStreamingServer、RealServer與WindowsMediaServer。這些服務(wù)器允許你對(duì)媒體發(fā)送進(jìn)行更多級(jí)別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標(biāo)準(zhǔn)HTTP服務(wù)器更復(fù)雜。實(shí)時(shí)流式傳輸還需要特殊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：RTSP(RealtimeStreamingProtocol)或MMS(MicrosoftMediaServer)。這些協(xié)議在有防火墻時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致用戶不能看到一些地點(diǎn)的實(shí)時(shí)內(nèi)容。

一般說(shuō)來(lái)，如視頻為實(shí)時(shí)廣播，或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，或應(yīng)用如RTSP的實(shí)時(shí)協(xié)議，即為實(shí)時(shí)流式傳輸。如使用HTTP服務(wù)器，文件即通過(guò)順序流發(fā)送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當(dāng)然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

二、流媒體文件格式

1、壓縮媒體文件格式由于壓縮過(guò)程改變了數(shù)據(jù)位的編排，再次成為媒體格式前，需要解壓縮。壓縮過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，并內(nèi)嵌在媒體文件格式中，通常我們?cè)诖鎯?chǔ)文件時(shí)沒(méi)有注意到這點(diǎn)。常用視頻、音頻壓縮文件類型

2、流式文件格式流式文件格式經(jīng)過(guò)特殊編碼，使其適合在網(wǎng)絡(luò)上邊下載邊播放?？梢栽诰W(wǎng)上以流的方式播放標(biāo)準(zhǔn)媒體文件，但效率不高。在將壓縮媒體文件編碼成流式文件時(shí)，必須假如一些附加信息，如計(jì)時(shí)、壓縮和版權(quán)信息。常用流式文件格式

3、媒體發(fā)布格式媒體發(fā)布格式不是壓縮格式，也不是傳輸協(xié)議，其本身并不描述視聽(tīng)數(shù)據(jù)，也不提供編碼方法。媒體發(fā)布格式是視聽(tīng)數(shù)據(jù)安排的唯一途徑，物理數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)緊要，我們僅需要知道數(shù)據(jù)類型和安排方式。以特定方式安排數(shù)據(jù)有助于流式多媒體的發(fā)展?？傆幸惶欤瑔蝹€(gè)媒體發(fā)布格式能包含不同類型媒體的所有信息，如計(jì)時(shí)、多個(gè)流同步、版權(quán)和所有人信息。實(shí)際視聽(tīng)數(shù)據(jù)可位于多個(gè)文件中，而由媒體發(fā)布文件包含的信息控制流的播放。常用媒體發(fā)布格式

三、流媒體播放方式1、單播在客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從一臺(tái)服務(wù)器送出的每個(gè)數(shù)據(jù)包只能傳送給一個(gè)客戶機(jī),這種傳送方式稱為單播。每個(gè)用戶必須分別對(duì)媒體服務(wù)器發(fā)送單獨(dú)的查詢,而媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶發(fā)送所申請(qǐng)的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務(wù)器沉重的負(fù)擔(dān)，響應(yīng)需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至停止播放；管理人員也被迫購(gòu)買硬件和加大帶寬來(lái)保證一定的服務(wù)質(zhì)量。2、組播ＩＰ組播技術(shù)構(gòu)建一種具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個(gè)通道上。采用組播方式，單臺(tái)服務(wù)器能夠?qū)资f(wàn)臺(tái)客戶機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無(wú)延時(shí)。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個(gè)信息包，而不是多個(gè)；所有發(fā)出請(qǐng)求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機(jī)，減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭俊＞W(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。3、點(diǎn)播與廣播點(diǎn)播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動(dòng)的連接。在點(diǎn)播連接中，用戶通過(guò)選擇內(nèi)容項(xiàng)目來(lái)初始化客戶端連接。用戶可以開(kāi)始、停止、后退、快進(jìn)或暫停流。點(diǎn)播連接提供了對(duì)流的最大控制，但這種方式由于每個(gè)客戶端各自連接服務(wù)器，會(huì)迅速用完網(wǎng)絡(luò)帶寬。廣播指的是用戶被動(dòng)接收流。在廣播過(guò)程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進(jìn)或后退該流。廣播方式中數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶。使用單播發(fā)送時(shí)，需要將數(shù)據(jù)包復(fù)制多個(gè)拷貝，以多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會(huì)非常浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長(zhǎng)處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點(diǎn)，將數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝發(fā)送給需要的那些客戶。組播不會(huì)復(fù)制數(shù)據(jù)包的多個(gè)拷貝傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，也不會(huì)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給不需要它的那些客戶，保證了網(wǎng)絡(luò)上多媒體應(yīng)用占用網(wǎng)絡(luò)的最小帶寬。四、流媒體服務(wù)器硬件平臺(tái)視頻服務(wù)器把存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的視頻信息，以視頻流的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給相應(yīng)的客戶，響應(yīng)客戶的交互請(qǐng)求，保證視頻流的連續(xù)輸出。視頻信息具有同步性要求，一方面必須以恒定的速率播放，否則引起畫面的抖動(dòng)，如MPEG-1視頻標(biāo)準(zhǔn)要求以1.5Mb/s左右的速度播放視頻流。另一方面，在視頻流中包含的多種信號(hào)必須保持同步，如畫面的配音必須和口型相一致。另外，視頻具有數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，一個(gè)經(jīng)MPEG-1壓縮的90min的電影，長(zhǎng)度約為1GB，它在存儲(chǔ)系統(tǒng)上的存放方式，直接影響視頻服務(wù)器提供的交互服務(wù)，如快進(jìn)和快倒等功能的實(shí)現(xiàn)。視頻服務(wù)器必須解決視頻流特性提出的要求。視頻服務(wù)器的工作模式是當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)客戶的視頻流后，從存儲(chǔ)系統(tǒng)讀入一部分視頻數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)于這個(gè)視頻流的特定的緩存中，然后此緩存中的內(nèi)容送入網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到客戶。當(dāng)一個(gè)新的客戶請(qǐng)求視頻服務(wù)時(shí)，服務(wù)器根據(jù)系統(tǒng)資源的使用情況，決定是否響應(yīng)此請(qǐng)求。系統(tǒng)的資源包括存儲(chǔ)I/O的帶寬、網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)存大小和CPU的使用率。目前有三種類型的視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)：1、通用主機(jī)方法最早的通用視頻服務(wù)器采用計(jì)算機(jī)主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，它運(yùn)行在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)上，如UNIX系統(tǒng)，硬件由一系列眾多的的視頻磁盤陣列組成。視頻服務(wù)器的主要功能是存儲(chǔ)、選擇、傳送大量的數(shù)據(jù)，卻很少進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因此，將主機(jī)作為視頻服務(wù)器既不利于發(fā)揮主機(jī)的主要功能，又增加了系統(tǒng)的成本，因?yàn)楸仨毺峁┐罅康牟⒎潜仨毜挠布蛙浖?。因此，有必要研究具有專門的功能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的視頻服務(wù)器。2、緊耦合多處理機(jī)按照視頻服務(wù)器功能要求，制作出大量完成某項(xiàng)指令或?qū)ｉT功能的硬件單元，然后將相關(guān)單元組合成相應(yīng)的專用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)有的擅長(zhǎng)創(chuàng)建靜止圖象，有的是數(shù)據(jù)庫(kù)管理器，還有的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其它動(dòng)態(tài)視頻的數(shù)據(jù)庫(kù)。最后將這些系統(tǒng)級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成緊耦合多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的視頻服務(wù)器。這種服務(wù)器費(fèi)用低、性能高、功能強(qiáng)，具有解決專項(xiàng)問(wèn)題的特征，但節(jié)目受到一定的限制，擴(kuò)展性較差。3、調(diào)諧視頻服務(wù)器調(diào)諧視頻服務(wù)器的主板有一個(gè)有獨(dú)特微碼的嵌入式仿真器控制。磁盤控制器、ATM打包器和記帳計(jì)算機(jī)接口都利用這些極高速的仿真器來(lái)提供它們的功能和各功能塊間的通訊。仿真器是通過(guò)特殊的寄存器總線和微碼緊密耦合的。調(diào)諧視頻服務(wù)器的結(jié)構(gòu)是可擴(kuò)展的。只要在主板中插入更多的服務(wù)通路，就可以達(dá)到擴(kuò)容的目的。五、媒體服務(wù)器軟件平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)視頻平臺(tái)包括媒體內(nèi)容制作、發(fā)行與管理模塊、用戶管理模塊、視頻服務(wù)器。內(nèi)容制作涉及視頻采集、編碼。發(fā)行模塊負(fù)責(zé)將節(jié)目提交到網(wǎng)頁(yè)，或?qū)⒁曨l流地址郵寄給用戶。內(nèi)容管理主要完成視頻存儲(chǔ)、查詢；節(jié)目不多時(shí)，可使用文件系統(tǒng)，當(dāng)節(jié)目量大，就必須編制數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。用戶管理可能包括用戶的登記和授權(quán)。視頻服務(wù)器將內(nèi)容通過(guò)點(diǎn)播或直播的方式播放。對(duì)范圍廣、用戶多的播放，可在不同區(qū)域的中心建立相應(yīng)的分發(fā)中心，協(xié)同完成播放。此外，對(duì)商業(yè)站點(diǎn)，還應(yīng)包括計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等。其工作過(guò)程如下：1、任務(wù)服務(wù)(SessionService)建立和維持客戶和服務(wù)器之間的通信通道；為特定的客戶設(shè)備管理一系列的服務(wù)器資源；每一個(gè)客戶設(shè)備只分配一個(gè)任務(wù)。2、內(nèi)容服務(wù)(ContentService)其操作過(guò)程如下：（1）、為當(dāng)前的一個(gè)或多個(gè)視頻主題查詢內(nèi)容；（2）、內(nèi)容服務(wù)返回一個(gè)與所需要的視頻內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的"assetcookie"；（3）、客戶把"assetcookie"交給流服務(wù),準(zhǔn)備視頻內(nèi)容"流化"；（4）、流服務(wù)用節(jié)目解析器解析出"assetcookie"；（5）、流服務(wù)定位MDS中所關(guān)聯(lián)的節(jié)目?jī)?nèi)容；（6）、流服務(wù)指引"視頻泵""流出"節(jié)目?jī)?nèi)容到客戶端。3、流服務(wù)（StreamService）流服務(wù)指引"視頻泵"（VideoPump）以實(shí)時(shí)流的形式分發(fā)數(shù)據(jù)（MPEG―1或MPEG―2傳輸流）到客戶端；同"視頻泵"一起執(zhí)行VCR控制功能（暫停、繼續(xù)、快進(jìn)、快退）；客戶端通過(guò)媒體網(wǎng)絡(luò)（MediaNet）以流（MediaNetStream）的形式接收BLOB數(shù)據(jù)；BLOB（BinaryLargeOBject）二進(jìn)制大對(duì)象，如bitmap（位圖）、imagestills（靜止畫面）及客戶需要下載供本地訪問(wèn)的一些存儲(chǔ)在VS中的數(shù)據(jù)，以可靠方式傳輸（通過(guò)MN），而實(shí)時(shí)視頻流的傳輸往往被認(rèn)為是不可靠的。4、媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)（MediaDataStoreService-MDS）進(jìn)行文件管理（創(chuàng)建、存儲(chǔ)、修改、刪除）及目錄管理功能；當(dāng)"視頻泵"(videopump)要"播"一個(gè)視頻文件時(shí)，它先給MDS目錄服務(wù)器（MDSDirectoryServer）發(fā)一個(gè)消息打開(kāi)文件，然后從該目錄服務(wù)器得到這個(gè)文件的磁盤布局?jǐn)?shù)據(jù)；由于影像文件都很大，視頻服務(wù)器采用RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks）存儲(chǔ)影像文件；所有用來(lái)存儲(chǔ)影像節(jié)目文件的磁盤稱作一個(gè)卷（volume）,每個(gè)卷都有一個(gè)TOC（tableofcontents），存儲(chǔ)卷里面的文件及它們?cè)诖疟P陣列的位置，TOC的大小決定了一個(gè)卷能存儲(chǔ)文件的個(gè)數(shù)；AStripe是卷上所有磁盤同樣大小的一塊存儲(chǔ)空間；Striping是把一個(gè)文件分散成片（塊）存儲(chǔ)在不同的磁盤上，可以減少單塊盤的訪問(wèn)次數(shù)和時(shí)間，以利于并發(fā)流的處理；存儲(chǔ)節(jié)目時(shí)，先存tableofcontents（如文件的大小、創(chuàng)建的時(shí)間、在磁盤陣列中的位置等），然后橫跨磁盤連續(xù)地存儲(chǔ)，每一塊盤上存一個(gè)stripe，當(dāng)寫完第一個(gè)RAID后，繼續(xù)下一個(gè)RAID，當(dāng)寫到最后一個(gè)RAID的最后一塊硬盤時(shí)，又從第一個(gè)RAID寫起。當(dāng)最后一個(gè)stripe沒(méi)寫滿時(shí)，會(huì)留下空的小塊，下次寫盤時(shí)，又從下一個(gè)RAID開(kāi)始寫盤；因?yàn)椴捎肦AID存儲(chǔ)機(jī)制，當(dāng)硬盤出現(xiàn)故障，不影響視頻服務(wù)器正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。視頻服務(wù)器還支持"熱插拔"（hot－swap）磁盤。5、視頻泵（VideoPump）從MDS中讀取視頻文件，以實(shí)時(shí)方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以合適的下行頻道（段），把視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶；同流服務(wù)一道執(zhí)行VCR控制功能（暫停、繼續(xù)、快進(jìn)、快退）。6、媒體網(wǎng)絡(luò)（MediaNet-MN）MN采用為分布式計(jì)算環(huán)境而擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，即CORBA（CommonObjectRequestBrokerArchitecture），它在Client與視頻服務(wù)器之間提供通信通道。而視頻數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)