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流媒体技术及其在广电行业的应用

2008-12-23 杜智勇 范志超 焦作市广播电视局


    【简 介】 本文首先介绍了流媒体的定义,即流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式;其次介绍了流媒体的相关技术,包括流式传输的基础、流媒体的传输过程、流媒体的常见格式、流媒体常见的传输协议,深入浅出的从技术角度分析了流媒体的各项相关技术;最后,对流媒体技术在广电行业的应用进行了一些展望。

    随着越来越多的朋友开始选择ADSL、Cable Modem或FTTB(Fiber to The Building 光纤到楼)+LAN作为首要的上网方式,宽频时代即将到来,这使我们“网上电视直播,视频点播宽频KTV、影音聊天室、线上电影院、远程教育”的梦想即将成为现实,而与其密切相关的“流媒体(Streaming Media)”也成了许多人谈论的热门话题,因为“流媒体”正是实现这些宽频应用的技术动力。

一. 流媒体的定义
    所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。流媒体又叫流式媒体,它是指用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出,传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后,节目就会像发送前那样显示出来。这个过程的一系列相关的包称为“流”。流媒体实际指的是一种新的媒体传送方式,而非一种新的媒体。
    流式传输方式则是将整个视音频等文件经过特殊的压缩方式分成一个个小的压缩包,由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中,用户不必像采用下载方式那样等到整个文件全部下载完毕,而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用专用的解压设备(硬件或软件)对压缩视音频等文件后产生的小的压缩包进行解压后进行播放和观看。此时文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比,这种对文件边下载边播放的流式传输方式,不仅使启动延时大幅度地缩短,而且对系统缓存容量的需求也大大降低。

二. 流媒体的相关技术
(一)流式传输的基础
 
    流媒体实现的关键技术是流式传输,流式传输主要是指通过网络传送媒体(如视频、音频)的技术总称。实现流式传输有两种方法:实时流式传输(Realtime streaming)和顺序流式传输(progressive streaming)。一般说来,如视频为实时广播,或使用流式传输媒体服务器,或应用如RTSP的实时协议,即为实时流式传输。如使用HTTP服务器,文件即通过顺序流发送。采用那种传输方法依赖你的需求。当然,流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。 
    A.顺序流式传输 
    顺序流式传输是顺序下载,在下载文件的同时用户可观看在线媒体,在给定时刻,用户只能观看已下载的那部分,而不能跳到还未下载的部分,顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件,也不需要其他特殊协议,它经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段,如片头、片尾和广告。
    B.实时流式传输 
    实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接配匹,使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同,他需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送,特别适合现场事件,也支持随机访问,用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。实时流式传输必须配匹连接带宽,这意味着在以较慢网速连接时图象质量较差。而且,由于出错丢失的信息被忽略掉,网络拥挤或出现问题时,会造成视频质量差。
    (二)流媒体的传输过程 
    一般来说,流式传输的过程包括三个步骤: 
    (1)用户选定一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,得到需要传输的实时数据。然后客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序,使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。 
    (2)A/V Helper程序及A/V服务器运行实时流协议(RTSP),以交换A/V传输所需的控制信息。RTSP提供了操纵播放、快进、快退、暂停及录制等命令的方法。 
    (3)A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper程序),一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。在流式传输中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系,是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V Helper程序所在客户机的目的地址A/VHelper程序及A/V服务器运行实时流控制协议(RTSP),以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper程序),一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。
    需要说明的是,在流式传输中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系,是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V Helper程序所在客户机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器,其基本原理如图所示。 
 

流媒体技术及其在广电行业的应用

    (三)流媒体的常见格式
    ●ASF格式:它的英文全称为Advanced Streaming format,它是微软为了和现在的Real Player竞争而推出的一种视频格式,用户可以直接使用Windows自带的Windows Media Player对其进行播放。由于它使用了MPEG-4的压缩算法,所以压缩率和图像的质量都很不错。
    ●WMV格式:它的英文全称为Windows Media Video,也是微软推出的一种采用独立编码方式并且可以直接在网上实时观看视频节目的文件压缩格式。WMV格式的主要优点包括:本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。 
    ●RM格式:Real Networks公司所制定的音频视频压缩规范称为RealMedia,用户可以使用RealPlayer或RealOne Player对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进行实况转播并且RealMedia可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率,从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实现在线播放。另外,RM作为目前主流网络视频格式,它还可以通过其Real Server服务器将其它格式的视频转换成RM视频并由Real Server服务器负责对外发布和播放。RM和ASF格式可以说各有千秋,通常RM视频更柔和一些,而ASF视频则相对清晰一些。 
    ●RMVB格式:这是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式,它的先进之处在于RMVB视频格式打破了原先RM格式那种平均压缩采样的方式,在保证平均压缩比的基础上合理利用比特率资源,就是说静止和动作场面少的画面场景采用较低的编码速率,这样可以留出更多的带宽空间,而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下,大幅地提高了运动图像的画面质量,从而图像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。另外,相对于DVDrip(所有用DVD做为片源进行重新压缩编码的文件都统称为DVDRip)格式,RMVB视频也是有着较明显的优势,一部大小为700MB左右的DVD影片,如果将其转录成同样视听品质的RMVB格式,其个头最多也就400MB左右。不仅如此,这种视频格式还具有内置字幕和无需外挂插件支持等独特优点。要想播放这种视频格式,可以使用RealOnePlayer2.0或RealPlayer8.0加RealVideo9.0以上版本的解码器形式进行播放。
    ●3GP电影是一种3G

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