-流媒体技术剖析

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1、第3章 流媒体技术,本章重点： 流媒体的定义 流媒体系统的基本构成 流媒体的应用 使用VFW开发,第3章 流媒体技术,3.1 流媒体的兴起背景 3.2 流媒体及其传输技术 3.3 流媒体系统的基本构成 3.4 流媒体的应用 3.5 流媒体系统开发基础 3.6 小结,3.1 流媒体的兴起背景,3.1.1 互联网技术的发展 3.1.2 流媒体技术兴起的原因,3.1.1 互联网技术的发展,在20世纪80年代后期，被称为20世纪最伟大发明之一的Internet出现，改变了一直利用纸张传递信息的方式，采用更加快捷，方便的网络来传输信息，整个世界变得密切起来了。 随着频宽的改善，WWW协议的出现，以及Ne

2、tScape的大量风行，图片大量的出现在各大网站。依照静态媒体（文字、图片）进化到动态媒体（音乐、影片）的历史进程来说，线上音乐，线上电视是理所当然的。,3.1.2 兴起原因,在线音乐或影片的不通畅 原因： 1.频宽问题 实际中的网络速度是理论上值的10 % -30%之间 制约带宽的三个因素 1.服务端接入带宽 2.客户端接入带宽 3.从服务端到客户端 之间的带宽,3.1.2 兴起原因,2.不稳定的连接速度 网络服务端、线路、接受端不稳定性 网上视音频技术的难点 大量高质量的服务在有限的带宽上传送 实时视频数据在IP网络上传送如何保证服务质量,3.2 流媒体及其传输技术,3.2.1 流媒体的定

3、义 3.2.2 流媒体的传输方式 3.2.3 流媒体技术原理 3.2.4 流式文件格式 3.2.5 流媒体的播放方式,3.2.1 流媒体的定义,在网络上传输音/视频(A/V)等多媒体信息，目前主要有下载和流式传输两种方式。 采用下载方式下载一个音/视频文件，常常要花数分钟甚至数小时。这主要是由于音/视频文件一般都较大，所需的存储容量也较大。再加上网络带宽的限制，所以这种方法延迟很大。 流式传输则把声音、影像或动画等时基媒体通过音/视频服务器向用户终端连续、实时地传送。,3.2.1 流媒体的定义,流媒体(Streaming Media)是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多

4、媒体文件。流媒体技术就是把连续的影像和声音经过压缩处理后放在网站服务器上，让用户边下载边观看和收听，而不需要等整个文件全部下载完毕后才观看,3.2.2 流媒体的传输方式,基础技术包括：网络通信、多媒体数据采集、多媒体数据压缩、多媒体数据存储、多媒体数据传输。流媒体实现的关键技术就是流式传输。 实现流式传输有两种方法：实时流式传输和渐进流式传输。 一般说来，如视频为实时广播，或使用了流式传输媒体服务器，或应用了如RTSP(Real Time Streaming Protocol)等实时协议，即为实时流式传输；如使用HTTP服务器，文件即为通过渐进流式传输。,3.2.2 流媒体的传输方式,1. 实

5、时流式传输 （1）实时流式传输保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。实时流式传输与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。 （2）实时流式传输需要特定服务器，如QuickTime Streaming Server，RealServer与Windows Media Server。这些服务器允许用户对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。,3.2.2 流媒体的传输方式,优点： （1）适合较大文件 （2）素材可以随机访问 （3）节约用户的磁盘空间 （4）可以实现每个流的带宽分配，带宽补偿等功能 缺点： （1）实时流式传输必须匹配连

6、接带宽， 所以在以调制解调器速度连接时，图像质量较差； 由于出错丢失，的信息，当网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。 （2）实时流式传输需要特殊的网络协议，如：RTSP或MMS。这些协议在有防火墙是可能会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容,3.2.2 流媒体的传输方式,（3）需要特殊的服务器 （4）假如文件比特率超过连接速度，观看将会断续 应用： 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。适用于远程教育、网络电台、网络视频等。,3.2.2 流媒体的传输方式,2. 渐进流式传输 渐进流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户

7、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后续部分。渐进流式传输不能像实时流式传输那样在传输期间可根据用户连接的速度做调整。 优点： （1）通过调制解调器发布短片段的情况，渐进流式传输显得很实用，它允许用比调制解调器更高的数据速率创建视频片段。尽管有延迟，毕竟可发布较高质量的视频片段。,3.2.2 流媒体的传输方式,（2）顺序流式文件是放在标准HTTP 或 FTP服务器上的， 这种文件易于管理， 基本上与防火墙无关。 缺点： （1）用户在观看前必须经历延迟， 对较慢的连接尤其如此。 （2）不能跳过片头，必须先下载后看。 应用：比较适合高质量的短片段， 如片头、

8、 片尾和广告。 顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频， 如讲座、 演说与演示。 它也不支持现场广播。,3.2.3 流媒体技术原理,流式传输的实现需要缓存。 实现流式传输需要使用缓存机制。因为音频或视频数据在网络中是以包的形式传输的，而网络是动态变化的，各个数据包选择的路由可能不尽相同，到达客户端所需的时间也就不一样，有可能会出现先发的数据包却后到。因此，客户端如果按照包到达的次序播放数据，必然会得到不正确的结果。使用缓存机制就可以解决这个问题，客户端收到数据包后先缓存起来，播放器再从缓存中按次序读取数据。 使用缓存机制还可以解决停顿问题。网络由于某种原因经常会有一些突发流量，此时会造

9、成暂时的拥塞，使流数据不能实时到达客户端，客户端的播放就会出现停顿。如果采用了缓存机制，暂时的网络阻塞并不会影响播放效果，因为播放器可以读取以前缓存的数据。等网络正常后，新的流数据将会继续添加到缓存中。 虽然音频或视频等流数据容量非常大，但播放流数据时所需的缓存容量并不需要很大，因为缓存可以使用环形链表结构来存储数据，已经播放的内容可以马上丢弃，缓存可以腾出空间用于存放后续尚未播放的内容。,流媒体的技术原理,流式传输的实现需要合适的传输协议 TCP（传输控制协议）虽然是一种可靠的传输协议，但由于需要的开销较多，并不适合传输实时性要求很高的流数据。因此，在实际的流式传输方案中，TCP协议一般用来

10、传输控制信息，而实时的音视频数据则是用效率更高的UDP（用户数据报协议）等协议来传输。,流媒体的技术原理,（1）实时传输协议RTP （Real time Transport Protocol）与RTCP （Real time Control Protocol） RTP是用以传输实时视/音数据，1995年11月22日,IETF通过并成为推荐标准 （RFC1889、RFC1890) 。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。 RTCP：实时控制协议。和RTP捆绑一起的传输控制协议，提供时间信息和实现流同步，主要用以声音同步和Qos管理等。,流媒体的技术原理,

11、(2) 实时流协议RTSP RTSP（Real Time Streaming Protocol，实时流媒体协议）是由Real Network和Netscape共同提出的一种应用层协议，它定义了如何在IP网络上有效地传输流媒体数据。RTSP提供了一种机制，使音频、视频等数据可以按照需要进行实时传输，并且可以实施诸如暂停、快进等控制。源数据可以是存储的文件，也可以是现场数据的反馈。 注： 1.RTSP协议本身并不传输数据，数据的传输是通过基于UDP协议的RTP协议来完成的。但在RTP协议传输流媒体数据的过程中，RTSP连接是一直存在的，并且控制着流媒体数据的传输。一旦流媒体数据到达了客户端，流媒体

12、播放器就可以播放输出了。流媒体的数据和控制信息使用不同的协议和连接时，还可以带来一个好处，就是播放流媒体的客户机和控制流媒体播放的客户机可以是不同的计算机。 2.HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML（超文本标记语言），而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；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。,流媒体传输基本原理,流式传输的过程一般是这样的： 用户（Web浏览器）通过HTTP/TCP与Web服务器(Web Server)交换信息， 获取流媒体服务清单， 根据获得的流媒体服务清单向媒体服务器(A/V Server)请求相关服

13、务；然后客户机的Web浏览器启动相应的媒体播放器， 通过RTP/UDP从媒体服务器中获取流媒体数据， 实时播放。 在播放过程中， 客户机的媒体播放器需要实时通过RTCP/UDP与媒体服务器交换控制信息， 媒体服务器根据客户机反馈的流媒体接收情况智能调整向客户机传送的媒体数据流， 从而在客户端达到最优的接收效果。,图3.1 流式传输基本原理,3.2.4 流式文件格式,标准体文件格式,大文件,流式编码 软件或硬件,流式媒体文件格式,流式数据,图10.2 流式文件编码过程,3.2.4 流式文件格式,RM/RA RealNetworks ASF Microsoft （Advanced Stream F

14、ormat） MOV-QuickTime,3.2.4 流式文件格式,RM格式：这是由Real Networks公司开发的一种新型流式视频文件格式。 MOV格式：MOV也可以作为一种流文件格式。QuickTime能够通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能。 ASF格式：这是由微软公司开发的流媒体格式，是一个在Internet上实时传播多媒体的技术标准。,3.2.4 流式文件格式,表10.1 常用的流式文件类型,视频文件VS流媒体文件,3.2.5流媒体的播放方式,点播(unicast) 组播(Multicast)又称为多址广播 广播(Broadcast) 。,3.2.5流

15、媒体的播放方式,点播 点对点的特点是流媒体的源和目的地是一一对应的，即流媒体从一个源(服务器端的应用)发送出去后只能到达一个目的地(客户端应用)。 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， 从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机， 这种传送方式称为点播。 每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询， 而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。 这种巨大冗余会造成服务器的负担沉重， 响应的时间过长， 甚至停止播放； 管理人员为保证一定的服务质量， 必须配置合适的硬件和带宽。,3.2.5流媒体的播放方式,组播 组播是一种基于“组“的广播，其源和目的地是一对多的关系，但

16、这种一对多的关系只能在同一个组内建立，也就是说，流媒体从一个源(服务器端的应用)发送出去后，任何一个已经加入了与源同一个组号的目的地(客户端应用)均可以接收到，但该组以外的其他目的地(客户端应用)均接收不到。 IP组播技术构建一种具有组播能力的网络， 允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。 采用组播方式， 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。 媒体服务器只需要发送一个信息包， 而不是多个， 所有发出请求的客户端共享同一信息包。 信息可以发送到任意地址的客户机上， 减少网络上传输信息包的总量。 网络利用效率大大提高， 成本大为下降。,3.2.5流媒体的播放方式,广播 广播的源和目的地也是一对多的关系，但这种一对多的关系并不局限于组，也就是说，流媒体从一个源(服务器端的应用)发送出去后，同一网段上的所有目的地(客户端应用)均可以接收到，广播可以看作组播的一个特例。,3.3 流媒体系统的基本构成,3.3.1媒体内容制作 3.3.2媒体内容管理 3.3.3用户管理 3.3.4视频服务器 3.3.5客户端系统,3.3 流媒体系统的基本