试谈多媒体网络通信之流媒体

多媒体技术课程报告 学号：学号： 姓名：姓名： 班级：班级： 专业：专业： 教师：教师： 2010 年年 6 月月 目目 录录 4 5 5 5 2. 1. 2 多媒体通信校园网建设。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。5 2.2 流媒体技术及其应用。流媒体技术及其应用。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。6 2.2.1 流媒体技术简介。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 10 10 摘要摘要 流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息的技术。近年来， 随着网络宽带网络的发展和用户需求的驱动，流媒体技术和相关的应用得到越 来越多的关注，其边下载边播放的特性深受教育,娱乐等行业的喜爱，被认为是 未来高速宽带网络的主流应用之一。本文介绍了网络流媒体服务系统构架，组 成及其流媒体技术的应用，并阐述了应用于多媒体系统的各种技术。 关键字关键字：流媒体 传输 协议 视频会议 Abstract Streaming media technology in the data network to stream transmission of multimedia information tecnology .In technology in recent years，with e broadband network,Fa zhan and user demand driven ,streaming media techonlongy and related applications are getting more and more attention,its and related applications are getting more and more attention,its side while playing the Texing download popular educati its side while playing the Texing download popular education,and entertainment Xing yes love, isconsidered the mainstream of future high-speed broadband network one of the applications. This article describes the streaming media service network system architecture,components, and streaming media technology,and described the system used in streaming media technologies Keywords:Streaming Media Transfer Protocol Video Conferencing 1 1 前前 言言 半年的的多媒体课程的学习，让我增进了不少关于生活中与多媒体的相关常识， 在现实生活中，有太多关于多媒体的知识在应用，今天我就浅谈一下多媒体网 络通信和流媒体的相关知识，由于是自己总结的，有许多不专业不到之处，敬 请老师批改。随着网络、通信技术和多媒体技术的不断发展，人们已经采取了 各种各样的新的方式进行沟通。如现在我们经常使用的电话、视频对话、 语音对话、数字图书馆以及一些大规模的网络服务，如电子商务、远程教育等 等都是伴随着多媒体技术的发展而逐渐发展起来的。这些基于多媒体的网络服 务为家庭、学校和企事业单位提供了更加丰富多彩的信息交流手段，可以说网 络、通信技术的发展离不开多媒体技术的进步，但同时，多媒体技术的实现以 及它的有效利用也离不开网络技术和通信技术的支持。而目前流媒体技术已经 在很多领域，如多媒体新闻发布、在线直播、视频点播、远程教育等，得到了 广泛的应用。但这种备受喜爱的传输方式对网络和通信技术提出了更多更高的 要求，因为多媒体数据必须进行预处理（降低质量、采用高效的压缩算法等） 才能适合流式传输，此外，流式传输需要缓存以及适当的传输协议。如采用 HTTP 传输控制信息，使用 RTP/UDP 传输实时声音数据。我们的生活离不开多 媒体技术，更离不开流媒体技术，它已经在不知不觉中融入了我们的生活，让 我们的生活更多彩更丰富。 浅浅 谈谈 多多 媒媒 体体 网网 络络 通通 信信 之之 流流 媒媒 体体 2.1 多媒体网络通信在当今的应用 2.1.1 多媒体网络与通信技术多媒体网络与通信技术 网络、通信技术的发展离不开多媒体技术的进步，但同时，多媒体技术的 实现以及它的有效利用也离不开网络技术和通信技术的支持。多媒体数据的分 布性、结构性以及计算机支持的协同工作等应用领域都要求在计算机网络上传 送声音、图像数据，在传输的过程就要保证传输的速度和质量。而多媒体通信 是通信技术和多媒体技术结合的产物，它并蓄兼收了计算机的交互性、多媒体 的复合性、通信的分布性以及电视的真实性等优点。在协同工作中，由于要用 到摄像机、监视器、话筒等多媒体设备进行发送和接收信息，这就对同时在网 络上传输多路双向声音和图像的要求非常高。现有局域网是基于个结点可共享 网络宽带的思想设计的，它假设各结点间传送的数据在时间上是相互独立的， 因此可知，局域网技术不能满足多媒体通信的传输连续性的要求。除此之外， 相关数据类型的同步、可变视频数据流的处理、信道分配以及网络传输过程中 的高性能、可靠性等仍是多媒体技术对网络通信技术提出的要求。多媒体计算 机技术发展到今天，一些多媒体设备，如声卡、音箱、大容量存储器、带有图 形加速器的显卡等已成为计算机系统的基本配置。除了主机外，一个典型的 MPC 的配置主要为光盘驱动器、音频卡、视频卡、打印机、扫描仪、数码相机 等。如图 2.1.1 是多媒体硬件系统的结构。 图图 .1 多媒体硬件系统的结构多媒体硬件系统的结构 2.1.2 多媒体通信多媒体通信校园网建设校园网建设 根据普通高校电化教育改革的指导思想和发展目标，结合学校教育、教学与学 术科研的特点，多媒体校园通信网络的建设，应适应和满足教育现代化的主要 需求。 （1）利用 internet/intranet 技术组网，实现 intranet 网的基本功能和服务， 比如，www、ftp、e-mail 和数据库服务等；（2）采用 web/server 或 clint/server 技术实现视频广播、视频点播、视频会议、实时视频监控、远程实时多媒体教 学；（3）建设开发以下网络多媒体制作使用环境：多媒体课件制作管理平台、 网络多媒体教室、网络虚拟实验室等等。以满足进行包括视听教育、 计算 机 辅助教学、计算机多媒体技术在内的各种媒体技术的研究与应用的需求；满足 为各学科教师、研究人员的科研工作提供国内外有关的各种类型的多媒体资料、 学术前沿动态信息的的需求；满足提高各部门办公效率的需求；满足宣传和文 化娱乐的需求；满足传播信息的需求；满足教育技术自身建设形成良性循环的 需求。 多媒体校园通信网络在功能设计上，既要考虑计算机技术、CATV 技术和 网络技术现有的设备水平，也要考虑今后发展的趋势，具有一定的超前性；既 要考虑高校自身教育、教学与 科学 研究的现状，也要考虑文化、科技发达国 家和地区的特点，充分利用网络平台的多媒体功能。可以传送多套高质量广播、 电视节目调频广播、数字音频广播、模拟电视、数字电视、高清晰度电视。多 媒体应用系统。引进或开发以下应用系统：视频广播、视频点播、视频会议、 实时视频监控、远程实时多媒体教学、网络多媒体开发制作使用环境（多媒体 课件制作管理平台、网络多媒体教室、网络虚拟实验室） 。为开展多媒体教学提 供条件；为教师备课和优化教学设计创造良好的环境；为学生自学、复习、开 辟第二课堂提供方便。数据通信。计算机联网、Internet、教育科研网及其它专 网的互联。信息资源。主要是指支持多媒体应用系统运行的数据源。它主要包 括视频点播音像库、多媒体课件、 电子 教材、电子题库、数据库访问、电子 图书资料馆、教学管理、信息咨询服务等。网络服务功能。主要用于开通 www 服务、ftp 服务、e-mail 服务和数据库服务等。 22 流媒体技术及其应用流媒体技术及其应用 2.2.1 流媒体技术简介流媒体技术简介 互联网的普及和多媒体技术在互联网上的应用，迫切要求能解决实时传送 视频、音频、计算机动画等媒体文件的技术，在这种背景下，于是产生了流式 传输技术及流媒体。通俗的讲，在互联网上的视音频服务器将声音、图像或动 画等媒体文件从服务器向客户端实时连续传输时，用户不必等待全部媒体文件 下载完毕，而只需延迟几秒或十几秒，就可以在用户的计算机上播放，而文件 的其余部分则由用户计算机在后台继续接收，直至播放完毕或用户中止操作。 这种技术使用户在播放视音频或动画等媒体的等待时间成百倍的减少，而且不 需要太多的缓存。 流媒体指在 internet/intranet 中使用流式传输技术的连续时基媒体，如： 音频、视频或多媒体文件，它在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容 存入内存，其他的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟，其关 键技术就是流式传输。 与传统的单纯的下载相比较，流媒体具有明显的优点。 （1）由于不需要将全部数据下载，因此等待时间可以大大缩短； （2）由于流文件往往小于原始文件的数据量，并且用户也不需要将全部 流文件下载到硬盘，从而节省了大量的磁盘空间； （3）由于采用了 rstp 等实时传输协议，更加适合动画、视音频在网上的 实时传输。 流媒体(StreamingMedia)又叫流式媒体，是指采用流式传输方式在互联网上 播放的媒体格式，如音频、视频或多媒体文件，用户可以边接收边播放，使时 间延续大大减少。流媒体技术是制作现代远程教学节目的重要技术。其传输过 程是，先将视频节目用硬件或软件设备转换成流媒体，用视频传送服务器把节 目流媒体当成数据包发出。流媒体技术也称为流式媒体技术。所谓流媒体技术 就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下 载一边观看、收听，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以观看 的网络传输技术。该技术先在使用者端的计算机上创建一个缓冲区，在播放前 预先下载一段数据作为缓冲，在网路实际连线速度小于播放所耗的速度时，播 放程序就会取用这一小段缓冲区内的数据，这样可以避免播放的中断，也使得 播放质量得以保证。 流媒体技术的实现 流媒体技术不是一种单一的技术，它是网络技术及视/音频技术的有机结合。 流媒体技术的原理：由于目前的存储容量和网络带宽还不能完全满足巨大 的 A/V，3D 等多媒体数据流量的要求，所以对 A/V，3D 等多媒体数据一般要进 行预处理后才能进行存储或传输。预处理主要包括采用先进高效的压缩算法和 降低质量（有损压缩）两个方面。同样，在流媒体技术中，进行流式传输的多 媒体数据应首先经过特殊的压缩，然后分成一个个压缩数据包，由服务器向用 户计算机连续、实时传送。 流媒体技术的实现过程：下文以 RealMedia 为例来说明流媒体的制作、传 输和使用的过程： 1、采用视频捕获装置对事件进行录制； 2、对获取的内容进行编辑，然后利用视频编辑硬件和软件对它进行数字化 处理； 3、经数字化的视频和音频内容被编码为流媒体（.rm）格式。 4、媒体文件或实况数据流被保存在安装了流媒体服务器软件的宿主计算机 上； 5、用户点击网页请求视频流或访问流内容的数据库； 6、宿主服务器通过网络向最终用户提交数字化内容； 7、最终用户利用桌面或移动终端上的显示媒体内容的播放程序（如 Realplayer）进行回放和观看。 流媒体技术需要解决的问题: 在网络上实现流媒体技术，需要解决流媒体的制作、发布、传输及播放等方 面的问题，而这些问题则需要利用视音频及时及网络技术来解决，具体如下： 流媒体制作技术方面需解决的问题.在网上进行流媒体传输，所传输的文件必须 制作成适合流媒体传输的流媒体格式文件。因为通常格式存储的多媒体文件容 量十分大，若要在现有的窄带网络上传输需要花费十分长的时间，若遇网络繁 忙，还将造成传输中断。另外，通常格式的流媒体也不能按流媒体传输协议进 行传输。因此，对需要进行流媒体格式传输的文件应进行预处理，将文件压缩 生成流媒体格式文件。这里应注意两点：一是选用适当的压缩算法进行压缩， 这样生成的文件容量较小。二是需要向文件中添加流式信息。流媒体传输方面 需解决的问题。流媒体的传输需要合适的传输协议，目前在 Internet 上的文件 传输大部分都是建立在 TCP 协议的基础上，也有一些是以 FTP 传输协议的方式 进行传输，但采用这些传输协议都不能实现实时方式的传输。随着流媒体技术 的深入研究，目前比较成熟的流媒体传输一般都是采用建立在 UDP 协议上的 RTP/RTSP 实时传输协议。为何要在 UDP 协议而不是在 TCP 协议上进行实时数据 的传输呢？这是因为 UDP 和 TCP 协议在实现数据传输时的可靠性有很大的区别。 TCP 协议中包含了专门的数据传送校验机制，当数据接受方收到数据后，将自 动向发送方发出确认信息，发送方在接收到确认信息后才继续传送数据，否则 将一直处于等待状态。而 UDP 协议则不同，UDP 协议并不是提供数据传送的校 验机制。从发送方到接收方的数据传输过程，UDP 协议本身并不能做任何校验。 因此可以看出 TCP 协议注重传输质量，而 UDP 协议则注重传输速度。因此，对 于传输质量要求不是很高，而对传输速度则有很高要求的视音频流媒体文件来 说，采用 UDP 协议则更合适。在流媒体的传输过程中需要缓存的支持。因为 Internet 是以包为单位进行异步传输的，因此多媒体数据在传输中要被分解成 许多包，由于网络传输的不稳定性，各个包选择的路由不同，所以到达客户端 的时间次序可能发生改变，甚至产生丢包现象。为此，必须采用缓存技术来纠 正由于数据到达次序发生改变而产生的混乱状况，利用缓存对到达的数据包进 行正确排序，从而使视音频数据能连续正确地播放。缓存中存储的是某一段时 间内的数据，数据在缓存中存放的时间是短暂的，缓冲中的数据也是动态的， 不断更新的。流媒体在播放时不断读取缓存中的数据进行播放，播放完后该数 据被立即清除，新的数据将存入到缓存中。因此，在播放流媒体文件时并不需 要占用太大的缓存空间。UDP 即用户数据报协议。TCP 即传输控制协议。流媒体 播放方面需解决的问题。流媒体播放需要浏览器的支持。通常情况下，浏览器 是采用 MIME 来识别各种不同的简单文件格式，所有的 WEB 浏览器都是基于 HTTP 协议，而 HTTP 协议都内建有 MIME。所以 Web 浏览器能够通过 HTTP 协议中 内建的 MIME 来标记 Web 上众多的多媒体文件格式，包括各种流媒体格式。MIME 即通用 Tnternet 邮件扩充服务系统。 流媒体系统的组成及网络环境： 基本组成包括一下 5 个方面， 1.编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式 2. 流媒体数据 3. 服务器：存放和控制流媒体的数据 4. 网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络 5. 播放器：供客户端浏览流媒体文件 媒体服务器硬件平台 视频服务器把存储在存储系统中的视频信息以视频流的形式通过网络接口 发送给相应的客户，响应客户的交互请求，保证视频流的连续输出。视频信息 具有同步性要求，一方面必须以恒定的速率播放，否则引起画面的抖动，如 mpeg-1 视频标准要求以 1.5mb/s 左右的速度播放视频流。另一方面，在视频流 中包含的多种信号必须保持同步，如画面的配音必须和口型相一致。另外，视 频具有数据量大的特点，它在存储系统上的存放方式，直接影响视频服务器提 供的交互服务，如快进和快倒等功能的实现。因此视频服务器必须解决视频流 特性提出的各种要求。视频服务器响应客户的视频流后，从存储系统读入一部 分视频数据到对应于这个视频流的特定的缓存中，然后此缓存中的内容送入网 络接口发送到客户。当一个新的客户请求视频服务时，服务器根据系统资源的 使用情况，决定是否响应此请求。其中，系统资源包括存储 i/o 的带宽、网络 带宽、内存大小和 cpu 的使用率等。 媒体服务器软件平台 网络视频软件平台包括媒体内容制作、发行与管理模块、用户管理模块、 视频服务器。内容制作涉及视频采集、编码。发行模块负责将节目提交到网页， 或将视频流地址邮寄给用户。内容管理主要完成视频存储、查寻；节目不多时 可使用文件系统，当节目量大时，就必须编制数据库管理系统。用户管理可能 包括用户的登记和授权。视频服务器将内容通过点播或直播的方式播放，对于 范围广、用户多的情形，可在不同的区域中心建立相应的分发中心。 流媒体的网络环境 流媒体通信网并不是一个新建的专门用于流媒体通信的网络，目前绝大部 分的多媒体业务多是在现有的各种网络上运行的，并且按照多媒体通信的要求 对现有网络进行改造和重组。目前通信网络大体上可分为三类：一类为电信网 络，如公共电话网（pstn） 、分组交换网（pspdn） 、数字数据网（ddn） 、窄带和 宽带综合业务数字网（n-isdn 和 b-isdn）等；一类为计算机网络，如局域网 （lan） 、城域网（man） 、广域网（wan） ，具体如光纤分布式数据接口（fddi） 、 分布式队列双总线（dqdb）等；一类为电视广播网络，如有线电视网（catv） 、 混合光纤同轴网（hf） 、卫星电视网等。以上介绍的通信网虽然可以传输多媒体 信息，但都不同程度上存在着各种缺陷。于是，人们自然将目光转向了一些新 的网络存取方式，如宽带综合业务数字网（b-isdn） 、异步传输（atm）网和宽 带 ip 网络。事实表明，这些网络是到目前为止是最适合多媒体信息传输的网络。 流媒体的主要应用流媒体的主要应用 互联网的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒 体业务正变得日益流行。 流媒体技术广泛用于多媒体新闻发布、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，它的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们 的工作和生活将产生深远的影响。下面结合常用的主流视频播放平台介绍几种 典型的流媒体应用。 会议电视和视频点播 随着 internet 网络的普及，使网络上传输的资料不仅仅限于文字和图形。 有许多的 internat 的视频应用需要在 internet 网络上点播，它们都要求最大 范围的让观众观看到高质量的节目，象电视一样达到宣传、广告或满足观众需 求的目的。这就要求系统具备高传输速率、数据同步、数据流的分流、高稳定 性等