（农业电气化与自动化专业论文）流媒体服务系统的设计与实现.pdf

摘攫 篡燃燃篡皇曼鼍蔓皇鼍邕鼎贼蔓曼! ! ! 曼曼篁鼎燃邕舞寰蔓皇罾删i l h u ! j u , ii 邕苎! ! 曼舅舅磷燃舅寰皇曼曼曼些燃 摘要 流媒体正成为互联网应用的主流，推动了互联网整体袈构的革新，拉动信息经济的 蛙艉在互联测媒体传播方面越列了主导的作耀。茳息好的梭嗣网络环境下，利用先进 抟漉媒体挂术采歼展霹络教学、税额点播、糍络电撬、税额会议、嬲终壹撂秘喇终篮控 等应角夺菲常大蛹安用价值。 论文首先阐述了流媒体技术的相关知识，包括流媒体概念、流媒体超源和发展、流 f i f 体技术特征、流式传输的原理、流媒体传输的网络协议及传输流程。 在分橱校园漉媒体应用宴黼嚣求的蒌础上，构想出漉媒体腿务系统的整体方案，并 怼鬃统静苦子系绫弱功鼗进行没诤。整个系绞爱滚媒体簸务耩、鳕撵蕊终、獬络电程直 播、视频点播、阐绍直播和剜洛嗡控六个子系统构成。 流媒体服务器是系统的核心设备，在了解国内外流媒体服务器的发展状况和流媒体 服务器关键技术豹基础上，本文选用高性能的服务器和磁盘阵列构成系统硬件结构，选 燃缀软弱w i l l d o w s m e d i as e r v i c e9 终尧系统掇务程序，辑袋丁台技术先避、毪轭挠是 的漉媒体臌势嚣。支中对流媒体服务器的运行设置避行了说瞪，并采取多种手段对服务 器的功能和性能避行多方面的测试实验；针对大规模应用情况下，使用多台流媒体服务 器实现负载均衡进行了方案设计；还对服务器的安全性设置和运行设置也进行了说明。 鳃撵弱终是漉媒律技术瘦用弱必要支持，零文擐据棱露髑躬实际情况设诗了捣建缨 撵掰络静方案，簸最逶遘对嘲络设备静配霉窭璃了基于最先避m s s m 帮 g m pv 3 缀 播协议的组播校潮网络，为流媒体技术的应用提供了最优的网络通信平台。 通过选择电视信号解调器、视频采集卡和编码软件，构成电视节目采编前端系统， 实现了网络电视豢捶。网络电视崖播系统有非常犬的实用价德，既丰富了赖园网的信息 驻努是饔，叉充分觏惩了唾终囊溽，也是裁怒诗冀疑露终承羧矮统媒傣魏一秘寿蓝尝试。 视频点播是一种最广泛的瀛媒体技术应用，本文通过建设w e b 服务器和黼站制作， 借助流媒体服务器，实现了照好的视频点播系统。其中网站制作使用了a s p n e t 和m s s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库技术，恩商执行效率商、运行稳定可摊的优点。 嘲络直播系缓象疆漉媒体技术薅妻播瑗场秘景象强数字媒体濂的形式遴过网络传 送。实现了在瓣终上进行实况转播。本系统实璇中使用教礴强像辊，逶过 e e e1 3 9 4 穰 口传输数字视频信号，既降低了成本，又提高了视频编码质壁和直播效果。 网络监控系统将监控场景姓数字媒体流的形式通过网络馋进，实现了在甄联网 ：任 意她点都可以执行髓控。系统袋用的主要设备戆t o y a 一2 7 箍漪蜥彩色一体化摄像机和 蕊稿m p 4 0 4 x 多籍筏撩采集嚣炼号，麓移蓊辩撬行莲鼙溺终簸控，当蕊撩甓隶增大霹 脊翳扩展，整个系统实现成本低、效果好。 本论文设计盛现的流媒体服务系统，具脊技术先进、性能良好、功能完善、通用性 强、成本低廉的特点，非常适合校园环境，安用价值较高。浚流媒体服务系统的实现， 为我铰广丈师生掇供了基予撬煤髂搜零翦簸务乎台，享誊了棱露弼信塞鼹势巍窑，促进 了数字化校西建设。 关键询流媒体；梭闰网；组播；网络电视；视频点播 采北农业大学工学磷士学位论文 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f s t r e a m i n gm e d i as e r v i c es y s t e m a b s t r a c t b yf a c i l i t a t i n gt h ei n n o v a t i o no fi n t e r n e tf r a m e w o r ka s aw h o l e a n dq u i c k e n i n gt h ep a c e o fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，s t r e a m i n gm e d i a ，t h ew i l l ，b em a i n s t r e a mo fi n t e r a c t ，i sd i s p l a y i n g 1 t sp o t e n t i a ld o m i n a n c el ni n t e r n e tm e d i ac o m m u n i c a t i o np r o v i d e daf a v o r a b l ec a m p u s n e t w o r kc i r c u m s t a n c e s ，t h ea d v a n c e ds t r e a m i n gm e d i am a yf u n c t i o na sap r a c t i c a lp l a t f o r m 如rn e t w o r kt e a c h i n g ，v i d e oo n d e m a n d ，v i d e oc o n r e a c e ，n e t w o r kl i v i n gb r o a d c a s ta n d n e t w o r kn l o n i t o r t h et h e s i sb e g i n sw i t ha ni n t r o d u c t i o nt ot h er e l a t e dk n o w l e d g eo fs t r e a m i n gm e d i a ， i n c l u d i n gi t sd e f i n i t i o n s 、o r i g i n s ，a d v a n c e m e n t ，t e c l m o t o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c ，s t r e a m i n g t r a n s p o r tt h e o r ya l o n gw i t hi t sn e t w o r kp r o t o c o la n dt r a n s m i s s i o nf l o w o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gp r a c t i c a ld e m a n do fs t t e a m i n gm e d i ai nc a m p u s ，c o n s t r u c tt h e c o m p l e t ep l a n n i n go fs t r e a m i n gm e d i as e r v i c es y s t e ma n dd e s i g ni t ss u b s y s t e mf u n e t i o n st h e w h o l es y s t e mi sc o m p o s e do fs t r e a m i n gm e d i a ，m u l t i c a s tn e t w o r k ，i p t v ，v o d ，n e t w o r k l i v i n gb r o a d c a s ta n dn e t w o r km o n i t o rs y s t e m i l lt h i st h e s i s ，w ee x p l o r ean u m b e ro fk e yc h a l l e n g e sa s s o c i a t e dw i t hd e l i v e r i n g s t r e a m i n gm e d i af r o mas e r v e rt oc l i e n ta c r o s sah e t e r o g e n e o u sn e t w o r ks u c ha st h ei n c r u e t ， a n dd e v e l o pe f f e c t i v es o l u t i o n st ot h e s ep r o b l e m ss t r e a m i n gm e d i as e r v e ri st h ec o r eo ft h e s y s t e m ，s ot h et h e s i si sf i n i s h e dw i t ht h e a i do fh i g h - p o w e r e ds e r v e ra n dd i s ka r r a yh a r d w a r e s y s t e ma n ds y s t e ms e r v i c ep r o g r a mo fw i n d o wm e d i as e r v i c e9 ，c o m p o s i n gat e c h n o l o g y a d v a n c e m e n ta n de x c e l l e n tp e r f o r m a n c es t r e a m i n gm e d i as e r v e rb a s e do nk n o w i n gi t s d e v e l o p m e n tc o n d i t i o n sa n dk e yt e c h n o l o g yo fd o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r i e s t h eo n eo f c o n t r i b u t i o n so ft h et h i st h e s i si st h a ti te x p l a i n ss t r e a m i n gm e d i as e r v e ro p e r a t i o ns e t t i n g b a s e do i lal o to ft e s t so ns e r v e rp e r f o r m a n c ea n df o n c t i o nb yv a r i o u sm e a n s a n ds e r v e r s e c u r i t ys e t t i n ga n do p e r a t i o ns e t t i n g ，l o a db a l a n c es c h e m eb yu s i n gm a n ys t r e a m i n gm e d i a s e f v e r so nt h el a r g ea p p l i c a t i o ns c a l e m u l t i c a s t e n a b l e dn e t w o r kp r o v i d e sn e c e s s a d , s u p p o r tt ot h es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y i nc o n s i d e r a t i o no ft h ep r a c t i c a ln e t w o r kc o n d i t i o no nc a m p u s ，t h i sp a p e rf i r s t l yp r o p o s e sa s c h e m ef o rm u l t i c a s tr l e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，a n dt h e ns u g g e s t sa ni d e a lc a m p u sm u l t i c a s t n e t w o r kd e v e l o p m e n to nt h eb a s i so ft h el a t e s tp i m s s ma n dl g m pv 3p r o t o c 0 1 t h u s c o n c e i v e sa no p t i m a ln e t w o r kc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mf o rt h es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y b ym e a n so fc a t vs i g n a ld e m o d u l a t o r ，v i d e oc a p t u r ec a r da n de n c o d i n gs o f t w a r e ，w e c a l lm a k ep o s s i b l er e a l i z a t i o no fg r e a tv a l u a b l el 坩vw k l oe n r i c h i n gt h es e r v i c eo fc a m p u s n e t w o r ka n df u l l yu t i l i z i n gn e t w o r ks o u r c e s j p 下vi sap o s i t i v ea t t e m p ta tc o m b i n i n g t r a d i t i o n a lm e d i aw i t hm o d e r no n e v i d e oo n - d e m a n di st h ew i d e s t a p p l i c a t i o no fs t r e a m i n gm e d i ab ya d o p t i n g t h e 珏 摘要 s t r e a m i n gm e d i as e r v e ra s p n e ta n dm ss q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s et e c h n o l o g yi nw e b s i t e d e s i g n w e c a ni m p r o v et h ee x i s t i n gv i d e oo n d e m a n dt e c h n o l 0 9 3 ，w h i c h b o a s t st h e a d v a n t a g e so fh i g he f f i c i e n c ya n dr e l i a b i l i t y b 、，e m p l o y i n gt h es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y ，n e t w o r kl i v i n gb r o a d c a s ts y s t e mc o n v e y s t i l el i v ev i s i o ni n t od a t am e d i as t r e a m ，a n dt r a n s m i t st h ed a t et h r o u g hn e t w o r k ，t h u sr e a l i z i n g t h el i v i n gb r o a d c a s to n l i n eb yt r a n s m i t t i n gt h es i g n a lo fd i g i t a lv i d e ot h r o u g hi e e e13 9 4 m t e r f a c e t h es y s t e mc a na c h i e v eb e t t e rv i d e oe n c o d i n gq u a l i t ya n db e t t e rl i v i n gb r o a d c a s t w i t hal o w e rc o s t n e t w o r km o n i t o rs y s t e mc a nd i g i t a l i z et h es c e n e sa n dt r a n s m i ti tt h r o u g hn e t w o r ki nt h i s w a ) r ，m o n i t o rc a nb ec o n d u c t e d a t a n yn e t w o r kp o i n t t h es y s t e mc o n s i s t sm a i n l yo f + f o y a 一2 7 xh i g hd e f i n i t i o nc o l o ri n t e g r a t i v ev i d e oc a m e r aa n dg o t r o nm p 一4 0 4 xm u l t i v i d e o c a p t u r ec a r d ，w h i c hm a k ep o s s i b l es i m u l t a n e o u sn e t w o r km o n i t o ri nf o u rl i n e s t h ee a s y e x p a n s i b i l i t yo f t h es y s t e me f f e c t si t sl o wc o s ta n dh i g he f f i c i e n c y t h es t r e a m i n gm e d i as e r v i c es y s t e mp r o p o s e di nt h i sp a p e ri sc h a r a c t e r i s t i co fa d v a n c e d t e c h n o l o g y , e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，i n t e g r a t e df u n c t i o n s ，w i d ea d a p t a b i l i t ya n dl o wc o s t ， w h i c hm a k et h es y s t e mh i g h l yp r a c t i c a la n ds u i tt h ec a m p u sw e l li tr e n d e r st ot h es t u d e n t s a n dt e a c h i n gs t a f fas e r v i c ep l a t f o r mb a s e do ns t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y , e n l a r g e st h ea r e a s o fc a m p u sn e t w o r ki n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，a n dg i v e sab o o s tt ot h ec o n s t r u c t i o no fd i g i t a l c a m p u s k e y w o r ds t r e a m i n gm e d i a ；c a m p u sn e t w o r k ；m u l t i c a s t ：i p t v ；v o d c a n d i d a t e ：x i n gj i n g e s p e c i a l i t y ：a g r i c u l t u r a le l e e t r i z a t i o na n da u t o m a t i z a t i o n s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gc h a n g l i m 1 1 流媒体技术的研究背景 “每天清晨当你醒来的时候，都会为技术进步给人类生活带来的发展和改进而激动 不已。”比尔盖茨对科技带给人们生活的改善充满信心和憧憬。今天带给你这种感受的 就是流媒体技术。 流媒体技术是一种基于宽带技术的视频、音频实时传输技术。人们在网页上看到的 4 i 再是文字或者静止的图像，而是类似电视播放的活动图像信息。它的出现使网络成为 集电视、报纸、广播于一体的新的媒体。 随着信息社会的快速发展，流媒体技术在互联网媒体传播方面起到了主导的作州。 其中视频点播、远稃教育、视频会议、网络直播、网上新闻发布、网络广告等方面的应 _ 珥；| 空前广泛，方便了人们全球范围内的信息、情感交流。 据英国a n a l y s y s 公布的针对视频流式媒体市场的调查结果表明，随着视频流式媒体 逐渐成为企业的一种比较现实的选择，2 0 0 6 年西欧市场规模将从2 0 0 1 年的约2 5 0 0 万美 元成长为约2 亿美元，规模将扩大1 0 倍。该公司并且透露，在今后，视频流式媒体市场 主要将受到公司内部通讯、研修和营销活动以及对投资家提供信息等用途的拉动。剑 2 0 0 6 年，传输量将以年均9 0 。营业额将咀年均5 0 的速度增长。但据其推测。宽带视 频流媒体真正的快速成长将从2 0 0 5 年开始。 流媒体在中国的宽带建设中被列为最主要的应剧之一，人们普遍看好流媒体技术未 来的发展。网站巨头y a h o o 公司创始人杨致远曾预言，鉴于宽带网络崩户数量日益增加， 企业高度重视流媒体技术的时候到了。他说：“从早期发展向大规模应用的过渡己基本完 成，我们相信，通过网络传播多媒体信息的条件已经成熟，流媒体技术腾飞的时刻即将 到来”。 流媒体成为互联网应用的主流，并因其泛而义独特的魅力占领互联网重要市场， 从而推动互联网整体架构的革新，拉动信息经济的发展。近几年来，流媒体技术在世界 范围内已有应用，特别是1 9 9 5 年推出第一个i n t e m e t 流媒体播放器以来，i n t e r n e t 流媒 体应用有了爆炸性增长，互联网的发展决定了流媒体市场的广阔前景。曾经有一组来自 国际权威机构的调查，仅2 0 0 0 年在网上访问流媒体的人数增加6 5 ，两方网络发达国 家i 方问流媒体的人数己达到1 1 亿人，约占网民的1 3 ，在弧洲也迅速增加到2 5 0 0 万人， 将近网民的1 9 。与用户增长相呼应，逐年地，互联网上视频流媒体技术应用大幅度增 k 。如今，流媒体市场己经呈现巨火的收入潜能。巨大的市场吸引越来越多的企业参与 竞争。前些年，a p p l e 、c i s c o 、k a s e n n a 、p h i l i p s 和s u n 宣布成立互联网流媒体联盟( i s m a ) ， 意在兆同推动流媒体市场，并制订相应的开放标准和实施协议。一个全球化的流媒体市 场和竞争格局那时已初步形成，如何在这个市场取得份额，成为当前诸多企业关注的焦 点。国内外厂商的纷纷拥入，将使我国的流媒体市场更加活跃，更加成熟，当然，竞争 电将更加激烈。 1 2 流媒体技术的主要应用 流媒体技术广泛用于网络直播、视频点播、远程教育、多媒体新闻发布、网络广告、 东北农业大学工学硕士学位论文 曼i l l l l l l ! li i ii , 舅曼! 曼葛燃燃鬯皇皇毫皇曼 电 ：龋务、远程医疗、网络电台、实时援鞭会议等互联鄹信惑撮努瓣方方蕊蕊，它的瘟 j g 将为网络信息交浚带来革命授瓣受纯，黠夫们的工份帮生潺褥产生深远瓣彩晌。 ( 1 ) 网络直播 从互联网上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览等。网络带宽问题一直圃扰着 豆联网直播的发展，随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播已经 从试验阶段走向了实用阶段，并能够提供较满意的音、视频效果。 流媒体的视频直播应用突破了网络带宽的限制，实现了在低带宽的环境f 的高质量 影啬传输，其中的智能流技术保证不同连接速率下的用户，可以得到不同质量的影音效 果。此外，流媒体的多址广播( m u l t i c a s t ) 技术可以人大减少服务器端的负荷，同时最 ，k 限度地节省了带宽。 ( 2 ) 视频点播 将视频内容压缩编码后形成流媒体格式的文件，通过流媒体服务器进行发布，使得 j h 户根据自己的需要在任何时候直接点播即可观看，快捷方便。 娱乐是流媒体的重要应用场合。用摄像机或其它装置获得视频信号后，就可以通过 站点进行基于i n t e r n e t 的现场直播；或者保存为流媒体格式的文件，以供按需播放。需 要在一台较高配置的p c 机或服务器上安装上普通视频采集卡和声卡，然后通过视频采 集帚输入视频和通过卢卡输入声音信号就可以用实时编码工具来进行直播或录制成流媒 体文件。在这种应用中可加入一定的计费手段，从而能够提供有偿多媒体内容服务。 ( 3 ) 网络教育 将信息从教师端传递到远程的学生端，需要传递的信息包括各种类型的数据：如视 颁、音频、文本、图片等。由于当前网络带宽的限制，流媒体无疑是晟佳的选择。就目 前来讲，能够在互联网上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体，像r e a ls y s t e m 、f l a s h 、 s h o c k w a v e 等技术就经常应用到网络教学中。随着网络及流媒体技术的发展，越来越多 的远程教育网站开始采用流媒体作为主要的网络教学方式。( 栾莹，2 0 0 3 ) 远程教学将为更多的人提供接受教育的机会。教学者事先在i n t e r n e t i n t r a n e t 上发出 通知，听众在讲座开始前访问某个u r l 地址，当讲座开始时，听众可以看到演讲者的演 讲画面并听到他的声音。整个讲座也可以媒体文件的形式记录下来，用于以后按需播放。 教学者事先把媒体文件传给远程教学服务器，当听众需要听讲座时，同样访问相应的 u r l 地址，请求获取服务器中的媒体内容。媒体数据通过流式传输下载到用户的浏览器 高速缓存中，由媒体播放器实时回放。( 王心，2 0 0 4 ) ( 4 ) 视频会议 市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本都支持t c p i p 网络协议，但采用流媒 体技术作为核心技术的系统并不占多数。流媒体并不是视频会议必须的选择，但是流媒 体技术的出现为视频会议的发展起了很重要的作用。 视频会议和远程教学有很多类似之处，但它对实时性的要求更高。在一个视频会议 中，各个会议点用音视频采集设备得到多媒体内容信息，经过数字化后用某种压缩方法 进行压缩。压缩数据可以通过网络直接在各个会议点之间组播，或传到多点处理器( m p ) 经过合成或转换后再向各与会点组播。但不管采用哪种方式，都需要保证以尽量小的时 延在各个点进行回放，这正是流媒体技术发挥作用的地方。 前言 1 3 论文的研究内容 流媒体技术有着良好的应用前景，尤其是在网络基础设施完善的校剧环境f ，更有 着广1 阔的应用空问。如何利用流媒体技术针对校同实际需求，设计并实现具有实用价值 的流媒体服务系统，就成为本论文的研究内容。 我校已有良好的校园网络环境，联网的计算机数量众多。在这种有利条件f ，利用 先进的流媒体技术来广泛开展网络教学、视频点播、网络电视、视频会议、网络商播刊 网络监控等应用就变得非常有必要。实现以上基于流媒体技术的应用，既有助于提高教 学、管理和服务水平又能充分利用校园网络资源，体现网络的价值。 要实现以上应用，首先要构想出一个总体的解决方案，该方案由若干子系统构成， 分别完成相对独立的功能。各个子系统的设计和实现就是本论文研究的具体内容。 首先要研究如何构建个流媒体服务器，因为流媒体服务器是整个系统的核心，只 有在流媒体服务器的支持下才能完成后续子系统的设计和实现；其次，根据流媒体麻用 的特性，研究如何构建一个支持组播的校园网络，为应用子系统的实现提供网络支持： 最后根据流媒体技术的适用方向，结合校园环境特点设计并实现了网络电视直播、视 频点播、网络直播、网络监控这四个有很大实用价值的应用子系统。 流媒体艟相关技术概述 2 流媒体及相关技术概述 2 1 流媒体和流媒体技术 流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音 频、视频和其它多媒体文件。流媒体技术一般是指的是把连续的影像和声音信息经过压 缩处理后放在流媒体服务器上，让崩户一边p 载边观看、收听，而不需要等整个雎缩 文件卜- 载到自己机器屙才可以观看的视频音频传输、编解码技术。 流媒体技术不足单一的技术，它是建立在很多基础技术之上的技术。它的基础技术 包括：网络通信、流媒体数据采集、流媒体数据压缩、流媒体数据存储、流媒体数据传 输和流媒体播放。流媒体实现的关键技术是流式传输。( 张丽，2 0 0 1 ) 2 2 流媒体技术起源和发展 流媒体技术起源于窄带互联网时期。1 9 9 4 年，美国p r o g r e s s i v en e t w o r k s 公司的成 立标志着流媒体技术的开始。1 9 9 5 年，他们推出了c s 架构的音频接受系统r e a la u d i o ， 并在随后的几年内引领了网络流式技术的潮流。1 9 9 7 年9 月，该公司更名为 r e a l n e t w o r k s ，相继发布了多款应用非常广泛的流媒体播放器r e a lp l a y e r 系列，在其鼎 盛时期，曾一度占据该领域超过8 5 的市场份额。r e a l n e t w o r k s 公司是流媒体技术真正 意义上的始祖。 随后微软和苹果公司等都意识到流媒体技术的广阔应用前景，引发了强大的市场竞 争促进了流媒体技术的迅速发展，使得流媒体技术应用空前广泛。 早期的流媒体技术主要是在窄带互联网上应用，受带宽条件的制约。到1 9 9 9 年。人 们在网上也才仅仅可以看到一个很小的视频播放窗口。2 0 0 0 年下半年，随羞全球范围内 的互联网升温，宽带l p 网成为现实，作为流媒体技术倡导者和发起者的美国 r e a l n e t w o r k s 、微软和苹果等公司几乎同时向世界宣布了他们最新的流媒体技术的宽带 解决方案。在短短的时问里，流媒体技术有了飞跃性发展。今天，流媒体的发展我们已 有目共睹，我们完全可以在网络上进行全方位的视听接触。 2 3 流媒体的技术特征 流媒体的主要技术特征就是采用流式传输，即通过网络将流媒体内容传送到客户机。 实现流式传输有两种方法：顺序流式传输( p r o g r e s s i v es t r e a m i n g ) 和实时流式传输 ( r e a l - t i m es t r e a m i n g ) 。( 李勤，2 0 0 4 ) 2 3 1 顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，用户可以观看在线媒体。但是在给定时刻，用户只能观 看已f 载的那部分，而不能跳到还未下载的前序部分。它不能根据用户的连接速度做调 整。由于标准的h 1 t p 服务器可发送这种形式的文件，而不需要其他特殊协议，它经常 被称作h t t p 流式传输。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频、讲座、 演说与演示。 蓐= 北农业人学工学硕士学位论文 2 3 。2 实瞬浚式传瑜 与h t t p 流式传输不同，需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是 ：垂时传送，特别适台现场事件，也支持随机访问，用户可快谶或后退以观糟前面或后面 帕内蜜。理论上，实丑寸流经攒放就可不停地收看，但实际上，可能会因为延迟两发生 褥髂。 2 4 流媒体技术的相关协议 2 41 实时传输协议r t p 实时传输协议r t p 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；r t p 通常使用u d p 米传送数据，但r t p 也可以在t c p 或a t m 等其他协议之上工作：当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两个端口：一个给r t p ， 一个给r t c p 。r t p 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 基控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务；通常r t p 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。 2 4 2 实时传输控制协议r t c p 实时传输控制协议r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务；在r t p 会话期 间各参与者周期性地传送r t c p 包；r t c p 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。 r t p 和r t c p 配台使用，它们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。 2 。4 3 实时流协议r t s p 实时流协议r t s p 定义了一对多应用程序如何有效地通过i p 网络传送多媒体数据； r t s p 在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，它使用t c p 或r t p 完成数据传输：h t t p 与r t s p 相比，h t t p 传送h t m l 超链接文档，而r t s p 传送的是多媒体数据：h t t p 请 求由客户机发出，服务器做出响应：使用r t s p 时，客户机和服务器都可以发出请求， 即r t s p 可以是双向的。( 赵进，2 0 0 4 ) 2 4 4m m s 协议 m i c r o s o f tm e d i a 服务器( m m s ) 协议是m i c r o s o f t 为w i n d o w sm e d i as e r v i c e s 的 早期版本开发的专有流式媒体协议。在以单播流方式传递内容时，可以使用m m s 协议。 此协议支持快进、倒回、暂停、启动和停止索引数字媒体文件等播放机控制操作。如果 耍支持使用w i n d o w sm e d i ap l a y e r 早期版本的客户端，需要使用m m s 或h t t p 协议 满足其流请求。 流媒体及相关技术概述 2 。4 5 资源预订协议r s v p 出于音频和提颓数据流 馋统数据对网络的延时更罐感，要在裾络中悻输离质量静 静颁、视频信息，除带宽要求之外，还需其他鬣多的条件；r s v p 是正在开技的i p 网上 的资源预订协议，使片jr s v p 预国部分网络资源( 即带宽) ，能在一定程鹰上为流媒体 的传竣提供q o s 。 2 5 流媒体播放方式 2 51 点播 点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选择内容 项目来初始化客户端连接。_ j 户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连接提供 了对流的最大控制，但这种方式由3 - 每个客户端各自连接服务器，却会迅速用完网络带 宽。 2 5 2 广播 广播指的是用户被动接收流。在广播过程中客户端接收流，但不能控制流。例如 用户不能暂停、快进或后退该流。 2 6 流媒体内容传递方式 2 6 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，从一台服务器送出的每 个数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。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 大冗余首先造成服务器沉重的负担，响应需要很长时间，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最。 2 6 2 组播 i p 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，减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效 率大大提高，成本大为下降。 2 7 视频压缩编码标准 流媒体中的图像和视频内容包含的数据量非常大，必须采用压缩编码技术才能利于 其存储、处理和传输，因此压缩编码技术是影响流媒体应用和发展的关键技术之。 传统的压缩编码是建立在仙农( s h a n n o n ) 信息论基础上的，它以经典的集合论为基 7 - 求北农业大学工学颂士学位论文 璐。撼统司一掇率模型寒接述蔷激，毽它未考虑信息接受者螗主规特瞧及事件搴骞 f 皇其蒋 ：载、重要程度和引起的后巢。因此，压缩编褥技术酶发震历程实际上是鞋伯农信息论 ，q 出发点，一个不断完善的过襁。 2 7 1 编码标准的分类 压缩编码技术发展至今已经产生了许多标准，目前最为重要的编解码标准是国际电 信联盟的h 2 6 1 、h 2 6 3 ；运动静止图像专家组的m j p e g ；国际标准化组织运动图像专 家组的m p e g 系列标准，包括m p e g 1 、m p e g 一2 、m p e g 一4 、m p e g - 7 和m p e g 2 1 标 准；由i t u t 和m p e g 联合开发的最新标准h 2 6 4 。 此外在互联网上被广泛应用的还有r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lv i d e o 、微软公司的 w m v 以及a p p l e 公司的q u i c k t i m e 等编解码标准。其中r e a l v i e d o 最新版本是r e a l v i d e o 1 0 ，w m v 最新版本是w m v 9 。( 谢志华，2 0 0 3 ) 2 7 1 1m p e g 一4 标准 运动图像专家组m p e g 于1 9 9 9 年2 月正式公布了m p e g 4 ( 1 s o i e c l 4 4 9 6 ) 标准 第一版本，同年底推出m p e g 4 第二版，且于2 0 0 0 年年初正式成为国际标准。 m p e g ，4 与m p e g 1 和m p e g 2 有很大的不同。m p e g 4 不只是具体压缩算法，它 是钳+ 对数字电视、交互式绘图应用( 影音合成内容) 、交互式多媒体( w w w 、资料撷取 与分散) 等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。m p e g 4 标准将众多的多媒体应 用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从 而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。 m p e g 4 的独特优点包括基于内容的交互性、高效的压缩性和通用的访问性。这些 特点无疑会加速多媒体应用的发展，从中受益的应用领域有：因特网多媒体应用；广播 电视；交互式视频游戏；实时可视通信；交互式存储媒体应用；演播室技术及电视后期 制作；采用面部动画技术的虚拟会议；多媒体邮件；移动通信条件下的多媒体应用；远 程视频监控；通过a t m 网络等进行的远程数据库业务等。 2 7 1 2h 2 6 4 标准 h 2 6 4 是i t u t 的v c e g ( 视频编码专家组) 和i s o i e c 的m p e g ( 活动图像编码 专家组) 的联合视频组( j v t ：j o i n tv i d e ot e a m ) 开发的一个新的数字视频编码标准， 它既是i t u t 的h 2 6 4 ，又是i s o i e c 的m p e g 4 的第1 0 部分。1 9 9 8 年1 月份开始草 案征集1 9 9 9 年9 月，完成第一个草案，2 0 0 1 年5 月制定了其测试模式t m l - 8 ，2 0 0 2 年6 月的j v t 第5 次会议通过了h 2 6 4 的f c d 板，2 0 0 3 年3 月正式定稿。 h ，2 6 4 最具价值的部分是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，h 2 6 4 的数 据压缩比能比当前d v d 系统中使用的m p e g 2 高2 3 倍比m p e g 4 高1 5 2 倍。h 2 6 4 能以较低的数据速率传送基于l p 的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等 方面，超越了现有的m p e g 2 、m p e g 一4 和h 2 6 x 视频通讯标准。 2 7 1 3 微软公司的w m v 9 w m v 9 是微软公司开发的音视频压缩编码技术。w m v 9 与h 2 6 4 一样，都是高性能 流媒体及相关技术概述 兰舅l 燃i i h i i l l 一! ! l ! l l l l ! l ! 鼍量邑蔓! 曼暑鼍 的视频编解码标准，别在于前满是礅软的独肖标准而后麓是国际标准。在性能上 w m v 9 静羲据压缀率与秘。2 6 4 撵，薅者豹废耀赣域逛缀箕糖骰。 2 714 我国的a v s 音视频编解码技术 a v s 是中国自主制定的音视频编码技术标准。a v s 工作组成立于2 0 0 2 年6 月，f 作绢专家统一了阻当前国际上最先进的m p e g 一4 a v c h 2 6 4 框架为起点，自主制定适合 既定应用的中国标准，其中强调自主知识产权，同时充分考虑实现复杂度。经过一年多 的反复实验，讨论、测试，我国科学家于2 0 0 3 年1 1 月2 5 日在正式公布了数字视频标准 最终草案，这标志着我国在数字技术标准制定上迈出了重要步。 开发a v s 技术与标准的基本思路是：基于可以合法免费使用的开放技术和我国自主 研发的专利技术，制定出一套自主的音视频编解码技术标准。 a v s 标准制订的原则有如下几项：( 1 ) 先进性，即标准中所选择的技术应该代表国 际前沿水平，通过国际联合等方式共享必须的知识产权：( 2 ) 现实性，即标准中采用算 法的实现成本必须是市场和用户可接受的；( 3 ) 兼容性，即采用主流技术方案，制定的 标准能够适应已经建设的节目制作、数字传输等系统；( 4 ) 独立性，即标准是独立制定 的，在专利等知识产权上不受制于人。 我国a v s 标准的制定意义重大，如果掌握了音视频编解码技术并将其标准化，不仅 标志着我国在多媒体处理等领域的研究处于国际领先地位，还将创造可观的经济效益和 利会效益。 2 7 2 三大主流编码标准的比较 m p e g 一4 、w m v 9 和h 2 6 4 是时下最受关注视频压缩标准，并已形成三足鼎立之势。 在这三大标准中，m p e g 4 诞生时间最早，近几