（通信与信息系统专业论文）流媒体组播服务器的构建及软件开发.pdf

摘要 流媒体技术的兴起，使i n t e r n e t 上实时收看视频等多媒体信息成为现实。 但另一方面，有限的网络带宽制约着流媒体直播的发展。在这种情况下，一种实 对流媒体传输技术- i p 缓播技术应运焉生，它解决了霹络带宽和服务质量的问 题，也能够避免因使用广播而带来的广播风暴危险，提高了网络的性能。 数字视频广播( d v b ) 和高清晰度电视( h d t v ) 技术及业务的发展，使m p e g - 2 ( i s o i e c1 3 8 1 8 ) 标准在数字视音频领域褥捌了广泛的应用。根据传输媒体麓 质量不同，m p e g 一2 中定义了两种复合信息流：传送流( t s 流) 和节目流( p s 流) ， 文中用到的是t s 格式的数据流。 本文旨在通过对d a r w i n 流媒体暇务器的定制及开发，实现指定的m p e g - 2t s 格式数据流的组播。为解决这个问题，主要进行了下面的研究工作： 在对a p p l e 公司的d a r w i n 流媒体服务器软件进行详细分析的基础上，搭建 了组播流媒体视频服务器，并着重对萁组播功能进行分析与二次开发，在组播时 调用v l c 程序进行视音频的实时转码，实现了m p e g 一2t s 格式数据流的组播。 对小型流媒体服务器来说，视音频的实时转码将会占用系统较多资源，降低 服务器性能。对于这种情况，本文采用了流媒体服务器的预转码方法，很好地解 决了这个问题。通过调用自行开发的视频转码软件，对上传到流媒体服务器上的 视频文件进行预转码，解决了实时转码占用服务器资源的问题。 关键词：d a r w i n 服务器；流媒体；i p 组播 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fs t r e a m i n gt e c h n o l o g y ，w a t c h i n gr e a l - t i m ev i d e op r o g r a m h a sb e e nr e a l i z e d h o w e v e r , o nt h eo t h e rh a n d ，t h el i m i t e dn e t w o r kb a n d w i d t h r e s t r i c t st h ed e v e l o p m e n to fl i v em e d i as t r e a m i n g u n d e rt h i sc o n d i t i o n , i pm u l t i c a s t t e c h n o l o g y , ar e a l - t i m es t r e a m i n gt r a n s p o r tt e c h n o l o g y , e m e r g e sa st h et i m e sr e q u i r e t h ei pm u l t i c a s tt e c h n o l o g ys o l v e st h ep r o b l e m so fn e t w o r kb a n d w i d t ha n dq u a l i t yo f s e r v i c e ，a n da v o i d st h er i s ko fb r o a d c a s ts t o r m , w h i c hb r o u g h tb yu s i n go fb r o a d c a s t t e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，i ti m p r o v e st h ep e r f o r m a n c eo fn e t w o r k a st h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lv i d e ob r o a d c a s ta n dh i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n , m p e g 一2 ，r e f e r r e da si s o i e c 13 818s t a n d a r d ，h a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nd i g i t a l v i d e oa n da u d i of i e l d a c c o r d i n gt ot h eq u a l i t yo ft r a n s m i s s i o nm e d i a ，m p e g - 2 d e f i n e st w ok i n d so fm u l t i p l e xi n f o r m a t i o ns t r e a m ：t r a n s p o r ts t r e a ma n dp r o g r a m s t r e a m t h et r a n s p o r ts t r e a mi sm a i n l yu s e di nt h i sp a p e r t h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to fd a r w i ns t r e a m i n gs e r v e r ( s h o r tf o rd s s ) ， m u l t i c a s t i n gd a t as t r e a mw i t l ls t r u c t u r eo fm p e g - 2t sh a sb e e nr e a l i z e d w h i c hi st h e m a i ng o a lo ft h i sp a p e r t oa c h i e v et h i sg o a l ，t h ef o l l o w i n gt a s k sh a v e b e e n a c c o m p l i s h e d c o n s t r u c tm u l t i c a s ts t r e a m i n gs e r v e r , b a s e do i ld e t a i l e da n a l y s i sa n ds t u d yo n d a r w i ns t r e a m i n gs e r v e ro fa p p l ei n c t h e nd e v e l o pt h es e r v e r sm u l t i c a s tm o d u l e ， t om a k ei tc a l l i n gv l c p r o g r a mf o rv i d e oa n da u d i o sr e a l - t i m et r a n s c o d i n g ，r e a l i z i n g m u l t i c a s tw i t hd a t as t r u c t u r eo fm p e g 2t s f o rs m a l ls t r e a m i n gs e r v e r , v i d e oa n da u d i o sr e a l - t i m et r a n s c o d i n gw i l lo c c u p ya b i gp a r to fi t sr e s o u r c e ，d e c r e a s i n gt h e s e r v e r sp e r f o r m a n c e t h i sp a p e ru s e p r e t r a n s c o d i n ga ss o l u t i o no ft h i sp r o b l e m w h e nm e d i af i l e sw e r eu p l o a d e dt o s t r e a m i n gs e r v e r , t h ea v c o n v e r t e rw i l lb ec a l l e d ，t r a n s c o d i n gt h e mt om p e g - 2f i l e s k e yw o r d s ：d a r w i ns t r e a m i n gs e r v e r ；s t r e a m i n g ；i pm u l t i c a s t 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：哆为铀 加。譬年男乞l 鑫 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向圈家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 l 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名：梦鸿柚 翮签名：硼丑研 e g u ：b 。簿月| e t 日期：年月曰 繁一章绪论 _ 1 _ l 课题背景 第一章绪论 在当代，互联网已经成为社会各个方面获墩倍息与交流不可缺少的手段之 ，在入们静曩常生活中发挥着重要酶作用。丸十年代中期万维嬲的窭现，使爱 特阏用户开始扶i n t e r n e t 获取图文并茂的信息，通过简单的图形界覆访润各个 网站。现在，多样化的服务以及应用，使i n t e r n e t 用户不断增长，而视音频等 多媒体信息的传送，使得i n t e r n e t 的数据流量和计算强度不断地增大。 与此同时，耀络硬傅设备麓弱限性，以及有羧瀚嬲络带宽，成为制约孝觅謇频 等多媒体信息传输的重要因素，在此背景下，流媒体技术应运褥生，萁关键技术 薹p 组播技术，成为减少嘲络带宽占溺，减轻服务器负担酌有效方法。 接下来，我们将对流媒体技术、i p 组播技术，以及本文用到的m p e g - 2t s 流进行一个简要的介绍。 。 。1 瀛媒体技术 流媒体是指在芝狂专e r 魏e 毫兰魏乏r a 曩e 专中使雳流式髂输技术的连续时基媒体， 如：音频、视频或多媒体文件秘1 。流式媒体在播放前不需要下载整个文件，只需 将开始部分内容存入内存，经过几秒或几十秒的延时，即可在用户计算机上用流 媒体播放器开始播放，不用像传统的网络播放方式，需要将整个媒体文件下载到 本地计算枫才能进行播放。 到弱前为止，在i n t e m e t 豹漉媒体领域占据主要地位鹩公司有a p p l e 、 m i c r o s o f t 、r e a ln e t w o r k s 、m a c r o m e d i a 等公司，他们拥有基悉魏流媒体系统， 包括压缩技术，簸务器平裔，客户端软件等。 随着首届中国宽带流媒体高峰会议- 2 0 0 2 中国宽带流媒体技术与应用豳际 论坛的召开，一个因特网时代的崭新名词“流媒体，正逐渐进入我国公众的视 野，孳l 起人们的关注。在中国的嘲终市场上，已接慰不少基于m p e g l 、m p e g - 2 、 r e a l 、q u i c k t i m e 等各幂申视频编解码技术豹产晶，撼动着宽带应魇的发展。 流媒体组播服务器的构建及软件开发 1 1 2i p 组播技术 i p 组播技术是一种允许一台或多台主机( 组播源) 发送单一数据包到多台主 机的t c p i p 阳x j 络技术心1 。传统的t c p i p 通信有单播和广播两种方式。如果要将信 息发送给网络上的多台但并非所有主机，则只能采用单播或广播的方式。采用单 播方式实现时，由于服务器与每个连接的用户均需建立一个数据通道，且发送内 容均相同，造成i p 包的重复发送，浪费网络带宽，同时增加了服务器的负担；若 采用广播方式实现，不仅要将信息发给一些不需要的主机而浪费带宽，还可能由 于路由环路而引起广播风暴问题。而组播技术的出现及时解决了以上问题，它根 据实际情况将应用的成员划分到一个组播组，数据的分发将仅限于同一组内，组 播源仅发送一次信息，组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息 在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发，这样既实现了网络上信息流量的大大 降低，又保证了信息准确高效地传输。 目前，基于i p 组播技术可以开展包括流媒体、视讯在内的各种宽带增值业 务。组播的域内技术已基本成熟，域间技术还在不断完善，为多媒体业务的开展 提供了传送技术的基础。目前，i p 组播技术得到广泛的应用。在信息分配领域， i p 组播使得公司内部的数据可以分配给大量用户。例如一个有若干连锁店的公 司可以使用组播将其定价信息传递给各连锁店的收银机，或者由媒体通过 i n t e r n e t 将现场实时信息提供给支持组播的用户，如现场直播、远程教育、 i n t e r n e t 电视等；在数据广播领域，使用组播技术，数据发布者( 如有线电视 台等) 不但可以将数据( 如多点广播节目) 发布给i n t e r n e t 上需要这些数据的 用户，还能大大减少占用的网络带宽，如视频会议、视频直播等。 但是我们也看到，目前组播的运营还存在一定的困难，在商业应用中还面临 着一些需要解决的问题，如组播服务的收费问题、组播网络的监控问题、组播成 员的身份认证问题、组播的q o s 保证问题等。目前迫切需要对组播功能进行优化 和改进，如实行可控组播，使之能够适应目前的运营现状。 1 1 3h p e g - 2t s 介绍 随着有线数字电视的普及，m p e g - 2 系统复用技术的地位日益凸显，根据传 输媒介的质量不同，m p e g 一2 中定义了两种复用信息流：传输流( t r a n s p o r t 2 第章绪论 s t r e a m ，t s 流) 和节网流( p r o g r a ms t r e a m ，p s 流) 3 3 。 舔漉与羚流的区剐在于零s 流的包结构是豳定长度的，两於流的包结构是 可变长度的。p s 包由于长度是变化的，一旦丢失某一p s 包的同步信息，接收机 就会进入失步状态，从而导致严重的信息丢失事件。而t s 码流由于采用了固定 长度的包结构，当传输误码破坏了莱一零s 包的同步信息时，接收枫可在固定的 位置检测它后面包中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失。因此在信道 环境较为恶劣、传输误码较高时一般采用t s 码流，而在信道环境较好、传输误 码较低时一般采用黔玛流，拢外采用固定长度包格式熬下s 码流在为多路数据复 用提供充分的灵活性的同时也表现出诸多的优点，譬如动态带宽分配、可分级性、 可扩展性、抗干扰性、接收机成本低廉。 謇前我国有线数字电视采用d v b 。c 标准，基带数据格式采用m p e g 2 标准， 以包形式存储和传送数据流，t s 普遍应用并成为媒体行业通用标准，其目标是 基于宽带的数字视频广播，支持多种基本媒体流和多种媒体编码标准。 1 2 论文的研究 。2 。 论文选题的意义 本课题得到星网锐捷公司的大力支持，课题的主要目标是构建一个流媒体视 频服务器，实现m p e g - 2t s 格式数据流的组播；间时，实现了流媒体服务器上视 频文件的两种处理方案，即视频文件的实时转码和预转码，满足了不同配置服务 器的处理需求。 流媒体组播服务器可应焉于银行营业厅、连锁专卖店、枫场等机构的内部嘲 络，通过营业网点的机顶盒接收来自组播服务器的数据流，经过处理后传送到高 清电视进行播放。 该流媒体视频服务器主要有以下凡方面的优势： 1 ) 受现网络集中管理 通过网络传输节目内容，且通过w e b 界面，实现远程管理及控制，以及定时 开关机等操作。 2 ) 信息的实时发布 、漉媒体组播服务器的构建及软 牛好发 即时发布紧急信息、突发事件，插播电视节霸内容，实现天气预掇、体育赛 事、政策法规、银行外汇、航班车次等量p 时信息的同步发布。 3 ) 采用m p e g 一2t s 格式数据流输出，可支持高清电视播放。 1 2 2 论文的任务 势构建一个流媒钵组播服务器，在其上实现渺嚣铲2 墨s 格式数据流的组播， 本文选用的a p p l e 公司的开源项譬d a r w i n 流媒体服务器软件进行开发，进行了 如下一些研究工作。 通过对d a r w i n 流媒体服务器的整体架构进行详细分析及研究，搭建了流媒 体视频服务器，并对其组播功能进行了二次开发，最终实现了m p e g - 2t s 格式数 据流的组播； 对于服务器上视频文件的转码处理，本文针对不阕配置的服务器提出了两种 解决方法，一是在服务器组播时，调用指定的组搂处理程序，进行视频文件的实 时转码；二是在文件上传到流媒体服务器时，调用视频转码程序，进行视频文件 的预转码，减轻了小型服务器实时转码的负担。 4 第二激流媒体技术 2 1 流媒体技术简述 第二章流媒体技术 随着现代网络技术的发展，互联网开始带给人们形式多样的信息。从在网络 上出现第一张图片，到现在各种形式的网络视频、三维动画，人们的视觉和听觉 在网络上得到了很大的满足。曾经，人们面临者努外一种尴尬：在享受网络带来 的生动清晰的媒体演示之前，为了传输文件的完全下载而不得不花费大量的时间 来等待。为了解决这个传输矛盾，一种新的多媒体技术应运而生，这就是流媒体 技术。 一般来说，流媒体包含两种含义，广义上的流媒体是使音频和视频形成稳定 和连续的传输流和回放流的一系技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流 媒体系统；焉狭义上酌流媒体是相对于传统的下载一回放( d o w n l o a d p l a y b a c k ) 方式而言的一种媒体格式，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h 1 。 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。一觳指的是把 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，用户可以一边下载 一边收看，丽不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的视音频传 输、编解码技术。通过流方式进行传输，郎使在网络菲常拥挤或带宽较小的条件 下，也能为观看者提供流畅、不中断的影音，实现了网上视音频等多媒体的实时 播放。 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 作用砼射。其中，视频点播( v o d ) 、视频广播、视频监视、视频会议、远程教学、 交互式游戏等方面的廒用空前广泛，方便了人们全球范围内的信息、情感交流。 2 2 流式传输方式的特点及实现 2 。2 ， 流式传输方式的特点 流媒体组播服务器的构建及软件开发 流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个 个压缩包，由视音频服务器向用户计算机连续、实时传送。传统的网络播放采用 的是非流式播放方式，用户必须将整个媒体文件全部下载到本地计算机后，才能 观看媒体文件的内容；而在采用流式传输方式的系统中，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，利用相应的流媒体播放器进行播放，实现 边下载边播放。与传统的下载方式相比，这种流式传输方式具有以下优点啼3 ： 1 ) 缩短启动播放延时 由于流媒体传输技术采用边下载、边播放的方式，用户不必等待媒体文件全 部下载完即可观看，播放完的数据也不会保留在用户的计算机磁盘上。其优点是 即时播放，可以实现直播和组播。一般来说，播放过程中不会出现中断的情况， 但快进、快退时需要时间等待。 2 ) 降低对系统缓存的需求 由于互联网是以数据包传输为基础的异步传输，数据被分解为许多包进行传 输，动态变化的网络使各个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间延 迟也就不同。因此，在客户端需要缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，以及保证 数据包传输顺序的正确，使媒体数据能连续输出，不会因网络暂时拥堵而使播放 出现停顿。 虽然流式传输仍需要缓存，但由于不需要讲整个媒体文件都下载到缓存中， 因此，对缓存的要求大大降低。 2 2 2 流式传输方式的实现 实现流式传输有两种方法：实时流式传输( r e a l t i m es t r e a m i n gt r a n s p o r t ) 和顺序流式传输( p r o g r e s s i v es t r e a m i n gt r a n s p o r t ) 乜驯。一般来说，如为实 时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用实时流协议( r t s p ) 等，即为实时 流式传输。如使用超文本传输协议( h t t p ) 服务器，文件即通过顺序流发送。实 际应用中，采用哪种传输方法可以根据需要进行选择。当然，流式文件也支持在 播放前完全下载到硬盘。 1 ) 实时流式传输 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场广播，也支持随机访问。在点播 6 黧二牵滚媒体技本 豹情嚣下，焉户还霹双快避或薅遥以觋看蜃葱或前露黪海容。僮实嚣瀛式转输盛 须保证媒体信号带宽与网络连接匹配，以便传输的内容可被实时观看。这意味着 裢以调制解调器速度连接网络时图像质量较差。而且，如果因为网络拥塞或出现 问题而导致出错和丢失的信息都被忽略掉，那么图像质熬将很差。实时流式传输 需要专用的流媒体服务器与传输协议。 2 ) 颁序流式传输 顺序流式簧输是蹶搴下载，在下载文箨韵同时厢户可观看在线蠹容，在给定 时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还未下载的部分。由于标准的h t t p 服务器可发送顺序流式传输的文件，也不需要其他特殊协议，所以顺序流式传输 经骺被称作h t t p 流式传输。 顺序漉式传输比较适合离质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于这释传 输方式鼹看楚部分是无损下载的，所以麓够保证播放的最终霞量。毽运也意味着 鲻户在观看莆必须经掰一定豹时延。颁穿瀛式传输不适合长片段和有随机访溺要 求的情况，如讲座、演说与演示；也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播 技术。 j 窆。3 流媒体的传输协议 流媒体在互联两上进霉亍传输，必然涉及到麴络转输协议，其中包括互联瓣本 身的多媒体传输协议，以及些实时流式传输协议等，只有采用合适豹协议才能 更好地发挥流媒体的作用，保证传输质量( q o s ) 。i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 是互联网规划与发展的主要标准化组织，已经设计出几种支持流媒 体传输昀协议晦3 ，目前使耀的主要有： 2 3 。 实霾李黉输协议槲、盯 1 熙时传输协议r t p 实时传输协议r t p n 6 1 ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 为交互式音频、视 频等具有实时特征的数据提供端到端的传送服务。如果底层嘲络支持组播 ( m u l t i c a s t ) ，r t p 还可使鼷多播惫多个霉的璇点发送数据。在r t p 数据包的包 头巾包含了一些重要字段，使接收漆畿够稷撬包头对应的傣惠，对毂至l 蕊数据毽 7 流媒体缀播服务器的构建及软件开发 恢复发送时的定时关系、进行正确的排序以及统计丢包率等。 r t p 通常使用u d p 来传送数据，但r t p 也可以在t c p 、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，也不提供流量控制或拥塞 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 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 包中含有融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 配合使焉，它们能以有效的反馈帮最小的开销使传输效率最佳纯， 因丽特别适合传送网上的实时数据。 2 3 3 实时流媒体协议r t s p 实时流协议r t s p n 鄙( r e a l - t i m es t e a m i n gp r o t o c 0 1 ) ，是用于控制具有实 时特征数据传输的应用层协议。它定义了一个一对多的疲用程穿如何有效地通过 网络以控制、按需传送实时数据，如音频、视频等。r t s p 的数据源既可以是实时 数据产生装置，也可以是预先保存的媒体文件。r t s p 可建立和控制一个或多个音 频视频连续媒体的时间同步流。在可能的情况下，它会将控制流插人连续媒体 流，但它本身并不发送连续媒体流。因此，r t s p 用于通过网络对媒体服务器进行 远程控制，通过r t s p 的状态参数可对连续媒体流的回放进行控制。 2 3 。4 资源预留协议r s v p 资源预留协议r s v p ( r e s o u r c er e s e r v ep r o t o c 0 1 ) ，是网络中预留所需资 源的传送通道建立和控制的信令协议，能根据业务数据的q o s 要求和带宽资源管 理策略进行带宽资源分配，在i p 网上提供一条完整的路径。通过预留网络资源建 立从发送端到接收端的路径，使得网络能提供接近予电路交换质量的业务，在面 囱无连接的网络上，增加了面向连接的特性；既剩焉了面麓无连接嘲络的多种邋 8 第二章流媒体技术 务承载能力，又提供了接近面向连接网络的质量保证。但是，r s v p 没有提供多媒 体数据的传输能力，它必须配合其他实时传输协议来完成多媒体通信服务。 2 4 流媒体播放方式及常见格式 2 4 1 流媒体的播放方式 流媒体的播放方式包括以下几种： 1 ) 单播( u n i c a s t ) 在客户端与媒体服务器之间建立的单独的数据通道，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其所申请的数据 包拷贝。 由于每个客户端各自连接服务器，单独占用一个数据通道，随着用户数的增 加，媒体服务器所占用的带宽也随之不断增加。因此，为保证一定的服务质量 ( q o s ) ，这种方式对服务器所使用的网络带宽及硬件要求较高。 2 ) 广播( b r o a d c a s t ) 广播方式中，数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。在广播过 程中，客户端只能接收流，但不能控制流。例如，用户不能暂停、快进或后退该 流。 广播时，数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户，不管用户是否 需要，这种传输方式会非常浪费网络带宽。 3 ) 组播( m u l t i c a s t ) 组播，也称为多播，是介于单播和广播之间的一种数据传输方式。组播源把 数据包发送到特定的组播组，而只有属于该组播组的成员才能接收到该数据包。 当组播源向该组播组送出一个数据包时，在从组播源到组播组成员的任何一条链 路上只传送有一份该数据包。 组播吸收了上述两种发送方式的长处，克服了上述两种发送方式的弱点，将 数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户。组播不会复制数据包的多个拷贝 传输到网络上，也不会将数据包发送给不需要它的那些客户，从而保证了网络上 9 流缀体组播服务器的构建及软件歼发 多媒体应用占用网终的最小带宽。 2 4 2 常见流媒体格式 到目前为止，互联网上使用较多的流媒体格式主要有r e a l n e t w o r k s 公司的 r e a l m e d i a 、m i c r o s o f t 公司的a s f 和a p p l e 公司的q u i c k t i m e ，以及最近流行的f l v 视频格式露3 。 王。r e a l m e d i a 其流媒体文件包括r e a l a u d i o 、r e a l v i d e o 、r e a l f l a s h 等格式，分别用于传 送不同的文件。r e a l m e d i a 采用s u r e s t r e a m ( 自适廒流) 技术，能自动并持续地 调整多媒体数据流的流量，以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松在 网上实现视音频和三维动凰的回放。它在互联网上全带宽地提供最优质的多媒体 信息，同时也麓够在互联网上以2 8 8 k b s 的传输速率提供立体声和连续视频的播 放。 2 a s f a s f ( a d v a n c e ds t r e a mf o r m a t ) 是一种包含音频、视频、图像以及控制命 令、脚本等多种媒体信息在内的数据格式，通过将媒体文件分成一个个的网络数 据包在互联网上传输，实现流式多媒体内容发布。其中，在网络上传输的内容就 称为a s f 流。 a s f 可看作是一个容器( c o n t a i n e r ) ，支持强意的压缩解压缩编码方式， 并可使用任何一种底层网络传输协议，具有很大的灵活性。a s f 的主要优点包括 支持本地或网络回放、可扩充的媒体类型、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。 3 。q u i c k t i m e o u i c k t i m e 是a p p l e 公司面向专监视频编辑、w e b 网站创建和c r o m p 唾容涮 乍 领域开发的多媒体技术平台，它支持几乎所有主流的个人计算平台和各种格式的 静态图像文件、视频和动画格式，具有内置w e b 浏览器插件( p l u g i n ) 技术，支 持i e t f 流标准以及s d p 、f t p 和h t t p 等网络协议，是数字媒体领域事实上的工业标 准，是创建动画、实时效果、虚拟现实、a v 和其他数字流媒体的重要基础。 4 f l ，v 1 0 第二章漉媒体技术 f l v 是一种新的视频格式，是m a c r o m e d i a 公司在s o r e n s o n 公司的压缩算法的 基础上开发出来的流式视频格式，全称为f l a s hv i d e o 。f l v 格式不仅可以轻松导 入f l a s h 中，而且还可以通过r t m p 协议从f l a s h c o m 服务器上流式播出，且在线播 放时，客户端只要安装了f l a s hp l a y e r 插件，即可接收播放f l v 流媒体文件。 2 5 主流流媒体平台比较 2 5 1 流媒体系统的组成 流媒体系统一般包括以下5 个方面的内容： 1 ) 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式的文件。 2 ) 流媒体数据：待播放的流媒体文件。 3 ) 服务器：存放流媒体数据，控割流媒体数据的播放。 4 ) 网络：适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络。 5 ) 播放器：客户端播放流媒体文件的软件。 这5 个部分有些是网站需要的，有些是客户端需要的，而且不同的流媒体标 准和不同公司的解决方案在某燥方面会有所不同。但无论是哪一种系统，他们的 基本原理都是一样的：首先通过采用高效的压缩算法，在降低文件大小的同时伴 随瘊量的损失，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输，然后通过架设流媒体 服务器，修改标识，通过各种实时协议传输流媒体数据。 国际上提供流媒体技术解决方案的公司主要有r e a l n e t w o r k s 、m i c r o s o f t 和 a p p l e 公司。目前流媒体领域中，比较流行的流媒体系统是r e a l n e t w o r k s 的r e a l s y s t e m 、m i c r o s o f t 的w i n d o w sm e d i a 和a p p l e 公司的q u i c k t i m e 。 2 ，s 。2 主流流媒体服务器 一个简化的流媒体系统由流媒体服务器、客户端播放器和传输网络组成。而 流媒体系统的核心就是流媒体服务器乜副。由于本文关注的主要是流媒体系统中的 服务器，接下来简要介绍一下目前主流的流媒体服务器平台。 1 r e a l n e t w o r k s 的r e a ls e r v e r 和h e li xs e r v e r 流媒体组播服务器的构建及软件开发 r e a ls e r v e r 的经典版本是8 0 ，在u n i x 和w i n d o w sn t 等平台上都可用。 除了r e a l n e t w o r k s 的流格式，r e a ls e r v e r 还支持m p 3 和q u i c k t i m e 格式的文 件作为流发送。r e a ls e r v e r 是收费的，但在官方网站上也可以下载只有基本功 能的免费版。 h e l i xs e r v e r 是r e a l n e t w o r k s 公司最新的流媒体服务平台，是r e a ls e r v e r 的升级版，它提供了对r m 、l 洲b 、f l a s h 、r p r t 、m p e g 一1 、m p e g - 4 、o u i c k t i m e 、 a s f w m a 等几乎所有流行的流媒体格式文件的支持。和r e a ls e r v e r 这个系统一 样，h e l i xs e r v e r 也不是免费的，但在r e a l n e t w o r k s 的官方网站上，有提供在 功能或时间上受限的h e li xs e r v e r 版本。 r e a ls e r v e r 及h e l i xs e r v e r 在目前的流媒体系统市场上占据着主导地位。 2 m i c r o s o f t 的w i n d o w sm e d i as e r v e r w i n d o w sm e d i as e r v e r ( 删s ) 只能运行于基于w i n d o w s 的服务器上。在 w i n d o w s2 0 0 0 以后的s e r v e r 版本中，自动附加了w m s 。 w m s 使用自己的m m s 协议来支持高级流格式( a d v a n c e ds t r e a m i n gf o r m a t ) 的a s f 文件。a s f 文件可以有一些其他扩展名，例如w m a 和w m v 等。虽然w m s 的客户端软件w i n d o w sm e d i ap l a y e r 可以播放很多的音频和视频格式，但a s f 格式是w m s 支持的唯一的流格式。 w i n d o w sm e d i a 虽然起步较晚，但技术也很先进，如采用多速率视频编码模 式，可以适应各种不同带宽环境，用户可以根据网络带宽，调整接收最适合的媒 体流，从而保证视音频的播放质量。而且凭借w i n d o w s 操作系统的绑定，在流媒 体领域也有一定优势。 3 a p p l e 的q u i c k t i m e 和d a r w i ns t r e a m i n gs e r v e r a p p l e 公司的q u i c k t i m e 流媒体服务器( q u i c k t i m es t r e a m i n gs e r v e r ， q t s s ) 包含在其操作系统m a co sxs e r v e r 中，并且只能运行于a p p l e 的m a c 硬 件上。q u i c k t i m e 服务器支持o u i c k t i m e 格式的流媒体文件，也支持m p 3 文件。 但是，只能在m a c 服务器运行，限制了o u i c k t i m e 流媒体服务器的广泛使用， 所以a p p l e 公司提供了开源的d a r w i n 流媒体服务器软件( d a r w i ns t r e a m i n g s e r v e r ，简称d s s ) 。d a r w i n 流媒体服务器和o u i c k t i m e 流媒体服务器具有同样 的性质，并且可以在在多种平台上使用，如l i n u x 、s o l a r i s 、w i n d o w sn t 和w i n d o w s 1 2 第二章流媒体技术 x p 等多个操作系统，是当前所有同类产品中支持平台最多的一个流媒体服务器。 a p p l e 还提供了d a r w i n 流媒体服务器的源代码，可以被移植到新的平台上。 o u i c k t i m e 和d a r w i n 流媒体服务器都是免费的。 其他一些服务器也支持o u i c k t i m e 格式的流，包括r e a l n e t w o r k s 的 r e a l s e r v e r 、h e li xs e r v e r 和s u n 的s t r o e d g em e d i as t r e a m i n gs e r v e r 。 4 。选择哪种流媒体服务器 三令主流的流媒体服务器都可以支持实时和按需发送，并且都提供了一些高 级功能，如高速缓存( c a c h i n g ) 、组播( m u l t i c a s t ) 和智能选择连接带宽，以 及许多其他有用的性质。三大公司之间的强烈竞争，使得每一方都在竞相持续提 高自身的质量和功能，因此，服务器性能上的差异不是最主要因素。对流媒体提 供者来说，所使用的操作系统，以及服务器所支持的流媒体文件类型，以及服务 器平台是否免费，是选择这三种服务器时必须考虑的因素。 2 6 本章小结 伴随着现代互联网的发展，流媒体技术不仅丰富了现代通信业务，更满足了 广大因特网用户的视听需求。流媒体技术包括流式传输技术，播放方式，发布格 式，编码等几个部分。和其他嚣流式传输相毖，流媒体鼹具有灵活性和可剩雳性。 在本章中对于流式传输方式酶特点及实现，采焉的传输协议，播放方式及常 见的流媒体格式都做了详细的介绍，最后，对三个主流的流媒体平台进行了比较。 第三章i p 组播技术 第三章ip 组播技术 3 1ip 组播技术的兴起 随着宽带网络技术的快速发展，各种宽带网络应用层出不穷，如网络视音频 广播、网络视频会议、多媒体远程教育和虚拟现实游戏等。这些新兴多媒体相关 服务需求日益增长，刺激了i p 组播技术的普及和发展。组播业务作为最具潜力的 未来业务之一，得到了前所未有的重视，i p 组播技术成为新一代网络中，解决网 上视频业务所要求的网络利用率高、传输速度快、实时性强等问题不可缺少的关 键技术。在宽带网络的建设和运营中，随着宽带网络的发展，特别是宽带接入技 术的发展，网络传输的瓶颈正在被打破，而视音频压缩技术的发展、成熟，以及 网络流媒体协议的标准化，使得网上基于i p 组播技术的视音频传输成为最为重要 的组播业务之一。 就i p t v 和网上直播的应用来说，组播无疑是最好的选择。由于数字视频在网 络传输时的数据吞吐量很大，如果采用i p 单播技术则非常消耗系统的c p u 资源， 容易造成系统的不稳定，影响视频传输的实时性，造成视频出现频繁抖动，最终 影响视频传输的服务质量( q o s ) 。而且由于应用的对象是针对有一些相同需要 的人群，可以将他们按照一定的特征加以分类，如频道区分。采用组播技术解决 了网络带宽和服务质量的问题，同样也能够避免因使用广播而带来的广播风暴危 险。由此可见，i p 组播技术具有很大的优势。 3 2ip 组播介绍 3 2 1 概念及实现前提 1 概念 i p 组播技术是一种允许一台或多台主机( 组播源) 发送单一数据包到多台主 机的t c p i p 网络技术瞳”。i p 组播技术构建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 1 4 潦媒体缀播服务器懿梅建及软幸掌开发 据流面无延时。组播畿使一个或多个组播源只把数据包发送给特定的组播组，丽 只有加入该组播组的主机才能接收到数据包。i p 组播作为一点对多点的通信，是 提高网络利用率的有效方法之一。 目前，i p 组播技术被广泛应用在网络音频视频广播、音视频点播( a o d v o d ) 、网络视频会议、多媒体远程教育、“p u s h 技术( 如股票行情) 和虚拟 现实游戏等方面。 2 实现前提 实现i p 组播传输，组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组 播，包括以下几方面随3 ： 1 ) 主机的t c p i p 实现支持发送和接收工p 组播； 2 ) 主机的网络接口支持组播； 3 ) 有一套焉于加入、离开、查询的组管理协议，茇p i g m p ( v l ，v 2 或v 3 ) ； 4 ) 有一套王p 地址分配策略，并能将第三层王p 组播地址映射到第二层m a c 地 址： 5 ) 支持i p 组播的应用软件； 6 ) 所有介于组播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、t c p i p 栈、 防火墙均需支持组播。 嚣翦，王p 组撵技术得到硬传、软 牛厂商的广泛支持，对于不支持王p 组播传输 的中闻路由器可采用i p 隧道( t u n n e l i n g ) 技术作为过渡方案。以上这些说明王p 组播技术的应用环境己基本具备。 3 2 2 组播地址及m a c 映射 董。i p 缀播地址 要了解组播路壶，首先应该了解缰播地垃。i p v 4 编址结构中把王p 地址分为5 类，即a 类、b 类、c 类、d 类、e 类。a 、b 、c 类地址为单路广播地址，标识一个特 定的网络接口地址。d 类地址不是分配到一个特定的接口，而是标识接口的逻辑 组的成员。一个独特的d 类地址的所有逻辑组成员直接接收发送到这个地址的数 据包，也称为组播地址。e 类地址预留给试验和今后使用。 根据i n t e r n e tn i c 关于