（计算机应用技术专业论文）移动流媒体服务系统与内容分发网络的研究与设计.pdf

信息工程大学硕七学位论文 摘要 计算机网络技术与移动通讯技术的发展，为产业信息化的加速发展提供了物质基础 与技术保障，突破了固定上网场所的瓶颈，随时随地地浏览各种多媒体信息正在逐渐成为 人们日常生活中的现实。旅游行业的迅速发展与其实时的、地域的及直观的信息传播特 点，决定了将移动流媒体服务系统；i 入旅游行业是一种必然的趋势。 本文在现有网络基础的条件下对旅游信息移动流媒体服务系统进行了研究与设计。 在总体框架中，通过对系统的需求分析，设计了系统的结构，说明了相关的接口与 标准。通过组成结构、工作流程、后台业务管理程序流程这三个方面进行了总体设计， 概述了后台业务管理子系统应具备的功能。 在移动接入门户的研究与设计中，针对旅游信息移动流媒体服务系统的特点给出了 门户网站的结构设计与功能描述。移动终端自适配的方法设计，实现了针对多种移动终 端的内容显示。 在内容分发子系统的研究与设计中，针对传统内容发布模式的缺点引入了移动流媒 体内容发布网络m s m c d n 的概念；提出了适合旅游信息的地域相关性原则及移动流媒 体服务特点的内容发布策略，该策略可以根据内容访问量自动调整边缘缓存服务器的容 量空间。最后在如何保持中心节点与边缘节点的内容一致的问题上提出了作者自己的观 点。 关键词：流媒体、移动流媒体服务、移动流媒体内容分发网络、内容分发 第i 页 信息t 稃大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yp r o v i d et h em a t e r i a lb a s ea n dt h et e c h n i c a ls u p p o r tf o r t h ea c c e l e r a t e d d e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a li n f o r m a t i o n i tb r e a k st h r o u g ht h e b o t t l e n e c ko fs u r f i n go ni n t e m e t a tt h ef i x e dp l a c e ，a n d p r o v i d e st h ep o s s i b i l i t yo fs c a n n i n ga n yk i n do fm u l t i m e d i a i n f o r m a t i o n a n y t i m ea n da n y w h e r e t h er a p i dd e v e l o p m e n t ，r e a l t i m e ，r e g i o n a la n d d i r e c t - v i e w i n gi n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft r a v e l i n gi n d u s t r yh e l pt od e c i d e t h a ti ti sa ni n e v i t a b l et e n d e n e yt oi n t r o d u c et h em o b i l es t r e a m i n gm e d i as e r v i c es y s t e mt o t r a v e l i n gi n d u s t r y t h i sa r t i c l eh a sr e s e a r c h e da n dd e s i g n e dt h et r a v e l i n gi n f o r m a t i o nm o b i l es t r e a m i n g m e d i as e r v i c es y s t e mu n d e rt h ee x i s t i n gn e t w o r k i nt h eo v e r a l lf r a m e ，t h r o u g ha n a l y s i st h es y s t e md e m a n d ，t h i st h e s i sh a sd e s i g n e dt h e s y s t e ms t i n c t u r e , e x p l a i n e dt h er e l a t e di n t e r f a c ea n dt h es t a n d a r d f r o mt h ep o i n to ft h e c o m p o s i t i o ns t r u c t u r e ，t h ew o r kf l o w ，b a c k s t a g eb u s i n e s sm a n a g e m e n tp r o c e d u r ef l o w ，i th a s c a r r i e do nt h es y s t e md e s i g n ，o u t l i n e dt h ef u n c t i o nw h i c ht h eb a c k s t a g eb u s i n e s sm a n a g e m e n t s u b s y s t e ms h o u l dh a v e a i m e da tt h ec h a r a c t e r i s t i co f t h et o u ri n f o r l n a t i o nm o b i l es t r e a m i n gm e d i as e r v i c e s y s t e m ，t h et h e s i sh a si n t r o d u c e dt h eg a t e w a yw e b s i t es t r u c t u r a ld e s i g na n dt h ef u n c t i o n a l d e s c r i p t i o nb a s e dr e s e a r c ha n dd e s i g n t h ed e s i g no f t h em o b i l et e r m i n a t i o ns e l f - m a t c h e s s u i t a b l yh a sr e a l i z e dm a n yk i n d so f m o b i l et e r m i n a t i o nc o n t e n td e m o n s t r a t i o n i nt h ec o n t e n td i s t r i b u t i o ns u b s y s t e m ，a i m i n ga tt h e s h o r t c o m i n go ft h et r a d i t i o n a l c o n t e n tt s s u e dp a t t e r ni n t r o d u c et h em o b d es t r e a m i n gm e d i ac o n t e n td e h v e r yn e t w o r k ( m s m c d r oc o n c e p t ，t h i st h e s i sp r o p o s e sak i n do fn e wc o n t e n ti s s u es t r a t e g ya c c o r d i n gt o t h et o u ri n f o r m a t i o nr e g i o nr e l e v a n tp r i n c i p l ea n dt h em o b i l es t r e a m i n gm e d i ac h a r a c t e r i s t i c ， w h i c hm a y a u t o m a t i c a l l yc o n t r o le d g eb u f f e rs e r v e rt h ec a p a c i t ya c c o r d i n gt ot h ec o n t e n tv i s i t q u a n t i t y f i n a l l y , t h ea u t h o rp r o p o s e st h ev i e w p o i n ta b o u th o wt om a i n t a i nt h ec o n t e n t c o n s i s t e n tq u e s t i o nb e t w e e nt h ec e n t r a lp i t c hp o i n ta n dt h e e d g ep i t c hp o i n t k e yw o r d s ：s t r e a m i n gm e d i a ，m o b i l es t r e a m i n gm e d i as e r v i c e ，m o b i l es t r e a m i n gm e d i a c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k ，c o n t e n td e l i v e r y 第页 论文原创性声明和使用授权 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了本文中特别加以标注和致谢中所罗列 的内容外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包 含为获得信息工程大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确 的说明并表示了谢意。 本人完全了解信息工程大学电子技术学院有关保留和使用学位论 文的规定，即：学院有权保留论文的复印件，允许查阅和借阅论文；可 以公布论文的全部或部分内容；可以采用影印、缩印或其它手段保存论 文。涉密论文按保密规定执行。本论文取得的研究成果归学院所有，学 院对该研究成果享有处置权。 日期扣铆钒钿 日期：扣彳，乡 移胁 信息丁程大学硕十学位论文 第一章引言 二十一世纪是一个信息时代，也是一个网络时代，随着计算机技术、信息技术和通 讯技术的不断发展，使得应用手机、个人数字助理等无线设备通过无线网络浏览i n t e r n e t 网络资源、流媒体文件以及可视电话、手机电视会议成为可能，因此，在网络技术、无 线通讯技术和流媒体技术的基础上形成了基于移动通讯网络的流媒体播放技术。 1 1 本课题的研究背景及来源 旅游资源涉及“吃、住、行、游、购、娱”等几个方面，旅游资源作为旅游企业的 产品同其它商品一样，旅游企业要提高知名度，树立品牌形象，就必须扩大它的广告效 应。报刊、杂志、电台、电视台是常见的宣传媒介，通过这些传统的宣传媒介推介旅游 企业尽管有它的优势这些宣传媒介比较成熟，公众接受度高，但也有它的弊端，例 如：他们的宣传针对性不强，交互性差。多媒体技术的出现解决了传统媒体形式的缺点 【1 1 。 多媒体技术是当今信息技术领域发展最快、最活跃的技术。多媒体技术作为计算机 应用技术的分支，能够有效的处理包括文本、图像、音频、动画、视频等在内的各种媒 体，并可借助同益普及的网络系统，方便、快捷将这些媒体信息展示给公众。这种方式 直观、方便、针对性强，可以非常生动地展示旅游企业的资源，对于树立旅游企业的品 牌形象有得天独厚的优势。更为重要的是这些旅游资源的多媒体信息整合后可进一步开 发、利用。 然而，作为一种比较特殊的商品，旅游业的消费者不一定能够随时随地地获得 i n t e r n e t 上的信息资源，因为消费者有可能正在景区、景点参观或正在行驶的车船上， 固定的上网场所成为获取信息的瓶颈，这时消费者如何获取相应的媒体信息呢? 移动通讯网络迅速、充分的发展为我们解决这一问题提供了良好的物质与技术基 础。在充分利用电子技术、信息技术、数据库技术和网络技术的同时，充分利用移动通 讯网络的发展，成为推动旅游业发展的一个重要手段。 本课题的选择是基于河南旅游资讯网一期工程的搭建，为了更好地向更多的用户提 供旅游资讯服务，有效地吸引移动用户地通过手机、p d a 等手持移动设备随时随地浏览 多媒体信息资源，使河南数字旅游电子商务平台成为旅游行业的优秀应用服务供应商， 并能更加积极地为国内外旅游企业和游客提供全方位、深层次的电子商务解决方案和旅 第1 页 信息工程大学硕士学位论文 游资讯，我们提出建设一个基于移动通讯网络的流媒体服务系统，以之作为基于i n t e m e t 的旅游资讯网的有效补充。 本文主要给出了如何在现有网络结构中搭建移动流媒体服务系统，针对系统的体系 结构、组成、及部分子系统的功能实现进行了研究，并结合内容发布网络的特点对移动 流媒体服务系统的内容发布子系统进行了网络结构的研究。 1 2 移动流媒体的发展 移动流媒体播放技术是一种基于移动通讯网络的流媒体播放技术，它允许诸如手 机、p d a 、笔记本电脑等移动终端设备通过点播、直播、下载三种业务模式浏览i n t e m e t 网络上的流媒体信息。移动流媒体播放技术实质是一种特殊的移动数据业务。 1 2 1 移动流媒体技术产生的背景 在社会高度发展的今天，“离散眼球经济”的时代正在来临。所谓“离散眼球经济” 是指：“通过对消费个体进行非连续的、间歇的和零散的时间段和空间段的注意力来吸 引获得经济活动中品牌利益的最大化。” 现代社会信息源和信息需求的高速膨胀使得传统中闲置的、离散的时间和空间为需 求所用。在人们正常的工作、生活活动之余，那些闲散的时空资源随着信息终端触角的 延伸，越来越被人们所充分利用，或是用于工作资讯获取，或是用于生活休闲娱乐。其 根本原因在于当代社会生存竞争加剧，形势逼迫每个人只能利用曾经闲置的那些离散时 空资源来填补自身资讯的空缺或是获得娱乐休息忙】。就目前而言，报纸、杂志基本上是 获取这部分“眼球”的重要媒介，但随着3 g 时代到来，以手机、流媒体为代表的移动 流媒体将成为这一领域最有力的“眼球”获取媒介，究其原因在于：流媒体技术特点决 定了媒体节目边缓存、边播放，即内容的获取和内容的消费同步进行，使得可以最大限 度地在有限的时空范畴内为消费者提供高效的信息服务；手机媒体的移动性、便携性的 特点决定了虽然离散型时空资源的重要特征是时间长短的不确定性和空间位置的不确 定性，但是手机媒体会随时随地且无处不在地服务，很好地解决了这一问题；由移动运 营商掌控行业价值链的移动流媒体产业是可控的商务模式，以及健全的收费体系为移动 流媒体的可持续发展提供了重要保障【2 3 】。 随着计算机技术、信息技术和通讯技术的不断发展，人们越来越感受到在固定场合 使用固定设备浏览i n t e m e t 网络信息的局限性，更多的人越来越需要随时随地地查找各 种网络信息及浏览各种多媒体信息。因此，利用手机、p d a 等移动设备上网浏览网络信 第2 页 信息工程大学硕士学位论文 息及多媒体信息成为很多用户的选择。 手机等移动终端由于内存低、缓存小、c p u 速度低等因素，不可能把整个多媒体文 件全部下载到本地进行浏览，而流式传输的特点及移动通讯网络的发展为移动用户解决 了这类问题。由于流媒体播放不需要将媒体文件全部下载到本地即可开始浏览，而且对 系统缓存的需求大大减低，2 5 g 及3 g 网络发展又加快了网络的传输速度，支持多媒体 文件格式的手机及其他移动终端已经能够适应流媒体信息的播放。 1 2 2 移动流媒体的相关应用 移动流媒体的主要应用有以下几个方面p 】： 信息服务：包括旅游信息、新闻和即时信息播报、天气信息等服务。用户只要接 入门户站点即可获取大量信息，也可以通过订阅的方式享受信息推送服务。信息的内容 可以以流媒体的方式提供。 娱乐服务：包括卡通、音频、视频以及电视节目的精彩片段下载播放和在线播放。 还可以提供移动游戏、手机电视等服务。 通信服务：包括含有流媒体内容的彩信、视频电话与移动旅游会议等，使人们的 沟通更加方便，更加丰富多彩。 监控服务：主要包括交通监控和家庭监控。交通监控使交通部门能够实时察看高 速公路和主要道路的交通状况，可察看指定道路区间的路况，并可在途中通过定位服务 检查各路段的交通情况。家庭监控可以实时监视家庭和办公室的情况。只要安装基于 w e b 的数字视频相机，并连接到i n t e m e t 上就可以通过移动终端或p c 监视家庭或办公室。 定位服务：可用来提供地图和向导服务，并且可以预览风景名胜、预订饭店以及 车、船、航班票的票务预订等。 1 2 3 移动流媒体服务的应用现状 目前，随着移动终端设备的发展以及移动通讯网络的不断扩容，使用手机、p d a 等 移动设备浏览网络资源的用户越来越多，而各种支持多媒体格式的移动终端的出现，使 得使用移动终端浏览流媒体信息已经成为现实。 移动流媒体服务应用现状【4 】： ( 1 ) 韩国。2 0 0 2 年7 月，韩国移动运营商k t f 宣布开始在韩国提供基于e d m a 2 0 0 0 l xe v d o 技术的无线数据流媒体服务；经过一年多的发展，以f i m m 为品牌的高速数 据服务用户超过8 0 万( 2 0 0 4 年5 月数据) ，而且其每位用户所贡献的业务收入远远高于 普通用户。s k 电讯自2 0 0 3 年1 1 月推出了第三代流媒体服务j u n e 后，仅用了8 个月 第3 页 信息= r 程大学硕士学位论文 时间，用户数就突破了1 0 0 万。能在第三代服务上突破1 0 0 万用户数的成绩证明s k 电 讯开启的大容量无线互联网服务在世界通信史上具有重大里程碑的意义。而l g t e l e c o m 也于2 0 0 4 年年初开通了移动流媒体服务。 ( 2 ) 日本。最大的移动运营商d o c o m o 在日本已经提供基于3 g 的流媒体服务。服 务内容包括实时监控、娱乐、新闻、体育等。 ( 3 ) 中国的台湾、香港。a p b w ( 亚太宽频，台湾) 是台湾的第一个c d m a 2 0 0 0 l x3 g 移动运营商，最开始a p b w 采用韩国s k t 的压缩标准，由于是私有标准，移动 终端的终端播放器也需要支持这种私有的标准。后来又转两支持工业标准m p e g - 4 。 a p b w 在s a m s u n g s c h - x 7 8 9 、a p 一1 0 0 0 、m o t o r o l am s 一1 0 0 等终端上提供视频服务。 h u t c h i s o n3 g ( 和记黄埔，香港) 在全球推出了以“3 ”为品牌的各种3 g 服务，其中也 包括流媒体业务。视频压缩格式采用工业标准m p e g - 4 ，音频压缩格式采用a a c ，文 件格式采用3 g p p 。视频片断的帧速通常为1 2 帧秒。 i n e w w o r l d m o b i l i t y ( 香港) ， 已经推出了通过移动终端进行实时视频监控的服务。 ( 4 ) 北美、欧洲。德国的运营商t - m o b i l e 、法国的o r a n g e 已推出了基于2 ，5 g 网 络g p r s 的流媒体服务。服务内容主要包括新闻、信息、运动、游戏和音乐。意大利的 运营商t e l e c o mi t a l i a 提供了基于w i - f i ( w i r e l e s sf i d e l i t y 无线保真) 网络的流媒体服 务，提供诸如实时新闻、实时赛事报道等服务。而美国的c d m a 运营商v e r i z o n 则推 出了低速网络下的流媒体服务，采用s l i d es h o w ( 幻灯片放映) 技术播放低速率的流媒 体内容。 ( 5 ) 国内。虽然国内移动通讯网络仍然以2 5 g 技术为主，但是中国联通也推出了 以“视讯新干线”为业务品牌的手机视频服务，为用户提供手机看电视、手机看m t v ， 手机看电影和电视刷、手机查看路况等手机视频增值服务，取得了不错的效果。中国移 动的3 g 外场测试中也包括了流媒体系统，制定了相应规范，并在苏州g p r s 网络上开 展手机电视业务，还和央视等媒体开始演示用g p r s 网络平台观看电视节目。中国电信 和中国网通也在开展相应的规范和试验工作，而中国通信标准协会( c c s a ) 也正在制 订移动流媒体的系列规范。 2 0 0 5 年国内排名前三位的免费流媒体w a p 门户网站( 视频类w a p 网站) 掌景无限 ( h t t p ：w a p f u n v i o c o r n ) 、移动玩家( h t t p ：w m c c c n ) 、北京地杰 ( h t t p ：w a p m v i d e o t o m ，o n ) 均能够在现有的2 5 g 网络上提供流媒体服务。其中掌景无 限由富信掌景科技( 杭州) 有限公司创建，专业从事互联网增值业务领域内流媒体应用 技术开发、内容管理和服务，并开发了直播、点播应用平台，目前，富信掌景公司是中 国最大的移动流媒体运营商，也是全世界支持手机终端种类最多的公司。而北京地杰更 第4 页 信息工程大学硕士学位论文 是全国首个支持c m w a p 接入的播放器的开发者，地杰公司与中国的移动运营商和手机 生产商携手进入移动增值业务市场。地杰公司利用其核心优势，主要为中国联通提供了 定位平台和定位服务，并研发出了针对于中国现有移动网络的完整移动流媒体解决方 案。 其他诸如华为等公司也有关于移动流媒体播放系统平台的设计与研究。 1 2 4 移动流媒体服务的发展前景 随着“9 1 1 ”、“s a r s ”等突发事件的发生，视频通信所具有的高效率、安全便 捷的优势瞬时显现出来，它成为国内视频通信市场的兴奋剂，国内许多企业构建视频通 信系统的日程大大提前，出现了企业集团大规模采购与使用视频通信系统的热潮。据国 家统计局相关数据显示，国内目前有3 万家中型企业，以每家3 0 万5 0 万的投入计， 企业视频通信市场的潜在规模就有1 0 0 多亿。近几年来，国内商用视频通信市场以2 0 左右的年增长率发展。 视频通信市场的发展无疑带动了移动视频通信的发展，根据英国的市场研究和咨询 公司s t r a t e g y a n a l y t i c s 的研究报告显示，目前已有多个移动运营商正在通过相对低速的 网络向用户提供视频内容，预计到2 0 0 8 年全球将有1 5 亿用户通过无线接入视频片断 ( 包括体育、电影和成人内容) ，其市场总额将达到4 7 亿美元嗍。 在移动通信技术和多媒体技术蓬勃发展的今天，音频、视频和数据的无线传输成了 网络信息技术的核心。随着3 g 网络的不断延伸及各种先进设备的研制成功，移动运营 商已经能够在任何时候为移动用户提供宽带数据发送及接收服务，这为移动视频通信业 务提供了广阔的市场前景。 1 3 论文的主要工作和结构安排 流媒体技术中针对视频、音频的编码压缩以及传输协议分析不是本文的重点内容， 本文在现有的编码技术与网络协议基础之上，通过对内容分发技术与内容分发网络的组 成结构、运行策略、工作机制等方面的研究，考虑如何解决骨干网络带宽占用及内容服 务器超载等实际问题。因此，本课题主要完成的任务有： 对移动流媒体服务系统的需求进行了分析，在移动流媒体服务系统体系结构的基础 上，给出了移动流媒体服务系统的解决方案，设计了系统的组成结构、工作流程及 后台业务管理流程。 重点进行了移动接入门户网站、移动终端自适配功能、移动流媒体内容分发服务子 第5 页 信息工程大学硕七学位论文 系统的设计，对综合业务管理子系统进行了功能上的概述。 针对传统媒体内容发布方式的缺点，对移动流媒体内容分发网络m s m c d n 进行了 研究，给出了内容分发策略和基于内容绝对访问量和内容相对访问量的边缘缓存服 务器容量控制策略，针对边缘缓存服务器与中心内容服务器的内容一致性问题提出 了一种解决办法。 论文的结构安排如下： 第一章，介绍了本课题的来源、移动流媒体播放系统的发展现状以及论文的主要工 作和组织结构。 第二章，简要介绍了流媒体及流媒体相关技术的背景知识，包括音视频的压缩编码 技术、实现流媒体技术的相关协议、媒体服务器及内容分发网络。 第三章，对移动流媒体播放系统的需求进行了分析，给出了该系统的体系结构，在 系统体系结构的基础上，提出了基于移动通讯网络的流媒体播放系统的总体设计方案， 设计了本系统接入门户的组成结构与门户网站的结构。对系统的相关部分进行了说明。 第四章，在系统总体设计的基础上给出了本系统的接口标准，对本系统的工作流程、 后台业务管理程序流程、以及移动终端自适配的方法进行了研究与设计。 第五章，主要描述了移动流媒体播放系统中的流媒体内容分发子系统的功能及组成 结构，通过对功能及结构的描述，建立了基于内容分发网络c d n 的网络结构体系，提 出了一种适合于移动流媒体服务系统及旅游信息传播特点的内容分发策略和基于内容 绝对访问量与内容相对访问量的边缘缓存服务器容量控制策略，以及边缘缓存服务器与 中心内容服务器的内容一致性问题的解决办法。 第六章，对论文工作进行了总结与创新性说明，指出了系统存在的不足，明确了今 后的研究方向。 第6 页 信息工程大学硕士学位论文 第二章流媒体及相关技术概述 流媒体服务是一个结合了包括媒体的编码压缩、网络通信、传输协议、媒体存储、 自适应传输、分布式服务器等多方面技术的应用服务，流媒体的产生改变了传统互联网 只能表现静态文字和图片的缺陷，使互联网成为真正具有强大功能的新媒体，为新闻出 版、金融证券、娱乐传媒等领域提供了广阔的应用天地。在娱乐业，流媒体可提供真正 互动的视频节目；在企业，流媒体可用于电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。 2 1 流媒体概述 流媒体是从英语s t r e a m i n gm e d i a 中翻译过来，流媒体简单来说就是应用流式传输 技术在网络上传输多媒体文件，而流式传输技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩 处理后放在网站服务器上，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件 下载到自己终端后才可以观看的网络传输技术。 流包含两种含义，广义上的流是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的 一系列技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭义上的流是相对 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，能从i n t e r a c t 上 获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使时延大大减少。该技术 先在用户端的设备上创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，于网路实 际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资 料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持【6 】。 流媒体系统包括以下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； 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。 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 同公司的解决方案会在某些方面有所不同【6 】。 流媒体播放方式一般包括单播、组播、点播与广播【7 】。 单播( s i n g l e c a s t ) ：在客户端与媒体服务器之间建立一个单独的数据通道，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。 第7 页 信息工程大学硕七学伊论文 组播( m u l t i c a s t ) ：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，媒体服务器只需要发送一个信息包，所有发出请求的客户端即可同 时收到连续的数据流而无延时。 点播( u n i c a s t ) ：点播连接是客户端与服务器之间主动的连接。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。 广播( b r o a d c a s t ) ：指的是用户被动地接收数据流。在广播过程中，数据包的拷贝 将发送给网络上的所有用户，客户端接收流，但不能控制流。 以上各种播放方式中，组播发送方式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，只将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那 些客户。它保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽，是最理想的播放方式。 2 2 流式传输的过程 一般来说，流式传输的过程包括三个步骤吲( 图2 - 1 ) ： 图2 1 沉式传输过程 ( 1 ) 用户选定一流媒体服务后，w e b 浏览器与w e b 服务器之间使用h t t p t c p 交换 控制信息，得到需要传输的实时数据。然后客户机上的w e b 浏览器启动a v h e l p e r 程序， 使用h t t p 从w e b 服务器检索相关参数对h e l p e r 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 vh e l p e r 程序及a v 服务器运行实时流协议( r t s p ) ，以交换a 、，传输所需的 第8 页 信息工稃大学硕士学位论文 控制信息。r t s p 提供了操纵播放、快迸、快退、暂停及录制等命令的方法。 ( 3 ) a v 服务器使用r t p u d p 协议将a v 数据传输给a 、，客户程序( 一般可认为 客户程序等同于h e l p e r 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r t p u d p 和r t s p t c p 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 vh e l p e r 程序所在客户机的目 的地址。 流式传输的特点：启动延时大幅度地缩短，用户不用等待所有内容下载到硬盘上才 开始浏览；对系统缓存容量的需求大大降低；流式传输的实现有特定的实时传输协议。 2 3 流媒体应用的相关技术 流媒体系统中，影响流媒体播放质量的3 个关键的因素是：编码和压缩的性能与效 率、媒体服务器的性能、媒体流传输的质量控制。另外，内容分发网络是优化网络数据 传输非常有效的技术，内容分发网络的建立使得用户在使用流媒体服务时获得高速的体 验和品质的保证，它是媒体流传输质量控制的一个组成部分。 2 3 1 编码、压缩 流媒体系统中的编码用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。影响音 视频流的编码性能的因素很多：首先是编码效率，要求在保证一定音视频质量的前提 下，媒体流的码流速率尽量低，以达到压缩流媒体文件的目的。其次是编码的冗余性和 可靠性，与普通多媒体文件压缩编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输， 因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。最后需要考虑速率调节的能力，一种 方法是采用可扩展的层次编码，生成多个子位流( s u b s t r e a m ) ，其中一个位流是基本位 流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列，其他的子位流则起质量增强的作用， 所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。当网络速率变化时，可以通过调节流输 出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。 依据3 g p p ( t h i r d g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i p p r o j e c t 第三代合作伙伴计划) 的p s s ( p a c k e t s w i t c h e ds t r e a m i n gs e r v i c e 端到端的包交换流媒体服务) 规范，移动分组流媒体支持的 编码类型包含视频、音频、静态图像、位图、向量图、普通文本和定时文本等，其中音 频和视频的编解码类型可以有多种组合。移动流媒体系统所支持的媒体内容编解码格式 与业务类型无关，即无论是点播、直播，还是下载播放，这些格式都是适用的”。 视频的媒体编解码类型主要有三种，即h 2 6 3 ，m p e g 一4 和h 2 6 4 。 第9 页 信息工程大学硕士学位论文 h 2 6 3是i t u t( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r 国际电信联盟电信标准化部门) 的一项关于视频的标准【2 3 】。 如果在m p e c r - 4 中采用了h 2 6 3 ，则可在同样的通道内进行视频信号传输时，既保 持住比较高的视频信号质量，又可以降低编码的传输速率。有经验表明，如果采用 h 2 6 3 的方法，与采用m p e c r - 4 的简易型部分相比，在传输同样的视频时，平均可 以降低3 0 的编码传输速率。h 2 6 3 还可以提高线路对错误的恢复能力，并且h 2 6 3 比m p e g 一4 对网络也更为友好。尽管h 2 6 3 能够改进视频信号的质量，但是h 2 6 3 却需要比较宽的带宽。这样的带宽目前市场上的手持产品却并不都已经具备。 m p e g 一4 是宽带多媒体编码标准，可以以非常低的速率为视频场景编码】。m p e g - 4 标准划分为不同的部分与等级，将整个标准划分为一套子标准，利用这些子标准可 以针对某些具体的应用组成不同的方案。m p e g - - 4 的简易型部分是专门针对手持式 产品中无线视频发射应用场合制订的，它规定采用的视频编码传输速率在 2 0 3 0 0 k b p s 的范围，适合于无线方面的应用。 h 2 6 4 是i t u t 的v c e g ( v i d e oc o d ee x p e r t sg r o u p 视频编码专家组) 和i s 0 i e c ( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n i n t e r n a t i o n a le l e c t r i c a lc o m m i s s i o n 国 际标准化组织国际电工委员会) 的m p e g ( m o v i n g p i c t u r e e x p e r t s g r o u p 活动图像 编码专家组) 的联合视频组( 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l o 部分【2 5 】。它加强 了对各种信道的适应能力，采用”网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的 处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输、存储场合 的需求，这使得h 2 6 4 在相同的重建图像质量下，能够比h 2 6 3 节约5 0 左右的 码率，它的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应p 和无 线网络的应用，另外它的基本系统是开放的，使用无需版权。 音频媒体编解码方面，包含4 种：e n h a n c e da a cp l u s ；e x t e n d e d a m r w b ：m p e g - 4 a a cl o w c o m p l e x i t y ( a a c l c ) ：m p e g 4 a a c l o n g t e r m p r e d i c t i o n ( a a c l t p ) t l o l f 2 5 】。 2 3 2 实现流媒体业务的相关协议 流媒体在网络上的传输必然涉及到网络传输协议，其中包括i n t e r n e t 本身的多媒体 传输协议，以及一些实时流式传输协议等，只有采用合适的协议才能更好的发挥流媒体 的作用，保证传输质量q o s ( q u a l i t y o f s e r v i c e 服务质量) 。i e t f ( i n t e r n a t i o n a l e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e 互联网工程任务组) 是t n t e m e t 规划与发展的主要标准化组织，已经设计出几 种支持流媒体传输的协议，主要有用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据流的实时传输协议r t p 第1 0 页 信息工程大学硕士学位论文 ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 、与r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务的实时传输 控制协议r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 、定义了一对多的应用程序如何有 效地通过口网络传送多媒体数据的实时流协议r t s p t ”1 ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 。 图2 - 2 给出了实现移动流媒体业务的协议栈描述【1 2 】。其中，视频、音频等流媒体数 据主要通过r t p u d p 承载，而一些静态的图像、文本则可以使用h t t p 进行承载。对 于能力交换( c a p a b i l i t ye x c h a n g e ) 和表示描述( p r e s e n t a t i o nd e s c 邱t i o n ) 可以使用h t t p 或者r t s p 进行封装，这取决于不同的实现方式。r t s p 和s d p 用于会话建立和控制， m i m e ( m u l t i p u r p o s ei n t e r n e tm a i n le x c h a n g e 多用途互联网邮件扩展) 描述媒体类型， r t p 是流媒体负载的传输协议。 图2 - 2 协议栈描述 实时传输协议r t p ( r e a l t i m e t r a n s p o r t p r o t o c 0 1 ) 是用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据流 的一种传输协议。r t p 通常工作在点对点或点对多点的传输情况下，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 ( u s e rd a t ap r o t o c o l 用户数据报协议) 来传送数据，但r t p 也可以在t c p 或a t m 等其他协议上工作。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 第1 1 页 信息工程大学硕士学忙论文 提供这些服务。r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。r t p 和r t c p 配 合使用，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。 实时传输控制协议r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和r t p 一起提供流量 控制和拥塞控制服务。通常r t p 和r t c p 配合使用，r t p 依靠r t c p 为传送的数据 包提供可靠的传送机制、流量控制和拥塞控制，因而特别适合传送网上的实时数据。 r t c p 主要有4 个功能：( 1 ) 用反馈信息的方法来提供分配数据的传送质量，这种反 馈可以用来进行流量的拥塞控制，也可以用来监视网络和用来诊断网络中的问题； ( 2 ) 为r t p 源提供一个永久性的c n a m e ( 规范性名字) 的传送层标志，因为在 发现冲突或者程序更新重启时s s r c ( s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c ei d e n t i f i e r 同步源标识) 会 变，需要一个运作痕迹，在一组相关的会话中接收方也要用c n a m e 来从一个指定 的与会者得到相联系的数据流( 如音频和视频) ；( 3 ) 根据与会者的数量来调整r t c p 包的发送率；( 4 ) 传送会话控制信息，如可在用户接口显示与会者的标识，这是可 选功能。 实时流协议r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 是由r e a l n e t w o r k s 和n e t s c a p e 共同 提出的一个应用层协议，用来与诸如r t p 、r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l 资 源预订协议) 等更低层的协议一起，提供基于i n t e r a c t 的整套流化服务。该协议定 义了一对多应用程序如何有效地通过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 ，而r t s p 传送的是多媒体数据。h t t p 请求由用户端发出，服务 器做出响应；使用r t s p 时，用户端和服务器都可以发出请求，即r t s p 可以是双 向的。它可以控制流媒体数据在口网络上的发送