（计算机软件与理论专业论文）“和欣”操作系统上流媒体播放器的实现.pdf

摘要 “和欣”操作系统是我国第一个自主知识产权的3 2 位嵌入式操作系统，它采 用面向构件技术，在操作系统层提供了对构件运行环境的支持，用构件技术实现 了灵活内核，使得嵌入式应用软件的歼发实现工程化、工厂化生产，并且保证了 跨操作系统的平台兼容性。随着“和欣”操作系统在医疗仪器等许多方面的成功 应用，尤其是在智能手机上的开发和应用，迫切需要一款基于“和欣”操作系统 的流媒体播放软件，以满足网络视频播放的需求。作者有幸被派到上海科泰世纪 有限公司，参加“和欣”操作系统的研发工作达一年半之久，主要负责流媒体播 放器的开发任务。作者在对“基于流媒体技术的播放器”进行了细致研究的基础 上，提出了基于“和欣”操作系统的流媒体播放器的设计和实施方案，并在上- 怔i i 实践中予以实现。 流媒体技术是目d 口应用非常广泛的多媒体技术，它提供给英特网用户不需下 载就可以播放声音和视频的功能。但是，在q o s 不能保证的情况下，如何保证流 媒体传输的实时性，提高流媒体播放质量是一个需要认真考虑的问题。本文在着 蘑考虑“和欣”操作系统的特点的基础之上，针对q o s 不能保证的网络环境中流 媒体的播放质量不能保证的问题，设计了一种主动的传输与缓冲控制机制，极大 的提高了媒体播放器吸收阻塞、流畅播放流媒体文件的能力；针对手机平台硬件 性能比较低的问题，采取了一系列的优化手段提高播放的效率，使得“和欣”媒 体播放器能够在采用a r m 处理器的手机平台流畅的播放；针对如何保证软件的可 升级性问题，将播放器的功能实现分成控制模块、注册模块、文件模块、传输模 块、缓冲模块、解码模块和播放模块，每个模块功能单一、封装独立，方便了程 序的升级。同时，设计了一种全新的注册机制。它可以方便地完成增添新的解码 器、新的网络传输协议的工作，为以后软件的更新升级预留了接口。 依靠上述创新，整个软件做到了结构清晰、代码高效，多种媒体文件能够在 主频2 0 0 兆赫兹的智能手机c p u 上流畅播放。因此获得了公司首席科学家陈榕的 好评，研究成果被公司采纳，应用到智能手机平台，圆满完成了任务。 关键词：流媒体、流式传输，m m s 协议、a s f 文件格式 a b s t r a c t “e l a s t o s ”o p e r a t i o ns y s t e mi st h eo n l ye m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mi nc h i n aw h i c h h a si n d e p e n d e n ti n t e l l i g e n tp r o p e r t yr i g h t i ta d o p t sc o m p o n e n t o r i e n t e dt e c h n o l o g y , a n d o f f e r ss u p p o r t st ot h ec o m p o n e n tr u n n i n ge n v i r o n m e n to nt h eo p e r a t i n gs y s t e ml a y e r i t u s e sc o m p o n e n tt e c h n o l o g yt oa c h i e v ef l e x i b l ek e r n e l ，w h i c he n a b i e st h ei n d u s t r i a l i z e d d e v e l o p m e n to fe m b e d d e do p e r m i o ns y s t e ma n de n s u r e s t h ec o m p a t i b i l i t ya c r o s s d i f f e r e n to p e r a t i o ns y s t e m s w i t ht h ea p p l i c a t i o no f 。e l a s t o s ”o p e r a t i o ns y s t e mi n m o b i l et e l e p h o n ea n dm e d i c a la p p a r a t u s ，s o m es o f t w a r ew h i c hc a r lp l a ys t r e a m i n g m e d i ao n e l a s t o s ”i si nu r g e n td e m a n dt om e e tt h ec o n s t a n t l yd e v e l o p e dr e q u i r e m e n t o fn e t w o r ks t r e a m i n gm e d i ap l a y i n g t h ea u t h o ri sl u c k yt ot a k ec h a r g eo ft h e d e v e l o p m e n to ft h i sk i n do fs o f t w a r e d u r i n gt h el a s to n ea n dah a l fy e a r s ，h eh a s d e v o t e dh i m s e l ft ot h er e s e a r c hw o r ko nt h em e d i ap l a y e rb ye x p l o r i n gt h es t r e a m i n g m e d i at e c h n o l o g y i n v e s t i g a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es t r e a mt r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e ， t h es t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u e ，a n dt h e “e l a s t o s ”o p e r a t i o ns y s t e m ，t h ea u t h o rh a s p r o p o s e dt h es c h e m eo fd e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gas t r e a m i n g m e d i ap l a y e rf b r “e l a s t o s ”t h ei m p l e m e n t e dp l a y e rh a sa l r e a d yb e e nu s e de x t e n s i v e l ya n da c h i e v e d g o o dp e r f o r m a n c e s t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u eh a sb e e nw i d e l yu s e d i n t e r n e tu s e rc a nu s ei tt op l a y v i d e oa n da u d i ow i t h o u td o w n l o a d i n g a tt h es a m et i m e ，h o wt oe n s u r et h a ts t r e a m i n g m e d i ac a nb et r a n s m i ti nr e a lt i m ew i t h o u tq o sa s s u r i n gi sap r o b l e mw h i c hw i l lb e t h i n kc a r e f u l l y t h ed i s c o u r s eb a s e so nt h ec h a r a c t e ro f “e l a s t o s ”o p e r a t i o ns y s t e m ，i n a l l u s i o nt ot h ep r o b l e mt h a tn oa s s u r a n c eo np l a y i n gq u a l i t yo fs t r e a m i n gm e d i ai nn o q o sa s s u r a n c en e t w o r k ，t h ea u t h o rd e v e l o p sa na c t i v et r a n s m i t t i o na n db u f f e r i n gc o n t r o l m e c h a n i s m d e p e n do nt h i sm e c h a n i s m ；s t r e a m i n gm e d i ac a nb ep l a y e dm u c hl i q u i d l y i aa l l u s i o nt ot h ep r o b l e mt h 砒t h ep e r f o r m a n c eo fh a r d w a r eo nm o b i l et e l e p h o n ej s l o w e rt h a np c ，a u t h o ra d o p t sas e r i e so fo p t i m i z e dm e t h o dt o i m p r o v ep l a y i n g e f f i c i e n c y t a k ea d v a n t a g eo ft h e s em e t h o d s ，t h ep l a y e ro n “e l a s t o s c a l lp l a ys t r e a m i n g m e d i al i q u i d l yo nm o b i l et e l e p h o n ew h i c hu s e sa r mc p u i na l l u s i o nt ot h es o f t w a r e u p d a t i n gp r o b l e m ，a u t h o rd e v e l o p sc o n t r o lm o d u l e ，r e g i s t r a t i o nm o d u l e ，f i l em o d u l e ， t r a n s m i s s i o nm o d u l e ，b u f f e r i n gm o d u l e ，d e c o d i n gm o d u l ea n dt h ep l a y i n gm o d u l e e a c h m o d u l eh a ss i n g l e u n c t i o na n di n d e p e n d e n tp a c k i n g i tt a k e sc o n v e n i e n c et os o f t w a r e u p d a t i n g f u r t h e rm o r e ，a u t h o rh a sd e v e l o p e dag r a n dn e wm e c h a n i s mo fr e g i s t r a t i o n ， w h i c hm a d ei t e a s yt oa d dn e wd e c o d e ra n dn e wn e t w o r kt r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 i n t e r f a c ef o rf u t u r eu p g r a d ew a sa l s om a d e t a k i n ga d v a n t a g eo ft h ei n n o v a t i o nm e n t i o n e da b o v e ，t h ew h o l es o f t w a r eh a dc l e a r s t r u c t n r ea n dh i g h e rc o d ee f f i c i e n c y d i f f e r e n tk i n d so fs t r e a m i n g - m e d i ac o u l db e p l a y e ds r n o o t h l yo ni n t e l l i g e n tm o b i l ep h o n ew i t hc p uf r e q u e n c yo f2 0 0m t l z t h e i i s o f t w a r ew a sh i g h l ya p p r a i s e db ym r c h e nr o n g ，t h ec h i e fs c i e n t i s to ft h ec o m p a n y , a n da b s o r b e db yt h ec o m p a n y t h et a s kw a sw e l ld o n e k e yw o r d ：s t r e a m i n gm e d i a ，s t r e a m i n g ，n l l n sp r o t o c o l ，a s ff i l ef o r m a t 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的来源以及意义 截止到上个世纪末，我们国家一直没有自己的c p u 更没有自己掌握核心技术 的操作系统，在很多高、精、尖的科技领域受制于荚国。为了改变这种不利的情 况，蹦家采取了很多措施鼓励计算机系统软件和硬件的发展。随着中科院计算机 研究所“龙芯”c p u 的研制成功，“和欣”操作系统电在科泰吐上纪所有员工的共同 努力下一步步地从最基本的底层操作命令发展到功能比较完整的1 0 正式版。“和 欣”操作系统是目前国内唯一自主知识产权的3 2 位嵌入式操作系统，采用了先进 的e z c o m 组件技术，具有稳定、高效、灵活等特点。虽然“和欣”操作系统比起 微软的主流操作系统还存在着很大的差距( ：卜要包括图形界面的美观性、使用的 难易程度和功能是否全面等方面) ，但作为中国控制核一心技术的操作系统，其意义 是相当重大的。 独屯研制一个全新的操作系统其工作量的巨大和工作难度也是常人无法想象 的。由于“和欣”操作系统目前还没有得到广泛的应用，所以操作系统的一切驱 动程序及高层应用都必须山科泰公司自行丌发。目前，科泰公司已经完成常用驱 动程序、图形系统、网络系统的开发，并且已经有了自己的m p 3 播放器、移植了 d o o m 等游戏，提供给用户一个功能相对齐全的系统环境和应用环境。但是，“利 欣”操作系统上还没有一个功能完备的媒体播放器，这无疑是操作系统应用软件 丌发的一大缺憾，也给公司向客户演示操作系统的功能带来了不利的影响。而且， 随着“和欣”操作系统在应用领域的逐渐扩展，特别是在智能手机领域的发展， 迫切需要一款结构紧凑、功能完备、小巧并且支持流媒体播放的媒体播放器，以 提供在智能手机上播放多媒体广告以及媒体文件的功能。在这种情况下，丌发一 款基于“和欣”操作系统的流媒体播放器的任务就孕育而生了。这对于完善“和 欣”操作系统的功能、满足智能手机等应用领域的需求有着极其重要的作用，对 于科泰公司丌发应用市场起着关键的作用。 本文的作者有幸在上海科泰世纪公司进行了为期一年半的实习，亲自参与了 “和欣”操作系统的开发工作，并在实习过程中认以到了丌发多平台的媒体播放 器对于“和欣”操作系统向应用方向发展的重大意义，因此，积极投身于这个项 目的研究，并开发出同时满足手机和x 8 6 应用平台的流媒体播放器，实现了“和 欣”操作系统中流媒体播放器从无到有的重大突破，出色的完成了实习任务。 1 2 作者所做的工作 作为知识和技术准备本文的作者首先仔细研究了两方面的技术细节： 1 、对“和欣”操作系统的图形、网络以及内核进行详细的了解，掌握“和欣” 操作系统提供的各种接 a p i 的具体功能币用法，并通过编i 些测试程序来熟 第一章绪论 悉和巩固。 2 、详细研究流媒体的工作原理和特点，并着重分析了微软的m m s 协议和a s f 文件格式，熟悉了m p e g 4 标准，掌握了它们各自的特点，为流媒体播放器的实现 打下理论基础。 ，在有了足够的技术准备之后，作者完成了以下主要工作： l 、设计了流媒体播放器的软件总体结构。 2 、针对无q o s 保证的网络中流媒体的播放质量也无保证的问题，设计了一种 主动的数据传输与缓冲控制机制。使用这种主动控制机制，在网络出现阻塞的时 候，流媒体文件电能够比较流畅的播放。 3 、详细设计了控制模块、注册模块、文件模块、传输模块、缓冲模块、解码 模块和播放模块。这些模块在软件运行过程中互相协调、有序工作，构成了一个 完整而清晰的软件构架，保证了软件的币常运行。 4 、设计了一种全新的注册机制，方便的完成增添新的解码器、新的网络传输 协议的i ：作，为以后软件的更新升级预留了接e 。 5 、采取一系列的措施优化了软件的执行效率，保证了流媒体播放器在手机平 台的流畅运行。 6 、采用多线程进行文件读取、解码和播放工作，完善了线程的管理，最大限 度的利用硬件资源。 7 、用c + + 语言从工程上完全实现了这个流媒体播放器。 整个软件做到：结构清晰、代码高效，多种媒体文件能够在主频2 0 0 兆赫兹 的智能手机c p u 上流畅播放。同x 8 6 平台主流的流媒体播放器相比，“和欣”媒 体播放器具有小巧、硬件要求低以及在q o s 无保障的网络中有更好的播放质量等 特点，获得了公司首席科学家陈榕的好评，并被公司采纳，圆满完成了任务。 1 3 论文章节安排 论文的章节如下： 第一章绪论介绍了课题的来源和要求以及作者所做的主要工作。 第二章流媒体概论论述了论文所涉及的理论基础流媒体。 第三章播放器的设计思想论述了该软件具体的设计思想。 第四章播放器的实现沦述了具体的实现过程，以及实现设计思想具体采用 的方法。 第二章流媒体概论 2 1 何谓流媒体 第二章流媒体概论 2 1 1 流媒体的基础流式传输 在网络上传输音频、视频等多媒体信息f 1 前主要有下载传输和流式传输两种 方案。一f 载传输是把媒体文件下载到本地进行播放。由于音频和视频文件一般都 比较大，所以需要的存储容量出较大；同时山于网络带宽的限制，下载常常要花 数分钟甚至数小时所以这种处理方法延迟也很大。流式传输时，声音、影像或 动画等媒体信息由服务器向用户计算机实时传送，用户不必等到整个文件全部下 载完毕，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。当声音等媒体在客 户机t - 播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。流式不仅使启动 延时成十倍、百倍地缩短，而且不需要太大的缓存容量。流式传输避免了用户必 须等待整个文件全部从【n t e r n e t 上下载完j 能观看的缺点。 流式传输主要指通过网络传送媒体( 如视频、音频) 的技术总称。其特定含 义为通过i n t e r n e t 将影视节目传送到p c 机。实现流式传输有两种方法：实时流 式传输( r e a lt i m es t r e a m in g ) 和顺序流式传输( p r o g r e s s iv es t r e a m in g ) 。 顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可欣赏媒体节目，但在给 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部分。 顺序流式传输不像实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由 丁标准的h t t p 服务器可发送顺序流式文件故它经常被称作h t t p 流式传输。使 用中它教放在标准孵t p 或f t p 服务器上，易于管理，基本上与防火墙无关。 顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于该文件 能够观看的部分是事先无损f 载的，这种方法能保证电影播放的最终质量，但这 也意味着用户在观看前必须经历延迟，对较慢的连接延迟更为明显。显然，顺序 流式传输不适合跃片段和有随机访问要求的视频，如：讲座、演蜕与演示。它也 玎i 支持现场厂播，严格晚来，它是种点播技术。 实时流式传输 实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接带宽匹配，使媒体节目可被实 时欣赏。实时流与t t r t f 流式传输刁i 州，它需要专用的流媒体服务器! j 传输协议。 出r 匕。戈时传送，故特别适合观场事件，也支持随机访，用户可快进或后退以 观看前面或后面的节目内容。 实时流式传输必须匹配连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图像 质量较差。而且，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频 质茕 艮燕。实时流式传输需要特定服务器。如q u i c k l i m es t r e a m in gs e r v e r 、r e l 1 第二章流媒体概论 s e r v e r 与w i n d o w sm e d i as e r v e r 。这些服务器允许你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h t t p 服务器更复杂。实时流式传输还需要特殊 网络协议，如：r t s p ( r e a lt i m es tr e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 或m m s ( m u l t im e d i a s e r v e r ) 。这些协议在有防火墙时可能会出现问题，导致用户不能看到一些地点的 实时内容“】。 ， 2 1 2 流媒体的定义 流媒仲( sl i e a m ir i gm c d i i l ) 技术是n i 十分流行的多媒体技术，其尽础就是多 媒体通信投术。它是指在i n t e r n e t ( i n t r a n e t ) 中使用流式传输技术的基媒体， 如：音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将丌始 部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些 延迟。流媒体实现的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。 l 、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 ：流文件往往小于原始文件的数据量，并且用户电不需要将令部流文件 下载到硬盘，从而箝省了大量的磁盘空间； 3 、由于采用了实时传输协议更加适合动画、视音频在网上的实时传输”1 。 2 2 流媒体的系统组成及网络环境 2 2 1 流媒体的系统组成 一个完整的流媒体系统应包括以下几个组成部分。 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，这可以 山带视频音频硬件接口的计算机和运行其上的制作软件共同完成。 流媒体数据。 服务器：存放和控制流媒体的数据。 网络：适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络。 播放器：供客户端浏览流媒体文件。 2 2 2 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f 。i 发 送给相应的客户，响应客户的交互请求，保证视频流连续输出。视频信息具有同 步性要求，一方面必须以恒定的速率播放，避免引起画面的抖动，如m p e g 一1 视频 标准要求以1 5 m b 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年月一致。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。 第二章流媒体概论 视频服务器响应客户的视频流请求后，从存储系统读入部分视频数据到对 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w o 的带宽、网络带宽、内存大小和c p u 的 使用率等。， 2 2 3 媒体服务器软件平台 删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。发行模块负责将节日提交到网页，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，当节日量大时，就必须编制数据库管理系统。用户管理可能包括用 户的臀记和授权。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、 用户多的情形町在不同的区域中心建立相应的分发中心。 2 2 4 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f 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( p s t n ) 、分组交换网( p s p d n ) 、数字数据网( d d n ) 、窄带和宽带综合 业务数字网( n 一 s d n 和b i s d n ) 等；第二类为计算机网络，如局域网( l a n ) 、城域 网( m a n ) 、广域网( w a n ) ，具体如光纤分椎式数掘接口( f d d i ) 、分布式队列双总 线( d q d b ) 等；第三类为电视广播网络，如有线电视网( c a t v ) 、混合光纤同轴网 ( h f ) 、卫星电视网等。 上述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些新的网络存取方式如宽带综合业务数字网 ( b i n d n ) 、异步传输( a t m ) 嘲和宽带i p 网络。事实表明，这些网络到目f ；j 为止 是最适合多媒体信息传输的网络“。 2 3 流媒体技术原理 流式传输的实现需要缓存。因为i n t e r n e t 以包传输为接础进行断续的异步传 输，对一个实时a v 源或者存储的a v 文件，在传输中它们要被分解成许多包， 山于m 络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时州 延迟也就不等，甚至先发的数据包还有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延 迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序币确，从而使媒体数据能连续输出而不 会因为网络暂时捌塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速 缓存使用环形链表结构求存储数据：通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用 空出的高速缓存空叫术缓存后续尚未播放的内容。 第二章流媒体概论 流式传输的实现需要合适的传输协议。由于t c p 需要较多的开销，故不太适 合传输实时数据。在流式传输的实现方案中一般采用h t t p t c p 来传输控制信息， 而用r t p u d p 柬传输实时声子数据。 流式传输的过程一般是这样的： l 、w e b 浏览器与w e b 服务器之问使用h t t p t c p 交换控制信息，以便把需要传 输的实时数据从原始信息中检索出来。 2 、用h t t p 从w e b 服务器检索相关数据，播放器进行初始化。 3 、从w e b 服务器检索出来的相关服务器的地址定位服务器。 4 、播放器与服务器之间交换a v 传输所需要的实时控制协议。 5 、一旦a v 数据抵达客户端，播放器就可以播放了。 2 4 流媒体播放方式 2 4 1 单播 在客户端与媒体服务器之| 剖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，响应需要很长时削，甚至 停l l ：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量。 2 4 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。媒体服务器强需要发送。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 4 3 点播与广播 点播连接是客户端与服务器之问的主动的连接。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。用户可以丌始、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山于每个客户端各自连接服务器， 却会迅速用完网络带宽。 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。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发 送给列络上的所有用户。使用单播发送时需要将数据包复制多个拷贝，以多个 点埘点的方式分别发送到需要它的那些用户，而使用广播方式发送，数掘包的单 独一个拷贝将发送给网络e 的所有用户，而不管用户是否需要上述两种传输方 6 第二章流媒体概论 式会非常浪费网络带宽。组播吸收了l 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， 保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。 2 5 流媒体的发展状况以及存在的问题 2 5 1 流媒体的发展状况 从t 9 9 5 年摊出第一个q 联卿流媒体播放群以柬。流媒体出用有了爆炸性增l 垂。 据统计，纠前旦联翮每垌约有j j 万小州的j 播节目。j h 个荚蹦f 乜视台提供w e h j 播：个 包视台提供点插服务。柏近l 数的跨闭公司存内部住埔流媒体实耻w u h j 播， l i q 电信推“j 的v m 互联单空宽带j n | ，足 j 前v n e ：蛾具有宽带特色的 刚上啦刚暇务也是摄能啦q l 用户使用侥带的壳点。 f f ：如几年前的f f ，同络和| 1 技术，流媒体应用j l j 处于持续高谜钟妖时期。米 白瞄| j _ ；j ，权威机怕的调食疑j i 2 0 3 年存酬上刚流媒体的人数增加rf i 5 ，西h 网络发达【j j 3 家访问流螺体弁，八数已达到1 8 亿约占网民的l 舟，存、肚堋流奄襞体的 访问刖户也迅进增加j ；= | j3 5 0 0 力人将近删瞪的】6 。 在l | i 内。随暂宽带的普及流媒体技术也l f s 速的运用伍远程敬符、宽带州频 虹播、! j ：联恻直播、视步娅会议等方面有着非常广阔的发艘空间。 2 5 2 流媒体技术存在的问题 l 、带宽问题。目前的宽带强务的质精通常还没有保障，阳此搬少消赀行能够 获得足眵的带4 越来观荷与电视效果雅以晖：分的视颁流。即使使用电缆m o d e f l 或昔 j ) 乩，仍然存卉：缓冲问题；号】的内容俦输网络还不能传输内容，嘲为他们不能睬 l 正边缘隅箍终川1 t 三够近，既瓷仑避免他竹州薛符乎解块的m 络赝精问题，最蛞 公q 翘你然仃拒。 2 标坪仨以及时标准的q i 迸，】7 。自扶流媒体技术出现以来流媒体行业直陷 入饧格式战争，h 为独立的技术销售商们希剐存他们自已特殊的n i 缩系统和流 之什拯式的綦口i ：l 二参与竞争造成r 内容供应两受适应所订标准，增加r 开发的 雉艘，造成了技术i 的混 l 。 3 、视频戤务赝爨的闯题。刈i 流媒体插殷辫，山丫阢e 1 呀的资媚! 冲突、邻近 的剪辑之问的不连续性、网络传输瓶颈： 现瞬川i 的播放不适蹦、数据乜丢失席 出现橘放器缓冲欠败等引起的播放暂停题j 14 j 少址，传输控制经常1 i 能很蚵的 ，肚一 * 2 6 微软流媒体概述 流媒体的出现，出色的解决了网络媒体的传输椰播放的问题，使人们在线观 第二章流媒体概论 看电影和即时视频成为了可能。同时，也解决了普通的媒体信息被轻易f 载和复 制的问题，为互联网的发展增添了一层亮丽的色彩。目i i i ，在流媒体领域，竞争 的公司主要有三个：m i c f o s o f t 、r e a l n e t w o r k s 和a p p l e 。他i f i n 应的产品是： w i n d o w sm e d i a 、r e a lm e d i a 、q u i c k t i m e 。 在英特网上被普遍应用柬处理视频和声音介质传输的服务器有两种类型，他 们是：标准机网络服务器( s t a n d a r dh o s tw e bs e r v e r s ) 和流媒体服务器 ( s tr e a m in gm e d i as e r v e r s ) 。 标准主机服务器使用一个基本的h t t p 协议，同样也能够提供w e b 、f t p $ 1 电 子邮件服务。流媒体服务器是专一的媒体服务器，它使用两种应用协议类型，他 们是h t t p l 0 或者1 1 、$ m m s ( m u l t im e d i as e r v e r ) 协议。应当注意的是流媒体服 务器使用的h t t p 协议是标准网络服务h t t p 协议的修改版本，它扩展了p r a g m a 指令 允许实时流，普通的h t t p 协议不支持这些指令。 流媒体服务器同普通的主机网络服务器相比存在着明显的差异。第一个不同 点就是存放在一个普通的使用标准h t t p 协议的主机网络服务器上的媒体文件不需 要一个特殊的服务或者软件来观看甚至下载。另一个不同点就是流媒体服务器使 用m m s 协议从流服务器传送给观众实时的媒体。当大量用户同时登陆一个媒体服务 器的时候，这种使用m m s 协议的服务器能够满足大量的用户的需要，而标准的h t t p 服务器将会变得很慢，甚至停滞。 在大多数情况下，标准主机网络服务器上的媒体信息能够被观看者轻易的f 载只需要右键点击嘲站上的适接按钮，选择下载，就可以存本地硬盘 ：保留一 个相同的拷贝。这就意味着观看者町以在任何时候离线观看这些文件。另n 方面， 流媒体服务器就不那么容易被下载了。下面介绍一下f i l m s 协议。 2 6 1i n i l s 协议 m m s 协 义( m u lt im e d i as e r v e rp r o t o c 0 1 ) 足微软公司的标准流| 办议。它最 初是用来在英特网上传输多媒体广播、视频档案、音轨、实时视频和预先录制好 的实时节目。使用这种协议，观看者可以像观看本地电视或者音轨一样从专有的 媒体服务器上观看多媒体文件。微软公司提供了免费的媒体播放器，以供那些有 个人电脑和英特网接入的用户使用。m m s 协议可以传输许多种文件格式例如：a s f ， a v l 和m o v ，它们实际上都是流技术所包含的编码格式。r a n i s 办议建立在t c p 或者 u d p 协议之上，t c p u d p 属于网络传输层，而m m s 协议则属t 二应用层。 在安装有w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 或者w i n d o w sn ts e r v e r 的微软流服务器平 台上，m m s 协议被广泛的应用。流服务器的应用程序( 例如w i n d o w sm e d i as e r v ic e s 和n e t s h o w ) 使用m m s 协议能够使用不吲的传输协议同时向大量用户发送实时流媒 体数据，例如t c p 协议和u d ，、议。只史持1 、c p 协议的站点使用m m s ：或并 m 1 1 ：的地址日h 缀，而只支持u i ) p 的站点使刖m m s u ：的地址前缀。为了给用 户提供最佳表现，选择何种传输踟议是由服务器自动选择的。服务器使用一种自 动的办议选择策略，当然用户也可以自己配置传输伽议的选择策略。自动的协议 第二章流媒体概论 选择策略是首先尝试u d p 连接，然后是t c p ，最后是h t t p 。之所以这么选择是凶 为u d p 协议的头信息最少，这就意味着传输的时候浪费的信息量最小，那么一次 传输所获得的可观看的媒体信息就更多。h t t p 的头信息最长，但是它能够穿过防 火墙，因此也是i n m s 所支持的传输协议。u d p 协议没有差错检测功能，因此图像可 能会有失真，但是它具备最高的数据效率。u d p 洳议不能穿过防火墙，因为网络管 理员出于安全的考虑通常会禁止u d p 。t c p 协议是一种中庸的选择，它有差错检测 而且只比u d p 稍慢，非常适用于m m s 协议的f 载服务”3 。 2 6 2a s f 文件 a s f 是a d v a n c e ds tf e a f f l n f f 【o c m a t 的缩写，它是一个丌放标准，能依靠多 种协议在多种网络环境下支持数据的传送。同j p g 、m 1 1 ( ；文件一样，a s f 文件也是 一种文件类型，但它是专为在i p 网上传送有同步关系的多媒体数掘而设计的，所 以a s f 格式的信息特别适合在i p 网上传输。a s f 文件的内容既可以是我们熟悉的 普通文件，也可以是一个由编码设备实时生成的连续的数据流，所以a s f 既可以 传送人们事先录制好的节日，也可以传送实时产生的节目。 a s f 用于排列、组织、同步多媒体数掘以利于通过网络传输。a s f 是种数 掘格式，它也可用于指定实况演示。a s f 最适于通过网络发送多媒体流，也同样适 于在本地播放。 w i n d o w sm e d i as e r v i c e 的核心是a s f 。a s f 是一种数据格式，音频、视频、 图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输， 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 fs t r e a m 。a s f 支持任意的压缩解压缩编码方式，并可以使用任何种底层网络传输协议，具有 很大的灵活性。 a s f 最大优点就是体积小，因此适合网络传输。用户可以将图形、声音和动丽 数据组合成一个a s f 格式的文件，当然也可以将其他格式的视频和音频转换为a s f 格式，而且用户还可以通过声卡和视频捕获卡将诸如麦克风、录像机等等外设的 数据保存为a s f 格式。另外，a s f 格式的视频中可以带有命令代码，用户指定在到 达视频或音频的某个时叫后触发某个事件或操作。 a s f 的特征： l 、i t 扩展的媒体类型。a s f 文件允许制作者很容易地定义新的媒体类型。a s 任意存储的媒体流逻辑上都是独立j ：其他媒体流的，除非在文件头部分明显地定 义了其与另一媒体流的关系。 2 、部件下载。特定的有关播放部件的信息( 如，解压缩算法和播放器) 能够 存储存a s f 文件头部分，如果客户机上没有安装相成的编码解码器，客厂，机就能 够通过这监信息束寻找和下载合适的编码解码器。 3 、可伸缩的媒体类型。a s f 充分考虑可伸缩的媒体类型的”带宽”之间的依赖 天系。a s f 存储了各个带宽的媒体流，每个媒体流都是独立的。媒体流之间的依赖 第二章流媒体概论 关系存储在文件头部，为客户机以一个独立于压缩的方式解释可伸缩的选项提供 了丰富的信息流的优先级化。采用w i n d o w sm e d i a 的现代的多媒体传输系统能够 动态地调整以适应网络资源紧张的情况( 如，带宽不足) 。多媒体内容的制作者要 能够根据流的优先级表达他们的参考信息，如最低保证音频流的传输。随着可仲 缩媒体类型的出现，流的优先级的安排变得复杂起来，因为在制作的时候很难决 定各媒体流的顺序。a s f 允许内容制作者有效地表达他们的意见( 有关媒体的优先 级) ，甚至在可伸缩的媒体类型出现的情况下也可以。 4 、多语言。a s f 设计为支持多语言。媒体流能够可选地指示所含媒体的语言。 这个功能常用于音频和文本流。一个多语言a s f 文件指的是包含不同语言版本的 同内容的一系列媒体流，其允许客户机在播放的过程中选择最合适的版本。 5 、目录信息。a s f 提供可继续扩展的目录信息的功能，该功能的扩展性和灵 活性都非常好。所有的目录信息都以无格式编码的形式存储在文件头部分，并且 支持多语言，如果需要，目录信息既可预先定义( 如，作者和标题) ，也可以是制作 者自定义。目录信息功能既可以用于整个文件也可以用于单个媒体流。 a s f 的应用： a s f 流文件的数据速率u j 以在2 8 8 k b p s 到3 m b p s 之间变化。用户可以根据自 己应用环境和网络条件选择个合适的速率，实现v o d 点播和直播。 1 、点播功能( v i d e oo nd e m a n d ) 因为a s f 技术支持任意的压缩解压缩编码，可以使用任何一种底层网络传输 协议，这使它既能在高速的局域网内使甩；也可以在拨号方式连接的低带宽 i n t e r n e t 环境下使用。点播服务方式下，用户之间互不干扰，可以对点播内容的 播放进行控制。这种方式最为灵活，但是占用服务器、网络资源多。 a s f 的点播内容均存放在v o d 服务器上，建立v o d 站点进行网页发命，在同 时j 日j 可多点同时点播相同或不同的节目，即多个计算机可在不同的地点、不同的 时刻实时、交互式地点播同一a s f 流文件，用户可以通过l 网查看和选择内容 进行点播。播放过程中可实现播放、停止、暂停、快进、后退等功能，播放速率 达到2 5 帧s ，1 小时的视频信息按照3 0 0 k b s 采集，只占1 0 8 m b 的空间，l 张6 4 0 m b 的光盘可存放将近6 小时的a s f 文件。 2 、直播功能 直播服务下，用户只能观看播放的内容，无法进行控制。可以使用a s f 文件 作为媒体内容的来源，实时的多媒体内容最适合使用直播服务方式。通过视频捕 捉卡把摄像机、麦克风记录的内容输入到计算机，进行编码生成a s f 流，然后通 过陔机把信号传送到嘲络，用户通过网页收看直播内容。 计算机可例时接收相同或不同的节i i 频