（计算机应用技术专业论文）大型体育赛会vod系统关键技术的研究与实现.pdf

北方工业大学硕士学位论文 摘要 视频点播( v i d e o o n - d e m a n d ，简称v o d ) 是计算机技术、网络技术和多媒体技 术综合发展的产物，它按照用户的要求播放视频节目，改变了过去用户被动接收节目 的状况。在大型体育赛会上，使用v o d 系统，可以很好的管理视频节目和满足用户 各个不同的需求，弥补了传统电视方式和录像方式许多不足之处。 本文对多媒体的流式传输进行了仔细的研究，在系统中把节日数据分割成一个个 独立的与时间相关的包，再把包形成的多媒体流从视频服务器传到用户端。使用流式 传输，解决了传统的v o d 系统把视频数据全部下载到本地存储器以后再进行播放的 问题，用户可以一边观看节目，一边从网络上接收数据，经过很少的延时就可以观看 节目，同时节约了存储空间，大大提高了系统性能。 在大型体育赛会上，节目数据量庞大，占用了大量的存储空间。针对这一问题， 本文在处理节目数据时，采用m p e g 一4 压缩标准，使用d i r e c t d r a w 和d i r e c t s o u n d 分 别进行图像的再现和声音的回放。这样既可以大大减少节日数据量，又可以提供高清 晰的画面，同时，很好地地解决了声音和图像同步的问题。 本文根据大型体育赛会上节目受欢迎程度不同的特点，在系统中采用多播方案， 对点播人数较多的节目使用分块多播方法调度，对点播人数一般的节目使用批处理和 流合并方法调度。使用多播方案，解决了每个数据包只能传送给一个客户机的问题， 使服务器只发送一个信息包就可以满足发送同一个请求的所有用户，减少网络上传输 的信息包的总量，很好地节省网络资源。 在大型体育赛会上，教练和运动员在观看比赛节目时，可能会对某一个动作进行 详细地分析，需要反复地对节目进行快进和快退操作。针对这一问题，本文在多播中 采用信道跳转的技术，实现了快进、快退等交互式操作，从而满足了教练、运动员和 一般观众不同的需求，为各类用户提供了高质量的服务。 关键词：视频点播、流传输、d i r e e t x 、流调度 北方工业大学硕士学位论文 s t u d y a n d i m p l e m e n t a t i o n o nk e y t e c h n o l o g i e s o fv o d s y s t e m f o rl a r g e s p o r t sg a m e a b s t r a c t v i d e o o n - d e m a n d ( v o d ) i sa1 ( i n do fn e wt e c h n o l o g yo fn e t w o r km u l t i m e d i a w h i c h c a l lc o n t e n tw i t ht h ed i f f e r e n t r e q u i r e m e n t so f u s e r s i n t h el a r g es p o r t sg a m e ，v o d s y s t e m c a n p r o v i d ep e o p l eb e t t e rq u a l i t yo f s e r v i c e ，b e c a u s ei tm a k e su pt h es h o r t a g eo f t r a d i t i o n a l t e l e v i s i o na n dr e c o r d e l i nt h et r a d i t i o n a lv o d s y s t e m ，u s e r so n l yc a r lw a t c hp r o g r a mw h e n t h ep r o g r a mi s t r a n s m i t t e dc o m p l e t e l y i nt h i st h e s i s ，t h ep r o g r a mi sd i v i d e db a s e do nt i m e ，a n da l lt h e s e g m e n t sa r em a d eu po fs t r e a m i n g t h et e c h n o l o g y o fs t r e a m i n gc a ne n h a n c et h e p e r f o r m a n c eo fv o ds y s t e m u s e rc a nw a t c ht e l e v i s i o na n dr e c e i v er e s i d u a ld a t aa tt h e s a n l et i m e ，s oi tc a ur e d u c et h el a t e n c yt i m e i nt h el a r g e s p o r t sg a m e ，t h e r ea r em a n yp r o g r a m s i nt h i st h e s i s ，t h es t a n d a r do f m p e g 一4i su s e df o rd a t ac o m p r e s s i o n t h es t a n d a r do fm p e g 一4n o to n l yc a nr e d u c et h e r e d u n d a n td a t a , b u ta l s oi tc a l lo f f e r c l e a r i m a g e t h i st h e s i s u s e sd i r e c t d r a wa n d d i r e c t s o u n df o r p l a y i n gb a c k t h et r a d i t i o n a lv o d s y s t e mw a s t e s t h er e s o u r c eo f n e t w o r kb e c a u s e o f u n i c a s t e v e r y d a t ap a c k a g e o n l yc a l ls a t i s l yo n eu s e r , a n dt h es a m ed a t am u s tb ec o p i e di fs e v e r a lu s e r s r e q u i r et h es a m ep r o g r a m t h et e c h n o l o g yo f m u l t i c a s t c a nm a k e u p t h es h o r t a g eo f u n i c a s t b e c a u s eo n ep a c k a g ec a l ls a t i s f ym u c hm o r eu s e r sa to n et i m e ，a n di tc a ns a v eal o to f r e s o u r c eo fn e t w o r k i nt h el a r g e s p o r t sg a m e ，s o m ep r o g r a m sa r er e q u i r e db yl o t so f p e o p l e ，o t h e rp r o g r a m sa r er e q u i r e db yf e wp e o p l e ，s ot h et e c h n o l o g yo fm u l t i c a s tc a n e n h a n c et h ep e r f o r m a n c e o f s y s t e m t h i st h e s i s p r e s e n t s av o ds y s t e mb a s e do nt h e t e c h n o l o g i e s o fs t r e a m i n ga n d m u l t i c a s t t h es y s t e mu s e st h et e c h n o l o g yo fm u l t i c a s tt ot r a n s m i tt h ep r o g r a m sr e q u i r e d b yl o t so fp e o p l e ，a n di tu s e st h et e c h n o l o g yo fu u i c a s tt ot r a n s m i tt h ep r o g r a m s r e q u i r e d b yf e wp e o p l e ，s ot h es y s t e mc a ns a t i s f ym u c hm o r ep e o p l es y n c h r o n o u s l y t h es y s t e m a l s oc a l ls a t i s f yt h e 蛐r e n t r e q u i r e m e n to fc o a c h e s ，a t h l e t e sa n da u d i e n c e s b e c a u s eo f s u p p o r t i n gv c r ( v i d e oc a s s e t t er e c o r d e r ) k e yw o r d s ：v o d ，s t r e a m i n g t r a n s m i t ，d i r e e t x ，s t r e a m i n g s c h e d u l e 2 北方工业大学 v7 5 2 7 4 、吐簋堑l 廛旦量苤学科 学科带头人( 签字)迎 d 一厂年厂月f 日 学位论文任务书 研究牛：吕春 篮星工程堂瞳 学院一 盐篁型l 廛旦量查专业 盐篡也旦鳖皇墨鉴签研究方向 论文题目： 太型签直塞金! q ! 丕鱼苤壁挞查盟婴窒墨塞班 ( ! q 鲤年l 月j 卫目经院学术委员会批准) 选题的来源、意义和价值： 亟旦塞选王j e 塞直煎耋叠匦盐剑亟旦! 亟旦丞旦 远式篮箍塑篮鲎型5 整撞查! 绽金廛趔工望搔塑墨揸遢廑友塞! 退让塞理工二仝遗星 太型堡直蹇金趁y 螋丕箕! 这丕筮堇约奎庄堂丕堂垩的壶焦珏塞! 握直工丕堕童建 的差筮旦塑旦! 查盔型笠直壅金：匕：僮旦这丕筮卫丝! 董篮箕笪丞堡塑鱼塑! 羞旦 盗壅 工篮鱼丞速垫皇塑迕墨丕星查熊! 学位论文工作自! q 鲤年! 月 i日起 至! ! q 年 一月 ! ! 日止 呈交学位论文日期 2 0 0 5 答辩日期 2 0 0 5 年 i 月一! ! 日 l o日 导师。矧旁芳鞠 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北方工业大学或其他 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作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：吕春签字日期：巧年朋盯日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j e 友王些杰堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权j i 直王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：昌誊 签字日期：疗年朋j 坩 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：参考凝 签字目期：盯年朋佣 电话 邮编 北方工业大学硕士学位论文 第一章引言 视频点播( v i d e o o n - d e m a n d ，简称v o d ) 即按照用户的要求播放视频节目，是 计算机技术、网络技术和多媒体技术综合发展的产物。视频点播与传统电视有本质的 不同：传统电视是播放事先安排好的节目，用户在选择节目和选择观看时间方面都是 被动的；而视频点播具有交互性，用户可以根据个人需求选择视频节目，改变了过去 被动接收节目的状况。 1 1 视频点播系统 一个典型的视频点播系统如图1 1 所示【l 】； 图1 1 一个典型的视频点播系统 管理服务器用于用户的管理和节目的调度，节目服务器用于存储视频节目数据； 网络用于传输命令和节目数据；客户端用于用户浏览和查询节目，观看节目内容。 视频点播业务的通信过程如下【2 】： 1 用户在客户端通过网络发出初始化播放诸求，由管理服务器网络接口接收。 2 经过请求验证后，管理服务器把可访问的节目准备好，使用户能够浏览到节 目名单。 3 用户选择节目后，节目服务器从存储子系统中取出节目内容，并传送到客户 端。 1 1 1 视频点播系统特点 视频点播系统与传统的网络应用不同它主要有以下特点： 北方工业大学硕士学位论文 1 用户的主动性：视频点播系统中播放的节目是用户点播的节目，改变了过去 用户被动的局面。 2 系统实时性高：视频点播系统采用流式传输，使得用户的等待时间变短，提 高了系统的实时性。 3 网络带宽要求高：由于视频点播系统主要传输的是多媒体数据，尽管采用了 许多压缩标准，但仍有很大的数据量。根据m p e g l 的压缩标准，分辨率为 3 5 0 * 2 4 0 ，播放速度在3 0 帧秒的视频流的传输率为1 5 m b p s ，丽m p e g 2 需 要更高的传输率，即3 - 1 0 m b p s ，如果有1 0 0 个用户同时访问，那么系统至少 需要1 5 0 m b p s 的网络带宽。 4 服务器负担重：服务器不仅要提供很高的i o 带宽及处理速度，还要维护庞 大的媒体数据，同时还需要在数据调度，策略管理等方面进行实时处理。 由于视频点播的用户主动性和系统实时性，使得视频点播有着广泛的应用。 1 1 2 视频点播系统应用 目前，视频点播系统已经应用到下列几个方面： 1 电影点播：这是一种代替录像带出租的业务，用户可以通过终端点播存在于 视频服务器上的电影或录像节目，服务器通过网络将节目显示在用户的终端 上，用户可以对节目进行重放、暂停和快进等操作。 2 远程购物：这是一个网络上的虚拟商店，用户通过终端在家中可以自由地浏 览商店中的各类商品，对于感兴趣的商品还可以进一步看到更详细的信息， 选中的商品也可以通过网络订货，甚至利用信用卡，通过网络直接付款。 3 卡拉o k 点播：用户通过网络选择卡拉o k 节目，服务器提供节目单，用户 点播自己喜爱的歌曲，也可以通过网络主动地调节音频和音速，并且可以选 择是否保留原唱等。 4 远程教学：这是一个网络上的虚拟学校，用户可以自由地加入和推出一个课 堂，还可以随时向网络上的教师请教，得到帮助。 5 家庭银行：在银行电子化的基础上，将家庭与银行直接连接，在家中就可以 查询自己账号中的余款，进行付款和转账，以及申请贷款，查询银行的各种 服务。 本文研究视频点播在大型体育赛会上的应用。 1 - 2 本文研究的内容 随着社会文明的发展与进步，体育比赛已经成为人民文化生活中不可缺少的组成 2 北方j ：业大学硕士学位论文 部分，承办大型体育赛会己成为展示一个国家或地区综合经济实力和政治地位的舞 台，与此同时，体育比赛也给地区经济发展带来巨大的机遇与空间。在大型体育赛会 期间，为运动员和教练员提供即点即播的体育比赛录像与相关的视频信息，已经成为 技术仲裁、训练和比赛技术分析等工作不可缺少的技术手段和工具。同时，为与会人 员提供高质量的人文、旅游风光视频节目，也是烘托赛会气氛、促进相关经济领域发 展的有效手段【j j 。 对体育比赛技术仲裁、运动员训练和比赛过程技术分析的支持，可以采用传统的 电视录像技术，通过提供比赛录像带和比赛实况重播来满足上述需求，但它存在以下 不足： 1 需求服务的被动性：在传统的通过提供比赛录像带和比赛实况重播来满足需 求的方法中，运动员和教练员是被动的，他们无法实现任何地点、任何时间 回放比赛录像及相关视频资料的愿望，只能在提供者方便的时候得到满足。 2 媒体信息的滞后性：传统方法从电视录像骷制作到节目的播出，要经历一个 相对较长的制作、传播过程，不利于满足体育比赛的实时性要求。 3 ，管理工作的复杂性：对于大型体育赛会，存在参加人员多、语言和生活习惯 不一致等因素，所以传统方法给管理带来诸多不便。 解决上述不足的一个有效方法是，提供满足大型体育赛会视频点播需求的视频点 播系统。 传统的视频点播系统是将视频数据全部下载到本地存储器以后，再进行播放，这 样既延长了播放的等待时间，又造成存储空间浪费，特别是对高质量的多媒体数据( 如 m p e g - 2 压缩格式的多媒体数据，带宽高达4 m 一1 0 m b p s ，每部6 0 分钟的节目占用 的磁盘空间超过2 g ) ，更是无法满足应用的需求。本文对基于流媒体的视频点播技术 进行研究，研究的内容是能把多媒体节目数据按采样格式分割成一个个独立的与时间 相关的小单元( 包) 进行传输，再把包形成的多媒体流从视频服务器传到用户端。 目前，市场上的视频点播系统的技术特点都是基于单播的视频流方案，所谓的单 播视频流方案是给用户提供独享的视频服务，即一个用户占用一个信道，由于上述技 术特点，使得用户服务数量受到流媒体带宽的限制，无法满足用户数增长的需求。 在计算机硬件性能一定的情况下，如何提高视频点播系统用户服务数量是目前研 究的重点和前沿，本文从视频流调度策略研究入手对视频点播系统中如何提高并发用 户数进行研究，根据多播调度方案的特点，提出可以满足不同用户需求的视频调度方 案，并加以实现，具体的视频流调度方案有：批处理方案、流合并方案和分块多播方 案。 一3 一 北方工业大学硕士学位抡文 在使用多播方案调度节目时，由于不同用户的信道并不独立，所以交互式服务的 实现非常困难。本文采用信道跳转来实现，即在用户进行快进、快退请求后，用户跳 转到同个节目的其他信道上取数据后再进行播放。 本文根据体育赛会的特点和视频点播系统的特点，设计实现一个满足大型体育赛 会的视频点播系统，该系统充分利用服务器和网络资源，减少用户的请求等待时间， 为最多的用户提供满足需求的服务。 1 3 论文结构 本文结构如下： 第二章介绍视频点播系统中常用的网络协议，包括r t s p 协议限e a l t i m e s t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 、r t p 协议( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 和s d p 协议( s e s s i o n d e s c r i p t i o np r o t o c 0 1 ) 。并且分析了多媒体数据格式以及多媒体数据的压缩。 第三章介绍了节目流调度方案，包括批处理方案、流合并方案和分块多播方案， 并且详细分析了多播技术。 第四章详细分析了本系统如何采用流式传输技术来传输节目，以及本系统如何使 用d i r e c t x 来播放节目，并且介绍了本系统使用的节目流调度方案。 第五章介绍系统的设计、实现以及系统的性能。 d 韭立三些盔堂婴主堂焦堕塞 第二章相关研究 本章介绍了与本课题研究相关的基础知识，主要介绍了流式传输协议r t s p 、r t p 和s d p ，他们是流式传输的理论基础。本章还介绍了多媒体文件格式，包括a v i 文 件、b m p 文件和w a v 文件，他们是节目数据处理的基础知识。 2 1 流式传输协议 一般，可以把视频点播系统划分为“文件共享方式”、“下载方式”和“流式”三种系 统1 4 1 。 以“文件共享方式”为基础的视频点播系统是最简单的视频点播系统，这种系统可 以不配备任何额外的应用软件，也可以专门设计服务器和客户应用软件，以方便用户 选择和点播节目。用户在进行视频点播时，实际上是通过操作系统的文件系统来直接 访问服务器上的共享视频文件，它没有任何特殊机制傈证视频数据传输的实时性，因 为要求网络有足够的带宽、服务器磁盘有充分的o 速率来保证视频数据传输。同时， 由于这种点播系统以文件操作为基础，因而系统难以实现跨平台和扩大网络规模的目 标；此外，由于要求服务器共享视频文件，增加了节目管理的难度、降低了系统的安 全性。 真正的视频服务要求通过服务器把视频数据发送给客户端，目前，有两个通用的 传输方案可以使用：“下载”和“流”。“下载”的意思是：通过网络传输整个视频文件， 把数据存储到用户终端的存储设备上。由于在全部内容到达客户端以前，不能播放视 频节目，因此它只能满足一些低质量和时间短的视频片断点播应用，对于要求播放启 动延迟短和视频质量高的应用，“下载”就不能很好地工作。例如，对于一个1 小时的 会议实况，如果用标准的m p e g 1 数字压缩后，其为1 5 m b p s 3 6 0 0 s = 5 4 0 0 m b ，如 果从1 0 m b p s 的网上下载至本地需用5 4 0 0 m b 1 0 m b p s = 5 4 0 s ，即9 分钟后才能观看。 “流式”的原理是利用起始下载部分视频信息数据，旦下载的数据能建立起连续 播放后，就开始进行视频的播放，随着节目的播放、下载至本地数据的消耗，网络上 又像流水似的不断传来数据以补充播放数据，就这样一边播放，一边传送数据，如此 反复地操作下去。对于上述5 4 0 m b 的视频文件，采用“流式”后，只需数秒钟的起始 下载，就可以连续不断地观看节目内容，可见“流式”技术达到了实时性播放的要求。 流式传输技术是一系列新型网络协议的集合，包括实时流协议r t s p ( r e a l t i m e s t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 、实时传输协议r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 和会话描述协议 s d p ( s e s s i o nd e s c r i p f i 0 1 1p r o t o c 0 1 ) 。 5 北方工业大学硕士学位论文 2 1 1r t s p 协议 r t s p ( r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) m 议 5 1 是r e a l n e t w o r k s 和n e t s c a p e 公司在各 自产品r e a l a u d i o 和l i v e m e d i a 实践经验的基础上由r e a l n e t w o r k s 、n e t s c a p e 和美国 哥伦比亚大学三方联合开发，它于1 9 9 6 年1 0 月被提交绘i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r t a s k f o r c e ) ，之后几经修改方形成目前的标准【6 。 r t s p 协议基于i n t e m e t 和c l i e n t s e r v e r 结构，是个表示层多媒体流传输控制 协议，能为多媒体数据流提供远端控制功能，如播放、停止、暂停。r t s p 协议一般 与r t p r t c p 等低层协议协同工作，在i m e m e t 上为用户提供完整的流媒体服务。 r t s p 协议在句法和操作上与h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 十分槌似，因此， h t t p 的扩展结构在大多数的情况下也可附加到r t s p 上，当然，r t s p 在如下一些 重要方面与h t t p 不同： 1 r t s p 拥有一些新的方法和不同的协议标识符。 2 h 7 f t p 协议是一个无状态的协议，而r t s p 协议在实现时大多数都要维护客户 的请求的状态信息。 3 在h t t p 协议中，一般是客户发请求，服务器响应，而在r t s p 协议中，客 户和服务器两者都可发请求。 4 h 1 1 p 协议用的是i s o8 8 5 9 1 字符集，而r t s p 协议用的是u t f 8 编码的 i s o1 0 6 4 6 字符集。 5 r t s p 请求的u r l ( u n i f r o m r e s o u r c el o c a t i o n ) 总是一个绝对的u r l ，而h t t p 请求的u r l 只包含请求的绝对路径，主机的名在另外一个头域中传递。 r t s p 协议有许多新的特点： 1 可扩展性：新方法和参数很容易加入r t s p 。 2 易解析：r t s p 可由标准h t t p 解析器解析。 3 安全：r t s p 重用了w 曲安全机制，在r t s p 中，即可直接利用h t t p 的认 证机制也可重用传输层或网络层的安全机制。 4 独立于传输协议：r t s p 即可用不可靠的数据报协议( 如u d p ) 也可用可靠 数据流协议( 如t c p ) 来实现其应用层的可靠性。 5 多服务器支持：每个媒体节目流可放在不同服务器上，用户端自动同不同的 服务器建立几个并发控制连接，媒体在传输层进行同步。 6 适当的服务器控制：如用户启动一个流，他必须也可以停止一个流，服务器 不能以用户无法控制的方式启动一个流。 r t s p 协议定义了两种消息格式：r t s p 请求消息格式和r t s p 应答消息格式。 6 一 北方工业大学硕士学位论文 请求消息的格式如图2 1 所示。 m e s s a g e r e q u e s t r t s p 【m e t h o du r l v e r s i o n fm e s s a g eh e a d e r m e s s a g eb o d y 图2 1r t s p 协议请求消息格式 在请求行中有下面的一些域： 1 方法 域有很重要的意义，它描述了请求的方法，主要的方法有 d e s c r i b e 、o p t i o n s 、p a u s e 、p l a y 、s e t u p 、t e a r d o 、n 等。 2 统一资源地址 域是用户请求访问的媒体数据的绝对路径，例如， w q g w n c u t e d u o n r o d 1 a v i 。 3 版本 域是客户端使用的r t s p 协议的版本号，现在版本号为 r t s p 1 0 。 标题, t ( m e s s a g eh e a d e r ) 是可选的，但客户一般都要在请求消息时插入许多标题行 每一标题行都包含两个部分：标题域名和相关的值。实体( m e s s a g eb o d y ) 在一般情况 下很少使用，它主要用于对标题行没有定义的标题进行扩展。下面是一个使用p l a y 方法向媒体服务器请求播放一部节目的例子。 p l a y r t s p ：v i d e o e x a m p l e c o r n r o d 1 a - ar t s p 1 0 c s e q ：8 3 5 s e s s i o n ：1 2 3 4 5 6 7 8 r a n g e ：s m p t e = 0 ：1 0 ：2 2 - ；f i m e = 2 0 0 5 0 1 2 3 t 1 5 3 6 0 0 z 这个请求消息包含一行请求行和3 行标题行，整个消息共有4 行a s c i i 文本。请 求行( p l a yr t s p ：v i d i o e x a m p l e c o m v o d 1 a v ir t s p 1 o ) 用来告诉媒体服务器，客户 应用程序使用p l a y 方法想要播放的对象是“v i d e o e x a m p l e c o m v o d 1 a v i ，使用的应 用层协议是r t s p 1 0 。第一个标题行( c s e q ：8 3 5 ) 告诉服务器发送这个p l a y 命令 的顺序号为8 3 5 ，第二个标题行( s e s s i o n ：1 2 3 4 5 6 7 8 ) 告诉服务器该用户的会话身份 识别符为1 2 3 4 5 6 7 8 ，第三个标题行( r a n g e ：s m p t e = 0 ：1 0 ：2 2 ，：t i m e = 2 0 0 5 0 1 2 3 t 1 5 3 6 0 0 z ) 告诉服务器节目从s m p t e 时间0 ：1 0 ：2 0 开始播放直到节目结束，回放在2 0 0 5 年1 月 2 3 号1 5 ：3 6 开始。 应答消息的格式如图2 2 所示。 7 一 北方工业大学硕士学位论文 图2 2r t s p 协议应答消息格式 服务器接收到客户的r t s p 请求消息之后进行分析，将分析和操作结果返回给客 户机，具体的做法是发送一条r t s p 响应信息，除了状态行之外，响应消息的格式与 请求消息的格式相同，在状态行中，除了r t s p 的版本号之外，还包含状态码 s t a t u s c o d e ) 肃 短语 p h r a s e ) ，它们组合起来表示客户请求所获得的结果。例如，上面请求的 媒体文件存放在视频服务器上，而且可发送给客户机，状态码和短语分别包含“2 0 0 ” 和“o k ”。 r t s p 1 02 0 0o k c s e q ：8 3 5 r a n g e ：s m p t e = o ：1 0 ：2 2 一；t i m e = 2 0 0 5 0 1 2 3 t 1 5 3 6 0 0 z 2 1 2 r t p 协议 i n t e m e t 网中的主要传输协议有两种：t c p 和u d p 。t c p 是一种面向连接的协议， 它负责可靠地传输两个计算机之间的用户数据，因此该协议使用编号和确认机制来保 证数据安全地递交到目的她，而且t c p 协议的重传和滑动窗口机制很不适合多媒体 数据的传输，特别对实时性要求很高的应用。首先，t c p 是有连接的传送协议，连接 本身就会造成一定的时延。其次，当发送方发现有数据丢失时，它会重新发送，而接 收方不得不等待重发的数据报的到来，这无疑会造成声音或者视频的时延和断续。另 一方面，当有拥塞发生时，因数据包的丢失而重发的数据包会导致拥塞的加剧，而 t c p 又没有返回信息给视频、音频的编码方式，让其调节发送的编码数量，只会导致 网络情况越来越恶化。再次，协议不提供多点投递的功能。此外，t c p 报头文不提供 时间戳和编、解码信息，因而接收方应用程序可能会无法正确的重组和解析数据。 u d p 则是一个无连接的协议，它不提供顺序编号和确认机制，它不重传数据也 不具有流量控制机制，比较适合多媒体数据传输，但是它不对乱序的数据包进行重新 排序。 为了适合多媒体数据的实时传输，一种新的传输协议出现了，它就是r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 协议j ，r t p 协议最初是为了尝试传输声音文件，把 包分成几部分用来传输语音，如时间标志和队列号。经过系列发展，r t p 第一版本 8 北方工业大学硕士学位论文 在1 9 9 1 年8 月由美国的一个实验室发布了，到本世纪1 9 9 6 年形成了标准的的版本【8 l 。 r t p 使用u d p 协议，因而是无连接的，与传统的注重的高可靠的数据传输的运 输层协议相比，它更加侧重的数据传输的实时性。很多著名的公司如n e t s e a p e 就宣 称n e t s c a p el i v em e d i a ”是基于r t p 协议的，m i c r o s o f t 也宣称他们的“n e t m e e t i n g 是 支持r t p 协议。 ， r t p 协议定义了两种报文：r t p 报文和r t c p 报文。r t p 报文用于传送媒体数据 ( 如音频和视频) ；r t c p 报文用于传送控寿4 信息，以实现协议控制功能。 r t c p ( r t p c o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 即r t p 控制协议，使用和数据包相同的发送机制，定 期的向所有的参与者发送控制报文，r t c p 报文主要执行四个功能【9 j ： 1 最基本的功能就是对数据发送提供反馈信息。 2 。r t c p 报文发送一个永久的传输层的标记符。 3 为了执行前两个功能，每一个参与者都需要发送r t c p 报文，这样就要求发 送的速度必须要很好的控制。 4 最后一个可选的功能就是发送最小限度的会话控制信息。 与传统的传输层协议相比，r t p 协议有如下一些特点： 1 协议的简单性 r t p 协议不具备传输层协议的完整特点，其本身并不提供任何机制来保证实时地 传输数据，不支持资源预留，也不保证服务质量，r t p 报文甚至不包括长度和报文边 界的描述，而是依赖下层协议提供长度标识和长度限制，另外，r t p 协议将部分传输 层协议功能( 比如流量控制) 上移到应用层来完成，简化了传输层处理，提高了该层 的效率。 2 支持多点投递 r t p 协议一般运行在u d p 之上，二者共同完成传输层协议功能，r t p 协议利用 u d p 的多路复用支持多点投递，可以满足多媒体数据传输的需求。 3 数据流和控制流分离 r t p 报文和r t c p 报文将作为下层协议的数据单元进行传输，如果使用u d p 协 议，则r t p 报文和r t c p 报文分别使用两个相邻的u d p 端口，r t p 数据报文使用低 端口，r t p 控制报文使用高端口。如果使用其它的下层协议，r t p 报文和r t c p 报文 可以合并，放在一个数据单元中一起传送，控制信息在前，媒体数据在后，这样大大 提高了协议的灵活性和处理的简单性。 4 协议的可扩展性 r t p 协议通常为一个具体的应用来提供服务，通过一个具体的应用进程来实现， ，9 北方工业火学硕士学位论文 而不作为o s i 体系结构中的单独一层来实现。r t p 只提供协议框架，开发者可以根 据应用的具体要求对协议进行充分的扩展。 r t p 协议中报头的格式如图2 3 所示，各个字段分别是： 123 d 0 i i2 3 1 4 56701 2 i 345 6 i 7口l2 3 456 7 01234 5 l6 l 7 vpx fc c 酬p a y l o a d t 弹es e q u c e h h 曲酉 t i m e s 觚p 跏1 c 1 r o n 函缸o ns o u r c ei d 口m 丘目 图2 3r t p 报头格式 v ：2 个比特，说明r t p 协议的版本号，目前协议的版本号是2 。 p ：1 个比特，说明是否因加密或其他需要而增加一些额外的非有效荷载的字节， 如果被设置，在数据包的结尾处有一个或者多个补充信息。 x ：1 个比特，说明是否在数据报头后再加一个扩展报头，如果被设置，报头后 面紧跟一个扩充的数据报头。 c c ( c s r cc o u n t ) = 4 个比特，说明报头后面的c s r c 标识符的数量。c s r c 即 c o n t r i b u t i n gs o u r c e ，r t p 数据包的发起源，该源对组合的数据流起一定的作用。 m ：1 个比特，该字段作用根据具体应用而定。 p t ( p a y l o a d t y p e ) ：7 个比特，说明r t p 数据包中数据的类型。 s e q u e n c en u m b e r ：2 个字节，说明r t p 数据包的顺序，每增加一个r t p 数据包， 该字段的值就增加l ，接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信 息包。例如，接收端的应用程序接收到个r t p 信息包流，这个r t p 信息包在顺序 号8 6 和8 9 之间有一个间隔，接收端就知道信息包8 7 和8 8 已经丢失，并且采取措旌 来处理丢失的数据。 t i m e s t a m p ：4 个字节，反映了r t p 数据包中第一个字节的采样时间。接收端可 以利用这个时间戳来去除由网络引起的信息包的抖动，并且在接收端为播放提供同步 功能。 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 ) ：4 个字节，该字段说明r t p 数据包的发 起源，在r t p 会话或者期间的每个信息包流都有一个清楚的s s r c ，s s r c 不是发送 端的i p 地址，而是在新的信息包流开始时源端随机分配的一个号码。 2 1 3s d p 协议 在n t e m e t 上有两种多媒体会议建立机制【j o l ：邀请和公告机制。邀请机制就像电 话系统，实质上是邀请参加者加入会议，而公告机制的一个常见的例子就是报纸上刊 】0 北方工业大学硕士学位论文 登的收视指南，公告即将播放的节目的时剃和频道。与此对应，有两种发起会议的方 法：邀请希望的参加者加入会议，或者向所有可能参加者公告会议。邀请某人加入会 议使用s i p 协议( s e s s i o n i n i t i a t i o n p r o t o c o l ，会话初始化协议) ，向特定的用户发送加 入会议的邀请。向所有可能参加者公告会议使用s a p 协议( s e s s i o na n n o u n c e m e n t p r o t o c o l ，会话公告协议) ，发送公告信息给每个可能的参加者，告诉他们会议的信息。 这两种协议都承载会议的描述，描述的格式由s d p ( s e s s i o n d e s c r i b ep r o t o c 0 1 ) 规定j ， s d p 是i e t fm m u s i c ( m u l t i p a r t ym u l t i m e d i as e s s i o nc o n t r 0 1 ) 工作组在r f c 2 3 2 7 中 定义的多媒体会话描述协议。 s d p 从真正地意义上讲可以说不是一个“协议”，而是一个文本描述，用于描述会 议包含哪个媒体、会议使用的协议和格式信息，以及足够信息让参加者决定是否加入 会议。它的简化格式可表示为： ( t y p e ) = ( v a l u e ) ( t y p e ) 总是只有一个区分大小写的单字符，( v a l u e ) 是结构化文本串，其格式 依赖于( t y p e ) ，并且也区分大小写，是以空格为界的若干项( f i e l d s ) 或者一个自由格式 串。 根据s d p 的要求，会话描述可分为以下两种：会话级描述( 会话级描述以v = 呀头) 和媒体级描述( 媒体级描述以m = 开头) 。会话级描述适用于整个会话和所有媒体流的 细节信息，媒体级描述适用于单个媒体流的细节信息。媒体流信息包含有：媒体类型 ( 如视频、音频等等) 、传输协议( 如s t p u d p i p 、h 3 2 0 等等) 、媒体格式( 如h 2 6 1 、 m p e g 等标准) ，对于i p 组播会话，还有媒体流接收和发送方的目的地址、传输端口， 而对i p 单播会话，有远端媒体地址和连接地址传输端口。在s d p 中。有些行是必须 的，有些行是可选的，但它们出现的顺序是固定的，可选的用 号表示。 v 域指出了s d p 协议的版本号。 o 域给出了会话创作者的信息、会话的i d 号。女f l 是登陆到会话创作者 的主机的用户名，如果不支持该子域，可以将其设制成“一”。 是一个可以 用于鉴别其它子域的独一无二的数字字符串。 表面这次会话的版本号，当会 话数据被修改时，该子域值应该变大。 是网络类型的文本串。一般用 “i n ”表示“i n t e m e t ”。 有两种，如“i p 4 ”或“i p 6 ”。 是创作会话 的机器地址，即i p 地址。 s 域是由i s o1 0 6 4 6 字符集构成的用于描述会话的名称，并且每个会话只能有唯 一的个s 域。 i 域是关于会话信息的描述，可眉在会话级和媒体级中。 北方工业大学硕士学位论文 u 域是客户端使用的u r l 地址。 v 2 p r o t o c o lv e r s i o n o = o w n e r e r e a t o ra n ds e s s i o ni d e n t i f i e r s = s e s s i o n n 锄e i = + s e s s i o ni n f o r m a t i o n u 2 4u r i o f d e s c r i p t i o n e = + e m a i la d d r e s s p 2 + p h o n e n u m b e r c = + c o n n e c t i o ni n f o r m a t i o n b = + b a n d w i d t hi n f o r m a t i o n z2 + t i m ez o n ea d j u s t m e n t s k 2 + e n c r y p t i o nk e y a = + z e r oo rm o r es e s s i o na t t r i b u t el i n e s t = t i m et h es e s s i o ni sa c t i v e r 。+ z e r oo rm o r e r e p e a tt i m e s m 2 m e d i an a m ea n d t r a n s p o r ta d d r e s s i = + m e d i a t