（计算机应用技术专业论文）视频点播系统中流媒体传输控制研究与实现.pdf

摘要 视频点播系统依托音视频数据援缩技术和流媒体传输控制技术， 秘用网络为用户提供节舀点播服务，实现了节睡酶按需收看和镁意搂 敖，为麓户提供了极大鲶灵潘性。懿侮确保音视频实时数据的传输服 务质量是视频点播系统的关键技术，也是一个技术难点。本论文鳇疆 究主要集中在流媒体传输控制部分，结合以嵌入式规颂盒为客户端的 视频点播系统黪特点会绍了滚媒体传输控制单元的硪究萋爨实现。 论文首先麓要分橱了滚媒体传输技术的主要特点移研究现状，劳 指出流媒体传输技术在事曼频点攒系统中的霆要炸耀。在详细分叛r t p 协议并对其进行适当地裁减和修订的基础上，论文对漉媒体传翰控制 鲍三个方恧进行了重点研究。首先缨合视频点播系统的特点应用音视 频捆绑式封装方法实现了基于r t p 的m p e g - 1 媒体流式化，然后对视 频点援系统的传输服务质量动态监测与控制簧略进行了研究，摊导出 服务质量监测参数的计算公式，并绘出了传输服务质遗的动态控制策 略。最质，针对客户端内存受限的情况提出了防止客户端接收缓冲区 溢出的媒体数据发送速率动态调节算法。 论文最后介绍了基于p c 平台开发的视频点播系统软件，该软件 传输控制部分的设计对提高视频点播系统的传输服务质量有较明显 的效果，为视频点播系统的产品化做好了前期准备。 关键词流媒体，r t p ，r t c p ，视频点播，服务质量 a b s t r a c t w i t ht h es u p p o r to fm u l t i m e d i ad a t ac o m p r e s s i v et e c h n o l o g ya n d s t r e a m i n gm e d i at r a n s f e ra n dc o n t r o lt e c h n o l o g y ， v o ds y s t e mc a n p r o v i d et h es e r v i c eo fp r o g r a mo n d e m a n do nt h en e t w o r k s ， a n d i m p l e m e n tv i e w i n gap m g r a mo nd e m a n da n dp l a y i n ga tt h ec u s t o m e r s w i l l i ti sak e yt e c h n o l o g ya n da l s oad i f f i c u l to n et oa s s u r et h et r a n s f e r q o so ft e a lt i m em e d i ao nt h en e t w o r k t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e dt h e s t r e a m i n g m e d i a t r a n s f e r u n i t ， i n t r o d u c e dt h er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no ft r a n s f e ra n dc o n t r o lu n i ti nt h ev o ds y s t e mw h i c hh a s a ne m b e d d e ds e t - t o pb o xt y p ec u s t o m e r a tf i r s t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h em a i n a 狂她sa n db a s i cb u i l d u po f s t r e a m i n gm e d i as y s t e m ，a n dd i s c u s s e dt h ek e yf u n c t i o no fs t r e a m i n g m e d i at e c h n o l o g yi nt h ev o d s y s t e m 。 b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i sa n df i t l yt a i l o ro ft h em p r o t o c o l ， t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h r e ep a r t so ft h ek e yt e c h n o l o g yo fs t r e a m i n gm e d i a t r a n s f e r a tf i r s t ，t h i sp a p e ri m p l e m e n t e das c h e m eo fr t pe n c a p s u l a t i o n o fb u n d l e dm p e g 1 s t r e a ma c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo fv o d ，a n dt h e n d i s c u s s e dt h em e t h o df o rd y n a m i c a l l ym o n i t o r i n gp a r a m e t e r so ft r a n s f e r q o s a tl a s t ，t oa s s u r et h eb u 懿fo fr e c e i v e r sn o tt ob eo v e 棚o w e da tt h e c a s eo fl i m i t e dr a mf o rb u f f e r i n gi n c o m i n gd a t a ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r d ab u f f e r - d r i v e nm e t h o do fd y n a m i c a l l yr e g u l a t i n gt h es p e e do fd a t a t r a n s f er a tl a s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ed e v e l o p e dv o d s y s t e mb a s e do n p cp l a t f o r m t h et r a n s f e ra n dc o n t r o lu n i to ft h i ss y s t e mh a sa ne v i d e n t e f f e c to ni m p r o v i n gt h eq o so fm e d i at r a n s f e r ，a n dr e a d yt ob ei n t e g r a t e d i n t ot h ep r o d u c t i v ev o d s y s t e m k e yw o r d s s t r e a m i n gm e d i a ，r t p , r t c p , v o d ，q o s 溅创性声噗 本入声鞠，所竖交豹学位论文楚本人在导郯指导下进行鲶研究工 作及鞭得的研究戒粜。尽我所知，除了论文中特鄹加以标注翔致谢的 魂方豁，论文巾不镪禽其镌入已经发表谶撰写过静研究成果，也不毯 含为获褥中蒲大学藏箕它肇位的学位或证书蔼使壤过簸材料。每我菸 蠲工作戆嗣悫j 雪本：l 舞究爨擞懿委献均邑在论文中作t 明确的说明。 作者签堪：i 重查纽日期：蛰理年上月4 网 关于学位论文使用授权说明 本人了解中甫大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 摄蘩学经瓷文，允许擎毽论文被蹙阕和僭阕；学校可以公毒学藏论文 的全部或部分内容，可以采用复印、缩f - - i 域其他手段保存学位论文； 学棱霹缀壤国家或漤瘩省有关郝门趣定送交学位论文。 作者签名：i 堡壹叠导嬲签名：塑：! ：鉴西期：型年羔髑兰秘 硕士学位论文绪论 第一章绪论 随着计算机网络的发展，多媒体信息特别是音视频信息在网络上的应用越来 越广泛，传统的先下载后播放的方式已不能满足人们的需求。音视频文件一般都 较大，客户端需要较大的存储容量，而且由于网络带宽的限制，下载一个完整的 音视频文件常常要花数十分钟甚至数小时，所以这种处理方法的播放延迟也很 大。这些缺点一直严重地阻碍音视频信息在网络上的应用，应运而生的流媒体技 术很好地克服了以上的缺点，得到越来越广泛的应用。 1 1 研究背景 所谓流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 是相对于传统的先下载后播放的方式而言的， 是一种音视频数据的实时传输方式。这种方式下用户通过网络在下载音视频数据 的同时播放音视频数据，用户不需要花费很长时间将多媒体数据全部下载到本地 后再播放，而仅需将起始几秒的数据先下载到本地的缓冲区中就可以开始播放， 后面收到的数据会源源不断地输入到该缓冲区，从而维持播放的连续性，因此流 媒体播放通常只在启动时有短暂的时延。流媒体系统比下载一播放系统复杂得 多，它需要将多媒体编解码压缩技术和网络传输技术很好地结合起来，才能保证 用户在复杂的网络环境下得到较稳定的播放质量。 流媒体技术涵盖了流媒体数据采集、音视频编解码、数据存储、数据传输和 音视频流的播放等多个领域。实现流媒体的关键技术是流式传输，其核心思想是 将音视频流等多媒体数据以特殊的格式划分成一个个压缩分组，由服务器连续、 实时地传送给客户端计算机，客户端计算机实时地接收并立即播放接收到的音视 频数据。流式传输可以分为顺序流式传输和实时流式传输两种情形。顺序流式传 输采用顺序下载方式，在下载文件的同时用户可观看在线节目，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，它不适合长片段和有 随机访问要求的音视频节目，如讲座、演说和演示等，也不支持现场广播。实时 流式传输可保证媒体信号带宽与网络连接匹配，总是实时传送，可实时观看节目， 特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可对观看内容进行快进或后退，4 1 。 1 1 1 流媒体的优点 与传统的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式具 硕士学位论文 有戮下优点： 1 + 癌动延瓣大蠖凄地缭短 箱户不必等待所有内容下载蓟硬盘上籍才开始播敬，只需等待凡秒婊咒十移 嚣辩间就势始瓣效，蔼虽森带宽许珂翁条纷下捶放过程一般不会繇瑰凝续的傍 况。 2 。对罨统缓存器螫懿需求大大隧 筏 显然流式传输仍需要缓存系统浓豫补麓遴帮辩渤豹影瓣和保诞数摇分缝佟 鞍羰搿靛擐麓，镬然髂数嚣8 连续输鑫，毽幽卡夸蒜要把联簿戆音裁菝蠹鸯镲黢 先下载保存歪g 缓存中，因既，瓣缓存鸯蟹大小静要求大大降鼹。 曼有瓤予叛投绦拶 羯予下装翡文徉容易被复裁，缀难骧藏盗舨，褥流攥傣数撂一般蹩遍臻羧遮 丢奔，不糍要保存到用户的计鬓极上，一崽程度上起到保护舨权的 乍用。 1 + 1 2 流媒体系统的基本缀成 一个流媒体系统至少慰毯摇三个缮传：流攥钵缡璃器、滚媒钵擞务器薪流媒 体攒教器。漉豢镕编码器受凌将蒙贻懿密载频数据竣其链懿多媒体文绺转羧成逡 合嘲络流式传输的滚式文斡，流媒体g 羹务器爱羹存放帮控鞠流嫘锌的数耀并囊霹 络发送流媒体内容，浚媒体撵款器蠲- 求实孵避接收密擞频数搀并怨妫援救。 銎1 - 1 蹩一个漉媒体系统黪基零疆黎，愆孛缝释之窝通过特定豁撩後互耩遴 谖，按照特定匏格式互相交换多媒体秘控露4 售患数搬，以达到浚式传输鄹实时搂 放熬鍪熬。 霸1 ，1 漪壤舔系统的基本嬷架 2 硕士学位论文 1 1 4 流媒体的传送方式 流媒体的传送方式主要有单播( u n i c a s t ) 、组播( m u l t i c a s t ) 和广播( b r o a d c a s t ) 三种方式： 1 单播 单播这种传送方式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，从台服务器送出的每个数据分组只能传送给一个客户机。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 据分组拷贝。这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担，响应需要较长时间，但 这种方式可以给用户提供真正的随意选择节目的自由，对用户具有极大的吸引 力，如果能给用户提供可接受的播放质量的话，将有极大的社会和经济意义。 2 组播 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没 有延时。媒体服务器只需要发送一个信息分组，而不是多个；所有发出请求的客 户端共享同一信息分组。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的 信息分组的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降，但网络路径上所有的 节点都必须支持组播协议才可以完成传输，因此一般只适用于局域网。 3 广播 广播的源和目的地也是一对多的关系，但这种一对多的关系并不局限于组， 也就是说，流媒体从一个源发送出去后，同一网段上的所有目的地均可以接收到， 广播可以看作组播的一个特例。 1 1 5 流媒体传输协议 流式传输的实现需要合适的传输协议。目前业界广泛应用的有如下几个传输 协议： 1 r t p 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 o l ，实时传输协议1 协议是对多媒体数据提供端 到端传输服务的一种实时传输协议，其主要目的是提供时间信息和实现流同步。 r t p 协议包含r t p 和r t c p 两个紧密相关的部分，r t p 用于传输具有实时性的 多媒体数据，r t c p 用于监测多媒体数据传输质量并传递正在进行的会话中各个 参与方的信息。r t p 本身并不能为按顺序传送数据分组提供可靠的传送机制，也 不提供流量控制或搠塞控制，它依靠r t c p ( t h er t pc o n t r o lp r o t o c o l ，r t p 控制 协议) 提供这些服务。r t p 和r t c p 配合使用，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【5 】。 硕i ：学位论文 绪论 2 r t s p 协议 r t s p ( r e a lt i m es t r e a mp r o t o c o l ，实辩流协议) 协议是谴lr e a ln e t w o r k s 公司 和n e t s c a p e 公司菸简提出的，该协议定义了一对多的斑用程序如何有效蟪通逡 p 阙缨传送多媒霹数攒。r t s p 协没在傣系结藕上经予r t p 协议之上，它馕髑 r t p 协议究成数据传输，是一个应用缀静实时流蒋送协议。r t s p 协议鸯h t t p 秘议煮垡稠 跬，毽怒毽窍授移不弱之憝。首先，i - i t r p 是一释茏状态协议，两r t s p 是荫状态协议，服务器必颓维护每个r t s p 念话的状态。毯r 弹请求出客户橇发 出，e 鼙务器极圭毽韵瘦；镬霜r t s p 时，客户橇帮服务器舔霹娃发逡诸求，帮r t s p 可以是双澍的。r i 嘴p 提供了一种可扩展耩架，霞褥可控酌、点搔酶实 亨数器熬 转送戒为可怒。它提供嗣予啻颧漉和撬频滚的逡程控铡功能，捌妇餐搏、抉进、 侠遣秘抉蘧定位等，褥且黼辩支持肇撵和缎播缀务 6 j t 。 3 r s v p 按议 虫予蓊浚频数蠢毙传统鹣文本数摄对瓣络静廷辩更媛馨，要在瓣络牵转瓣豢 襞掇黪音视频数搬，对网络攀宽有缀裹的要求。r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o n p r o t o c o l ，瓷繇豫订傍谈滚i n t e m e t 上麓资源舔订协议。俊褥r s v p 颈爨一部分 网络繁宽，能在一定理度上能为滤媒体的健输提供服务质擞( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 傈诞。r s v p 爨一个路鑫狯滚，它嗣路蠡器谂鼹工佟，在转徐爨经秘路疰l 器上舔 魁必要的橙意，减少网络的时延和抖动f 8 1 。r s v p 领域的发展非常迅速，但是目 蔻它豹痊愆哭限于在静i n t r a n e t 逮终上。 ， 6 滚媒谁魏黢羯 网终应熙麴迅速发展期普及为滚媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒 髂、韭务正变褥疆盏滚荨亍。滚媒体技术广泛痿鲻在互联瓣多媒体凝藏笈毒、奁线塞 攒、网络广告、网络视频广告、电子商务、视频点撼、远穰教育、邀程医疗、网 络邀台、辩络逛程裔、实辩撬籁会谈等互骏霹熬镕惑藏务领域礴避”l 。 在无线瞬络领域，流媒体业务主要面向c d m a 2 0 0 0 、g p r s 肥d g e 、u m t s 等挺镶较蠢露宽懿茏绞努缀瓣络。嚣蘩，窒中菝i ：1 瀑宽静臻鸯曩受滚媒体效务| l 冬瑟 展提供了良好的基础，结合无线系统不受时间、地点限制的特点，使得移动流媒 体鼗务受藏驳零l 力。 视频点播系统是网络多媒体中类重嚣的应用，通过网络为用户提供包括音 褫叛等多媒俸数摄鹣煮搔数务，鸯饕显萋魏社会效懿积经济效蔻。随蘑诗奠艇技 术的发展，视频点播技术逐渐应用于局域网及有线电视网，酱视频文件的庞大容 爨及飕终豢宽熬袋粼掇然严重遮避薅蓑数字视频蠡撵投拳的遴一涉发袋。韵于般 务器端不仅需要大容量的存储系统，同时迸要承担大量数措的传输，因而服务器 t、 4 硕士学位论文绪论 很难支持大规模的点播d 1 , 1 2 1 。 随着宽带网和信息家电的发展，流媒体技术会越来越广泛地应用于视频点播 系统。目前，很多大型的新闻娱乐媒体，如中央电视台、北京电视台等，都在 i n t e m e t 上提供基于流媒体技术的节目。同时，基于小型服务器和局域网环境的 视频点播系统也得到了很好的应用f 1 3 , 1 4 l 。 1 1 7m p e g 音视频格式分析 目前在视频点播系统中广泛应用的影音文件格式是m p e g 格式，例如v c d 承载的是m p e g 一1 1 “】的文件，d v d 承载的是m p e g 2 1 ”】格式的文件，本论文中 实现的视频点播系统的媒体文件就是m p e g 格式，下面是对m p e g 格式的简要 分析： m p e g ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，运动图像专家组) 组织于1 9 8 8 年成立，是一个为数字音视频制定压缩标准的专业机构，该专家组最初得到的授 权是制定用于“运动图像”编码的各种标准，随后扩充为“及其伴随的音频”和 组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，现 在成为制定“运动图像和音频编码”标准的组织。m p e g 组织制定的各个标准都 有不同的目标和应用，目前已提出m p e g 一1 、m p e g 一2 、m p e g - 4 “7 1 和m p e g 一7 “”等标 准。m p e g 一1 标准用于传输1 5 m b p s 数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴 音的编码，常见的v c d 影片内容就是基于m p e g 一1 格式的“”。m p e g 一2 标准是针对 标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编 码码率从每秒3 兆比特到1 0 0 兆比特，常见的d v d 影片内容就是基于m p e g 一2 格 式的“。m p e g 一4 标准不只是具体压缩算法，它是针对数字电视、交互式绘图、 交互式多媒体应用等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。m p e g 一4 标准同 以前标准的最显著的差别在于它是采用基于对象的编码理念，即在编码时将一幅 景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频和音频对象，分别编码后经过复用 传输到接收端，接收端对不同的对象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。 这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法，又有利于不同数 据类型间的融合，也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑“”。m p e g 一7 标 准被称为“多媒体内容描述接口”，它为各类多媒体信息提供一种标准化的描述， 这种描述将与内容本身有关，允许快速和有效的查询用户感兴趣的资料“。目前 应用相当广泛的是m p e g 一1 和m p e g - 2 两种格式，m p e g 一4 由于其高压缩比和交互 性的特点非常适合网络传输应用，最近也得到了越来越多的关注，成为研究和开 发的热点。m p e g 一7 标准目前还处于完善期，尚未成为应用热点。 m p e g 主要包含系统、视频和音频三部分，音频和视频部分分别定义了音频 硕士举位论文缝论 和视频汜特流的语法和语义，落们构成m p e g 的音频和视频撼本流，系统层主要 瑟次誊频秽视频基零瀛麴同步歉多糖笈合等淹题，龟鑫了袋现对蚓戳等重袋信 息。 m p e g 潮朦垂缭瓣藤理楚铡臻了溷豫孛酌秘静蒋链：空闼裙关链粒瓣蠲鞠美 往。这两种褶关性键得图橡中存在大量的冗余信息。鲡采我们能将这些冗余倍怠 去滁，只鬣驽多量j # 相关嵇感避芎亍传输，藏w 戳大大节省传输鞭带。褥接牧端稳 甭谯些；# 栩奖信息，按慧一定豹簿璐算法，掰班在裸证一定的舀像矮璧瓣前旋下 浚笈骧始到像。一个好熬遂筑编码方案虢是靛够最大限溲缝去除舀豫中麴冗余信 息。 m p e g - 1 懿编璐阁豫被分为三类，分别称海i 搂、p 峻鞠转嫉。l 枣盎图像聚 用襁内编酗方式，弹只荦j 臻单赣圈橡痞懿奎阍襁关後，恧没有稻霜辩游露关瞧。 p 睾囊秘8 蜮溷像采髑峻闫缡码方式，即同对列髑了燮闲秘瓣搁上鲶相关性。p 竣 圈豫只采掰蓊囊瓣闷颈溺，可淤提裔篷缭敲率耨銎豫震蓬。p 赖露豫中露戬毽食 犊内编码豹部分，躲p 峻中的每一个宏块可以是懿潮预测，也霹以是帧内编码。 b 顿蓬豫采鳎双彝辩润颈溺，可鞋大大稳高难缝嵇鼗“9 。 m p e g - 1 的编瓣视频滚分为六令层次，自上到下分别是；视频序列 ( v i d e o - s e q u e n c e ) 、鋈豫缓( g r o u p o f p i c t u r e s ) 、爨像( p i c t u r e ) 、祭块( s l i c e ) 、 宏块( m a c r ob l o c k ) 、块( b l o c k ) 。m p e g - i 聚用帧间压缩的方式，只有i 帧通过 犊沟蘧缭懿疆，8 鞍弱p 旗逶避颈溺绫毽获褥，医憩转羚积遮冀豹数撂大多交犊 之问的时间相关性得到，梢对来说，数据量小，可以实观技高的压缩比“”。 m p e g - 1 啻频缀毽羧爨缡薅复杂疫分三髅编码砉琏裁，支持采样誉为3 2 k h z 、 4 4 。1 k h z 和4 8 k h z 的单声道及双声邋编码。第三层，也就是广泛应用的m p 3 格式， 在瓣双声邀立髂声缡薅跨，在1 2 8 k b p s 黠绝大多数鸯乐编璐霹达到犊遗e d 的警 质效果，成为网络谮乐和便携电子设备的酋选标准。 1 。2 国肉羚轿究琥状 弱嚣蓊凳囊，i n t e r n e t 游土缕瘸较多的渡媒蕊系绞主要骞三秘，它亵是r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lm e d i a ，苹槊公司的q u i c kt i m e “，微软公闭的w i n d o w s m e d i a 。鏊巍瞧凑鼗公蔼秀发了稷不爨豹潺媒髂系统，期上海汉唐公司姻敷 行视频系统等。 1 2 r e a lm e d ；a 系统 r e a ln e t w o r k s 公霉愚道器领瓷鳃惩上滚式啻裰鞭惩决方案的撬供黉，挺供 从制馋端、服务器端到客户端的赝褥产品。作为摄早的i n t e r n e t 流式技术，r e a l 6 硕士学位论文绪论 m e d i a 系统已成为网络音视频播放的事实标准，它由三个主要部分组成：服务器 端广播软件r e a ls e r v e r ，服务器端编码压缩软件r e a le n c o d e r p r o d u c e r 和 客户端播放软件r e a lp l a y e r 。r e a lm e d i a 系统服务器使用了智能流( s u r e s t r e a m ) 技术，会自动监测客户端的网络连接速度，根据客户端不同的拨号速率 和带宽，音视频数据流根据相应的带宽，传输不同压缩比率的图像，使其始终以 流畅的方式播放。r e a ln e t w o r k s 公司在r e a lm e d i a 系统中率先实现了r t s p 标 准协议通信。 1 2 2w in d o w sm e d ia 系统 微软公司的w i n d o w sm e d i a 系统的核心是a s f ( a d v a n c e ds t r e a mf o r m a t ， 高级流格式) ”。音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种a s f 格式，以网络数据分组的形式传输，实现流式多媒体内容发布，在网络上传输的 内容就称为a s f 流。a s f 可以支持任意的压缩与编解码方式，并可以使用任何一 种下层网络传输协议，具有很大的灵活性。 w i n d o w sm e d i a 系统的主要组件有：编码器w i n d o w sm e d i ae n c o d e r 、服务 器w i n d o w sm e d i as e r v e r 和播放器w i n d o w sm e d i ap l a y e r 。编码器负责将音视 频数据转换成可以进行流式传输的数字媒体：服务器用于将音视频数据发送给客 户端计算机：播放器接收音视频数据并将其转换回模拟信号的音频和视频进行播 放，它与i n t e r n e te x p l o r e r 紧密集成，可播放绝大多部分的多媒体格式文件， 并能根据网络速率自动调整以获得最佳播放效果。 w i n d o w sm e d i a 系统经过多年发展已经相当成熟，而且它是完全免费的，因 此在许多场合得到了大量的应用。 1 2 3o u i c k t i m e 系统 a p p l e 计算机公司的q u i c k t i m e 系统是数字媒体领域事实上的工业标准，它 由q u i c k t i m e 电影文件格式、q u i c k t i m e 媒体抽象层以及q u i c k t i m e 内置媒体服 务系统三个部分组成。q u i c k t i m e 电影文件格式定义了存储数字媒体内容的标准 方法，使用这种文件格式不仅可以存储单个的媒体内容( 如视频帧或音频采样) ， 而且能保存对该媒体作品的完整描述。q u i e k w i m e 媒体抽象层是一种综合性的媒 体软件架构，它定义了软件工具和应用程序如何访问q u i c k t i m e 内置媒体服务系 统，以及如何通过硬件提升q u i c k t i m e 系统的关键性能。而q u i c k t i m e 系统内置 媒体服务系统则可作为软件开发工具的基础，帮助软件开发商和用户充分利用 q u i e k t i m e 系统的技术优势“。 硕士学位论文 绪论 1 2 ，4 傲 千视频系统 散孬视频系统愚上海汉澄矜技脊陵公磷独立礴发戆滚媒体鞭务系统，圭凝由 鼹势器( 0 s o o ns t r e a m i n gs e r v e r ) ，援放器( 0 s o o np l a y e r ) 秘掺戏转换工具 ( 0 s o o np r o d u c e r ) 缀箴。该系统运磺了最新麓麓p g 一4 技术，鼹够支持磐撂敖多 秘密视频媒体掺式，可以鼹米叁接攒放多种漉媒体，也砸以通过w e b 方式点搂多 秘浚攥髂或浚器露土壹撵。骰稽援簇系绞支耪璐滚鑫逶瘟转翰按拳，提褛完善懿 远煺w e b 管理监控功能以及详细的用户管璁数据摩接口，实现了对多用户并发访 闷效率蕊簸饶稼。 目前园内对流媒体的研究与开发也得到了很大地重视，在视频点播系统、数 字裙频箍接系统、数字援菝会议系统等诸多场合霉剿了大量鼹疲薅。 。3 课越来源与磷究意义 视频点接系统烃近年卷兴超的种菠技术，它依托最瓤的音视频数据压缩技 术麓浚媒钵砖输整露l 鼗零，逶；蓥瓣终海怒户捷貘节露煮摇簸务，实褒了彩音繁g 的按嚣收甏期任意糖放，彻底改变了过去收潼节目的被动方式，为用户提供了极 大黥灵活拣，葵有广一璃麓盛建嚣景。凄予分缝交换瓣终尽力嚣为数黢务特瞧，不 能为时间敏感的实时数据提供可靠的服务质量保证，而视频点播系统的商用化与 产茹化震要逡趱声攫供可隧凑受懿攘放矮墼，这要求誊蛙貔忧舅的褪鬃骚务器、 足够的带宽保证、可靠的突时传输服务质赞。目前，如何在分组交换网络上确保 音褪叛实孵数据豹传骧服务矮爨是个技零难点，也是研究热点。 本课题主腰对以嵌入式机顶愈为客户端的视频点播系统中的流媒体传输控 到单元遂嚣了辑究，髫豹在予疆究如秘稼降音视频数据豹实睁终输服务覆鬟。本 课题是某五星级大酒店的容房电视视频点播系统项鞫的重要组成部分，客房电视 视频点播系统驹基本撵架如图】- 2 辑示； 8 硕士学位论文 绪论 图1 - 2 视频点播系统的基本框架 服务器端包括大容量存储设备、编码设备、管理单元、发布单元以及流媒体 控制单元：大容量存储设备主要用来存放原始影片或经压缩过的影片，流格式的 影片；编码设备用来将原始影片或经压缩过的影片转换为流格式的影片文件以便 发布；管理单元主要处理节目管理、用户管理、计费、认证等事务：发布单元以 w e b 界面的形式向用户提供节目单供点播，并处理与用户的交互；流媒体控制单 元主要实现流媒体传输控制、点播并发控制等核心工作。 客户端在每个客房中，由一个机顶盒与一台电视机组成。机顶盒负责与服务 器的交互，并将获得的音视频数据通过专用的解码芯片解码输出到电视机上。节 目的播放采用按需点播的方式，用户在电视机上通过遥控器查找到需要的节目后 要求服务器立即开始播放。在节目的播放过程中，可以使用类似录像机的播放控 制功能来收看需要的片断。 视频点播技术在某种意义上讲是视频信息技术领域的一场革命，其巨大的潜 在市场，使世界主要发达国家都投入了大量的资金，加速开发和完善这一系统， 我国的视频点播还处在试验阶段，离大范围应用还有一定距离，宽带业务的发展 速度并非人们想象得那么快，主要是因为宽带内容的贫乏，视听效果的差强人意， 以及昂贵的费用等诸多因素的限制。从技术角度来讲，要使视频点播系统进入商 业运营，除了高性能的视频服务器外，网络传输服务质量保证问题的解决、接入 网瓶颈的解决、高效实用的用户终端成本的降低等等，都是必须加以考虑的问题。 9 硕士学位论文 一熙这些问题得到突破性的解决，视频点播系统的甑大发展潜力与广阔应嗣前景 是十分诱人的。 本课题所研究的视频点播系统巾流媒体传输控制的理论与实现方法对提高 转徐鼹务威量蠢较明显的帮助，为攒频点播系统豹产品纯做好了前期准备，辩冀 他流媒体应糟麴数字褫频蕊控系统、i p 电话系统、远程教攀系统鞠网络褫频会 议系统等也其商一定的诺篓意义。 1 4 论文主要内容及缝构安摊 论文主要研究目前流行的流媒体传输技术及榴关的传输控制协议在税频点 攒系统中艇翅。结念襁频点撵系统项强，弦磐在国内外研究的蒸础上，在如下几 个方面做了较深入的研究： 1 深入研究了支持实婚媒体流传输的r t p 协议的舆髂内容，分析了r t p 分 组的格式鞠功箍，深入德讨论了不问类型r t c p 分缀的格式及箕不满翡功能，并 结合视频点播系统静特点对其进行了适当酌裁减和修订。 2 研究了基于r t p 瀚m p e g 媒钵流式纯策略，结台视频煮播系统鼢特点采 弱了酱视籁拯绑式封装韵流式纯策路并给逝其俸豹实聪方法。 3 讨论了蓉予r t c p 翡佟输鼹务蒺蚤秘态整测的方法，弗针对强达时延瓣 动、分组丢失帮分缀失痔等情况给浅了糨缀的控露繁咯。 4 赞对嵌入式视顶蠡寮户添内存受隈戆繁瀑，研究了淤盎客户端接投缓砖 毯滏是的繁咯，掇掇并实现了骞效憋缓冲熬驱动的发送遮攀动态调节雾法。 5 巍方疆在p c 孚台测试上述磷突黎聚疆戆繁旗懿效桊，在p c 平台上爨髂 实现了基本的网终援频点撩系统，瞧撼r t p 协议栈、漉媒体服务器、沆媒体缀 强黎夔及蘩予d i r e c t s h o w 开发平台麓滚媒体撵藏嚣。 全文欺由五章维成，嚣章内容缀织如下： 篱一鬻：绪论。零章溪述滚媒俸蕊辕熬技术鹜聚、国斑辨蓑袋与鹾究瑷数、 谖趣的来源与硬究意义，对相关的甥究文献| 和毛珏究工作进行综述，势归纳谂文所 毳 究熬主婺疼餐。 第二嚣：r t p 协议内餐分析姆裁减修订。本章分析r t p 协议的主耍内容， 深入磋究tr t p 分组戆辏式及箕功能，磅突不国类型熬r t c p 分缀摆戏，势慧 缕了不同r t c p 分组的功能。结台视频点播系统的特点，对r t p 协议进行适当 豹羧壤秘修订。 第三濑：流媒体传输控制研究。本章酋先在分析m p e g 1 文件特性的基础 土，缝合褪额点攒系统豹特点，应煺誊视频捆绑式挝装方法对m p e g * 1 文 牛避 行基于r t p 封装和流式化处理，并详细讨论了实现方法。随后本帮研究了影响 t 0 硕士学位论文 流媒体传输服务质量的各种因素和质量控制的重要参数，推导出计算服务质量参 数的公式，并指出了相应的控制策略。最后，本章研究了在嵌入式机顶盒客户端 内存受限情况下，为防止客户端接收缓冲区的溢出而采用的缓冲区驱动的发送速 率动态调节算法。 第四章：应用软件实现。本章详细介绍了p c 平台上网络视频点播软件系统 的设计与实现，包括r t p 协议栈的设计、流媒体服务器、流媒体播放器及流媒 体编码器的实现等。 第五章：结论与展望。本章对全文内容进行总结，并指出进一步研究的内容。 硕士学位论文 r t p 协议内容分析与裁减修订 第二章r t p | 势议雨鸯分寿嚣与裁减修订 出予分缀交换瓣终尽力鹾戈的照务特燃，锼褥絮不缝对时蠼敏感的实聪多媒 钵数筏捷袋健输鼹务臻证，嚣魏在裰颇熹播系统这样静饔霹密褫频疯惩巾敷警毒 榴瘦黪应髑层臻议卷j c 幸实赡数搬款转输提供定蛉倦竣服务质蹩保 燕。糊限协议 提供懿_ 莩弼号与对麓戳辍镧对照餐供了稳当翡技术支持，毽它主要怒装竣诗慕灌 足多方多媒体会议系统的嚣求的，黼且r t p 协议本身菸不是个完整的协议， 幕瑟窍配套鼢籀关貉议，应掰程亭鼢嚣发者毯霹戳对其遴嚣耀瘦兹裁渡辍爱遥震 特定| | l 勺应用需要。零章在对r t p 协议的内容进行了具体分析的基础上，结念视 频点搓系统懿特点鼹r t p 协汉避纷了逶当熬羧减秘密要豹掺订。 2 ，1r t p 协议肉容分李嚣 r t p 协议为具菊实时隧的数撼提供了一秽端到蠛蛇绩输服务，趣括负载炎型 签辫、骞确绫号、热辩溺戳凝持输管理簿。r t p 赘议本蹇荠不据谈锤鹰辊露l 滚硗 儇数撼被放时的馋蝓，瞧不提供其他的服务质爨保诞，这些都必须依赖其下层协 议寒鬟洪支赫骖l 。餐含在r t p 分组审戆彦刭号兔 车接收方重建发送方数摄分组懿 顺序，序则号还可以被用于判定一个数据分组的正确位爱。 r t p 秘议翅予终供一个特定瘦耀爨要袋浆接患，经鬃被集袋型凌雳程廖中琵 不是象t c p 或u d p 一样被实现为个单独的层。另外，r t p 协议是一个没有 竞全臻定熬蛰滚框架，一个宪整豹实瑗还嚣要个竣多个熬套麴文辎 2 2 , 2 3 j ： 1 应用细则文档( p r o f i l e ) ：定义一套熊载类烈并将它们映射到一组负载格 式，一个盛援缨则文档也可以定义慰r t p 豹扩展或修汀以便适应特定类型的瘦 用。 2 。负载掊式说龌文档( p a y l o a df o r m a ts p e c i f i c a t i o nd o c u m e n t ) ：定义一个特 定负载类裂( 譬如音频或视颧编码) 在r t p 内的传送方式。 2 1 ，1r t p 分组格式 r 墨分缀黪头摇擦式魏烫2 - 1 掰示，宅彀岔秘辩趣戮毅穿裂弩楚嚣令嚣鬻 熏要的信息： 硕士学位论文r t p 协议内容分析与裁减修订 ol23 01234567890l23456789o123456789ol + 卜卜+ 一+ + 卜+ + 一+ 一+ 一+ + + + + + 卜卜_ + + + + 一+ 一+ 一+ + 卜+ 一+ _ + l v = 2 i p l x im b zi m i p t s e q n u m ( 序列号) + - + - - + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ - - + + 一+ 一+ 一4 - - - + - - + - - + - - + - - + + 一q - - - + - - + - + t i m e s t a m p ( 时间戳) + 一 一+ + - + 一+ - + 一+ - + h 一+ 一h 一4 - - + 一+ 一+ + - + + 一+ _ + + 一+ 叶一+ _ + s s r c 标识符 + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ - + - + - + - + - + - 4 - - + - + - + 一+ 一+ 一+ 一+ - - - q - - + 一+ 一+ 卜一+ 一+ 一+ _ + 图2 - 1r t p 分组的头标格式 r t p 分组的头标中各个域的具体含义如下：v 是版本号，当前版本号为2 ； p 是填充位，如果该位为1 则r t p 分组在结尾处必定包含一个或多个附加的填充 字节，这些填充字节不是有效负载的一部分，只在某些加密算法中用到，填充字 节的最后一个字节表明有多少个字节( 包括它自己) 需要被忽略；x 是扩展位，如 果该位为1 则r t p 分组的头标后必定紧跟着一个扩展头标；m b z 保留为将来扩 展用，置为0 ：m 是标志位，具体用途由应用细则文档来解释；f r 表示负载类 型，负载类型代码与其所表示的媒体数据格式的对应关系由r f c 3 5 5 1 1 2 3 】进行说 明，应用程序也可以有自己特定的解释；s e q n u m 为序列号，其初值为一随机数， 每发送一个r t p 分组序列号的值加1 。序列号可以被接收方用来检测是否丢失分 组或者失序，并可依此来恢复原数据序列：t i m e s t a m p 为时间戳，反映的是r t p 分组的第一个字节的采样时刻：s s r c 是同步源标识符，在视频点播系统中是视 频服务器的标识符，该标识符应该随机挑选并保证在同一个r t p 会话中不会出 现两个相同的s s r c 标识符。 2 1 2r i p 控制协议r t c p r t c p 通过定期传送r t c p 分组给会话中的所有参与者来达到控制的目的， 它使用了与r t p 分组相同的机制来传送r t c p 分组。r t c p 主要实现如下四项功 能： 1 提供数据传输的质量反馈 这是r t p 作为一个传输协议的重要的组成部分，对应于其他传输协议的流 速控制和拥塞控制功能。反馈信息可以直接用于自适应编码控制，服务质量监控 等。接收质量反馈报告会发送到会话的所有参与者，使得只用于检测故障的监控 程序也可以检测到故障是局部还是全局。该项功能由r t c p 的s r ( s e n d e r s r e p o r t ，发送者报告) 和r r ( r e c e i v e r sr e p o r t ，接收者报告) 实现。 2 r t c p 为每个r t p 源传递一个传输层的标识符一规范名c n a m e 硪士学像论义 r t p 协议内容分析与裁减修订 由于s s r c 标识符有可能因为冲突或糕序煎启动而改变。而接收方要求有一 个永久往熬标识符寒跟踪舔个参与嚣豹信惑。 3 决定发送r t c p 分缀的间隔时简 遗过逸每个参与者都发送羧制信息绘会话孛所露其缝靛参与者，使褥每个参 与糟都可以独立地计算出会话的参与者数激，静洪此采决定发送分组的间隔时 闻。 4 传递会话控制倍息 该项功鼹燕可选的，瑟传递一蛰会活控涮信惑翔显示在爝户秀搿秘参与者信 息祷。 蠢五静类鼙韵r t c p 分组：s r 势组、r r 分缀、s d e s 努缀、b y e 分维藉 a p p 努组。它们分掰传递不露翡控麓傣息，实溪不麓静摭铡功靛，各释类蹙戆 r t c p 分缢缝袋复会r t c p 分缎绘会活孛静掰纛参与者达到控裁缝避熬。s r 是当 蘸的活动黢送卷的攘枝震量统诗鞭辫。r a g 楚除了活动发送者乡 斡葵德参与卷黪 接收震霪统计掇告。s d e s ( s o l l r c ed e s c r i p t i o ni t e m ，源描述颁) 传递包括c n a m e 在离翡一臻参与者鹣特定德怠。b y e 努筑魑霉个参与者京蘧窭会话簿发窭豹最 磊令数据分缀。a p p 分缝憋含义是妇应爆稳序嶷己艇繇。下文突现的我频点 播系统中鼹务器与容产漆秘清慧逶讯串终r r 、s r 、s d e s 器b y e 分缓努，其豫 滇惑都虫a p p 分缌进褥封装。 每个r t c p 努缀酃黻个类板子翔霉头禄熬瓣定部分开簿，焉嚣紧i 辕一些 结构化的元素，这些结构他的元素依赖于不同的k i c p 分组类型可能内容不同， 长度氇不尽裙鬻，毽爨鸯熬r t c p 分缀兹长发嚣爨绥怒3 2 跎黪熬整数臻。国予 r t c p 分组的头标中有一个长度域，多个r t c p 分组组成一个复合r t c p 分组时 不需要任穗分隧簿号。复会戆r t c p 分缀中每个独立熬r t c p 分组都可辍被独立 地处理，为了实现协议的些功能，对复台r t c p 分组的组成有些如下的规 定： 1 接收质量统计应该在带宽许可的范潮内尽w 能多的发送以便提商统计耪 凄，霆戴每个定期发送豹r t c p 复会分组中毖颓包禽一个攮告数摆分组，聪基该 报告数据分组一定是复合r t c p 分组中第个数据分组。 2 ，b y e 数撂分组磐缓魁给定鲤s s r c 辑发送鹤最瑟个数据分组。 一个r t p 的参与者在簿个报告发送间隔内只_ 陂该发送个r t c p 复合分组， 这样每个参与考郝可馥疆璃地嵇谤爨r t c p 豹占愆带宽。