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基于流媒体技术的网上直播系统的原理和实现中国有线电视2oo2(11) cacabitei.evision摄编制播? 基子流媒体技木的网上直播系统的 原理和实现 口陆琼(浙江广播电视高等专科学校.浙江杭州310015 摘要:概述了浣媒体技术的概念和流式传输的工作原理,从硬件组成和软件系统方面介绍了一个具有 较高性价比的基于流媒体技术的网上直播系统的实现. 关键词:流媒体;网上直播;视频服务系统;realsystem 中图分类号:tn948.1文献标识码:a文章编号:10077022(2002)1l一004203 1引言 网络化,数字化,智能化是有线电视发展的主流 基于有线电视网络架构模拟信息平台和数字信息平 台,充分利用有线电视得天独厚的网络资源和信息源, 将使中国有线电视成为一个既有传统媒体特点又有现 代信息技术特征的网络媒体. 重大事件的现场直播一直是广播电视传统媒体形 式的专利.流媒体技术的出现使高质量地在互联网中 传播视音频和多媒体等信息成为现实,在互联网的数 字平台上,采用流媒体技术同样可以进行网上直播. 本文主要讨论在lntemet网络中基于流媒体技术的网 上直播系统的结构原理和实现方案,使实时信息能够 多平台传播. 2网上直播系统的原理 网上直播要求系统具备高传输速率,数据同步,数 据流的分流,高稳定性等特性.实现网络的视音频传 输最好的解决方案就是流式媒体的传输方式. 2.1流媒体技术概述 流媒体是指在lntemet/intranet中使用流式传输技 术的连续时基媒体,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,只将开始部分内 容存人内存,流式媒体的数据流随时传送随时播放,这 种方式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.流式传输时,声音,影像或动画等时基 媒体由音视频服务器向用户计算机进行连续,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 42 几秒或十几秒的启动延时即可进行观看.这使启动延 时大大缩短,而且不需要太大的缓存容量流式传输 的方式使网络的a/v信息能够实时传输 2.2流式传输基本原理 实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器, 其基本原理如图1所示. . httpffcp 客户端浏览器一lweb服务嚣 流文件 a/v播放器 控制信息lf定位 rtcp(ud 二二二 图1流式传输基本原理 流式传输的过程一般是这样的:用户选择某一流媒 体眼务后,w曲浏览器与web服务器之间使用册/ tcp交换控制信息,将需要传输的实时数据从原始信息 中检索出来;然后客户机上的web浏览器启动a/v客 户程序,使用ht/p从web服务器检索相关参数对客户 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 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口发送给相应的客户,响应客户 的交互请求,保证视频流的连续输出,视频信息具有同 步眭要求,一方面必须f三恒定的速率播放,否则引起画 面的抖动,如mpeg一1视频标准要求以1.5mb/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 中国有线电视)20o2年第11期陆琼:基于流媒体技术的网上直播系统的原理和实现 信号必须保持同步,如画面的配音必须与口型相一致. 在响应客户的视频流后,视频服务器从存储系统读人一 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人网络接口发送到客户 4/v客户程序及视频服务器运行实时流控制协议 (rtsp),以交换a/v传输所需的控制信息.rtsp提 供了操纵播放,陕进,快倒,暂停及录制等命令的方法. 视频服务器使用rtp/udp协议将a/v数据传输给_4/ v客户程序,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rtp/udp和 rp/tcp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/v客户程序所在客户机的目的地址 注:mds媒体数据存储服务 图2rtsp服务处理客户与服务器之问的通信任务 这里要注意的是,流媒体传输首先要把视/音频数 据预处理成流媒体以适合流式传输,同时也适应网络 带宽对流媒体的数据流量的要求.预处理主要包括降 低质量,采用先进高效的压缩算法等.而客户端接收 到数据,需由专门的视频播放软件解压播放. 第二,流式传输的实现需要缓存.在intemet上是 以信息包传输为基础进行断续的异步传输,数据在传 输中要被分解为许多包,而各个包选择的路由可能不 尽相同,故到达客户端的时间延迟也就不等.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 的顺序正确.从而使流媒体数据能连续输出,不因为阿 络暂时拥塞使播放出现停顿. 第三,流式传输的实现需要合适的传输协议. web技术是以h3tp协议为基础的,而h3tp又建立在 tcp协议基础之上.由于tcp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h3tp/tcp来传输控制信息,而用以下网络协 议支持实时传输流媒体数据 实时传输协议rtp,一种用于intemet上针对多 媒体数据流的一种传输协议. 实时传输控制协议rtcp,与rtp一起提供流 量控制和拥塞控制服务 实时流协议rtsp,定义了一对多的应用程序如 何有效地通过网络传送多媒体数据,流媒体播放方 式有单播,组播,点播与广播. 2.3流媒体的其他特点 web服务器和浏览器通过h3tp内置的mime(通 用因特网邮件扩展)识别流媒体的类型,并调用相应的 播放程序或plugin(插件)来处理.microsoftie(4.0 以上)和nctscapenavigator(4.0以上)浏览器都提供了 丰富的流媒体支持. 目前流行的流式视频文件格式如:.n,.asf,mov 和.m3u等;较为流行的制作工具如:微软的media tools,real的realplodur,slideshow,presenter,quick time的ouicktimepm等等.常用的视频播放软件如: mediaphyer,realplayer,quicktime等. 3流媒体网上直播系统的实现 一 个流媒体应用系统应由以下部分组成: (1)内容采集:节目源可以是摄像机,电视台节目, vcd光盘,卫星输人信号等; (2)视音频捕获和压缩编码:硬件一般为视音频捕 获卡,编码软件如realproducer,msmediaencoder等; (3)内容编辑:对内容进行编辑修改,归档,做索 引.如viragevideologger可对视频文件做索引人库; (4)内容存储和播放:节目不多时可使用文件系 统.节目量大就必须编制数据库管理系统.使用数据 库存储视音频文件,视频服务器运行流播放服务软件 如realsemer或msmediaservice等播放视音频; (5)应用服务器(内容管理,发布):发行模块负责 将节目提交到阿页,或将视频流地址邮寄给用户.内 容管理主要完成视频存储,查询,用户管理可能包括用 户的登记和授权. 3.1网上直播系统的结构 图3是网上直播系统的结构示意 整个系统采用reals)tem系统.reals)tem是一 个开放的标准型的穿越平台的架构,稳定性高,特别是 对直播条件要求不高.非常容易实现在lntemet上进行 视频直播.全球85%的网上直播系统采用realsys. tern,realsystem在远程教育,电子商务以及网上媒体 43 陆琼:基于流媒体技术的网上直播系统的原理和实现中国有线电视)2ooa年第11期 图3网上直播系统示意图 点播系统(vod)方面同样出色. 整个网上直播系统的核心是视频服务系统 3.2视频服务系统 整个系统的核心是视频服务系统,如图4所示,由 制作端,视频服务器和客户端组成. 控连接控制连接 图4视频服务系统结构 其中制作端可由1台lntel计算机作为real编码 机器,在这台计算机中安装1块osprey压缩编码卡,它 有复合及s端子两种输人方式,通过微波收发设备, 将直播信号传至服务器所在的机房,将视频信号输入 到osprey的复合输入端口中进行编码编码工作是 由realproducer来完成的,编码完成后的音视频媒体 已经成为realmedia,可以传至realser的发行目录 中进行发布. 视频服务器一般有3种类型: (1)通用主机方法:它运行在一个标准的操作系统 上,如unix系统,硬件由一系列众多的视频磁盘阵列 组成视频服务器的主要功能是存储,选择,传送大量 的数据. (2)紧耦台多处理机:按照视频服务器功能要求, 制作出大量完成某项指令或专门功能的硬件单元,然 后将相关单元组合成相应的专用系统.这些系统有的 擅长创建静止图像,有的是数据库管理器,还有的是网 络设备和其他动态视频的数据库.最后将这些系统级 联起来构成紧耦台多处理机实现的视频服务器. (3)调谐视频服务器:调谐视频服务器的主板有一 个有独特微码的嵌入式仿真器控制.磁盘控制器, atm打包器和记账计算机接口都利用这些极高速的 仿真器来提供它们的功能和各功能块间的通信. 本系统的视频服务器配置通用主机,采用iaserv er+turbolinuxserver5+realsystem架构充当real 44 smerl及wserver,完成流媒体数据的储存, 缓冲,传送和响应网络客户的请求. 使用浏览器的用户端安装realplayer,就可 以即点即播,在网上观看一些大型现场直播节目 和新闻直播节目. 3.3realsystem系统组成 realsyst,由服务器端流播放引擎(rosasere er),制作端,客户端播放3个方面的软件组成. 制作端产品:realproducer有初级版(basic)和高 级版(plus)两个版本.realproducer的作用是将普通 格式的音频,视频或动画媒体文件通过压缩转换为 realserver能进行流式传输的流格式文件,它也就是 realsystem的编码器realproducer是一个强大的编 码工具,它提供两种编码格式选择:h1rrp和sure stream,能充分利用realserver服务器的服务能力. 服务器端产品:服务器端软件realserver用于提 供流式服务.根据应用方案的不同,realsel-er可以 分为basic,plus,intmnet和professional几种版本.代 理软件realsystemproxy-提供专用的,安全的流媒体服 务代理,能使isps等服务商有效降低带宽需求. 客户端产品:客户端播放器realplayer分为basic 和plus两种版本,realplacerbasic是免费版本,但real playerplus不是免费的,能提供更多的功能.realplay er既可以独立运行,也能作为插件在浏览器中运行. 4结束语 该网上直播系统采用通用的主机以及高性能的流 行软件框架(iaserver+turbolinuxser,er6+realsvs. tem),使整个系统易于实现并能达到较好的播出效果, 具有较高的性能