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Chapter3流媒体技术 流媒体概述Real流媒体WindowsMedia流媒体QuickTime流媒体 第一节流媒体技术概述 流媒体定义流媒体通信原理流媒体实现原理流媒体播放方式流媒体制作流程流媒体系统组成流媒体文件格式流媒体技术平台 一 为什么需要流媒体 StreamingMedia 您是否有这种经验 下载一个体积较大的文件 下载时间用了好几个小时 下载了很久 却突然中断 好不容易下载完毕 文件却无法打开 您是否有这种期盼 下载一个体积较大的文件 虽然下载时间用了好几个小时 但是却能一边下载一边打开文件观看 一 为什么需要流媒体 因网络与宽频时代的市场趋势 包括Microsoft在内的许多公司 都不断在寻找更有效的网络媒体传输方式 不需要事先完成下载即可即时观赏的StreamingMedia技术俨然成为网络影音传播的终极武器 二 流媒体定义 流媒体指在Internet 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 当声音等时基媒体在客户机上播放时 文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载 StreamingMedia的优点 码流小 每分钟可以小到1MB 随点即播 不必等待 节省时间 不占空间 完全在网络上观看 流媒体是媒体世界的优等生流媒体是数字媒体的小精灵流媒体是存储媒体的终结者流媒体是网络媒体的实践者流媒体是网络教学的推广者 VCD DAT 10M 分DVD VOB 47M 分AVI AudioVideoInterleave 60M 分MOV QuickTime 35M 分MPG1 NTSC 352 240 10M 分MPG2 NTSC 720 480 40M 分 StreamingMedia的应用 StreamingMedia的应用范围小至一般网络页面的搭配应用 更可以扩及娱乐 教育 广播 音乐 广告等领域 短期来看 StreamingMedia可成为电子商务的行销利器 未来在全面的宽带网络环境下 影音网站将有机会与传统电视频道业者分庭抗礼 提供高品质的点播服务 VideoOnDemandService 三 流媒体实现原理 流媒体实现原理简单地说就是首先通过采用高效的压缩算法 在降低文件大小的同时伴随质量的损失 让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输 然后通过架设流媒体服务器 修改MIME标识 通过各种实时协议传输流数据 1 预处理 预处理主要包括两方面 采用先进高效的压缩算法 加入一些附加信息把压缩媒体转为适合流式传输的文件格式 预处理在编码器内完成 最终的编码资料可以利用文本 图形 脚本形式进行多路传输 并且放在能够实现流的方式的文件结构中 也就是意味着该文件有时间标记以及其他易于实现流的方式的特点 然后再在客户端进行解码 2 支持流媒体传输的网络协议 实时传输协议 RTP Real timeTransportProtocol 在Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议 RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作 其目的是提供时间信息和实现流同步 RTP通常使用UDP来传送数据 但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作 当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口 一个给RTP 一个给RTCP RTP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RTCP提供这些服务 通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现 而是作为应用程序代码的一部分 2 支持流媒体传输的网络协议 实时传输控制协议 RTCP Real timeTransportControlProtocol 和RTP一起提供流量控制和拥塞控制的服务 在RTP会话期间 各参与者周期性地传送RTCP包 RTCP包中含有已发送的数据包的数量 丢失的数据包的数量等统计资料 因此 服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率 甚至改变有效载荷类型 RTP和RTCP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 2 支持流媒体传输的网络协议 实时流协议 RTSP Real timeStreamingProtocol 定义了一对多的应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据 RTSP是应用级协议 位于RTP和RTCP之上 也可直接由TCP或UDP传输 它是由RealNetworks和Netscape共同提出的 该协议定义了点对多点应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据 2 支持流媒体传输的网络协议 资源预订协议 RSVP ResourceReserveProtocol Internet上的资源预订协议 为多媒体数据流传输预留一部分网络资源 即带宽 在一定程度上为流媒体的传输提供QoS 资源预留协议RSVP是网络控制协议 运行在传输层 由于音视频流对网络的时延比传统数据更敏感 因此在网络中除带宽要求外还需满足其他的条件 在Internet上开发的资源预留协议可以为流媒体的传输预留一部分网络资源 从而保证服务质量 QoS 3 识别流媒体类型的途径 MIME MIME是MultipurposeInternetMailExtensions 通用因特网邮件扩展 的缩略词 它不仅用于电子邮件 还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型 Web服务器和Web浏览器都基于HTTP 而HTTP都内建有MIME HTTP正是通过MIME来标记Web上繁多的多媒体文件格式 四 流媒体通信原理 对流媒体进行预处理 包括降低质量 采用先进高效的压缩算法 使用缓存系统来弥补延时和抖动的影响 采用一定的网络协议来实现流式传输 为用户提供可靠的QoS 流式传输基本原理 RTSP传送播放 快进 快退 暂停等控制信息 RTP UDP传送媒体数据 流式传输方式 顺序流式传输 ProgressiveStreaming 在这种方式下 用户只能按流入的顺序播放已经下载的内容 而不能跳转至尚未下载的内容 http协议本身就支持这种方式 故将流媒体文件通过Web服务器发布 即可实现顺序流发送 不需要其他特殊协议 比较适合高质量的短片段 实时流式传输 RealtimeStreaming 实时流式传输也是一种边下载 边播放的方式 可以根据当前的网络传输速度自动调整需要传送的数据量 以使用户做到真正的实时播放 这种方式需要特殊的传输协议 而服务器端需要使用专门的流媒体服务器 如WindowsMediaServer RealServer 顺序流式传输 如图所示 这种方式的优点是 l无损下载 能确保播放质量 l由标准的http支持 兼容性好 不受防火墙的影响 其不足之处在于 l不支持随机访问 不能随时按要求播放当前点前后的内容 l对慢速连接而言 延迟比较严重 l不支持实况直播 返回 实时流式传输 如图所示 这种方式的优点是 l支持真正的实时传输 支持实况直播 l支持随机访问 就像在本地播放多媒体一样可自由播放位于当前点前后的内容 其不足之处在于 l有损下载 网络传输速度低时播放质量较差 l实时传输协议有时在防火墙处受阻 l需要专门的协议和服务器 返回 本地播放 本地媒体文件的播放 不需要网络的支持 直接由播放软件将数据调入内存进行播放 播放位置的改变由播放软件改变媒体文件的读取位置实现的 对于采用压缩格式的媒体文件 可能需要一定缓冲 顺序流媒体的播放 顺序流媒体的播放 需要网络的支持 由播放软件将数据文件下载到本地硬盘或缓冲区中进行播放 播放位置的改变分为二种情况 向前 需要等到缓冲到达以后 向后如果缓冲中有 可直接从缓冲中播放 如果没有则需要重新缓冲 实时流媒体的播放 实时流媒体的播放 需要网络的支持 播放软件请求数据后 由服务器按照一定的速度向播放软件传送数据 播放软件在收到数据后 根据具体情况直接播放或缓冲播放 但是实时流的缓冲播放并不同于顺序流 实时流的缓冲播放主要是为了减少由于网络波动造成的影响 实时流媒体的播放位置改变只存在于点播方式下 由播放软件向服务器发送更改请求后 由服务器根据请求重新定位发送数据位置来完成 五 流媒体播放方式 1 单播 Unicast 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 这种巨大冗余会造成服务器的负担沉重 响应的时间过长 甚至停止播放 管理人员为保证一定的服务质量 必须配置合适的硬件和带宽 五 流媒体播放方式 2 组播 Multicast IP组播技术构建一种具有组播能力的网络 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 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 媒体服务器只需要发送一个信息包 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上 减少网络上传输信息包的总量 网络利用效率大大提高 成本大为下降 五 流媒体播放方式 3 点播与广播点播连接是客户端与服务器之间的主动连接 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 用户可以开始 停止 后退 快进或暂停流 点播连接提供了对流的最大控制 但这种方式由于每个客户端都各自连接服务器 因而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 快进或后退流 广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户 要提供流媒体服务 必须建立相应的应用系统 一个典型的流媒体应用系统如图所示 它包括流媒体制作平台 流媒体发布平台和流媒体播放终端等三个组成部分 六 流媒体应用系统的组成 流媒体系统组成 七 流媒体制作流程 数字化采集 1 自主采集 拍摄 DV 1 数字化采集 2 各种录像带转录 3 DVD VCD转录 七 流媒体制作流程 剪辑编辑 线性编辑 SONY betacam非线 Premiere stormedit 2 剪辑编辑 P42 6G 1G内存 160G硬盘视频采集卡 Canopus音频采集卡 DMX 6fire 硬件 软件 七 流媒体制作流程 流媒体编码 操作系统 WIN2000 XP编码软件 windowsmeidaEncoder9 3 流媒体编码 P42 6G 512M内存 80G硬盘 硬件 软件 七 流媒体制作流程 测试及正式发布 操作系统 WIN2000 2003SERVER流媒体SERVER windowsmeidaservices4 9 4 5 测试及正式发布 P42 6G 512M内存 80G硬盘 硬件 软件 网络带宽 七 流媒体制作流程 客户端 操作系统 WIN98 2000 ME XP视频播放器 WINDOWSMEDIAPLAYER9 6 客户端 P266 MHz 64M 10G 硬件 软件 接入INTERNET 七 流媒体制作流程 八 常见的流媒体文件格式 压缩媒体文件格式流式文件格式媒体发布格式 压缩媒体文件格式 流式文件格式 流式文件格式 RealSystem的RealMedia文件格式RealMedia是目前Internet上最流行的跨平台的客户 服务器结构多媒体应用规范 它采用音频 视频流和同步回放技术实现了网上全带宽的多媒体回放 在RealMedia规范中主要包括三类文件 RealAudio 用以传输接近CD音质的音频数据 RealVideo 用来传输连续视频数据 和RealFlash RealNetworks公司与Macromedia公司合作推出的高压缩比动画格式 而RealPlayer就是在网上收听收看这些实时音频 视频和Flash的最佳工具之一 ra格式是一种新型流式音频RealAudio文件格式 rm是流式视频RealVideo文件格式 主要用来在低速率的网络上实时传输活动视频 可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比 在数据传输过程中边下载边播放 流式文件格式 Microsoft的ASF文件格式ASF AdvancedStreamingFormat 文件是Microsoft为了和现在的RealPlayer竞争而发展起来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式 它采用MPEG 4的压缩算法 ASF不但最适于通过网络发送多媒体流 也同样适于在本地播放 任何压缩 解压缩运算法则 编解码器 都可以用编解码ASF流 流式文件格式 Apple的MOV格式QuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频 视频文件格式 用于保存音频和视频信息 具有先进的视频和音频功能 被包括AppleMacOS MicrosoftWindows在内的所有主流操作平台支持 QuickTime以其领先的多媒体技术和跨平台特性 较小的存储空间要求 技术细节的独立性以及系统的高度开放性 得到业界的广泛认可 目前已成为数字媒体软件技术领域的工业标准 国际标准化组织 ISO 最近选择QuickTime文件格式作为开发MPEG 4规范的统一数字媒体存储格式 流式文件格式 FLASH的SWF格式SWF ShockWaveFlash 是Micromedia公司Shockwave技术的流式动画格式 其源文件是 fla 它采用矢量图形方法存储动画 使得生成的文件很小 但质量却丝毫不变 已播放的质量不随画面的放大而变差 因而得到了广泛应用 如今它与RealNetwork公司进行合作 一同推进流媒体的服务 Flash的一个最大的优点是制作简单 发布方便 越来越多地应用在网络动画中 客户端安装Shockwave插件即可播放 媒体发布文件格式 不描述视听数据 目的在于给出真正流媒体文件的所在的位置 九 流媒体技术平台 RealNetwork美国RealNetworks公司在90年代中期首先推出了流媒体技术 并随着互联网的快速发展而不断壮大 在市场上处于主动地位 并拥有最多的用户数量 目前它在编码方面的主要技术是RealMediaCodec8 RealMedia的可伸缩视频技术可以根据用户电脑速度和连接质量自动调整媒体的播放质量 Two PassEncoding两次编码技术可通过对媒体内容预扫描的结果来编码 从而提高编码质量 特别是其SureStream自适应流技术 可通过一个编码流提供自动适合不同带宽用户的流播放 RealMedia音频部分采用的是RealAudio 该编码在低带宽环境下的传输性能非常突出 九 流媒体技术平台 WindowsMedia美国Microsoft利用其操作系统的便利 很快便取得了一定的市场份额 视频方面WindowsMediaVideo8 0采用的是MPEG 4视频压缩技术 音频方面采用的是Microsoft自己开发的WindowsMediaAudio技术 WindowsMedia的核心是MMS协议和ASF数据格式 MMS用于网络传输控制 这是Microsoft的专有格式 以保证传输安全 ASF则用于媒体内容和编码方案的打包 九 流媒体技术平台 AppleQuickTime是美国Apple公司的流媒体应用平台 在全世界计算机用户中占有相当的比例 是仅次与RealPlayer WindowsMediaPlayer的流媒体播放平台 支持RTP RTSP HTTP SDP等协议 QuickTime在视频压缩上采用的是SorensonVideo技术 音频部分则采用QDesignMusic技术 九 流媒体技术平台 IBM公司的VideoChargerIBM公司的VideoCharger是IBM内容管理软件包中的重要组成部分 它与IBMDB2数据库系统紧密集成 能通过企业内部网络或互联网向多个用户的桌面传送高质量的实时音频和视频数据流 用户可以通过浏览器观看媒体内容 九 流媒体技术平台 Oracle公司的OVSOracle公司的OVS OracleVideoServer 是为较大规模部署设计的音视频流点播系统 OVS可以在包括网络计算机 NC 和机顶盒 STB 在内的系列平台上播放音视频流 OVS可以支持MPEG II等高品质的音视频流 九 流媒体技术平台 Cisco公司的IP TVCisco公司的IP TV是目前网络带宽利用最好的音视频流媒体平台 IP TV采用RTP RTCP RSVP等为网络传输协议 核心充分利用了WindowsMedia的技术 同时又兼容Apple公司的QuickTime IP TV的显著特点是 采用预约内容管理 这样可以进可能地采用组播形式传送 以减少网络带宽的占用 九 流媒体技术平台 SGI公司的MediaBaseSGI公司的MediaBase是唯一一个能够支持多种流媒体格式的音视频点播平台 其中包括 RealMedia QuickTime MPEG I MPEG II 十 流媒体应用 视频点播 VOD 视频广播InternetTV视频监视视频会议远程教学电视上网音乐播放在线电台 三大主流流媒体 第二节Real流媒体 HelixUniversalPlatform简介RealNetworks通信过程RealPlayer播放过程 RealNetworks的流媒体 美国的RealNetworks公司是世界上第一个推出流媒体的公司 它提供的媒体格式 制作软件 集成工具语言 媒体发布和播放技术等也是目前最为完整 功能最为强大的流媒体技术系列 这一系列技术通常被成为RealSystem系列 属于该系列的流媒体文件格式有视频和声音文件 rm 流式图片RealPix文件 rp 流式文本RealText文件 rt 同时RealSystem也支持其他格式的媒体文件 如Flash动画 JPEG GIF等 HelixUniversalPlatform简介 HelixUniversalServer在技术上真正地实现了突破 可以轻松实现超过10 000个以上的视频音频流在线播放 基于RealNetworks流媒体技术的HelixUniversalServer9 0是一款灵活和稳定的流媒体解决方案 无论是Web转播或是在现有的Web网站上进行视频和音频的发布 Helix服务器都会提供一个发布和管理在线多媒体内容的完整平台 HelixUniversalPlatform包括HelixProducer HelixUniversalServer HelixUniversalGateways RealOneDesktopManager TheRealOnePlayer和RealOneEnterpriseDesktop 其中以HelixUniversalServer最为引人瞩目 HelixUniversalServer版本 HelixUniversalServer Standard 适合一般的公共互联网广播 功能有限制 价格低 HelixUniversalServer Enterprise 适合企业内的流媒体应用 不能对外 HelixUniversalServer Internet 功能完整 价格昂贵 HelixUniversalServer Mobile 用于移动网 HelixUniversalServer Basic 免费下载 功能有限 HelixUniversalServer Evaluation 具有所有功能 但只有30日的使用期限 RealSystem的通信过程 RealServer使用2种通道与RealPlayer通信控制通道 使用TCP协议数据通道 使用UDP协议RealServer使用2种协议与RealPlayer通信RTSP realtimestreamingprotocol PNA progressivenetworksaudio RealPlayer的播放过程 RealServer服务器 WebService RealPlayer 1 http 2 http 3 4 rstp 5 rstp 第三节WindowsMedia流媒体技术 ASF格式ASX格式MMS协议WindowsMediaPlayer WindowsMedia流媒体 Microsoft公司自己的流式媒体产品 WindowsMedia 运行在微软自己的操作系统平台之上 在Windows2000中 Media服务作为一项免费的产品捆绑于其中 提供流式媒体服务 同时 相应的播放软件也作为windows操作系统的一部分捆绑在其中 免费为用户提供 ASF格式 ASF AdvancedStreamingFormat 定义为 同步媒体的统一容器文件格式 ASF是一种数据格式 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 ASF文件使用MPEG 4压缩算法ASF的优点是体积小 数据传输速率可在28 8kbps 3Mbps之间 ASX格式 ASX是ASF格式的媒体发布文件 它是一个文本文件 主要目的是对流信息的重定向 类似RPM文件 在ASX文件中包含了媒体内容对应的URL WindowsMedia向用户提供ASF内容 1 2 3 4 5 5 5 5 6 MMS协议 MMS协议用于访问WindowsMedia发布点上的单播内容 若观众在WindowsMediaPlayer中键入一个URL以连接内容 而不是通过超链接访问内容 则他们必须使用MMS协议引用该流 若从独立的WindowsMediaPlayer连接到发布点 则必须指定单播内容的URL 如mms windows media server sample asf若有实时内容要通过广播单播发布 则该URL由服务器名称和发布点别名组成 如mms windows media server LiveEvents WindowsMediaEncoder9Se