浅析因特网上的音频视频服务技术

1、浅析因特网上的音频/视频服务技术摘要：随着信息技术和网络应用以几何性和爆炸性的速度急剧发展，新技术革 命对整个社会生活必将产生划枇纪的深刻而深远的影响。即使无视纳斯达克和网 络股的涨跌，互联网络、多媒体、远程传输、宽带通讯、电子商务等等这些新生 事物，也已经在不容置疑地日渐改变着我们的工作和生活方式。面对这场由信息 革命发起的新的挑战，如何在新经济格局屮寻找和建立新的市场定位，改造和完 善价值链，提升竞争实力，确保并不断提高市场份额，成为众多行业和企业所面 临的严峻课题。因特网（internet）作为一种新的媒体和信息传播方式，目前已逐步深入到全世 界的每一个角落，同广播电视、报纸、杂志等传统

2、媒体一样，internet正逐步成 为信息的重要来源之一。随着互联网技术的日益普及和迅猛发展，网络上的信息 已不仅仅局限于文字和图形，音频和视频以及矢量动画、虚拟现实等多媒体技术 为网络带来崭新的应用前景和强劲的生命力。视音频播放与平面媒体在因特网上发布的内容有本质的不同。平面媒体多以 文字传播为主要方式，其媒体信息很容易转换成因特网上的发布内容，而视音频 播放更强调的是人们视觉上的效果，由于视频信息存储量的巨大，使得在因特网 上实现视频播放存在一定的难度。随着宽带技术的普遍应用、解压缩技术的不断提高，网上视频播放已成为可 能。虽然目前网上视频播放的效果及画面大小还不如人意，但其发展势头非常迅

3、 猛，与几年前相比已有了长足的进步。而自动根据网络速度传输相应图像的流技 术的普及应用，更使视频播放时通时断的问题得以根除，该技术的发展和推广， 使真正意义上的因特网视咅频播放已成为可能。关键词：因特网、流媒体、交互式音频/视频、广播技术一、因特网音频/视频服务的种类1、流式（streaming）存储音频/视频 这种类型是先把已压缩的录制好 的音频/视频文件（如音乐、电影等）存储在服务器上。用户通过因特网下载 这样的文件。流式存储音频/视频文件下载的特点是边下载边播放，即在文件 下载后不久（例如，几秒钟到几十秒钟后）就开始连续播放。2、流式实况音频/视频 这种类型和无线电台或电视台的实况广播相

4、似， 不同之处是音频/视频节目的广播是通过因特网来传送的。流式实况音频/视 频是一对多（而不是一对一）的通信。它的特点是：音频/视频节目不是事先 录制好和存储在服务器中，而是在发送方边录制边发送（不是录制完后在发 送）。在接收时也是要求能够连续播放。接收方收到节目的时间和节目屮的 事件的发生时间可以认同是同时的（相差仅仅是电磁波的传播时间和很短的 信号处理时间）。3、交互式音频/视频 这种类型的用户是使用因特网和其他人进行实时交 互式通信。现在的因特网电话和因特网电视会议就属于这种类型。二. 因特网上音频/视频服务技术1流媒体技术 流媒体(streaming)技术是指在发送端和接收端之间以 独

5、立于网络负载的以给定速率传输音频、视频信息的一种传输技术。1.1流媒体技术的原理流媒体技术是一种使用流式传输连续的时基媒体的技术。流式传输方式是将 视频、音频等其他媒体压缩为一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、 实时传送，只需要在用户端缓存足够可播放的视频容量就可以开始播放。流式传 输技术又分两种，一种是顺序流式传输，另一种是实时流式传输。顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可以观看，但是，用户的 观看与服务器上的传输并不是同步进行的，用户是在一段延时后才能看到服务器 上传岀来的信息，或者说用户看到的总是服务器在若干时间以前传出来的信息。 在这过程中，用户只能观看已下载的那部分

6、，而不能要求跳到述未下载的部分。 顺序流式传输比较适合高质量的短片段，因为它可以较好地保证节冃播放的最终 质量。它适合于在网站上发布的供用户点播的音视频节目。在实时流式传输中，音视频信息可被实时观看到。在观看过程中用户可快进 或后退以观看前面或后面的内容，但是在这种传输方式中，如果网络传输状况不 理想，则收到的信号效果比较差。传统文件下载方法和流媒体方式下载方式的比较如下图所示：客户机浏览器get:音频/视频文件response 万维网服务器、音频/视频文件 媒体播放器图1传统的下载文件方法客户机口一|浏览器get:元文件respons服务器服务器万维网元文件服务器媒体get:音频/视频文件r

7、espons图2具有元文件的万维网服务器的流媒体下载方式浏览器用户使用http的get报文接入到万维网服务器。这个超链指 向一个元文件。这个元文件有实际的音频/视频文件的统一资源定位符url。 万维网服务器把该元文件装入http响应报文的主体，发回给浏览器。 客户机浏览器调用相关的媒体播放器,把提取出的元文件传送给媒体播放 器。媒体播放器使用元文件中的url ,向万维网服务器发送http请求报 文，要求下载音频/视频文件。万维网服务器发送http响应报文，把该音频/视频文件发送给媒体播放 器。媒体播放器边下载边解压缩边播放。1.2流媒体系统组成流媒体是由各种不同的互相通信交互的软件系统构成的，

8、一个最基本的流 媒体系统必须包括编码器(encoder),服务器(server)和播放器(player)三个模块， 如图1所示。模块之间通过特定的协议互相通信，并按照特定格式互相交换文件 数据。其中编码器用来将原始的音视频转换成合适的流格式文件，服务器向客户 端发送编码后的媒体流，客户端播放器则负责解码和播放接收到的媒体数据。流 媒体的结构组成如图所示：图3流媒体系统基本结构1、编码工具。即用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。利 用媒体采集设备进行流媒体的制作。它包括了一系列的工具，从独立的视频、声 咅、图片、文字组合到制作丰富的流媒体。这些工具产生的流媒体文件可以存储 为固定的格

9、式，供发布服务器使用。2、流媒体数据。即媒体信息的载体。常用流媒体数据格式有.asf、.rm等。3、服务器。即存放媒体数据。由于要存储大容量的影视资料，因此该系统 必须配备大容量的磁盘阵列，具有高性能的数据读写能力，可以高速传输外界请 求数据并具有高度的可扩展性、兼容性，支持标准的接口。这种系统配置能满足 上千小时的视频数据存储，实现片源的海量存储。4、网络。即适合多媒体传输协议甚至是实吋传输协议的网络。流媒体技术 是随着互联网络技术的发展而发展起来，它在现有互联网络的基础上增加了多媒 体服务平台。5、播放器。即供用户欣赏网上媒体的软件。流式媒体系纺支持实时音频和 视频直播和点播，可以嵌入到流

10、行的浏览器中，可播放多种流行的媒体格式，支 持流媒体中的多种媒体形式，如文本、图片、web页而、音频和视频等集成表现 形式。在带宽充裕时，流式媒体播放器可以自动侦测视频服务器的连接状态，选 用更适合的视频以获得更好的效果。目前应用最多的播放器有美国real networks 公司的real player美国微软公司的media player美国苹果公司的quicktime 三种产nn o1.3流式传输协议流媒体协议是流媒体技术的一个重要组成部分，也是基础组成部分。因特网 工程任务组的主要工作是设计各种协议来规范与发展世界标准化组织。流媒体服 务中最重要的协议是实时流式协议rtsp （real-

11、time streaming protocol） rtsp 协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放 从因特网下载的实吋数据吋能够进行控制，女口：暂停/继续、后退、前进等。因 此rtsp又称为“因特网录像机遥控协议雹rtsp的语法和操作与http协议的相似（所有的请求和响应报文都是ascii 文本）。但与http不同的地方是rtsp是有状态的传输协议（http是无状态的）。 rtsp记录客户机所处于的状态（初始化状态、播放状态或暂停状态）。rtsp协议建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体，如咅频和视频。尽管连续媒体 流与控制流交叉是可能的，但rtsp本身并不发

12、送连续流，换言z, rtsp充当 多媒体服务器的网络远程控制ortsp提供了一个可扩展框架，实现实时数据（如 音频与视频）的受控、按需传送。数据源包括实况数据与存储的剪辑。rtsp用 于控制多个数据发送会话，提供了选择发送通道（如udp、组播udp与tcp 等）的方式，并提供了选择基于rtp的发送机制的方法。图3表示使用ptsp 的媒体服务器的工作过程。客户机_浏览器get:兀文件response 元文件_服务器0（万维网服务器setup,response ©媒体播放器©playresponse音频/视频流媒体服务器 teardownresponse ©图4使用r

13、tsp的媒体服务器的工作过程浏览器向万维网服务器请求音频/视频文件。万维网服务器从浏览器发送携带有元文件的响应。浏览器把收到的元文件传送给媒体播放器。媒体播放器的rtsp客户发送setup报文与媒体服务器的rtsp服务器 建立连接。媒体服务器的rtsp服务器发送响应response报文。媒体播放器的rtsp客户发送play报文，开始下载音频/视频文件。rtsp服务器发送响应response报文。rtsp客户发送teardown报文断开连接。rtsp服务器发送响应response报文。2交互式音频/视频交互式音频/视频服务是指用户使用因特网和其他人进行实时交互式通信， 现在的因特网电话和因特网电

14、视会议就属于这种类型。目前交互式通信最典型的 代表就是ip电话通信。在交互式音频/视频服务的协议层如下图所示：tcpudpipv4/ipv6i底层网络图5提供实时交互式音频觎频服务所需的应用层协议1、vp （资源预留协议）。该协议促使流数据的接收者主动请求数据流路径 上的路由器，并为该数据流保留一定的资源（即带宽），从而保证一定的服务质 量。rsvp是一个在ip上承载的信令协议，它允许路由器网络任何一端上终端 系统或主机在彼此之间建立保留带宽路径，为网络上的数据传输预定和保证服务 质量。（1）rsvp协议中涉及到发送者和接收者的概念，这两个概念是在逻辑上 进行区分的。发送者指发送路径消息的进程

15、，而接收者是指发送预留消息的进程, 同一个进程可以同时发送这两种消息，因此既可以是发送者也可以是接收者。（2）资源预留的分类。专用预留：它所要求的预留资源只用于一个发送者， 即在同一会话中的不同发送者分别占用不同的预留资源。共享预留：它所要求的 预留资源用于一个或多个发送者，即在同一会话中的多个发送者共享预留资源。（3）rsvp提供两种发送者选择方式。通配符方式：默认所有发送者，并通 过预留消息中所携带的源端地址列表来限制通配符滤波器。显式指定方式：滤波 器明确指定一个或多个发送者來进行预留。2、rtp （实时传输协议）。用于internet ±针对多媒体数据流的传输。rtp 协议为

16、数据提供了具有实吋特征的端对端传送服务，如在组播或单播网络服务下 的交互式视频音频或模拟数据。应用程序通常在udp上运行rtp以便使用其多 路结点和校验服务。rtp可以与其他适合的底层网络或传输协议一起使用。如果 底层网络提供组播方式，那么rtp可以使用该组播表传输数据到多个目的地。3、rtcpc实时传输控制协议）。实现通过客户端对服务器上的音视频流做 播放、录制等操作请求。该协议通过rtsp协议实现了在客户端应用程序中对流 式多媒体内容的播放、暂停、快进、录制和定位等操作。rtp和rtcp-起提供 流量控制和拥塞控制服务。3网上音视频广播技术1网上音视频广播系统因特网音/视频广播是以因特网为

17、传播介质，提供音频和视频业务。因特 网上的广播电视节冃作为一个音频或视频数据类型嵌套在www服务器的页面上供 用户点击接收，用户使用浏览器或下载专用接收插件就可以收到咅/视频节目。 网上音/视频广播系统由服务器系统和用户端播放器构成服务器系统包括音/视 频广播文件的制作工具、发布服务器系统和监控系统通过视频捕捉卡先将音/视 频信号实吋捕捉成数字信号，然后利用相应的制作软件将其编码、压缩成实吋的 广播数据流文件，或者将录制好的音/视频文件编码、压缩成适合因特网传输的 较小的广播文件；将数据流文件存放到广播服务器，由后者随时诊听来口用户端 的请求，并根据请求将相应内容提供绐用户。广播服务器同时还具

18、备多用户并发 功能，即同时响应多个用户的请求；监控系统负责检测服务器的运行和负载情况 并可调整和设置服务器的选项。用户端播救器的功能是向广播服务器发出广播请求接收并播放由广播服务 器发送的音/视频广播内容。2 数据流压缩方式网上音/视频广播主要采用流媒体播放技术和下载播放技术。前者应用最普 遍，一般情况下同上音/视频广播技术，专指流媒体播放技术。由于因特网带宽的 限制，尤其是大多数用户冃前仍采用窄带接入方式（如电话拨号）上网，为实现网 上音/视频广播，须对数据流进行压缩。冃前实现网上音/视频广播主要有以下 三种解决方案：a. realnetwork的real broadcast系统它由服务器系

19、统real serger,用户端播放软件real player,数据流创作工 具real publisher real ennoder和realpresenter组成，其特点是:（1）能根据 实际带宽提供不同质量的数据流；（2）针对不同的应用提岀不同的解决方案；（3） 通过web方式监测和管理服务进程；（4）支持目前流彳亍的所有操作平台；（5）提 供开放平台和api.便于用户对系统进行扩展；（6j在双机或多机状态下可进行负 载平衡动态分配数据赢real broadcast系统目前市场占有率超过80%。b. 微软的windows mediatechnology系统它由服务器系统windows mediaserver0 制作工具（windows media en一 coder, on一dcmond producer> prcmiercplugin等）和用户播放软件windows me -dia player组成，其特点是：（1）采用独有的智能流技术，能自动监测网络工 作状况，并根据网络的实际带宽，动态优化数据流质量，以便在网络带宽不稳定 时保证最佳视/音频质量；（2）提供大范围（从14. 4kb/s音频到atm局域网坏境 下全屏视频）的多媒体数据类型；（3）与其它多媒体服务紧密集成；（4）提供全