流媒体业务中间件之前向纠错策略研究与实现-计算机软件与理论专业毕业论文

1、.流 媒 体 业 务 中 间 件 之 前 向 纠 错 策 略 研 宄与 实 现摘 要摘要随 着 网 络 技 术 和 多 媒 体 技 术 的 高 速 发 展 ，宽 带 网 络 普 及 率 的 稳 步 提 高 ，基 于 IP(Internet Protocol)网络 的流媒体业务逐渐成为主流业务 ，在 网络带宽资源配置 中 占据 主 导 位 置 。在 流 媒 体 业 务 中 ，网 络 数 字 电视 是 最 常 见 ，同 时 也 是 最 重 要 的 业 务 模 式 。数 字 电视 整 体 平 移 在 全 国各 地 大 中城 市 逐 步 进 行 ；“中星 九 号 ”卫 星 升 空 ，为 广 阔 的 中

2、西 部 地 区提 供 了免 费 的卫 星 数 字 电视 。使 用 IP 层 组 播 技 术 可 以实 现 规 模 化 部 署 数 字 电视 系 统 。随 着 用 户 感 官 需 求 的 不 断上 升 ，视 频 码 率 的不 断 增 大 。但 是 受 限 于 IP 网 络 尽 力 而 为 的 特 点 ，流 媒 体 传 输 时 丢 包 现 象 非 常 普 遍 。 因 此 IP 网 络 丢 包 成 为 流 媒 体 业 务 服 务 质 量 提 升 的 瓶 颈 。原 有 的 IP 层 组 播 技 术 在 现 今 整 体 网 络 环 境 日益 复 杂 的 情 况 下 ，己很 难 满 足 当 前 大 规 模

3、 、高 质 量 的服 务 需 求 ，所 以对 其 进 行 优 化 和 完 善 就 显 得 尤 为 重 要 。在 网 络 流 媒 体 业 务 逐 步 成 为 主 流 业 务 之 际 ，越 来 越 多 的 软 硬 件 公 司 纷 纷 投 身 其 中 ，从 事 该 方 面 的 研 发 工 作 ，开 发 相 关 的 应 用 服 务 。但 是 这 些 各 自独 立 的产 品 不 可 避 免 地 暴 露 出功 能 重 复 、兼 容 性 差 且 不 具 备 扩 展 性 等 缺 点 ，极 大 地 降 低 了其 市 场 价 值 。因 此 ，真 正 优 化 流 媒 体 传 输 ，需 要 的 是 一 个 统 一 、

4、兼 容 的开 发 环 境 提 供 通 用 的 功 能 接 口和 通 讯 协 议 ，实 现 相 互 间 的 可 协 作 性 ，从 而 提 升 整 体 服 务 质 量 ，达 到 优 化 完 善 的 目的 。本 文 基 于 上 述 两 点 需 求 ， 综 合 国 内 外 现 有 研 宄 成 果 ，做 了 以 下 设 计 和 实 验 ： 首先 ，分析 、设 计 和 实现 了基 于 前 向纠 错(F orw ard E rror C orrection, F E C )丢包 恢 复 的 流 媒 体 可 靠 传 输 功 能 接 口 的 封 装 ， 并 将 其 定 位 到 流 媒 体 业 务 中 间 件 S

5、A M (Stream ing A pplication M iddlew are)中的一个模块 ，从而为各种幵发人 员提供 了统 一 、兼 容 、可 协 作 的 开 发 环 境 。然 后 ，针 对 在 当 前 复 杂 的 网 络 环 境 中传 输 高 码 率视 频 的 需求 ，本 文提 出了一种 高度 优 化 旳基 于 里 德所 罗 门(R eed-Solom on ，R S ) 码 前 向纠 错 策 略 。为 了深 入 评 估 不 同前 向纠 错 策 略 的 效 果 ，本 文 釆 用 多种 媒 体 源 进 行 了 多 项 实 验 ，详 细 分 析 了不 同码 率 片 源 在 不 同 前 向

6、纠 错 策 略 下 的 丢 包 恢 复 质 量 。实 验 结 果 显 示 ，我 们 提 出 的 高 度 优 化 的 前 向 纠 错 策 略 ，不 仅 可 以保 证 媒 体 数 据 在 恶 劣 网 络 环 境 下 在 客 户 端 完 成 丢 包 恢 复 ， 正 常 展 示 ， 而 且 在 降 低 发 送 端 的 C P U 及 内存 占用 率 和 客 户 端 C P U 占用 率 和 解 码 时 间 方 面 也 表 现 得 非 常 有 效 ，这 对 于 后 续 的 实 际 部 署 优 化 前 向纠 错 策 略 将 有 很 大 的 帮 助 。关 键 词 ：流 媒 体 传 输 ； 流 媒 体 业 务

7、 中 间件 ； 前 向纠 错 ；R S 码 优 化中 图分 类 号 ：T P 37：流 媒 体 业 务 中 间件 之 前 向 纠 错 策 略 研 究 与 实 现A B S T R A C TA B S T R A C TW ith th e rap id inn ov ation o f n etw o rk ing an d stream in g m ed ia techn o logy, and the steady increase in b road b an d d ep loy m ent, IP (Intern et P roto co l) based stream ing

8、ap p licatio n s h ave grad u ally b eco m e m ain stream ap p lication s,w h ich occup y a lead ing p o sitio n in the allo cation o f n etw ork in g b an dw idth resource . D igital T V s are th e m o st co m m on an d critical form o f ap p licatio n s am on g stream in g ap p lication s. R ecent

9、ly ,th ere is a tren d o f n atio n w id e rap id p ro m otio n s of IP T V an d satellite b ased D igital T V . In th e stream in g m ed ia tran sm ission , th e v id eo b it rate in creases alon g w ith th e increasin g d em an d of u sers,an d coup led w ith the increasing com p lex ity of the o

10、verall n etw o rk en v ironm ent, th at m ak e s th e o rigin al IP m u lticast v ery d ifficu lt to m eet th e cu rren tly larg e-scale, h igh -qu ality serv ice dem an d . R estricted b y th e b est effort feature of IP n etw o rk ,p ack et lo ss is w id esp read am o n g v ideo stream in g serv i

11、ce.T h u s, IP netw ork packet lo ss is the bottleneck of im prov ing Q uality of S ervice (Q o S ) of ex istin gstream in gservices. T hu s optim izatio nan dim prov em ent are n eed ed . A lth ou gh th e ind u stry has p ut m u ch effort in research and d evelo p m en t o f stream in g ap p licati

12、o n s an d serv ices, th ese p ro ducts m o stly com e sh ort in id entica l fu n ctio nality, p o or com p atibility, lo wscalab ility an d oth er sh ortcom ing s, w h ich g reatly red u ced th eir m ark et v alu e . T o th is en d , th ere is a tren d to in tro d u ce a u n ified and com p atib le

13、 developm ent en v ironm ent to p rov id e a com m oninterface andcom m un ication p roto co l fu n ction s, w h ich enab les m utu al co llab oration an d ov erall serv ice qu ality im p ro v em en t.B ased on th e ab o v e tw o req u irem ents an d th e ex istin g rese arch resu lts, w e first an

14、alyze, design and im p lem en t an en cap su lation for th e fun ction ality o f each m o d u le in stream in g reliable tran sm issio n based o n F E C (F orw ard E rro r C orrectio n ) pack et recov ery, an d m erge it in to the stream in g ap p lication m idd lew are. It prov id es a u n ified ,

15、com p atib le, in tero p erab le d ev elop m ent env ironm en t for d ifferent d ev elop ers. T h en , fo r th e n eed o f tran sm itting h igh b it-rate v ideo in a com p lex n etw ork en v iro nm ent, th is p ap er p ro p o ses a high ly o ptim izedR S (R eed -S o lo m on ) F E C strateg y w ith d

16、 ifferen t p rincip les. A lso, to fu rth er assess th e effect o f ou r F E C strategies, w e u se a v ariety of m ed ia sou rces in a nu m b er of ex p erim ents, an d d o a d etailed an aly sis on qu ality of recov ery o f tran sm itting different b it rate sou rces co m p arin g to stan d ard F

17、E C strateg y.T h e assessm en t resu lts sh o w ed th at o u r op tim ized F E C strateg y n ot o n ly can g u aran tee a reliab le tran sm ission of m ed ia d ata to th e clien t, en ab le n o rm al d isp lay, b ut also can greatly co n tro l th e v o latility o f th e C P U /m em ory u sag e on s

18、erv er sid e an d2流 媒 体 业 务 中 间 件 之 前 向 纠 错 策 略 研 宄 与 实 现A B S T R A C Tessen tially reduce the d eco d ing co m p lex ity/tim e on client side, w h ich sh ow p rom isefo r th e actu al d ep loy m en t in fu ture .K eyw o rd s: V ideo Stream in g; Stream in g A pp lication M iddlew are; Fo rw ard E

19、rrorC orrectio n ; O p tim izatio n o f R eed -S o lom on co din g C h in ese L ib ra ry C lassiflcatio n : T P 373流媒体业 各 中间件 之前 向纠错 策略 研 究与实现第一 章 绪论第 一 章绪 论1.1研究背景流媒体(stream ing M edia)作为一种新兴的网络传输技术1, 是在互联网上实 时 顺 序 地 传 输 和 播 放 视 /音 频 等 多 媒 体 内 容 的 连 续 数 据 流 ，流 媒 体 技 术 包 括 流 媒 体 数 据 采 集 、 视 /音 频 编 解

20、 码 、 存 储 、传 输 、 播 放 等 领 域 。一 般 来 说 ， 流 包 含 两 种 含义 ，广 义 上 的 流 是 使 音 频 和 视 频 形 成 稳 定 和 连 续 的传 输 流 和 回放 流 的 一 系 列 技 术 、方 法 和 协 议 的 总 称 ，我 们 习 惯 上 称 之 为 流 媒 体 系 统 ；而 狭 义 上 的 流 是 相 对 于 传 统 的 下载回放 （D ow nload-P layback ) 方 式而 言 的一种 媒 体格 式 ，它 能 从 互 联 网 上 获 取 音 频 和 视 频 等 连 续 的 多 媒 体 流 ，客 户 可 以边 接 收 边 播 放 ，使

21、 等 待 时 间大 幅 减 少 。在 网 络 上 传 播 多 媒 体 信 息 主 要 有 两 种 方 式 ：下 载 和 流 式 传 输 。下 载 方 式 是 传 统 的 传 输 方 式 ，指 在 播 放 之 前 ，用 户 将 多 媒 体 文 件 下 载 至 本 地 ，通 常 这 类 文 件 容量 较 大 ，受 限 于 网 络 带 宽 条 件 ，可 能 需 要 较 长 时 间 ，并 且 对 本 地 的 存 储 容 量 也 有 一 定 的 要 求 。这 就 限 制 了 各 类 嵌 入 式 低 存 储 容 量 设 备 的 使 用 。流 式 传 输 则 把 多 媒 体 信 息 通 过 服 务 器 向

22、用 户 实 时 地 提 供 。采 用 这 种 方 式 时 ，用 户 不 必 等 到 整 个 文 件 全 部 下 载 完 毕 ，而 只 需 经 过 几 秒 或 几 十 秒 的 启 动 时 延 即 可 播 放 。之 后 ， 客 户 端 边 接 收 数 据 边 播 放 。与 下 载 方 式 相 比 ，流 式 传 输 具 有 显 著 的 优 点 ：一 方 面 大 大 地 缩 短 了启 动 延 时 ，同 时 也 降 低 了对 缓 存 容 量 的 需 求 ；另 一 方 面 ，又 可 以实 现 现 场 直 播 形 式 的 实 时 数 据 传 输 ，这 是 下 载 等 方 式 无 法 实 现 的 ，同 时 有

23、 助 于 保 护 多 媒 体 数 据 的 著 作 权 。 流 媒 体 技 术 的 出 现 ， 完 全 改 变 了 互 联 网 初 期 的 呆 板 形 象 ， 在 丰 富 互 联 网 功 能 的 同 时 ， 正 快 速 发 展 为 一 种 极 富 吸 引 力 的 新 型 媒 体 。近 年 来 ，流 媒 体 技 术 在 国 内得 到 了蓬 勃 的 发 展 ，流 媒 体 业 务 也 正 逐 渐 走 向 成 熟 。从 底 层 的基 础 网 络 设 备 商 、宽 带 运 营 商 ，到 上 层 的 资 源 服 务 供 应 商 、应 用 机 构 ，越 来 越 多 的 企 业 、行 业 看 到 了 其 潜 在

24、 的 市 场 价 值 和 使 用 效 益 ，并 积 极 投 身 其 中 。诸 多 软 硬 件 公 司 观 察 到 了 这 个 现 象 ， 也 深 知 网 络 流 媒 体 传 输 必 将 成 为 趋 势 ， 纷 纷 猫 准 这 一 新 兴 市 场 ，基 于 如 今 的流 媒 体 技 术 ，开 发 出 了 各 具 特 色 的流 媒 体 相 关 应 用 。流 媒 体 技 术 己被 广 泛 地 应 用 于 视 频 直 播 、视 频 点 播 、新 闻 发 布 、 电子 商 务 、远 程 教 育 、视 频 会 议 、远 程 医 疗 、网 络 电 台等 各 个 领 域 。对 于 传 统 的 广 电传 媒 而

25、 言 ，流 媒 体 技 术 亦 是 一 股 新 生 的 竞 争 力 量 。釆 用 流 媒 体 技 术 ，不 但 可 以正 常 播 放 广 电媒 体 的 所 有 节 目 ，而 且 凭 借 流 媒 体 自身 的 特 点 ，能 让 用 户 同服 务 端 之 间 有 更 好 的 交 互 性 ， 譬 如 视 频 点 播 、游 戏 娱 乐 等 ，这 些 都 是 广 电传 媒 所 不 具 备 的 。 可 以预 见 ，流 媒 体 技 术 所 提 供 的 数 字 电视 、宽 带 网 络 多 媒 体 和 远 程 通 讯 服 务 ，将4流媒体业各中间件之前向纠错策略研 究与实现第一章 绪论具 有 广 阔 的 市 场

26、 和 巨大 的 经 济 利 益 。这 些 分 散 的流 媒 体 应 用 服 务 ，从 整 体 上 来 看 ， 基 本 满 足 了用 户 的 多种 需 求 ，但 是 在 越 来 越 多 的人 员 、企 业 参 与 这 方 面 的研 发 工 作 之 后 ，这 些 应 用 服 务 暴 露 出 了功 能 相 似 、重 复 开 发 、产 品周 期 长 和 兼 容 性 差 等 不 足 。如 今 ，国 内宽 带 的 普 及 率 快 速 提 升 ，不 少 城 市 甚 至 已试 点 推 广 光 纤 到 户 ，越 来 越 多 的 用 户 幵 始 更 为 频 繁 的通 过 宽 带 网 络 享 受 多 媒 体 服 务

27、 ， 如 观 看 电视 直 播 、 点播 影 片 ，这 使 得 数 字 电视 、交 互 式 网 络 电视 及 其 相 关 领 域 的发 展 前 景 ，业 已成 为 各 方 关 注 的焦 点 。数 字 电视 整 体 平 移 在 全 国各 地 大 中城 市逐 步 进 行 ；“中星 九 号 ”卫星升空，为广阔的中西部地区提供 了免费的卫星数字 电视 。使用 IP(Intem et Protocol)层组播技术可 以实现规模化部署数字 电视系统。随着用户感官需求的不 断 上 升 ，视 频 码 率 的 不 断 增 大 。但 是 受 限 于 IP 网 络 尽 力 而 为 的 特 点 ，流 媒 体 传 输

28、时 丢 包 现 象 非 常 普 遍 。因 此 IP 网 络 丢 包 成 为 流 媒 体 业 务 服 务 质 量 提 升 的 瓶 颈 。 原 有 的 IP 层 组 播 技 术 在 现 今 整 体 网 络 环 境 日益 复 杂 的 情 况 下 ， 己很 难 满 足 当 前 大 规 模 、高 质 量 的 服 务 需求 ，所 以对 其 进 行 优 化 和 完 善 就 显得 尤 为 重 要 。对 于 支撑 数 字 电视 业 务 的流 媒 体 系 统 而 言 ，视 频 的传 输 和 分 发 大 多采 用 分 层 的 设 计 架 构 ，需 要 为 不 同层 次 之 间 的通 讯 提 供 协 议 。并 且 ，

29、作 为 保 证 流 媒 体 系 统 服 务 质 量 的基 石 ， 系 统 中 各 个 模 块 之 间 的 相 互 协 作 非 常 重 要 ，这 亦 需 要 统 一 的 协 议 才 可 实 现 。 然 而 ，现 今 百 家 争 鸣 的流 媒 体 模 块 研 发 现 状 ，很 难 做 到 相 互 之 间 的 交 互 合 作 ，极 大 地 制 约 了 流 媒 体 服 务 质 量 的 提 升 ，进 而 制 约 了 数 字 电视 产 业 的 快 速 发 展 。伴 随 着 更 多 利 益 方 的加 入 ，一 些 新 的 问题 也 涌 现 出 来 ：（1 )运 营 商 要 求 要 求 三 网 融 合 ， 兼

30、 容 多 标 准 编 码 格 式 和 传 输 交 互 协 议 ；（2 ) 内 容 提 供 商 要 求 更 多 类 型 的 流 媒 体 业 务 ，更 方 便 的 更 新 机 制 和 部 署 方 式 ； （3 ) 硬 件 提 供 商 要 求 兼 容 各 种 嵌 入 式 设 备 ， 便 于 新 的终 端 平 台接 入 系 统 ，等 等 。因此 ，针 对 流 媒 体 业 务产 业 链 上 各 个 环 节 参 与 者 之 间 日益 密 切 的 合 作 以及 日趋 升 级 的 需 求 ，首 先 需 要 研 宄 出 适 应 当 前 用 户 需 求 的服 务 质 量 控 制 技 术 ，向各 方 的开 发 人

31、员 提 供 通 用 、兼 容 的调 用 接 口和 基 础 软 件 ，实 现 彼 此 之 间 的协 作 。本 文 正 是 基 于 这 个 课 题 对 媒 体 传 输 服 务 质 量 展 开 研 宄 ， 分 析封 装 了基 于前 向纠错(Forw ard E rror C orrection, FE C )丢包 恢 复 的流 媒 体 可靠 传 输 功 能接 口 ，整 体 定位 到流 媒 体 业 务 中 间件 中 的一 个 模 块 ，然 后 ，针 对 在 当前 复 杂 的 网络 环 境 中传 输 高 码 率 视 频 的需 求 ，本 文提 出 了一 种 高度 优 化 的基 于 里 德 所罗门(R ee

32、d-Solom on,R S)码前向纠错策略 。1.2国 内外 现 有 研 究数字 电视作为一种对实时性要求很高 的流媒体业务 ，对服务质量(Q uality of5流 媒体 业 各 中间件 之前 向纠 错 策略研 究与 实现 第一 章 绪 论Service, Q oSf 的要求非常高。现有数字 电视系统普遍采用IP 层组播技术实现大 规 模 部 署 。在 IP 网 络 里 ，如 果 出 现 传 输 错 误 ，网络 设 备 会 自动 丢 弃 数 据 包 。IP 网 络 丢 包 会 严 重 影 响 视 /音 频 的 服 务 质 量 ，造 成 跳 倾 、 马 赛 克 等 现 象 。 为 了 保 证

33、 视 / 音 频 的播 放 质 量 ，需要 引入 差 错 控 制 机 制 。传 统 的恢 复 丢 包 的 方 式 有 两 种 ：前 向 纠错3和 自动重复请求(A utom atic R epeat-reQ uest,A R Q )4。使用A R Q 技术需要设 定 一 个 超 时 阈 值 ，还 需 要 服 务 器 响 应 客 户 端 的重 传 请 求 ，不适 合 数 字 电视 这 种 单 向信 道 且 对 时 延 高 度 敏 感 的 系 统 。针 对 IP 层 组 播 丢 包 随 机 性 与 突 发 性 的 特 点 ，R S 码 可 以有 效 的 实 现 前 向纠 错 丢 包 恢 复 。很

34、多 文 献 中 都 提 出 了 使 用 基 于 R S 码 的 前 向 纠 错 技 术 来 提 高 传 输 可 靠 性 的 方 法 。文献 5实 现 了一种 基 于 异 或 运 算 的R S 编 解码 算 法 ，平均 每 次乘 法 运 算 需要 logA次异或运算，其中TV 为有限域G F(G alois Field)的阶。编码算法通过对原始 数 据 包 编 码 产 生 冗 余 包 。当 成 功 接 收 到 与 原 始 数 据 包 数 量 相 同 的 任 意 数 据 包 与 冗 余 包 组 合 后 ， 解 码 算 法 即 可 成 功 解 码 恢 复 原 始 数 据 包 。 该 系 统 首 次

35、实 时 实 现 了 SU N S PA R C station 工 作 站 上 的 优 先 编 码 传 输 (P riority E ncoding T ran sm ission,P E T )。文献 6通 过分 析组播 环 境 中的可靠 传 输 和 丢包 恢 复 问题 ，认 为 自动 重 复 请求技 术 在 单 播 协 议 中可 以有 效 恢 复 丢 包 ，但 是 很 难 扩 展 到 组 播 协 议 中 ，因 此 提 出 了 一 种 使 用 软 件 实 现 的 基 于 R S 码 的可 靠 传 输 协 议 ， 核 心 算 法 基 于 有 限 域 上 的 范 德 蒙 德 矩 阵 运 算 。以

36、该 实 现 为 基 础 ，作 者 讨 论 了若 干 种 能 够 使 用 前 向 纠 错 技 术 的 实 际 应 用 ， 并 给 出 了 一 种 可 行 的 参 考 实 现 。文献7提 出了一套基于R S码的标准化方案。该方案与2相似 ，同样是基于范 德 蒙 德 矩 阵 。作 者 介 绍 了 实 现 一 套 前 向 纠 错 协 议 的 细 节 ，并 分 析 了编 解 码 算 法的复 杂 度 。我 们 基 于 范 德 蒙德 矩 阵 的前 向纠 错 策 略 实 现 即基 于 该 文 档 。关 于 流 媒 体 中 间 件 ，国 际 标 准 组 织 （IS O ) 在 199 4 年 为 其 制 定 了

37、 一 个 标 准 多 媒 体 对 象 的展 示环 境 （P R esentation E nvironm ent for M ultim edia O bjects, P R E M O )。 该标 准基于 以下需求 ：（1 ) 各种媒 体文件 的合 并 ；（2 ) 可配置 可扩 展 的图像 包 ； (3 ) 无 缝整合分布 式数 据 处理 ，提 出了一套 多媒体 中间件框架 。P R E M O 标 准包含 三 个 核 心 组 件 ： 基 础 设 施 组 件 ， 多 媒 体 系 统 服 务 和 展 示 、 建 模 和 交 互(P resentation, M odeling, and Int

38、eraction , P M I)组件 。对研发人 员而 言 ，PR E M O 是一个规范描述 ，并没有提供具体的实现方法8。由 于 P R E M O 的 系 统 架 构 相 当 复 杂 ， 作 者 仅 仅 提 出 了 概 念 设 计 ， 很 难 具 体 实 现 。所 以 一 直 没 有 成 功 产 生 符 合 该 标 准 的 商 业 产 品 。与 此 同 时 ，国 内外 学 者 仍 在 不 断 研 宄 流 媒 体 中 间 件 ， 虽 然 没 有 遵 循 P R E M O 标 准 ，但 取 得 了 不 少 成 果 。 文 献 9提 出了一个协作 式的多媒 体 中间件框架 ，并支持互联 网

39、的多媒体 呼叫 中心 。文6流媒体业各 中间件之前 向纠错 策略研 究与史现 第一 章 绪论 献1°设计 了一个面 向数字 电视系统的多媒体系统架构 。文献11实现 了一整套流 媒 体 中 间件 方 案 ，包 括 对 象 处 理 、缓 存 管 理 、任 务 调 度 以及 线 程 模 型等 服 务 模 块 ， 并 向开 发 人 员 提 供 了 必 要 的 编 程 调 用 接 口。产 业 界 中 ，现 在 己有 许 多 比较 成 熟 的 商 用 多 媒 体 框 架 。国外 市 场 中 ，比较 有 名的包括微软公司幵发的D irectSlKm i2和 甲骨文旗下Sun 公司和roM 公司联

40、合幵 发 的基于Java的Java M edia Fram ew orki3】。这些框架虽然 已经被广泛使用 ，但是 都 有 自 己 的 局 限 性 ，譬 如 微 软 的 D irectS h ow 利 用 了C O M 组 件 的 支 持 ，所 以 只 能 在 W ind ow s操 作 系 统 下 运 行 。同 时 ，这 些 中 间 件 都 使 用 各 自独 立 的 技 术 标 准 ，功 能 接 口互 不 兼 容 ，且 大 多 不 具 备 跨 平 台 性 ，使 用 起 来 不 太 方 便 。在 国 内 ，对 于 流 媒 体 中 间 件 的 研 宄 也 正 处 于 高 速 发 展 阶 段 ，

41、不 少 学 者 针 对 现 有 流 媒 体 中 间 件 的 某 些 不足 ，提 出了局部性能优化 的解决方案 。文献14参考 了微软D irectShow 的基本框 架 ，通过分析其优缺 点，提 出了Stream ing W are中间件 系统的设计 思想 。通过 自 定 义 实 现 R T P /R T C P 协 议 ， 增 强 了D irectSh o w 的 网 络 功 能 ，提 供 了对 流 媒 体 数 据 传 输 中的Q oS 和实时性 的支持 。文献 同样采用微软D irectShow 框架 实现 了一个多 媒 体 中 间 件 ，利 用 增 加 一 个 网络 过 滤 器 完 成

42、节 点 间 的媒 体 数 据 和 控 制 信 息 传 输 。文 章通 过 C O M 分 布 式 组 件 和 W eb Service思 想 控 制 节 点 ，釆 用X M L + S O C K E T 的 方 式 进 行 组 件 间通 信 。 文 献 采 用 中 间 件 思 想 和 C C M 构 件 技 术 ， 提 出 了 一 种 基 于 C C M 的 多 媒 体 中 间 件 架 构 。 该 架 构 为 常 用 环 境 中 的 多 媒 体 应 用 开 发 提 供 了 标 准的架构和系统层级 的支持 ，有效地提升了应用程序的开发质量和效率 。文献17】设 计 了 一 个 集 成 电 子

43、邮 件 、即 时 通 讯 和 互 联 网 语 音 业 务 等 多 个 功 能 的 流 媒 体 中 间 件 系 统 。该 系 统 内各 个 模 块 通 信 采 用 会 话 初 始 协 议 ，通 过 模 块 集 成 ，为 应 用 程 序 提 供 统 一 开 放 且 易于 管 理 的A P I。上 述 中 间 件 从 一 定 程 度 上 解 决 了 之 前 流 媒 体 应 用 分 散 的 问 题 ，通 过 将 业 务 软 件 以插 件 的 形 式 整 合 到 了多种 流 媒 体 业 务 中 ，并 可 以在 不 同的 硬 件 平 台 上 迅 速 地 完 成 移 植 。但 是 ，这 些 中 间件 系 统

44、 却 存 在 着 一 些 很 难 解 决 的 问题 ，譬 如 釆 用 浏 览 器 架 构 导 致 的弱 扩 展 性 、运 行 速 度 慢 ， 以及 中 间件 自身 占用 资 源 过 多等 等 。1.3主 要 研 究 内容 和 意 义目前 我 国数 字 电视 及 相 关 产 业 正 处 于 高 速 发 展 期 ，流 媒 体 传 输 面 临 着 带 宽 需 求 不 断 上 升 、 网络 条 件 日益 复 杂 等 问题 。 同 时 ， 随 着 流 媒 体 业 务 逐 渐 主 流 业 务 ， 越 来 越 的软 硬 件 公 司 开 始 从 事 这 方 面 的研 发 ，他 们 需 要 一 个 统 一 、兼

45、 容 的 开 发 环 境 提 供 通 用 的接 口和 协 议 ，实 现 彼 此 之 间极 为 重 要 的协 作 ，提 升 整 体 服 务 质 量 。 本 文就将基于流媒体业务 中间件(Stream ing A pplication M iddlew are, SA M )的思想7流 媒体业 各 中间件 之前 向纠错策略 研 究与实现第一 章 绪论进 行 流 媒 体 前 向 纠 错 模 块 接 口封 装 和 前 向 纠 错 策 略 在 服 务 质 量 方 面 的 相 关 讨 论和 研 究 。本 文 首 先 详 细 描 述 了流 媒 体 业 务 中 间 件 的 系 统 架 构 和 分 层 设 计

46、，包 括 前 向 纠 错 模 块 和 其 他 业 务 模 块 在 其 中 的 定 位 。接 着 在 对 上 海 电信 IP T V 直 播 系 统 和 清 鹤 公 司 卫 星 数 字 电视 系 统 进 行 仔 细 分 析 的 基 础 上 ，设 计 、实 现 并 封 装 了 前 向 纠 错 策 略 模 块 。本 文 实 现 了 R F C 5 5 10 中 的 前 向 纠 错 策 略 作 为 对 比参 考 ，提 出 了 一 种 高 度 优 化 的前 向 纠 错 策 略 。同 时 ，为 了深 入 评 估 优 化 前 后 前 向纠 错 策 略 对 于 流 媒 体 业 务 的 影 响 ， 本 文 通

47、过 深 入 实 验 ， 对 各 个 优 化 功 能 点 做 了 具 体 的 分 析 。本 文 的 研 宄 意 义 主 要 如 下 ：(1) 本 文针对 国 内数字 电视 产业面 临的瓶 颈 以及 各方 的需求展幵研 究， 提 出 了 封 装 前 向 纠 错 模 块 并 定 位 到 流 媒 体 业 务 中 间 件 中 一 层 的 解 决 方 案 ，为 之 后 全 面 解 决 问 题 奠 定 了 良好 的 基 础 。(2) 本 文设计 和 实现 了前 向纠错模块接 口封装 ，为各种数字 电视应 用开 发人 员 提 供 了 统 一 的 开 发 平 台 和 通 用 的 功 能 接 口 ，对 今 后 提

48、 升 整 体 服 务 质 量 会 有 很 大 帮 助 。(3) 本文提 出了一种高度优化 的前 向纠错策略 ，并深入 比较 了优化前后 实际的 应 用 效 果 ， 研 究 结 果 具 有 很 强 的 实 用 性 。1.4本 文 组 织 结 构本 文 具 体 的 结 构 如 下 ：第 一 章 主 要 对 本 文 研 宄 背 景 暨 流 媒 体 业 务 发 展 现 状 与 当 前 数 字 电 视 发 展 趋 势 进 行 了介 绍 ，概 述 了 当前 国 内外 研 宄 现 状 ，并 阐述 了本 文 研 究 的主 要 内容 及 其 意 义 。第 二 章 对 涉 及 的相 关 技 术 和 标 准 作 了

49、 比较 概 略 的介 绍 ，包 括 流 媒 体 系 统 、前向 纠 错 、 中 间 件 和 流 媒 体 业 务 中 间 件 。第 三 章 具 体 描 述 了 流 媒 体 业 务 中 间 件 的 系 统 定 位 和 分 层 结 构 ，并 详 细 介 绍 了流 媒 体 业 务 前 向 纠 错 模 块 封 装 。第 四 章 深 入 讨 论 了 我 们 对 于 前 向 纠 错 策 略 的 优 化 方 法 ，并 通 过 具 体 实 验 给 出 性 能 比 较 。第 五 章 总 结 了本 文 的 工 作 ， 并 给 出 后 续 的 展 望 。8流 媒 体 业 务 中 间件 之 前 向纠 错 策 略 研 宄

50、与 实现第二 章 相 关 技 术 和理 论基 础第 二 章相 关 技 术 和 理 论 基 础2.1流 媒 体 技 术 概述流 媒 体 作 为 一 种 新 兴 的 网络 传 输 技 术 ，是 在 互 联 网上 实 时 顺 序 地 传 输 和 播 放 视/音 频 等 多媒 体 内容 的连 续 数 据流 ，流 媒 体 技 术 包 括 流 媒 体 数 据 采 集 、视 /音 频 编 解 码 、存 储 、传 输 、播 放 等 领 域 。一 般 来 说 ，流 包 含 两 种 含 义 ，广 义 上 的流 是 使 音 频 和 视 频 形 成 稳 定 和 连 续 的传 输 流 和 回放 流 的一 系 列 技 术

51、 、方 法 和 协 议 的 总 称 ，我 们 习惯 上 称 之 为 流 媒 体 系 统 ；而 狭 义 上 的流 是 相 对 于传 统 的下 载 一 一 回放 方 式 而 言 的一 种 媒 体 格 式 ，它 能从 互 联 网 上 获 取 音 频 和 视 频 等 连 续 的 多媒 体 流 ， 客 户 可 以边 接 收 边 播 放 ，使 等 待 时 间大 幅 减 少 。与 单 纯 的 下载 方 式 相 比 ，流 媒 体 传 输 方 式 具有 以下优 点 ：（1 ) 启动 时延 大 幅度 缩 短 ，启动 速度 大 幅度 提 高 。（2 ) 对 系 统 缓 存 容 量 旳 需 求 大 大 降低 。（3

52、) 特 定 的流 式 传 输 协 议 能 够 更 好 的 支 持 各 种 流 媒 体 业 务 。流 媒 体 业 务 主 要 分 为 两 类 ：实 时 流 式 传 输 (R eal-tim e Stream ing Transport)和顺序流式传输(Progressive Stream ing Transport), 一般来说，数字电视 应 用 属 于 实 时 流 式 传 输 ，视 频 点播应 用 属 于 顺 序 流 式 传 输 。2 .1.1流 媒 体 系 统一 套 完 整 的 流 媒 体 系 统 通 常 包 括 以下 几 个 部 分 ：( 1 ) 编 码 工 具 模 块 ： 该 模 块 主

53、 要 负 责 多 媒 体 数 据 的 创 建 、 捕 捉 和 编 辑 ， 形 成 稳 定 的流 媒 体 格 式 文 件 。编 码 过程 由负 责 釆 集 音 视 频 的 硬 件 和 后 期 制 作 软 件 共 同完 成 ，具 体 包 括 两 个 步 骤 ：第 一 ，在 尽 可 能 保 证 媒 体 原 有 声 音 和 图像 质 量 的 情 况 下 ，采集 原始 的视/音 频 数据 。第 二 ，将 原始 视/音 频数据转 化 为流 媒 体 格 式 的 文 件 ，使 其 可 以在 网络 上 进 行 流 式传 播 。(2 ) 流 媒 体 服 务 器 ：该 模 块 主 要 负 责 存 放 和 管 理 流

54、 媒 体 文 件 ，并根 据 服 务请 求提 供 实时流 媒 体 数据 。多媒体 文件 在 编 码 流 化 之 后 ，存放 在 流 媒 体 服 务器 的 媒体 数据 库 中 。流 媒 体 服 务器从功能角度来 看 ，非 常 类似 于常 见 的 W eb 服 务 器 ， 通 过 接 收 来 自客 户 端 的请 求 然 后 把 媒 体 数 据 传 送 给 客 户 。除 了响 应 客 户 端 的服 务 请 求 ，部 分 流 媒 体 服 务 器 还 需及 时地 处 理 实 时 接 收 到 的 广播 数 据 ，并 编 码 转 发 。 同时 ，流 媒 体 服 务 器 还 可 提 供 其 他 多种 额 外

55、功 能 ，如 ：数 字 版 权 管 理 、广 告 插 播 ， 分 割 或 镜 像 其 他 服 务 器 的 流 ， 以及 组 播 等 。(3 ) 客户 端 播 放 器 ：该 模 块 负 责 在 客 户 端 接 收来 自服 务 器 端 的流 式 数 据 ，9流 媒 体 业 务 中 间 件 之 前 向纠 错 策 略 研 究 与 实 现 第 二 章 相 关 技 术 和 理 论 基 础通 过 解 码 器 解 码 后 将 原 始 媒 体 信 息 用 播 放 器 展 示 给 用 户 观 看 。客 户 端 播 放 器 始 终 和 流 媒 体 服 务 期 间 保 持 着 交 互 状 态 ，它 可 以主 动 向服

56、 务 器 提 交 新 的 服 务 请 求 ，也 可 以被 动 地 等 待 服 务 器 向其 推 送 媒 体 数 据 。客 户 端 播 放 器 可 以 以独 立 软 件 的 形 式 存 在 ， 也 可 以作 为 浏 览 器 的 一 个 插 件 。通 常 情 况 下 ，一 个 流 媒 体 系 统 的 结 构 组 成 如 图 2 -1 所 示 ：(S)流 媒 体 播 放 器流媒体播放器VJ流媒体播放器媒 体 存 储 器图 2 -1 流 媒 体 系 统 结 构 图通 过 结 构 图 可 以看 到 ，各 个 组 件 之 间 的 交 互 通 信 ，需 要 制 定 共 同 的 协 议 才 能 完 成 。该 协 议 不 仅 需 要 满 足 多 媒 体 数 据 在 因 特 网上 进 行 流 式 传 输 的 需 求 ，而 且 需 要 支 持 流 媒 体 服 务 器 同 客 户 端 播 放 器 和 流 媒 体 编 码 系 统 之 间 的 信 息 传 输 。目前 在 市 场 上 ，由 于 多 方 面 的 原 因 ，至 今 还 未 产 生 一 个 统 一 、标 准 的流 媒 体 协 议 。例 如 ，苹果公司设计的Q uickTim e8和R eal公司推行的H elix Stream ing System 丨9都釆用实时流传输协议 （R T SP )，而微软公司