流媒體技術(shù)基礎(chǔ)

一、流式傳輸?shù)幕A(chǔ)
在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音/視頻等多媒體信息目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，下載常常要花數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)，所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時(shí)，聲音、影像或動(dòng)畫等時(shí)基媒體由音視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)的連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送，用戶不必等到整個(gè)文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或十?dāng)?shù)秒的啟動(dòng)延時(shí)即可進(jìn)行觀看。當(dāng)
聲音等時(shí)基媒體在客戶機(jī)上播放時(shí)，文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。流式不僅使啟動(dòng)延時(shí)成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個(gè)文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點(diǎn)。
流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個(gè)文件，只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存，流式媒體的數(shù)據(jù)流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放，只是在開始時(shí)有一些延遲。流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。

流式傳輸定義很廣泛，現(xiàn)在主要指通過網(wǎng)絡(luò)傳送媒體（如視頻、音頻）的技術(shù)總稱。其特定含義為通過Internet將影視節(jié)目傳送到PC機(jī)。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實(shí)時(shí)流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說來，如視頻為實(shí)時(shí)廣播，或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，或應(yīng)用如RTSP的實(shí)時(shí)協(xié)議，即為實(shí)時(shí)流式傳輸。如使用HTTP服務(wù)器，文件即通過順序流發(fā)送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當(dāng)然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時(shí)用戶可觀看再線媒體，在給定時(shí)刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸不象實(shí)時(shí)流式傳輸在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。由于標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件，也不需要其他特殊協(xié)議，它經(jīng)常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于該文件在播放前觀看的部分是無損下載的，這種方法保證電影播放的最終質(zhì)量。這意味著用戶在觀看前，必須經(jīng)歷延遲，對較慢的連接尤其如此。

對通過調(diào)制解調(diào)器發(fā)布短片段，順序流式傳輸顯得很實(shí)用，它允許用比調(diào)制解調(diào)器更高的數(shù)據(jù)速率創(chuàng)建視頻片段。盡管有延遲，畢竟可讓你發(fā)布較高質(zhì)量的視頻片段。

順序流式文件是放在標(biāo)準(zhǔn)HTTP或FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無關(guān)。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機(jī)訪問要求的視頻，如：講座、演說與演示。它也不支持現(xiàn)場廣播，嚴(yán)格說來，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。

實(shí)時(shí)流式傳輸

實(shí)時(shí)流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接配匹，使媒體可被實(shí)時(shí)觀看到。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同，他需要專用的流媒體服務(wù)器與傳輸協(xié)議。

實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，特別適合現(xiàn)場事件，也支持隨機(jī)訪問，用戶可快進(jìn)或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。理論上，實(shí)時(shí)流一經(jīng)播放就可不停止，但實(shí)際上，可能發(fā)生周期暫停。

實(shí)時(shí)流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著在以調(diào)制解調(diào)器速度連接時(shí)圖象質(zhì)量較差。而且，由于出錯(cuò)丟失的信息被忽略掉，網(wǎng)絡(luò)擁擠或出現(xiàn)問題時(shí)，視頻質(zhì)量很差。如欲保證視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定服務(wù)器，如QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些服務(wù)器允許你對媒體發(fā)送進(jìn)行更多級別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標(biāo)準(zhǔn)HTTP服務(wù)器更復(fù)雜。實(shí)時(shí)流式傳輸還需要特殊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如：RTSP（Realtime Streaming Protocol）或MMS（Microsoft Media Server）。這些協(xié)議在有防火墻時(shí)有時(shí)會出現(xiàn)問題，導(dǎo)致用戶不能看到一些地點(diǎn)的實(shí)時(shí)內(nèi)容。

二、流媒體技術(shù)原理

流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)镮nternet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，對一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同，故到達(dá)客戶端的時(shí)間延遲也就不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出，而不會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)暫時(shí)擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因?yàn)楦咚倬彺媸褂铆h(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)：通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。一般流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。

流式傳輸?shù)倪^程一般是這樣的：用戶選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來；然后客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。

A/VHelper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機(jī)或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操縱播放、快進(jìn)、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序（一般可認(rèn)為客戶程序等同于Helper程序），一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端，A/V客戶程序即可播放輸出。

需要說明的是，在流式傳輸中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP兩種不同的通信協(xié)議與A/V服務(wù)器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個(gè)不同于運(yùn)行A/VHelper程序所在客戶機(jī)的目的地址。實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務(wù)器和播放器，其基本原理如圖所示。

三、智能流技術(shù)（SureStream）

今天，28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器是Internet連接的基本速率，cable modem、 ADSL、DSS、ISDN等發(fā)展快，內(nèi)容提供商不得不要么限制發(fā)布媒體質(zhì)量，要么限制連接人數(shù)。根據(jù)RealNetwork站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，對28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器，實(shí)際流量為10bps到26Kbps，呈鐘形分布，高峰在20Kbps。這意味著若內(nèi)容提供商選擇20Kbps固定速率，將有大量用戶得不到好質(zhì)量信號，并可能停止媒體流而引起客戶端再次緩沖，直到接收足夠數(shù)據(jù)。

一種解決方法是服務(wù)器減少發(fā)送給客戶端的數(shù)據(jù)而阻止再緩沖，在RealSystem 5.0中，這種方法稱為“視頻流瘦化”。這種方法的限制是RealVideo文件為一種數(shù)據(jù)速率設(shè)計(jì)，結(jié)果可通過抽取內(nèi)部幀擴(kuò)展到更低速率，導(dǎo)致質(zhì)量較低。離原始數(shù)據(jù)速率越遠(yuǎn)，質(zhì)量越差。另一種解決方法是根據(jù)不同連接速率創(chuàng)建多個(gè)文件，根據(jù)用戶連接，服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)文件，這種方法帶來制作和管理上的困難，而且，用戶連接是動(dòng)態(tài)變化的，服務(wù)器也無法實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。智能流技術(shù)通過兩種途徑克服帶寬協(xié)調(diào)和流瘦化。首先，確立一個(gè)編碼框架，允許不同速率的多個(gè)流同時(shí)編碼，合并到同一個(gè)文件中；第二，采用一種復(fù)雜客戶/服務(wù)器機(jī)制探測帶寬變化。

針對軟件、設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸速度上的差別，用戶以不同帶寬瀏覽音視頻內(nèi)容。為滿足客戶要求，Progressive networks公司編碼、記錄不同速率下媒體數(shù)據(jù)，并保存在單一文件中，此文件稱為智能流文件，即創(chuàng)建可擴(kuò)展流式文件。當(dāng)客戶端發(fā)出請求，它將其帶寬容量傳給服務(wù)器，媒體服務(wù)器根據(jù)客戶帶寬將智能流文件相應(yīng)部分傳送給用戶。以此方式，用戶可看到最可能的優(yōu)質(zhì)傳輸，制作人員只需要壓縮一次，管理員也只需要維護(hù)單一文件，而媒體服務(wù)器根據(jù)所得帶寬自動(dòng)切換。智能流通過描述I現(xiàn)實(shí)世界Internet上變化的帶寬特點(diǎn)來發(fā)送高質(zhì)量媒體并保證可靠性，并對混合連接環(huán)境的內(nèi)容授權(quán)提供了解決方法。流媒體實(shí)現(xiàn)方式如下：

對所有連接速率環(huán)境創(chuàng)建一個(gè)文件
在混合環(huán)境下以不同速率傳送媒體
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化，無縫切換到其它速率
關(guān)鍵幀優(yōu)先，音頻比部分幀數(shù)據(jù)重要
向后兼容老版本RealPlayer

智能流在RealSystem G2中是對所謂自適應(yīng)流管理（ASM）API的實(shí)現(xiàn)，ASM描述流式數(shù)據(jù)的類型，輔助智能決策，確定發(fā)送那種類型數(shù)據(jù)包。文件格式和廣播插件定義了ASM規(guī)則。用最簡單的形式分配預(yù)定義屬性和平均帶寬給數(shù)據(jù)包組。對高級形式，ASM規(guī)則允許插件根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件變化改變數(shù)據(jù)包發(fā)送。每個(gè)ASM規(guī)則可有一定義條件的演示式，如演示式定義客戶帶寬是5,000到15,000Kbps，包損失小于2.5%。如此條件描述了客戶當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接，客戶就訂閱此規(guī)則。定義在規(guī)則中的屬性有助于RealServer有效傳送數(shù)據(jù)包，如網(wǎng)絡(luò)條件變化，客戶就訂閱一個(gè)不同規(guī)則。