流媒體技術基礎

一、流式傳輸?shù)幕A
在網(wǎng)絡上傳輸音/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；同時由于網(wǎng)絡帶寬的限制，下載常常要花數(shù)分鐘甚至數(shù)小時，所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時，聲音、影像或動畫等時基媒體由音視頻服務器向用戶計算機的連續(xù)、實時傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或十數(shù)秒的啟動延時即可進行觀看。當
聲音等時基媒體在客戶機上播放時，文件的剩余部分將在后臺從服務器內(nèi)繼續(xù)下載。流式不僅使啟動延時成十倍、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文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點。
流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續(xù)時基媒體，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)流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。流媒體實現(xiàn)的關鍵技術就是流式傳輸。

流式傳輸定義很廣泛，現(xiàn)在主要指通過網(wǎng)絡傳送媒體（如視頻、音頻）的技術總稱。其特定含義為通過Internet將影視節(jié)目傳送到PC機。實現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協(xié)議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，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，在下載文件的同時用戶可觀看再線媒體，在給定時刻，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時流式傳輸在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。由于標準的HTTP服務器可發(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準HTTP或FTP服務器上，易于管理，基本上與防火墻無關。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻，如：講座、演說與演示。它也不支持現(xiàn)場廣播，嚴格說來，它是一種點播技術。

實時流式傳輸

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

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

實時流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著在以調(diào)制解調(diào)器速度連接時圖象質(zhì)量較差。而且，由于出錯丟失的信息被忽略掉，網(wǎng)絡擁擠或出現(xiàn)問題時，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。實時流式傳輸需要特定服務器，如QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些服務器允許你對媒體發(fā)送進行更多級別的控制，因而系統(tǒng)設置、管理比標準HTTP服務器更復雜。實時流式傳輸還需要特殊網(wǎng)絡協(xié)議，如：RTSP（Realtime Streaming Protocol）或MMS（Microsoft Media Server）。這些協(xié)議在有防火墻時有時會出現(xiàn)問題，導致用戶不能看到一些地點的實時內(nèi)容。

二、流媒體技術原理

流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要緩存。因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續(xù)的異步傳輸，對一個實時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)絡是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，故到達客戶端的時間延遲也就不等，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)來彌補延遲和抖動的影響，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，而不會因為網(wǎng)絡暫時擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環(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)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數(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后，Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來；然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務器檢索相關參數(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檢索相關的服務器地址。

A/VHelper程序及A/V服務器運行實時流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序（一般可認為客戶程序等同于Helper程序），一旦A/V數(shù)據(jù)抵達客戶端，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服務器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務器的輸出重定向到一個不同于運行A/VHelper程序所在客戶機的目的地址。實現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務器和播放器，其基本原理如圖所示。

三、智能流技術（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站點統(tǒng)計，對28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器，實際流量為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)速率設計，結(jié)果可通過抽取內(nèi)部幀擴展到更低速率，導致質(zhì)量較低。離原始數(shù)據(jù)速率越遠，質(zhì)量越差。另一種解決方法是根據(jù)不同連接速率創(chuàng)建多個文件，根據(jù)用戶連接，服務器發(fā)送相應文件，這種方法帶來制作和管理上的困難，而且，用戶連接是動態(tài)變化的，服務器也無法實時協(xié)調(diào)。智能流技術通過兩種途徑克服帶寬協(xié)調(diào)和流瘦化。首先，確立一個編碼框架，允許不同速率的多個流同時編碼，合并到同一個文件中；第二，采用一種復雜客戶/服務器機制探測帶寬變化。

針對軟件、設備和數(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)建可擴展流式文件。當客戶端發(fā)出請求，它將其帶寬容量傳給服務器，媒體服務器根據(jù)客戶帶寬將智能流文件相應部分傳送給用戶。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單一文件，而媒體服務器根據(jù)所得帶寬自動切換。智能流通過描述I現(xiàn)實世界Internet上變化的帶寬特點來發(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)容授權提供了解決方法。流媒體實現(xiàn)方式如下：

對所有連接速率環(huán)境創(chuàng)建一個文件
在混合環(huán)境下以不同速率傳送媒體
根據(jù)網(wǎng)絡變化，無縫切換到其它速率
關鍵幀優(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中是對所謂自適應流管理（ASM）API的實現(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)絡條件變化改變數(shù)據(jù)包發(fā)送。每個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前網(wǎng)絡連接，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)絡條件變化，客戶就訂閱一個不同規(guī)則。