流媒体技术与应用的发展

来源 :互联网世界 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzbycp2009
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  随着宽带时代的来临,流媒体成为发展的必然结果,也是未来网络发展的全新动力。宽带网络的逐渐普及、流媒体内容的增加、电视和电脑互通性的增加以及人们对休闲娱乐的需求等,都将促使流媒体产业的发展,今后2-5年内,网络媒体的声音和影像品质都将达到目前电视媒体的影音水准,但比电视更强的是,网络观众将可以拥有更多的自主权和选择权,而不在是被动的接收者。
  流媒体技术的出现将全面带动一个新的产业群的发展,从表面的门户网站,到传输方式,包切换模式,播放模式等等都将发生重大变化,相关产业如视频设备、视频制作、视频播放软件等等都将成为新兴的产业群,从而使人们的生活发生重大变化。全新的多媒体网站、小区VOD点播、网络影院等等,勾画出一个美好的流媒体时代。而这些都离不开流媒体技术的发展与应用。目前,流媒体技术已经趋于成熟,存在的主要问题是带宽的普及以及相关产业(如门户网络、内容提供等)的跟进等。
  
  流媒体传输的改变
  在网络上传输音/视频等多媒体信息目前主要有下载和流式传输两种方案。上传和下载传输等一般需要将多媒体信息做成A/V格式等文件,而A/V文件一般都较大,所以需要的存储容量也较大;同时由于网络带宽的限制,下载常常要花数分钟甚至数小时,所以这种处理方法延迟也很大。采用流媒体方式传输时,声音、影像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机的连续、实时传送,用户不必等到整个文件全部下载完毕,而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。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。流媒体方式不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短,而且不需要太大的缓存容量。流式传输避免了用户必须等待整个文件全部从Internet上下载才能观看的缺点。


  目前流式传输主要有两种方法:即顺式流式传输和实时流式传输。
  一般说来,视频为实时广播,或使用流式传输媒体服务器,或应用如RTSP的实时协议,即为实时流式传输。如使用HTTP服务器,文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法依赖你的需求。当然,流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。
  顺序流式传输(progressive streaming):顺序流式传输是顺序下载,在下载文件的同时用户可观看再线媒体,在给定时刻,用户只能观看已下载的那部分,而不能跳到还未下载的前头部分,顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件,也不需要其它特殊协议,它经常被称作HTTP流式传输。
  实时流式传输(Realtime streaming):实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接配匹,使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同,它需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送,特别适合现场事件,也支持随机访问,用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上,实时流一经播放就可不停止,但实际上,可能发生周期暂停。
  实时流式传输必须配匹连接带宽,这意味着在以调制解调器速度连接时图象质量较差。而且,由于出错丢失的信息被忽略掉,网络拥挤或出现问题时,视频质量很差。如欲保证视频质量,顺序流式传输也许更好。
  流媒体技术及其原理
  流式传输的实现需要缓存。因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输,对一个实时A/V源或存储的A/V文件,在传输中它们要被分解为许多包,由于网络是动态变化的,各个包选择的路由可能不尽相同,故到达客户端的时间延迟也就不等,甚至先发的数据包还有可能后到。为此,使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响,并保证数据包的顺序正确,从而使媒体数据能连续输出,而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大,因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据:通过丢弃已经播放的内容,流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。
  流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销,故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中,一般采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时声音数据。
  流式传输的过程一般是这样的:用户选择某一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来;然后客户机上的Web浏览器启动A/VHelper程序,使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。
  A/VHelper程序及A/V服务器运行实时流控制协议(RTSP),以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper程序),一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。
  
  智能流技术(SureStream)的发展
  今天,28.8Kbps调制解调器是Internet连接的基本速率,cable Modem、ADSL、DSS、ISDN等发展快,内容提供商不得不要么限制发布媒体质量,要么限制连接人数。根据RealNetwork站点统计,对28.8Kbps调制解调器,实际流量为10Kbps到26Kbps,呈钟形分布,高峰在20Kbps。这意味着若内容提供商选择20Kbps固定速率,将有大量用户得不到好质量信号,并可能停止媒体流而引起客户端再次缓冲,直到接收足够数据。
  一种解决方法是服务器减少发送给客户端的数据而阻止再缓冲,在RealSystem 5.0中,这种方法称为“视频流瘦化”。这种方法的限制是RealVideo文件为一种数据速率设计,结果可通过抽取内部帧扩展到更低速率,导致质量较低。离原始数据速率越远,质量越差。另一种解决方法是根据不同连接速率创建多个文件,根据用户连接,服务器发送相应文件,这种方法带来制作和管理上的困难,而且,用户连接是动态变化的,服务器也无法实时协调。 智能流技术通过两种途径克服带宽协调和流瘦化。首先,确立一个编码框架,允许不同速率的多个流同时编码,合并到同一个文件中;第二,采用一种复杂客户/服务器机制探测带宽变化。针对软件、设备和数据传输速度上的差别,用户以不同带宽浏览音视频内容。为满足客户要求,Progressive networks公司编码、记录不同速率下媒体数据,并保存在单一文件中,此文件称为智能流文件,即创建可扩展流式文件。当客户端发出请求,它将其带宽容量传给服务器,媒体服务器根据客户带宽将智能流文件相应部分传送给用户。以此方式,用户可看到最可能的优质传输,制作人员只需要压缩一次,管理员也只需要维护单一文件,而媒体服务器根据所得带宽自动切换。智能流通过描述I现实世界Internet上变化的带宽特点来发送高质量媒体并保证可靠性,并对混合连接环境的内容授权提供了解决方法。
  
  流媒体的应用的现状
  Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力,流媒体业务正变得日益流行。流媒体技术可以广泛用于互联网多媒体新闻发布、网上路演、在线直播、网络广告、网络视频广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化;对人们的工作和生活将产生深远的影响。
  作为当今网络世界最热门的技术“流媒体”,在初创时期,最引人注目的应用是用于提高公司对客户进行技术支持的服务质量上。公司可以借助流媒体技术的应用,将内部通讯、业务培训等活动通过企业内部网络开展起来,节省下大量的差旅和材料费用。流媒体内容还可以添加到Web网站上,使技术咨询变得更加形象,更加轻松。也由于流媒体技术一开始并不是为初级计算机用户设计的,因此想摆弄他们还需要有专业人士协助。后来许多大公司将流媒体技术用于产品发布和销售人员培训。
  目前流媒体应用最直接的莫过于实时广播服务,也就是人们常说的网上现场直播服务,它是指将音频或视频信号从现场实时压缩上传至流媒体服务器后,再在广域网上播出。网上现场直播的特点:覆盖面广Internet无国界,网上广播的覆盖面无远大于传统媒体,容易实现——与传统媒体(如广播、电视)的播出方式相比更容易实现,费用更低。
  流媒体市场与竞争
  Internet的发展,决定了流媒体市场的广阔发展前景。流媒体技术及其相关产品将广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等。所以,各相关厂商彼此间展开了激烈的竞争。据Jupter Communications预测,到2004年流媒体市场将呈现巨大的收入潜能,其中为消费者服务将创收90亿美元。
  想要在流媒体领域称雄的Microsoft公司称,已经有45家企业选择Windows Media媒体播放器作为自己选用的流媒体软件,并参加了Microsoft发起的“Windows媒体宽带启动动议”,这是一个支持Windows Media媒体播放器软件的企业联盟。这说明已经有越来越多的Internet媒体内容提供商开始选择Microsoft的技术,以取代RealNetworks公司暂且处于领先地位的流媒体技术。HP公司也表示,它将把Microsoft的Windows Media媒体播放器用于自己的员工和合作伙伴之间进行的企业和商业营销通讯,如产品发布和销售人员培训等。Windows Media媒体播放器的另外一个新支持者——通用仪器公司表示,它将把Windows Media媒体播放器集成到自己的DCT 5000机顶盒终端里,用来通过有线电视网络传输Internet上的A/V流媒体内容。
  面对Microsoft公司咄咄逼人的攻势,RealNetworks公司新近发布的一份调查报告显示,RealNetworks的RealPlayer的用户数目是Apple公司QuickTime的4倍,是Microsoft公司Windows Media Player的10倍。而RealNetworks公司最新版的RealPlayer 7.0发布仅1个月就有700万套被用户下载,目前其RealPlayer的用户已经达到9200万。此外,RealNetworks公司近期还推出了与Intel联合开发的RealPresenter G2的流媒体软件,供公司通过Internet的传输流式幻灯片显示。
  Apple公司则力推其流媒体播放软件QuickTime,该公司正力图将这一深受用户欢迎的软件变成其真正的摇钱树。
  通过流媒体播放软件的竞争,我们可以看到整个流媒体市场及其产业群将会有很大的发展和激烈的竞争。
  
  流媒体前景广阔
  目前流媒体技术的趋向成熟,引起全球众多著名企业挤身其中。
  Apple、Cisco、Kasenna、Philips和Sun五家公司在2000年12月14日宣布成立Internet流媒体联盟(ISMA),五家公司将联合起来为开发IP端到端媒体流解决方案制定开放标准。ISMA的第一个规范将为IP网上的流式MPEG-4音视频格式定义一个实施协议并在2001年2月ISMA第一次正式会议上提出。目前规范已经完成,国外许多大公司已经完成了硬件和软件化操作。例如,IBM将把Real Networks的Real System技术用于IBM的Unix服务器系列,此举旨在满足服务提供商客户日益增强的对音、视频流性能的需求。这只是冰山一角,还有很多的公司在开发流媒体的新技术,不断的挖掘流媒体的新应用,让人们的生活变得越来越丰富多彩。
  流媒体服务系统不同于网络文件服务系统。从功能实现上看,流媒体网络服务系统和传统的网络文件服务系统虽然有许多相似之处,尤其强调对数据对象的共享使用和追求最大化的数据吞吐率,但是,流媒体更为强调对高速、稳定和连续的访问流支持,强调对同步的支持,从而确保媒体数据的按时到达,所以正如图像用户对计算机的影响一样,流媒体服务系统也将对计算机的硬件和软件设计产生重大影响。
  尽管如此,流媒体技术虽然可以部分解决媒体下载的等待问题,但就现在的网络带宽,特别是国内的网络带宽和速度,似乎根本无法完全发挥流媒体的技术。所以,我们如果想要真正享受高品质的网络视听服务,只有等到宽频网络的普及。
  
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