流媒體
傳輸技術 編輯本段
流式傳輸
流式傳輸是實現流媒體的關鍵技術。在網絡上傳輸音/視頻等多媒體信息，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；同時由于網絡帶寬的限制，下載常常要花數分鐘甚至數小時，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，而只需經過幾秒或十數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，只將開始部分內容存入內存，流式媒體的數據流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。流媒體實現的關鍵技術就是流式傳輸。
流式傳輸定義很廣泛，主要指通過網絡傳送媒體（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。實現流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸（Real time streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）順序流式傳輸是順序下載，在傳輸期間不根據用戶連接的速度對下載順序做調整。實時流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網絡連接匹配，使媒體可被實時觀看到。實時流式傳輸根據網絡情況調整輸出音視頻的質量從而實現媒體的持續(xù)的實時傳送，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容。
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。采用哪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在線媒體，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用戶連接的速度做調整。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議，它經常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，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量。這意味著用戶在觀看前，必須經歷延遲，對較慢的連接尤其如此。對通過調制解調器發(fā)布短片段，順序流式傳輸顯得很實用，它允許用比調制解調器更高的數據速率創(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議。實時流式傳輸總是實時傳送，特別適合現場事件，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容。理論上，實時流一經播放就可不停止，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，這意味著在以調制解調器速度連接時圖象質量較差。而且，由于出錯丟失的信息被忽略掉，網絡擁擠或出現問題時，視頻質量很差。如欲保證視頻質量，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絡協議，如：RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。這些協議在有防火墻時有時會出現問題，導致用戶不能看到一些地點的實時內容。
主要特征 編輯本段
(1)內容主要是時間上連續(xù)的媒體數據(音頻、視頻、動畫、多媒體等)。
(2)內容可以不經過轉換就采用流式傳輸技術傳輸。
(3)具有較強的實時性，交互性。
(4)啟動延時大幅度縮短，縮短了用戶的等待時間；用戶不用等到所有內容都下載到硬盤上才能開始瀏覽，在經過一段啟動延時后就能開始觀看。
(5)對系統緩存容量的要求大大降低。
Internet是以包傳輸為基礎進行的異步傳輸，數據被分解成許多包進行傳輸，由于每個包可能選擇不同的路由，所以到達用戶計算機的時間延遲就會不同，而在客戶端就需要緩存系統來彌補延遲和抖動的影響以及保證數據包傳輸的順序。在流媒體文件的播放過程中，由于不再需要把所有的文件都下載到緩存，因此對緩存的要求很低。
產品
1、編碼器：它由一臺普通計算機、一塊microvision高清視頻采集卡和流媒體編碼軟件組成。Microvision流媒體采集卡負責將音視頻信息源輸入計算機，供編碼軟件處理；編碼軟件負責將流媒體 采集卡傳送過來的數字音視頻信號壓縮成流媒體格式。如果做直播，它還負責實時地將壓縮好的流媒體信號上傳給流媒體服務器
2、服務器：由流媒體軟件系統的服務器部分和一臺硬件服務器組成。這部分負責管理、存儲、分發(fā)編碼器傳上來的流媒體節(jié)目。
3、終端播放器，也叫解碼器: 這部分由流媒體系統的播放軟件和一臺普通PC組成，用它來播放用戶想要收看的流媒體服務器上的視頻節(jié)目。
原理
流式傳輸的實現需要緩存。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)的數據包還有可能后到。為此，使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響，并保證數據包的順序正確，從而使媒體數據能連續(xù)輸出，而不會因為網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環(huán)形鏈表結構來存儲數據：通過丟棄已經播放的內容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內容?！魇絺鬏數膶崿F需要合適的傳輸協議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數據。流式傳輸的過程一般是這樣的：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，以便把需要傳輸的實時數據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對Helper程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V數據的編碼類型或與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協議將A/V數據傳輸給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數據抵達客戶端，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兩種不同的通信協議與A/V服務器建立聯系，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。
播放方式 編輯本段
單播
在客戶端與媒體服務器之間需要建立一個單獨的數據通道，從一臺服務器送出的每個數據包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務器沉重的負擔，響應需要很長時間，甚至停止播放；管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務質量。
組播
IP組播技術構建一種具有組播能力的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數據流而無延時。媒體服務器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個；所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機，減少網絡上傳輸的信息包的總量。網絡利用效率大大提高，成本大為下降。
點播與廣播
點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，卻會迅速用完網絡帶寬。
廣播指的是用戶被動接收流。在廣播過程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流。廣播方式中數據包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網絡上的所有用戶。使用單播發(fā)送時，需要將數據包復制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數據包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網絡上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會非常浪費網絡帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點，將數據包的單獨一個拷貝發(fā)送給需要的那些客戶。組播不會復制數據包的多個拷貝傳輸到網絡上，也不會將數據包發(fā)送給不需要它的那些客戶，保證了網絡上多媒體應用占用網絡的最小帶寬。
相關研究 編輯本段
流媒體編解碼技術：典型的流媒體編解碼技術有用于64kb/s視頻傳輸的H.261，面向1.5Mb/s數字視頻音頻傳輸和存儲的MPEG-1，面向高品質數字視頻音頻傳輸和存儲的MPEG-2，面向交互應用和網絡傳輸的MPEG-4、H.264以及適于低碼率視頻編碼的H.263，最新的發(fā)展趨勢是可擴展性編碼。如細粒度可擴展（FGS）編解碼技術和H.264/SVC(scalable video coding)等。
流媒體存儲和調度策略：網絡帶寬和視頻服務器的輸入、輸出往往是制約流媒體服務性能的瓶頸，在大規(guī)模點播電視(VOD)系統中，用戶對媒體數據的點播往往集中于少數熱門節(jié)目，流媒體存儲和調度策略的關鍵是合并用戶服務，共享服務器和網絡帶寬資源。
流媒體的傳輸與控制：解決媒體流在兩個端系統間傳輸的相關問題，包括媒體流擁塞控制策略、差錯控制策略、速率調節(jié)策略等，其目標是提高流媒體應用的服務質量(QoS)。
多媒體代理服務器及內容替換機制：多媒體代理服務器將一些訪問頻繁的多媒體數據存儲在內存或硬盤中，當用戶通過多媒體代理服務器訪問這些數據時，多媒體代理服務器無須訪問遠程Internet，而是通過本地緩存為用戶提供服務?有效降低了遠程服務器的訪問負載，節(jié)約了從遠程服務器到代理服務器間的網絡資源消耗，并能有效降低用戶的啟動延遲，提高用戶接收到的媒體質量。近幾年，基于P2P和基于云計算、云存儲的流媒體技術也得到了廣泛的應用。
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