流媒体动画应用研究

摘要： 本文主要介绍了流媒体动画、原理及其应用，详述了作为流媒体实现的关键技术―流式传输和传输的过程，以及流媒体动画在绵阳师范学院新校区虚拟现实展示中的应用。

关键词： 流媒体技术 传输原理 虚拟现实技术

1.概述

随着Internet的迅速发展，上网人数的不断增加，用户对网络服务也提出了愈来愈高的要求，人们不再满足于传统的单媒体数据服务（如文本浏览、FTP和E-mail。），一方面，人们希望能在网络上看到生动清晰的媒体演示；另一方面，人们又不得不去面对如此慢的网络速度下文件传输所需的大量时间。为了解决这种矛盾，“流媒体技术”应运而生。同时伴随着Flash及3D技术的飞速发展，实时传送流媒体动画己经成为业界的共识并具有极其巨大的需求，因此流媒体动画受到越来越多的关注［２］。

2.流媒体动画技术

流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件［１］。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，在播放开始时有一些延迟，后续数据流随时传送随时播放。如果数据流动速度保持足够快的话，播放是连续的。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，无论文件长30s还是3h，用户都只需在观看文件前等上几秒钟即可。

2.1缓存技术

缓存技术以包传输为基础进行断续的异步传输，实时源或存储的文件在传输中被分解为许多包，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，而不会因为网络延续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，通过丢弃己经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空来缓存储后续尚未播放的内容［３］。

2.2传输流程

（1）Web浏览器与服务器之问使用交换控制信息HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数锯从原始信息中检索出来；

（2）用HTTP从Web服务器检索相关数据，A/V播放器进初始化；

（3）从Web服务器检索出来的相关服务器的地址定位A/V服务器；

（4）A/V播放器与A/V服务器之间交换A/V传输，所需要的事实控制协议；

（5）一旦A/V数据抵达客户端，A/V播放器就可以播放媒体动画了［４］。

2.3传输协议

流式传输的实现需要合适的传输协议。由于传输控制协议(TCP)开销较大，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用超文本传输协议/传输控制协议(HTTP/TCP)来传输控制信息，而用实时传输协议/用户数据报协议(RTP/UDP)来传输实时数据［５］。

3.流媒体技术原理

多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目前的网络带宽对多媒体巨大的数据流量来说远远不够。预处理主要包括2个方面:

①在保证一定质量的前提下，丢弃大量对质量影响较小的信息。

②采用先进、高效的压缩算法。

流式传输的过程一般为: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Helper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、数据的编码类型或与信息检索相关的服务器地址［６］。

Helper程序及音/视频服务器运行实时流协议(RTSP)，以交换音/视频传输所需的控制信息。与CD播放机或VCR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。音/视频服务器使用RTP/U DP协议将数据传输给客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper 程序)，一旦音/视频数据抵达客户端，客户程序即可播放输出。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图1所示［７］。

4.流媒体的传播方式

4.1 单播

在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大的冗余首先造成服务器沉重的负担，响应需要很长时间，甚至停止播放;管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量。但用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流媒体。单播连接提供了对流媒体的最大控制。

4.2 广播

广播指的是用户被动接收流媒体。在广播过程中，客户端接收流媒体，但不能控制流媒体。例如，用户不能暂停、快进或后退该流媒体。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。

4.3 多播

IP多播技术构建一种具有多播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用多播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个;所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。多播吸收了单播和广播方式的长处，克服了上述2种发送方式的弱点，将数据包的单独一个拷贝发送给需要的客户。多播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上，也不会将数据包发送给不需要的客户，保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽［7］。

5.流媒体动画的应用

基于绵阳师范学院新校区的虚拟显示展示是建立在现代传媒技术基础上的多媒体应用系统，它通过现代的通信网络将学校校区的全景及建筑分布以动画、声音和视频的形式展现给用户，从而模拟出学校全景直观感受，让用户有身临其境的感受。在互连网上以动画的形式传输需要解决两个基本问题:音频、视频流信息的传送，以及它们与数据之间的同步。由于音频、视频信息的带宽比较宽，不可能让用户将所有的节目下载到本地计算机上后再播放，必须要采用先进网络播放技术来实现边发送边播放。

6.结语

随着Internet的飞速发展，流媒体技术日趋完善，它的应用越来越普及。流媒体动画在绵阳师范学院新校区的成功展示是流媒体技术应用的一个方面，其还广泛应用于多媒体新闻、在线直播、网络广告、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信息服务的方方面面。流媒体技术在网络上将有更广阔的发展前景［8］。

参考文献：

［1］李炳林.流媒体技术及应用.现代通信与网络技术讲座.2001.12.68-70.

［2］刘辅.Character Education Of China.［C］.北京:中央广播电视大学出版社， 2004．118-206.

［3］吴莉莉，刘益成.流媒体技术及应用.［C］.信息技术.2002.39-41.

［4］李炳林.电力系统自动化(电力自动化研究院通信所，南京210003).

［5］李东生.基于Windows 2000流式媒体技术的远程教育系统.太原理工大学学报，2000，31(5).

［6］实时多媒体广播系统的研究与应用.铁路计算机应用，2000，09(3).

［7］［英］.迈克尔・里德帕斯著.龚怡祖译1虚拟现实［M］.南京:译林出版社，1997.

［8］王坚，孙宇浩.身临其境［M］.杭州：浙江科学技术出版社，2000.1.