网络视频广播流媒体技术及应用探析

【摘要】通过透视新技术带来的网络视频广播传播格局，详细的分析了视频广播中的流媒体技术及其主要应用。

【关键词】网络；流媒体；数字压缩；协议；主流格式；应用

1.前言

流媒体技术是当前十分流行的多媒体技术，其基础就是多媒体通信技术。流媒体一般是指通过IP网络传送媒体的技术总称。广义的涵义是使音频和视频形成稳定而连续的传输流和回放流的一系列技术的总称。狭义上讲，流媒体是相对于传统的“下载—回放”方式而言的一种新的从Internet上获得音频和视频等流媒体数据的方式，这种方式支持多媒体数据流的实时传输和实时播放。

2.流媒体技术

2.1 传输系统结构

现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其本质是相近的。流媒体传输系统主要是传统客户机/服务器(C/S)模式，其系统结构如图1所示。主要由预处理器、服务器、网络和播放器组成。

2.2 流式传输的过程

流式传输的基本原理如图2所示，具体传输流程如下：

(1)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。

(2)客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序，用HTTP从Web服务器检索相关数据，A/V播放器进行初始化。

(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传输所需的实时控制协议

(5)一旦A/V数据抵达客户端，A/V播放器就可以播放了。

2.3 流式传输的数字压缩

由于普通的多媒体文件不支持流式传输，也由于网络带宽的限制，为使流媒体传输流畅，需要采用专用压缩编码对音视频进行压缩编码。目前常用的已经标准化的压缩技术有MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263等，正在发展的有MPEG-4等。MPEG-1、MPEG-2适用于高带宽的能够提供高质量低延迟的视频和音频应用，而H.261、H.263以及正在发展MPEG-4则使用于低宽带的对图象质量的延迟要求不高的应用。

2.4 流式传输的缓存技术

这是流式传输必须的。对服务器端来说，把内存的部分存储空间当作缓存，用来存储一个服务循环中的每路服务流从硬盘取来的数据，按需要以一定的速率和服务顺序向客户端进行传输。有了缓存，即可把回取数据和和输出服务相分离，保证输出带宽的平滑和客户端流播放的连续性。

2.5 流式传输存储技术

流媒体服务器必须同时为多个用户或多个流检索数据，更复杂的是可能多个流同时存储同一文件拷贝的不同部分，为满足多流的实时播放，存储系统必须仔细考虑支持最大流的数目、缓冲区的大小、磁盘存取策略及文件的组织等。

2.6 流媒体传输协议

流媒体在Internet/Intranet上传输必然涉及到网络传输协议，除了Internet本身的多媒体传输协议外，还特别需要实现流式传输的实时流式传输协议，这些网络协议主要有以下几种：

(1)实时传输协议RTP

RTP主要处理一对一或者一对多的多媒体数据流传输任务，可以按照UDP，TCP及ATM等协议传输数据，负责提供时间信息和控制流同步。

(2)实时传输控制协议RTCP

RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。

(3)实时流协议RTSP

RTSP协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。

(4)资源预定协议RSVP

由于多媒体数据的流式传输对网络的延时非常敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除了带宽要求之外，还需要其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预定协议，使用RSVP预留一部分网络带宽，能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。

2.7 流媒体播放方式

(1)单播

所谓单播就是客户端与服务器之间点对点的连接。在流媒体放过程中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每个数据包只能传送给一个客户机，这种数据的传送方式称为单播。

(2)组播

组播也称多播，其发送源和接收端是一对多的关系，采用组播方式，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。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。

(3)点播

点播是指客户端主动连接到服务器端的单播连接，也就是用户通过主动选择播放内容来初始化客户端的连接。点播中客户占有主动权，对媒体流可以做开始、停止、后退、快进或暂停等操作。实际上点播就是一种形式的单播，点播提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，会迅速用完网络带宽。

(4)广播

广播指的是用户被动地接收媒体流，对媒体流不具有任何的控制操作。广播的发送端与接收端是一对多的关系，这种一对多的关系与组播中的一对多的关系不太一样，因为它将数据包的拷贝发送给网络中的所有用户，而不管用户是否需要，在一定程度上同样造成了带宽资源的浪费。

3.流媒体技术的主流格式

3.1 Real System

Real System由媒体内容制作工具Real Producer、服务器端RealServer、客户端软件三部分组成。其流媒体文件包括RealAudio、RealVideo、Real Presentation和RealFlash四类文件，分别用于传送不同的文件。Real System采用SureStream技术，自动地并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松在网上实现视音频和三维动画的回放。

3.2 Windows Media Technology

Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player工具构成。Media Tools是整个方案的重要组成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流），分创建工具和编辑工具两种，创建工具主要用于生成ASF格式的多媒体流，包括Media Encoder、Author、VidToASF、WavToASF、Presenter五个工具；编辑工具主要对ASF格式的多媒体流信息进行编辑与管理，包括后期制作编辑工具ASF Indexer与ASFChop，以及对ASF流进行检查并改正错误的ASFCheck。Media Server可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，具有多种文件形式和监控管理功能。Media Player则提供强大的流信息的播放功能。

3.3 QuickTime

Apple公司于1991年开始Quick-Time，它几乎支持所有主流的个人计算平台和各种格式的静态图像文件、视频和动画格式，具有内置Web浏览器插件技术，支持IETF流标准以及RTP、RTSP、SDP、FTP和HTTP等网络协议。

4.流媒体技术的主要应用

（1）远程教育

将信息从教师端传递到远程的学生端，需要传递的信息包括各种类型的数据：如视频、音频、文本、图片等。由于当前网络带宽的限制，流媒体无疑是最佳的选择。除去实时教学以外，使用流媒体中的VOD(视频点播)技术，更可以达到因材施教、交互式的教学目的。

（2）宽带视频点播

随着计算机的发展，VOD技术逐渐应用于局域网及有线电视网中，虽然VOD技术趋于完善，但音、视频信息的庞大容量阻碍了VOD技术的发展。由于流媒体经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输，在视频点播方面我们完全可以遗弃局域网而使用互联网。随着宽带网和信息家电的发展，流媒体技术会越来越广泛地应用于视频点播系统。

（3）互联网直播

从互联网上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览等。网络带宽问题一直困扰着互联网直播的发展，随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播已经从试验阶段走向了实用阶段，并能够提供较满意的音、视频效果。

流媒体技术在互联网直播中充当着重要的角色。无论从技术还是市场上考虑，现在互联网直播是流媒体众多应用中最成熟的一个。

（4）视频会议

市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本都支持TCP/IP网络协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不占多数。流媒体并不是视频会议必须的选择，但是流媒体技术的出现为视频会议的发展起了很重要的作用。

5.结束语

由于因特网带宽带限制，网上视频的质量还不尽如人意，但是，随着视频压缩技术、宽带网技术和流媒体传输技术的发展，基于流媒体的网上视频广播将向高画质、实时和连续的方向前进，可以预见，流媒体业务将成为宽带网络上的主流信息业务。

参考文献

[1]李向阳.流媒体及其应用技术.广播与电视技术,2001,28(9):76-85.

[2]张丽.流媒体技术大全[M].北京:科学出版社,2000.

作者简介：孙俊晓（1970—），女，助理工程师，主要从事广播电视技术工作。