流媒体技术及其应用(黄克斌)
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❖ 一般来说，流包含两种含义，广义上的流是使音频和视 频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方 法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭 义上的流是相对于传统的下载－回放（DownloadPlayback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet 上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收 边播放，使时延大大减少。
流媒体技术先在使用者端的电脑上创造一个缓冲 区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，于网路实 际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序 就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断， 也使得播放品质得以维持。
❖ 1 概述
❖ 流媒体 (Streaming Media)是一种新兴的网络传输技术, 在互联网上实时顺序地传输和播放视/音频等多媒体内 容的连续时基数据流，流媒体技术包括流媒体数据采集、 视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。
Real Video:一开始便定位于视频流应用，最新版本可 支持在1Mbps的带宽上传送接近DVD质量的影片
网络实时传输协议简介
RTVP（the Resource Reservation Protocol ）：资源保留协议 RTP（Realtime Transport Protocol）：实时传输协议。 RTCP(Real-Time Control Protocol)：实时控制协议。 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)：实时流控协议。
流媒体服务器的硬件配置（磁盘）
❖ 四是磁盘 ❖ 由于磁盘输出性能对于流媒体点播是至关重要的因素，
所以必须优化磁盘的“读”性能，为此可以采用由高转 速、低延迟硬盘组成的阵列系统，增加磁盘阵列控制器 上的缓存，提高控制器访问相同数据的性能。
流媒体服务器的硬件配置
❖ 同时，由于流媒体服务器的负载比其它应用服务 器更大，因此，流媒体服务器以水平扩展模式为 设计原则，由多台服务器来分担网络的负载，避 免当仅有一台高端服务器时，因无法分担网络负 载而产生瓶颈，消除“单点故障”问题，提高系 统的整体可靠性。在方案设计时，除了考虑计算 流媒体文件的动态大小，以满足后端存储适应点 播的需求，以及考虑数据存储流量对网络性能的 影响之外，还要考虑并发任务对系统平台的要求。
• NVOD服务：利用IBS 的直播服务软件来实现NVOD服务，可以用于 NVOD服务和网络电视音乐台的直播
• 网络电视功能：利用实时压缩编码设备，完成对卫星电视节目的数字编 码，实现节目的直播
• 网络音乐频道：系统将提供实时音频压缩工具，可以将电台节目进行实 时压缩和传送.
• 网管功能： 完成用户的管理、节目的管理、网络的管理、资源管理等功 能
MMS (Microsoft Media Server)微软的媒体服务器
如果安装正确，在浏览器中输入如下格式的地址，即会调用 RealOne Player播放指定的视频。 rtsp://192.168.10.100:554/real9video.rm
这里采用RTSP连接方式进行播放的，其中 “192.168.10.100”是服务器的IP地址，“554”是端口号，而 real9video.rm就是媒体文件的文件名。
❖ 发布点类型选“点播” ❖ 在“源”设置多媒体文件的位置 ❖ 在“公告”可见播放多媒体文件的URL使
用mms协议
4. 测试流媒体服务
❖ 用Web浏览器，在地址栏输入发布流媒体 的网站的URL。
❖ 用Windows Media Player ，用mms访问流 媒体服务器上的流媒体文件的URL。
流媒体服务器的硬件配置（处理器）
多媒体压缩标准
❖ 1988年ISO组织了一批媒体专家于1990年制定 了图象标准JPEG (Joint Picture Experts Group 联 合图象专家组)
❖ 1992年制定了MPEG标准 (Moving Picture Experts Group 运动图象专家组)
❖ 1996年制定了MPEG-2，针对高清晰度电视的 需要而提出。
❖ 随着频宽的改善，WWW协议的出现，以及 NetScape的大量风行，图片大量的出现在各大 网站。依照静态媒体（文字、图片）进化到动 态媒体（音乐、影片）的历史进程来说，线上 音乐，线上电视是理所当然的。
❖ 在线音乐或影片的不通畅 ❖ 原因： ❖ 1宽频问题 ❖ 实际中的网络速度是理论上值的10 % -30%之间 ❖ 2不稳定的连接速度 ❖ 网络服务端、线路、接受端不稳定性
网络带宽
制约带宽的三个因素：
1、服务端接入带宽 2、客户端接入带宽 3、从服务端到客户端
之间的带宽
宽带网络的现状和未来
中国宽带网络发展迅速、宽带到户已经不是梦想
宽带网上的应用相对滞后，还处于探索阶段
Hale Waihona Puke Baidu频点播、网络电视、网上音乐台、远程医疗、远程 教育等业务应用前景光明
在宽频互联网上，基于WEB、实时传输、信息安全加 密、数据存贮等技术的宽带商务系统将把宽频业务推 向大众
流媒体服务器的硬件配置（内存）
❖ 二是内存 ❖ 当CPU、磁盘和网络I/O都不是系统的瓶颈时，添加足够
多的RAM给Windows Media服务器，可以增加同时响应 客户端的数量，但由于微软媒体服务并不使用系统内存 来保存文件系统数据，所以增加更多的内存无法解决因 磁盘I/O问题而产生的瓶颈。 ❖ 对于高可用的媒体服务器，最佳内存配置为1Gb。
❖ 由于流媒体应用对服务器硬件的占用情况比较复杂，因 此，选择流媒体服务器需特别关注以下硬件资源。
❖ 一是处理器
❖ 如果服务器的处理能力已可以满足要求，这时，增加更 多的处理器也不能明显提高服务器的吞吐量，虽然微软 媒体服务可以从1路系统扩展到8路系统，但当超过2颗 CPU时，性能的增加幅度逐渐减小，投资回报比开始降 低。
❖
数据流 RTP/UDP
❖ 流媒体传输协议
❖ 流式传输的实现需要合适的传输协议。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来传输实时多媒体数据。
（1）实时传输协议RTP （Real time Transport Protocol） 与RTCP （Real time Control Protocol）
流媒体技术及 应用
目录
❖ 流媒体的兴起和简单应用 ❖ 流媒体和流媒体技术的概念 ❖ 流媒体系统的组成 ❖ 流媒体传输协议 ❖ 流媒体文件格式的分类 ❖ 单播、组播、点播、广播技术
流媒体的应用
流媒体的兴起和简单应用
❖ 在20世纪80年代后期，被称为20世纪最伟大发 明之一的Internet出现，改变了一直利用纸张传 递信息的方式，采用更加快捷，方便的网络来 传输信息，整个世界变得密切起来了。
对于ASF、WMV之类的媒体文件，需要通过“mms //服务器IP地址:1755/目录名/文件名”方式来播放。
1. 部署流媒体服务
2.安装流媒体服务
❖ 通过“添加删除程序”安装流媒体服务 ❖ 通过“管理您的服务器”安装流媒体服
务
3.创建流媒体发布点
❖ 管理工具Windows Media Server右击发 布点添加发布点
流媒体服务器的硬件配置（网络）
❖ 三是网络 ❖ 为了从每个服务器获得最佳效果，网络连接应该采用专
用的交换式以太网段，并考虑使用多网卡，其中一个网 卡专用来向客户端提供流媒体，另一个网卡专门负责远 程管理、监视、复制、从编码服务器获得数据流，以及 流的分发，使得当客户网段流量出现饱和时，不会影响 到对服务器的远程管理；
❖ （3）资源预订协议RSVP （Resource Reserve Protocol）
❖ 由于音频和视频数据流比传统数据对网络
的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、 视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的 条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使 用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能 在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。
❖ (2) 实时流协议RTSP
❖ 实时流协议RTSP由Real Networks和Netscape共 同提出，该协议定义了一对多应用程序如何有效通过 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。 HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送 的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器 作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发 出请求，即RTSP可以是双向的。
❖ 1999年制定了MPEG-4，超低码率压缩标准。
视音频压缩技术简介
MPEG-1: 码率(1.5Mbps)、广泛应用于VCD；120分 钟节目约需1.2GB
MPEG-2:码率(3~15Mbps)、广泛应用于DVD；120分 钟节目约需4~8GB空间，但图象清晰度佷高
MPEG-4:支持可变速码率，可以利用很窄的带宽通 过帧重建技术压缩和传输数据，从而能以最少的数 据获得最佳的图像质量 ，其质量高于SVCD接近 DVD,面向娱乐和欣赏方面的市场,120分钟节目只需 600MB
工程系统的组成
•服务器端（Server） •网管系统(NMS) •制作工具(Tools) •播放器(Player)
❖ 流媒体技术 ❖ 流媒体传输流程 ❖ 流媒体的具体传输流程如图所示：
❖
❖ Web浏览器
HTTP/TCP
Web服务器
❖
控制信息
❖ 流媒体播放器 RTSP/TCP(UDP) 流媒体服务器
❖ 互联网宽带“对等广播”（“peercasting”）的 兴起
❖ 它对视听媒体的影响就像互联网对印刷媒体的影响 一样
❖ 媒体网Medianet观念的兴起
❖ 知识产权保护问题
❖ 正在发展不用集中服务器的VoD
❖ 流媒体系统结构
❖
现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但
其体系结构的本质是相近的。
❖
流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、
RTP是用以传输实时视/音数据，1995年11月22 日,IETF通过并成为推荐标准 （RFC1889、RFC1890) 。 RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或 ATM等其他协议上工作。
RTCP：实时控制协议。和RTP捆绑一起的传输控制
协议，提供时间信息和实现流同步，主要用以声音同步 和Qos管理等。
流媒体的三大平台公司
❖ Microsoft ❖ RealNetworks ❖ Apple
流媒体和流媒体技术的概念
❖ Stream Media、 ❖ 窜流（音乐、影片） ❖ 线上电影、线上音乐 ❖ On-line，宽频、……
商都宽频
百度在线音乐
流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的 多媒体文件，而流技术就是把连续的影象和声音信息 经过压缩处理后放上网站服务器。
用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个 压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技 术。
❖
❖ 与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面 大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的 需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时 数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助 于保护多媒体数据的著作权。
❖
❖ P2P开创网络媒体新时代
❖ 2004年6月是互联网历史上的分水岭，视频流量首次 超过音频流量。这表明巨大的无形的P2P文件共享 网络正在被用来分发电视节目和电影(IDG报告)
网上视音频业务的技术难点
大量高质量的服务在有限的带宽上传送 实时视频数据在IP网络上传送如何保证服务质量
网上视音频业务的主要相关技术
视频压缩技术：不同的应用采用不同的压缩技术在码率 和图象质量间得到平衡
网络实时传送技术：应用层的控制协议，用于预留系统 资源、检测网络状况、控制视/音频实时到达等
捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体
数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：
适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播
放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放
器和ActiveX方式的插件）。
宽带流媒体平台典型规划工程规划图
工程实现的功能
• VOD服务：利用WEB浏览页的格式，为用户提供操作简单方便、界面 友好的视频点播功能。
流媒体技术先在使用者端的电脑上创造一个缓冲 区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，于网路实 际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序 就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断， 也使得播放品质得以维持。
❖ 1 概述
❖ 流媒体 (Streaming Media)是一种新兴的网络传输技术, 在互联网上实时顺序地传输和播放视/音频等多媒体内 容的连续时基数据流，流媒体技术包括流媒体数据采集、 视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。
Real Video:一开始便定位于视频流应用，最新版本可 支持在1Mbps的带宽上传送接近DVD质量的影片
网络实时传输协议简介
RTVP（the Resource Reservation Protocol ）：资源保留协议 RTP（Realtime Transport Protocol）：实时传输协议。 RTCP(Real-Time Control Protocol)：实时控制协议。 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)：实时流控协议。
流媒体服务器的硬件配置（磁盘）
❖ 四是磁盘 ❖ 由于磁盘输出性能对于流媒体点播是至关重要的因素，
所以必须优化磁盘的“读”性能，为此可以采用由高转 速、低延迟硬盘组成的阵列系统，增加磁盘阵列控制器 上的缓存，提高控制器访问相同数据的性能。
流媒体服务器的硬件配置
❖ 同时，由于流媒体服务器的负载比其它应用服务 器更大，因此，流媒体服务器以水平扩展模式为 设计原则，由多台服务器来分担网络的负载，避 免当仅有一台高端服务器时，因无法分担网络负 载而产生瓶颈，消除“单点故障”问题，提高系 统的整体可靠性。在方案设计时，除了考虑计算 流媒体文件的动态大小，以满足后端存储适应点 播的需求，以及考虑数据存储流量对网络性能的 影响之外，还要考虑并发任务对系统平台的要求。
• NVOD服务：利用IBS 的直播服务软件来实现NVOD服务，可以用于 NVOD服务和网络电视音乐台的直播
• 网络电视功能：利用实时压缩编码设备，完成对卫星电视节目的数字编 码，实现节目的直播
• 网络音乐频道：系统将提供实时音频压缩工具，可以将电台节目进行实 时压缩和传送.
• 网管功能： 完成用户的管理、节目的管理、网络的管理、资源管理等功 能
MMS (Microsoft Media Server)微软的媒体服务器
如果安装正确，在浏览器中输入如下格式的地址，即会调用 RealOne Player播放指定的视频。 rtsp://192.168.10.100:554/real9video.rm
这里采用RTSP连接方式进行播放的，其中 “192.168.10.100”是服务器的IP地址，“554”是端口号，而 real9video.rm就是媒体文件的文件名。
❖ 发布点类型选“点播” ❖ 在“源”设置多媒体文件的位置 ❖ 在“公告”可见播放多媒体文件的URL使
用mms协议
4. 测试流媒体服务
❖ 用Web浏览器，在地址栏输入发布流媒体 的网站的URL。
❖ 用Windows Media Player ，用mms访问流 媒体服务器上的流媒体文件的URL。
流媒体服务器的硬件配置（处理器）
多媒体压缩标准
❖ 1988年ISO组织了一批媒体专家于1990年制定 了图象标准JPEG (Joint Picture Experts Group 联 合图象专家组)
❖ 1992年制定了MPEG标准 (Moving Picture Experts Group 运动图象专家组)
❖ 1996年制定了MPEG-2，针对高清晰度电视的 需要而提出。
❖ 随着频宽的改善，WWW协议的出现，以及 NetScape的大量风行，图片大量的出现在各大 网站。依照静态媒体（文字、图片）进化到动 态媒体（音乐、影片）的历史进程来说，线上 音乐，线上电视是理所当然的。
❖ 在线音乐或影片的不通畅 ❖ 原因： ❖ 1宽频问题 ❖ 实际中的网络速度是理论上值的10 % -30%之间 ❖ 2不稳定的连接速度 ❖ 网络服务端、线路、接受端不稳定性
网络带宽
制约带宽的三个因素：
1、服务端接入带宽 2、客户端接入带宽 3、从服务端到客户端
之间的带宽
宽带网络的现状和未来
中国宽带网络发展迅速、宽带到户已经不是梦想
宽带网上的应用相对滞后，还处于探索阶段
Hale Waihona Puke Baidu频点播、网络电视、网上音乐台、远程医疗、远程 教育等业务应用前景光明
在宽频互联网上，基于WEB、实时传输、信息安全加 密、数据存贮等技术的宽带商务系统将把宽频业务推 向大众
流媒体服务器的硬件配置（内存）
❖ 二是内存 ❖ 当CPU、磁盘和网络I/O都不是系统的瓶颈时，添加足够
多的RAM给Windows Media服务器，可以增加同时响应 客户端的数量，但由于微软媒体服务并不使用系统内存 来保存文件系统数据，所以增加更多的内存无法解决因 磁盘I/O问题而产生的瓶颈。 ❖ 对于高可用的媒体服务器，最佳内存配置为1Gb。
❖ 由于流媒体应用对服务器硬件的占用情况比较复杂，因 此，选择流媒体服务器需特别关注以下硬件资源。
❖ 一是处理器
❖ 如果服务器的处理能力已可以满足要求，这时，增加更 多的处理器也不能明显提高服务器的吞吐量，虽然微软 媒体服务可以从1路系统扩展到8路系统，但当超过2颗 CPU时，性能的增加幅度逐渐减小，投资回报比开始降 低。
❖
数据流 RTP/UDP
❖ 流媒体传输协议
❖ 流式传输的实现需要合适的传输协议。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来传输实时多媒体数据。
（1）实时传输协议RTP （Real time Transport Protocol） 与RTCP （Real time Control Protocol）
流媒体技术及 应用
目录
❖ 流媒体的兴起和简单应用 ❖ 流媒体和流媒体技术的概念 ❖ 流媒体系统的组成 ❖ 流媒体传输协议 ❖ 流媒体文件格式的分类 ❖ 单播、组播、点播、广播技术
流媒体的应用
流媒体的兴起和简单应用
❖ 在20世纪80年代后期，被称为20世纪最伟大发 明之一的Internet出现，改变了一直利用纸张传 递信息的方式，采用更加快捷，方便的网络来 传输信息，整个世界变得密切起来了。
对于ASF、WMV之类的媒体文件，需要通过“mms //服务器IP地址:1755/目录名/文件名”方式来播放。
1. 部署流媒体服务
2.安装流媒体服务
❖ 通过“添加删除程序”安装流媒体服务 ❖ 通过“管理您的服务器”安装流媒体服
务
3.创建流媒体发布点
❖ 管理工具Windows Media Server右击发 布点添加发布点
流媒体服务器的硬件配置（网络）
❖ 三是网络 ❖ 为了从每个服务器获得最佳效果，网络连接应该采用专
用的交换式以太网段，并考虑使用多网卡，其中一个网 卡专用来向客户端提供流媒体，另一个网卡专门负责远 程管理、监视、复制、从编码服务器获得数据流，以及 流的分发，使得当客户网段流量出现饱和时，不会影响 到对服务器的远程管理；
❖ （3）资源预订协议RSVP （Resource Reserve Protocol）
❖ 由于音频和视频数据流比传统数据对网络
的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、 视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的 条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使 用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能 在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。
❖ (2) 实时流协议RTSP
❖ 实时流协议RTSP由Real Networks和Netscape共 同提出，该协议定义了一对多应用程序如何有效通过 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。 HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送 的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器 作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发 出请求，即RTSP可以是双向的。
❖ 1999年制定了MPEG-4，超低码率压缩标准。
视音频压缩技术简介
MPEG-1: 码率(1.5Mbps)、广泛应用于VCD；120分 钟节目约需1.2GB
MPEG-2:码率(3~15Mbps)、广泛应用于DVD；120分 钟节目约需4~8GB空间，但图象清晰度佷高
MPEG-4:支持可变速码率，可以利用很窄的带宽通 过帧重建技术压缩和传输数据，从而能以最少的数 据获得最佳的图像质量 ，其质量高于SVCD接近 DVD,面向娱乐和欣赏方面的市场,120分钟节目只需 600MB
工程系统的组成
•服务器端（Server） •网管系统(NMS) •制作工具(Tools) •播放器(Player)
❖ 流媒体技术 ❖ 流媒体传输流程 ❖ 流媒体的具体传输流程如图所示：
❖
❖ Web浏览器
HTTP/TCP
Web服务器
❖
控制信息
❖ 流媒体播放器 RTSP/TCP(UDP) 流媒体服务器
❖ 互联网宽带“对等广播”（“peercasting”）的 兴起
❖ 它对视听媒体的影响就像互联网对印刷媒体的影响 一样
❖ 媒体网Medianet观念的兴起
❖ 知识产权保护问题
❖ 正在发展不用集中服务器的VoD
❖ 流媒体系统结构
❖
现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但
其体系结构的本质是相近的。
❖
流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、
RTP是用以传输实时视/音数据，1995年11月22 日,IETF通过并成为推荐标准 （RFC1889、RFC1890) 。 RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或 ATM等其他协议上工作。
RTCP：实时控制协议。和RTP捆绑一起的传输控制
协议，提供时间信息和实现流同步，主要用以声音同步 和Qos管理等。
流媒体的三大平台公司
❖ Microsoft ❖ RealNetworks ❖ Apple
流媒体和流媒体技术的概念
❖ Stream Media、 ❖ 窜流（音乐、影片） ❖ 线上电影、线上音乐 ❖ On-line，宽频、……
商都宽频
百度在线音乐
流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的 多媒体文件，而流技术就是把连续的影象和声音信息 经过压缩处理后放上网站服务器。
用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个 压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技 术。
❖
❖ 与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面 大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的 需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时 数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助 于保护多媒体数据的著作权。
❖
❖ P2P开创网络媒体新时代
❖ 2004年6月是互联网历史上的分水岭，视频流量首次 超过音频流量。这表明巨大的无形的P2P文件共享 网络正在被用来分发电视节目和电影(IDG报告)
网上视音频业务的技术难点
大量高质量的服务在有限的带宽上传送 实时视频数据在IP网络上传送如何保证服务质量
网上视音频业务的主要相关技术
视频压缩技术：不同的应用采用不同的压缩技术在码率 和图象质量间得到平衡
网络实时传送技术：应用层的控制协议，用于预留系统 资源、检测网络状况、控制视/音频实时到达等
捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体
数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：
适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播
放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放
器和ActiveX方式的插件）。
宽带流媒体平台典型规划工程规划图
工程实现的功能
• VOD服务：利用WEB浏览页的格式，为用户提供操作简单方便、界面 友好的视频点播功能。