流媒体技术

1 概述流媒体技术是一种专门用于网络多媒体信息传播和处理的新技术，该技术能够在网络上实现传播和播放同时进行的实时工作模式，相对于其他的一些音、视频网络传输和处理技术，流媒体比较成熟和使用，目前已经成为网上音、视频(特别是实时音视频)传输的主要解决方案。

流媒体与常规视频媒体之间的不同在于，流媒体可以边下载边播放。

“流”的重要作用体现在可以明显的节省时间，由于常规视频媒体文件比较大，并且只能下载下来后才能播放，因此下载需要很长的时间，妨碍了信息的流通，流媒体的应用是近几年来Internet发展的产物，广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等。

2 流媒体技术原理流媒体的传输的实现需要缓存。

因为internet以分组传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时的A/V源或存储的A/V文件。

在传输中它们要被分解为许多的分组，由于网络是动态变化的，各个分组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，甚至先发的数据分组有可能后到。

为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证分组的顺序正确，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。

流媒体传输的实现需要合适的传输协议。

由于TCP需要较多的开销，因此不太适合传输实时数据。

在流媒体传输的实现方案中，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。

一般描述如下：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/V 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、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。

A/V Helper程序及A/V服务器运行实时流协议(RTSP，Real-Time Streaming Protocol)，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(一般可以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。

需要说明的是，在流媒体传输中。

使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V Helper程序所在客户机的目的地址。

实现流媒体传输一般都需要专用服务器和播放器。

流式传输技术又分两种，一种是顺序流式传输，另一种是实时流式传输。

顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可以观看，但是，用户的观看与服务器上的传输并不是同步进行的，用户是在一段延时后才能看到服务器上传出来的信息，或者说用户看到的总是服务器在若干时间以前传出来的信息。

在这过程中，用户只能观看已下载的那部分，而不能要求跳到还未下载的部分。

顺序流式传输比较适合高质量的短片段，因为它可以较好地保证节目播放的最终质量。

它适合于在网站上发布的供用户点播的音视频节目。

在实时流式传输中，音视频信息可被实时观看到。

在观看过程中用户可快进或后退以观看前面或后面的内容，但是在这种传输方式中，如果网络传输状况不理想，则收到的信号效果比较差。

在运用流媒体技术时，音视频文件要采用相应的格式，不同格式的文件需要用不同的播放器软件来播放，所谓“一把钥匙开一把锁”。

采用流媒体技术的音视频文件主要有三大“流派”。

一是微软的ASF（Advanced Stream Format）。

这类文件的后缀是.asf和.wmv，与它对应的播放器是微软公司的“Media Player”。

用户可以将图形、声音和动画数据组合成一个ASF格式的文件，也可以将其他格式的视频和音频转换为ASF格式，而且用户还可以通过声卡和视频捕获卡将诸如麦克风、录像机等外设的数据保存为ASF格式。

二是RealNetworks公司的RealMedia，它包括RealAudio、RealVideo和RealFlash三类文件，其中RealAudio用来传输接近CD音质的音频数据，RealVideo用来传输不间断的视频数据，RealFlash则是RealNetworks公司与Macromedia公司联合推出的一种高压缩比的动画格式，这类文件的后缀是.rm，文件对应的播放器是“RealPlayer”。

三是苹果公司的QuickTime。

这类文件扩展名通常是 .mov，它所对应的播放器是“QuickTime。

”此外，MPEG、AVI、DVI、SWF等都是适用于流媒体技术的文件格式。

由于流媒体技术在一定程度上突破了网络带宽对多媒体信息传输的限制，因此被广泛运用于网上直播、网络广告、视频点播、远程教育、远程医疗、视频会议、企业培训、电子商务等多种领域。

3 流媒体传输模式3.1 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，这种传送方式成为单播。

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。

单用户可以开始、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。

3.2 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。

3.3 多播IP多波技术构建一种具有多薄能力的网络，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总量。

网络利用率大大提高，成本大为下降。

多播吸收了单播和广播方式的有点，克服了上述2种发送方式的缺点，将数据包的单独一个拷贝发送给需要的用户。

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。

4 网络传输与控制协议多媒体业务流由于其数据量大、实时等特点，对网络传输也提出相应的要求，主要表现在高带宽、低传输时延、同步和高可靠性几方面。

为了保证好的QoS，必须考虑传输模式、协议栈和应用体系控制等问题。

以下主要讨论应用于流媒体实时控制和传输的几种协议。

4.1 RTP/RTCP协议簇RTP/RTCP是端对端基于组播的应用层协议。

其中RTP(Realtime Transfer Protocol)用于数据传输，RTCP(Realtime Transfer Control Protocol)用于统计、管理和控制RTP传输，两者协同工作，能够显著提高网络实时数据的传输效率。

RTP和 RTCP都定义在RFC1889中。

RTP用于在单播或多播情况下传输实时数据，通常工作在UDP上。

RTP协议核心在于其数据包格式，它提供应用于多媒体的多个域，包括VOD，VoIP，电视会议等，并且不规定负载的大小，因此能够灵活应用于各媒体环境。

但RTP协议本身不提供数据包的可靠传送和拥塞控制，必须依靠RTCP提供这些服务。

RTCP的主要功能是为应用程序提供媒体质量信息。

在RTP会话期间，每个参与者周期性地彼此发送RTCP控制包，包中封装了发送端或接收端的统计信息。

包括发送包数、丢包数、包抖动等，这样发送端可以根据这些信息改变发送速率，接收端则可以判断包丢失等问题出在哪个网络段。

总的来说，RTCP在流媒体传输中的作用有：QoS管理与控制、媒体同步和附加信息传递。

在RTP/RTCP协议基础上，不同的媒体类型需要不同的封装和管理技术。

目前国际上正在研究基于RTP/RTCP的媒体流化技术，包括MPEG-1/2/4的媒体流化技术。

4.2 RSVP协议资源预留协议RSVP(Resource reSerVation Protocol)是针对IP网络传输层不能保证QoS和支持多点传输而提出的协议。

RSVP在业务流传送前先预约一定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路。

从而保证每一业务流都有足够的“独享”带宽，因而能够克服网络的拥塞和丢包，提高QoS性能。

值得一提的是，RSVP是由接收方执行操作的协议。

接收方决定预留资源的优先级，并对预留资源进行初始化和管理。

在网络节点(如路由器)上被要求预留的资源包括缓冲区和带宽等，一般数据包通过位于网路节点上的“滤包器”使用预留资源，RSVP共有3种预留类型：无滤包器形式、固定滤包器形式和动态滤包器形式。

4.3 RTSP协议实时流协议 (Real-Time Streaming Protocol)由RealNetworks和Netscape共同提出。

是工作在RTP之上的应用层协议。

它的主要目标是为单播和多播提供可靠的播放性能。

RTSP的主要思想是提供控制多种应用数据传送的功能。

即提供一种选择传送通道的方法，例如UDP、TCP、IP多播，同时提供基于RTP传送机制的方法。

RTSP控制通过单独协议发送的流，与控制通道无关，例如，RTSP控制可通过TCP连接，而数据流通过UDP。

通过建立并控制一个或几个时间同步的连续流数据，其中可能包括控制流，RTSP能为服务器提供远程控制。

另外，由于RTSP在语法和操作上与HTTP类似，RTSP请求可由标准HTTP 或MIME解析器解析，并且RTSP请求可被代理、通道与缓存处理。

与HTTP相比，RTSP是双向的，即客户机和服务器都可以发出RTSP请求。

实现RTSP的系统必须支持通过TCP传输RTSP，并支持UDP。

RTSP服务器的TCP和UDP缺省端口都是554。

目前最新的微软Media Services V9和RealSystem都支持RTSP协议。

5 结束语流媒体技术将过去传统媒体的“推”式传播，变为受众的“拉” 式传播，受众不再是被动地接受来自广播电视的节目，而是在自己方便的时间来接收自己需要的信息。

这将在一定程度上提高受众的地位，使他们在新闻传播中占有主动权，也使他们的需求对新闻媒体的活动产生更为直接的影响。

流媒体技术的广泛运用也将模糊广播、电视与网络之间的界限，网络既是广播电视的辅助者与延伸者，也将成为它们的有力的竞争者。

利用流媒体技术，网络将提供新的音视频节目样式，也将形成新的经营方式，例如收费的点播服务。

发挥传统媒体的优势，利用网络媒体的特长，保持媒体间良好的竞争与合作，是未来网络的发展之路，也是未来传统媒体的发展之路。