流媒体技术与应用

2019-11-03 10:40:11

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供稿：网友

聂秀英

　　一、引言　　

　　通信技术的发展使人们充分体会到了通信业务给人们带来的好处。人们除了期望得到具有很高服务质量的话音服务外，还期望获得数据和视频等多媒体信息的通信服务。截止到目前，采用ATM网络作为多媒体通信的承载网络进行多媒体通信，到桌面的应用没有像所预期的那样发展起来，使多媒体通信本身的发展受到了挫折。　　

　　计算机技术和计算机处理能力的增强促使计算机应用范围越来越大，计算机早已从单机处理进入到多台计算机联合来完成复杂的工作。随着Internet网络覆盖范围和用户数的不断增加，计算机已经成为通信终端，越来越多的家庭已经开始拥有了不止一台计算机。没有联网的计算机已经很少。计算机的不断普及和Internet网络的发展已经客观上改变了人们的工作和生活方式。Internet的发展也使人们对该网络寄予了越来越多的期望。数字信息处理技术和骨干网络传输带宽(SDH)的不断提高以及网络接入技术(如xDSL)的不断提高，使得Internet网络上传输宽带视频信息成为可能。人们已经成功实现了在Internet上传输音频信息的应用，也不断尝试在该网络上传输视频信息。作为尽力而为的网络，Internet本身不能保证在ATM网络上提供多媒体通信业务的服务质量。借鉴计算机本身利用缓存区来提高文件运行速度的方式，考虑在播放端是否可以放置缓冲区来解决服务质量问题成　为了流媒体技术的思想。　　

　　流媒体(Streaming Media)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(如视频、音频)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、方法和协议的总称。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。　　

　　使用流视频或流媒体，一个Web用户无需在观看视频或听声音前先耗费大量时间苦苦等待下载一个大文件，而是媒体以一种恒定的速率发送，具有一边到达一边显示的优势，节省了大量的存储空间预先构造的流文件或用实时编码器对现场信息进行编码得到的现场流都比原始信息的数据量要小，重要的是用户不必将所有下载的数据都同时存储在本地存储器上，从而节省了大量的　磁盘空间。

　　二、发展现状　　

　　从1995年推出第一个互联网流媒体播放器以来，流媒体应用有了爆炸性增长。据统计，目前互联网每周约有4.5万小时的广播节目，58个美国电视台提供Web广播，34个电视台提供点播服务。有近半数的跨国公司在内部使用流媒体实现Web广播。中国电信推出的Vnet互联星空宽带项目，是目前Vnet最具有宽带特色的网上应用服务，也是最能吸引用户使用宽带的亮点。　　

　　正如几年前的IP网络和Web技术，流媒体应用正处于持续高速增长时期。来自国际权威机构的调查显示，2003年在网上访问流媒体的人数增加了65%，西方网络发达国家访问流媒体的人数已达到1.8亿，约占网民的1/3，在亚洲流媒体的访问用户也迅速增加到3500万人将近网民的1/6。　　

　　与用户增长相呼应，去年互联网上视频流媒体技术应用增长幅度达251%。据Jupter Communications预测，到2004年，流媒体市场将呈现巨大的收入潜能，其中为消费者服务将创收90亿美元。这样巨大的市场正吸引越来越多的企业参与竞争。

　　三、流媒体相关技术及其进展　　

　　1.流媒体系统组成　　

　　图1为流媒体系统示意图。用户可以通过网络上相应Web门户网站所提供的相关信息源存储查找自己喜爱的节目内容，并下载播放。

图1　流媒体系统示意图　　

　　2.流媒体相关技术　　

　　流媒体系统主要用于传送视频信息，若按目前计算机显示的，全屏大小640×80，帧速30fps，分辨率640×480，彩色深度为24bit，则需要网络传输速率为216Mbit/s。考虑到目前已有的接入技术的传输带宽(见表1)，若将未经压缩的图像信息传送到用户终端设备来实现全屏显示是不可能的。因此，需要有好的图像压缩技术。考虑到不同媒体对网络性能的要求(见表2)，目前Internet存在的丢包、延时和抖动问题会影响图像的传输质量，需要改进网络传输质量或克服Internet本身缺欠的技术。除此之外，还需要数据存储技术、内容分发技术等。　　

　　视频图像压缩编码标准主要由ITU-T和MPEG制订，已经发布的有ITU-T建议H.261，H.262，H.263，H.264以及MPEG1，MPEG2，MPEG4等。目前，认为比较适合于流媒体系统中使用的标准主要有H.264和MPEG4。　　

　　改善基于IP技术的网络服务质量一直是网络技术研究人员探讨的问题，人们希望能够从根本上解决服务质量，但目前主要还是采用一些相应的辅助手段来解决。相关的方式有：

　　表1　各种接入技术的传输带宽

技术	传输带宽
快速以太网（Fast Ethernet）	100Mbit/s
以太网（Ethernet）	10Mbit/s
电缆调制解调器（Cable Modem）	8Mbit/s
ADSL	6Mbit/s
ISDN（两路）	128kbit/s
ISDN（单路）	64kbit/s
高速调制解调器	56kbit/s
标准调制解调器	28.8kbit/s

　　表2　各种媒体对网络性能的要求

传输要求信息类型	最大时延（s）	最大时滞（ms）	平均吞吐量（Mbit/s）	可接受的误比特率	可接受的误分组率
语音	0.25	10	0.064	<10-1	<10-1
活动图像（TV质量）	0.25	100	100	<10-2	<103
压缩活动图像	0.25	1	2-100	<10-6	<10-9
数据文件传输	1	……	2-100	0	0
实时数据	0.001-1	……	0	0	0

　　

　　(1)解决带宽问题。速率控制，通过估计有效带宽将视频信息速率与有效带宽相匹配。　　

　　(2)解决Internet包丢失问题。差错控制，利用信道编码、信源编码、差错消除和弹性差错视频编码等方式来解决类似于分组网络的丢包或无线链路上的比特差错或突发差错的影响。　　

　　从图1可以看出流服务器中所存储的节目信息经过编码处理和流化处理。从流媒体系统组成和服务过程可以得出与流媒体业务相关的技术包括：信息检索技术，数据存储技术，信息处理技术，语音编解码、视频信息编解码技术以及解决视频流信息在Internet上的传输问题的相关技术等。　　

　　3.流媒体系统相关协议　　

　　流媒体系统相关协议仍处于发展过程中。目前，认为可能会成为流媒体系统的主流协议有：　　

　　(1)Internet网络和传输协议，即IP协议、TCP/UDF协议；　　

　　(2)媒体投递和控制协议，即RTP和RTCP；　　

　　(3)媒体控制协议，即RTSP和SIP；　　

　　(4)媒体描述和说明协议，即SDP和SAP等。

　　四、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　　

　　(1)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。　　

　　(2)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。

　　五、结束语　　

　　流媒体业务被人们看作未来具有很好发展前景的业务。与该业务相关的一些技术包括图像编码技术、解决网络传输服务质量问题的相关技术都有了一定的进展，业务的应用范围也在不断扩大。但流服务器处理能力问题，并发流数量还是扩大其服务范围的一个瓶颈。　　

　　该业务的价值链主要包括信息提供者，如电影制片商、广播电视节目制造者、音乐、教育节目制作者、会议电视信息等；业务平台提供者—系统集成商；通信网络运营者以及最终用户。从这些价值链上的环节可以看出，该业务的源头是数字信息的创造者，而该业务的特点是将这些数字信息在网络上传播，由于数字信息的可复制性，所以决定了流媒体在其发展过程中存在着数字版权保护以及各环节之间的合作问题。　　

　　流媒体业务主要承载于基于IP技术的网络上，但到目前为止，基于IP网络的业务还没有一个普遍看好的商业模型，该问题在流媒体业务上也同样存在。笔者认为流媒体业务具有很好的发展前景，同时也需要解决一些潜在的问题。

　　
摘自　泰尔网

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