流媒體

流媒體

所謂流媒體是指採用流式傳輸的方式在Internet播放的媒體格式。 流媒體又叫流式媒體,它是指商家用一個影片傳送伺服器把節目當成封包發出,傳送到網路上。使用者通過解壓設備對這些資料進行解壓後,節目就會像傳送前那樣顯示出來。

流媒體(Streaming Media)的出現極大地方便了人們的工作和生活。在地球的另一端,某大學的課堂上,某個教授正在興致盎然地傳授一門你喜歡的課程,想聽?太遠!放棄?可惜!沒關系,網路時代能滿足你的願望。在網路上找到該線上課程,課程很長,但沒關系,隻管點擊播放,教授的身影很快出現在螢幕上,課程一邊播放一邊下載,雖然遠在天涯,卻如親臨現場!除了遠程教育,流媒體在影片點播、網路電台、網路影片等方面也有著廣泛的套用。

流媒體,又叫流式媒體,是邊傳邊播的媒體,是多媒體的一種。邊傳邊播是指媒體提供商在網路上載輸媒體的"同時",使用者一邊不斷地接收並觀看或收聽被傳輸的媒體。"流"媒體的"流"指的是這種媒體的傳輸方式(流的方式),而並不是指媒體本身。

  • 中文名稱
    流媒體
  • 外文名稱
    Streaming media

媒體技術

流式傳輸的基礎

在網路上載輸音/影片等多媒體信息,目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V檔案一般都較大,所以需要的存儲容量也較大;同時由于網路頻寬的限製,下載常常要花數分鍾甚至數小時,所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時,聲音、影像或動畫等時基媒體由音影片伺服器向使用者電腦的連續、即時傳送,使用者不必等到整個檔案全部下載完畢,而隻需經過幾秒或十數秒的啓動延時即可進行觀看。當聲音等時基媒體在客戶機上播放時,檔案的剩餘部分將在後台從伺服器內繼續下載。流式不僅使啓動延時成十倍、百倍地縮短,而且不需要太大的快取容量。流式傳輸避免了使用者必須等待整個檔案全部從Internet上下載才能觀看的缺點。

流媒體

流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續時基媒體,如:音頻、影片或多媒體檔案。流式媒體在播放前並不下載整個檔案,隻將開始部分內容存入記憶體,流式媒體的資料流隨時傳送隨時播放,隻是在開始時有一些延遲。流媒體實現的關鍵技術就是流式傳輸。

流式傳輸定義很廣泛,現在主要指通過網路傳送媒體(如影片、音頻)的技術總稱。其特定含義為通過Internet 將影視節目傳送到PC機。實現流式傳輸有兩種方法:即時流式傳輸(Realtime streaming)和順序流式傳輸(progressive streaming)。一般說來,如影片為即時廣播,或使用流式傳輸媒體伺服器,或套用如RTSP的即時協定,即為即時流式傳輸。如使用HTTP伺服器,檔案即通過順序流傳送。採用哪種傳輸方法依賴你的需求。當然,流式檔案也支持在播放前完全下載到硬碟

順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載,在下載檔案的同時使用者可觀看線上媒體,在給定時刻,使用者隻能觀看已下載的那部分,而不能跳到還未下載的前頭部分,順序流式傳輸不象即時流式傳輸在傳輸期間根據使用者連線的速度做調整。由于標準的HTTP伺服器可傳送這種形式的檔案,也不需要其他特殊協定,它經常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段,如片頭、片尾和廣告,由于該檔案在播放前觀看的部分是無損下載的,這種方法保證電影播放的最終質量。這意味著使用者在觀看前,必須經歷延遲,對較慢的連線尤其如此。對通過數據機發布短片段,順序流式傳輸顯得很實用,它允許用比數據機更高的資料速率建立影片片段。盡管有延遲,畢竟可讓你發布較高質量的影片片段。順序流式檔案是放在標準HTTP或 FTP伺服器上,易于管理,基本上與防火牆無關。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的影片,如:講座、演說與演示。它也不支持現場廣播,嚴格說來,它是一種點播技術。

即時流式傳輸

即時流式傳輸指保證媒體信號頻寬與網路連線配匹,使媒體可被即時觀看到。即時流與HTTP流式傳輸不同,他需要專用的流媒體伺服器與傳輸協定。即時流式傳輸總是即時傳送,特別適合現場事件,也支持隨機訪問,使用者可快進或後退以觀看前面或後面的內容。理論上,即時流一經播放就可不停止,但實際上,可能發生周期暫停。即時流式傳輸必須配匹連線頻寬,這意味著在以數據機速度連線時圖象質量較差。而且,由于出錯丟失的信息被忽略掉,網路擁擠或出現問題時,影片質量很差。如欲保證影片質量,順序流式傳輸也許更好。即時流式傳輸需要特定伺服器,如:QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些伺服器允許你對媒體傳送進行更多級別的控製,因而系統設定、管理比標準HTTP伺服器更復雜。即時流式傳輸還需要特殊網路協定,如:RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。這些協定在有防火牆時有時會出現問題,導致使用者不能看到一些地點的即時內容。

流媒體技術原理

流式傳輸的實現需要快取。因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續的非同步傳輸,對一個即時A/V源或存儲的A/V檔案,在傳輸中它們要被分解為許多包,由于網路是動態變化的,各個包選擇的路由可能不盡相同,故到達客戶端的時間延遲也就不等,甚至先發的封包還有可能後到。為此,使用快取系統來彌補延遲和抖動的影響,並保證封包的順序正確,從而使媒體資料能連續輸出,而不會因為網路暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速快取所需容量並不大,因為高速快取使用環形鏈表結構來存儲資料:通過丟棄已經播放的內容,流可以重新利用空出的高速快取空間來快取後續尚未播放的內容。——流式傳輸的實現需要合適的傳輸協定。由于TCP需要較多的開銷,故不太適合傳輸即時資料。在流式傳輸的實現方案中,一般採用HTTP/TCP來傳輸控製信息,而用RTP/UDP來傳輸即時聲音資料。流式傳輸的過程一般是這樣的:使用者選擇某一流媒體服務後,Web流覽器與Web伺服器之間使用HTTP/TCP交換控製信息,以便把需要傳輸的即時資料從原始信息中檢索出來;然後客戶機上的Web流覽器啓動A/VHelper程式,使用HTTP從Web伺服器檢索相關參數對Helper程式初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V資料的編碼類型或與A/V檢索相關的伺服器地址。

流媒體

A/VHelper程式及A/V伺服器運行即時流控製協定(RTSP),以交換A/V傳輸所需的控製信息。與CD播放機或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄製等命令的方法。A/V伺服器使用RTP/UDP協定將A/V資料傳輸給A/V客戶程式(一般可認為客戶程式等同于Helper程式),一旦A/V資料抵達客戶端,A/V客戶程式即可播放輸出。

需要說明的是,在流式傳輸中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP兩種不同的通信協定與A/V伺服器建立聯系,是為了能夠把伺服器的輸出重定向到一個不同于運行A/VHelper程式所在客戶機的目的地址。實現流式傳輸一般都需要專用伺服器和播放器,其基本原理如圖所示。

智慧型流技術

今天,28.8Kbps數據機是Internet連線的基本速率,cable modem、 ADSL、DSS、ISDN等發展快,內容提供商不得不要麽限製發布媒體質量,要麽限製連線人數。根據RealNetwork站點統計,對28.8Kbps數據機,實際流量為10bps到26Kbps,呈鍾形分布,高峰在20Kbps。這意味著若內容提供商選擇20Kbps固定速率,將有大量使用者得不到好質量信號,並可能停止媒體流而引起客戶端再次緩沖,直到接收足夠資料。一種解決方法是伺服器減少傳送給客戶端的資料而阻止再緩沖,在RealSystem 5.0中,這種方法稱為“影片流瘦化”。這種方法的限製是RealVideo檔案為一種資料速率設計,結果可通過抽取內部幀擴展到更低速率,導致質量較低。離原始資料速率越遠,質量越差。另一種解決方法是根據不同連線速率建立多個檔案,根據使用者連線,伺服器傳送相應檔案,這種方法帶來製作和管理上的困難,而且,使用者連線是動態變化的,伺服器也無法即時協調。 智慧型流技術通過兩種途徑克服頻寬協調和流瘦化。首先,確立一個編碼架構,允許不同速率的多個流同時編碼,合並到同一個檔案中;第二,採用一種復雜客戶/伺服器機製探測頻寬變化。

針對軟體、設備和資料傳輸速度上的差別,使用者以不同頻寬流覽音影片內容。為滿足客戶要求,Progressive networks公司編碼、記錄不同速率下媒體資料,並儲存在單一檔案中,此檔案稱為智慧型流檔案,即建立可擴展流式檔案。當客戶端發出請求,它將其頻寬容量傳給伺服器,媒體伺服器根據客戶頻寬將智慧型流檔案相應部分傳送給使用者。以此方式,使用者可看到最可能的優質傳輸,製作人員隻需要壓縮一次,管理員也隻需要維護單一檔案,而媒體伺服器根據所得頻寬自動切換。智慧型流通過描述I現實世界Internet上變化的頻寬特點來傳送高質量媒體並保證可靠性,並對混合連線環境的內容授權提供了解決方法。流媒體實現方式如下: * 對所有連線速率環境建立一個檔案 * 在混合環境下以不同速率傳送媒體 * 根據網路變化,無縫切換到其它速率 * 關鍵幀優先,音頻比部分幀資料重要 * 向後兼容老版本RealPlayer

智慧型流

在RealSystem G2中是對所謂自適應流管理(ASM)API的實現,ASM描述流式資料的類型,輔助智慧型決策,確定傳送那種類型封包。檔案格式和廣播外掛程式定義了ASM規則。用最簡單的形式分配預定義屬性和平均頻寬封包組。對高級形式,ASM規則允許外掛程式根據網路條件變化改變封包傳送。每個ASM規則可有一定義條件的演示式,如演示式定義客戶頻寬是5,000到15,000Kbps,包損失小于2.5%。如此條件描述了客戶當前網路連線,客戶就訂閱此規則。定義在規則中的屬性有助于RealServer有效傳送封包,如網路條件變化,客戶就訂閱一個不同規則。

基本介紹

媒體是指以流的方式在網路中傳輸音頻影片和多媒體檔案的形式。 流媒體檔案格式是支持採用流式傳輸及播放的媒體格式。流式傳輸方式是將影片和音頻等多媒體檔案經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮檔,由伺服器向使用者電腦連續、即時傳送。在採用流式傳輸方式的系統中,使用者不必像非流式播放那樣等到整個檔案全部下載完畢後才能看到當中的內容,而是隻需要經過幾秒鍾或幾十秒的啓動延時即可在使用者電腦上利用相應的播放器對壓縮的影片或音頻等流式媒體檔案進行播放,剩餘的部分將繼續進行下載,直至播放完畢。

這個過程的一系列相關的包稱為“流”。流媒體實際指的是一種新的媒體傳送方式,而非一種新的媒體。流媒體技術全面套用後,人們在網上聊天可直接語音輸入;如果想彼此看見對方的容貌、表情,隻要雙方各有一個攝像頭就可以了;在網上看到感興趣的商品,點擊以後,講解員和商品的影像就會跳出來;更有真實感的影像新聞也會出現。

流媒體技術發端于美國。在美國目前流媒體的套用已很普遍,比如惠普公司的產品發布和銷售人員培訓都用網路影片進行。

流式傳輸方式則是將整個A/V及3D等多媒體檔案經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮檔,由影片伺服器向使用者電腦連續、即時傳送。在採用流式傳輸方式的系統中,使用者不必像採用下載方式那樣等到整個檔案全部下載完畢,而是隻需經過幾秒或幾十秒的啓動延時即可在使用者的電腦上利用解壓設備(硬體或軟體)對壓縮的A/V、3D等多媒體檔案解壓後進行播放和觀看。此時多媒體檔案的剩餘部分將在後台的伺服器內繼續下載。

技術套用

網際網路的迅猛發展和普及為流媒體業務發展提供了強大市場動力,流媒體業務正變得日益流行。 流媒體技術廣泛用于多媒體新聞發布、線上直播、網路廣告、電子商務、影片點播、遠程教育、遠程醫療、網路電台、 即時影片會議等網際網路信息服務的方方面面。流媒體技術的套用將為網路信息交流帶來革命性的變化,對人們的工作和生活將產生深遠的影響。一個完整的流媒體解決方案應是相關軟硬體的完美集成,它大致包括下面幾個方面的內容: 內容採集、 視音頻捕獲和壓縮編碼、內容編輯、內容存儲和播放、套用伺服器內容管理發布及使用者管理等。

流媒體

流媒體技術和聲音信息經過壓縮處理後放上網站伺服器,讓使用者一邊下載一邊觀看、收聽,而不要等整個壓縮檔案下載到自己的電腦上才可以觀看的網路傳輸技術。該技術先在使用者端的電腦上建立一個緩沖區,在播放前預先下一段資料作為緩沖,在網路實際連線速度小于播放所耗的速度時,播放程式就會取用一小段緩沖區內的資料,這樣可以避免播放的中斷,也使得播放品質得以保證。

傳輸流程

在流式傳輸的實現方案中,一般採用HTTP/TCP來傳輸控製信息,而用RTP/UDP來傳輸即時聲音資料。具體的傳輸流程如下:

(1)Web流覽器與Web伺服器之間使用HTTP/TCP交換控製信息,以便把需要傳輸的即時資料從原始信息中檢索出來。

(2)用HTTP從Web伺服器檢索相關資料,由A/V播放器進行初始化。

(3)從Web伺服器檢索出來的相關伺服器的地址定位A/V伺服器。

(4)A/V播放器與A/V伺服器之間交換A/V傳輸所需要的即時控製協定。

(5)一旦A/V資料抵達客戶端,A/V播放器就可播放。

技術方式

目前主流的流媒體技術有三種,分別是RealNetworks公司的RealMedia、Microsoft公司的WindowsMediaTechnology和Apple公司的QuickTime。這三家的技術都有自己的專利演算法、專利檔案格式甚至專利傳輸控製協定。

1.Apple公司的QuickTime

QuickTime是一個非常老牌的媒體技術集成,是數位媒體領域事實上的工業標準。之所以說集成這個詞是因為QuickTime實際上是一個開放式的架構,包含了各種各樣的流式或者非流式的媒體技術。QuickTime是最早的影片工業標準,1999年發布的QuickTime4.0版本開始支持真正的流式播放。由于QuickTime本身也存在著平台的便利(MacOS),因此也擁有不少的使用者。QuickTime在影片壓縮上採用的是SorensonVideo技術,音頻部分則採用QDesignMusic技術。QuickTime最大的特點是其本身所具有的包容性,使得它是一個完整的多媒體平台,因此基于QuickTime可以使用多種媒體技術來共同製作媒體內容。同時,它在互動性方面是三者之中最好的。例如,在一個QuickTime檔案中可同時包含midi、動畫gif、flash和smil等格式的檔案,配合QuickTime的WiredSprites互動格式,可設計出各種互動介面和動畫。QuickTime流媒體技術實現基礎是需要3個軟體的支持,QuickTime播放器、QuickTime編輯製作、QuickTimeStreaming伺服器。

流媒體

2.RealNetworks公司的RealMedia

RealMedia發展的時間比較長,因此具有很多先進的設計,例如,ScalableVideoTechnology可伸縮影片技術可以根據使用者電腦速度和連線質量而自動調整媒體的播放質素。Two—passEncoding兩次編碼技術可通過對媒體內容進行預掃描,再根據掃描的結果來編碼從而提高編碼質量。特別是SureStream自適應流技術,可通過一個編碼流提供自動適合不同頻寬使用者的流播放。RealMedia音頻部分採用的是RealAudio,該編碼在低頻寬環境下的傳輸性能非常突出。RealMedia通過基于smil並結合自己的RealPix和RealText技術來達到一定的互動能力和媒體控製能力。Real流媒體技術需要3個軟體的支持,RealPlayer播放器、RealProducer編輯製作、RealServer伺服器。

流媒體

3.Microsoft公司的WindowsMedia

WindowsMedia是三家之中最後進入這個市場的,但憑借其作業系統的便利很快便取得了較大的市場份額。WindowsMediaVideo採用的是mpeg-4影片壓縮技術,音頻方面採用的是WindowsMediaAudio技術。WindowsMedia的關鍵核心是MMS協定和ASF資料格式,MMS用于網路傳輸控製,ASF則用于媒體內容和編碼方案的打包。目前WindowsMedia在互動能力方面是三者之中最弱的,自己的ASF格式互動能力不強,除了通過IE支持smil之外就沒有什麽其他的互動能力了。WindowsMedia流媒體技術的實現需要3個軟體的支持,WindowsMedia播放器、WindowsMedia工具和WindowsMedia伺服器。總的來說,如果使用Windows伺服器平台,WindowsMedia的費用最少。雖然在現階段其功能並不是最好,使用者也不是最多。

技術問題

流媒體技術不是一種單一的技術,它是網路技術及視/音頻技術的有機結合。在網路上實現流媒體技術,需要解決流媒體的製作、發布、傳輸及播放等方面的問題,而這些問題則需要利用視音頻技術及網路技術來解決,具體如下:

流媒體

(1)流媒體製作技術方面解決的問題

在網上進行流媒體傳輸,所傳輸的檔案必須製作成適合流媒體傳輸的流媒體格式檔案。因這通常格式存儲的多媒體檔案容量十分大,若要在現有的窄帶網路上載輸則需要花費十分長的時間,若遇網路繁忙,還將造成傳輸中斷。另外,通常格式的流媒體也不能按流媒體傳輸協定進行傳輸。因此,對需要進行流媒體格式傳輸的檔案應進行預處理,將檔案壓縮生成流媒體格式檔案。這裏應註意兩點:一是選用適當的壓縮演算法進行壓縮,這樣生成的檔案容量較小。二是需要向檔案中增加流式信息。

(2)流媒體傳輸方面需解決的問題

流媒體的傳輸需要合適的傳輸協定,目前在internet上的檔案傳輸大部分都是建立在tcp協定的基礎上,也有一些是以ftp傳輸協定的方式進行傳輸,但採用這些傳輸協定都不能實現即時方式的傳輸。隨著流媒體技術的深入研究,目前比較成熟的流媒體傳輸一般都是採用建立在udp協定上的rtp/rtsp即時傳輸協定。

為何要在udp協定而不在tcp協定上進行即時資料的傳輸呢?這是因為udp和tcp協定在實現資料傳輸時的可靠性有很大的區別。tcp協定中包含了專門的資料傳送校驗機製,當資料接受方收到資料後,將自動向傳送方發出確認信息,傳送方在接收到確認信息後才繼續傳送資料,否則將一直處于等待狀態。而udp協定則不同,udp協定本身並不能做任何校驗。由此可以看出,tcp協定註重傳輸質量,而udp協定則註重傳輸速度.因此,對于對傳輸質量要求不是很高,而對傳輸速度則有很高的要求的視音頻流媒體檔案來說,採用udp協定則更合適.

(3)流媒體的傳輸過程中需要快取的支持

因為interent是以包為單位進行非同步傳輸的,因此多媒體資料在傳輸中要被分解成許多包,由于網路傳輸的不穩定性,各個包選擇的路由不同,所以到達客戶端的時間次序可能發生改變,甚至產生丟包的現象.為此,必須採用快取技術來糾正由于資料到達次序發生改變而產生的混亂狀況,利用快取對到達的封包進行正確排序,從而使視音頻資料能連續正確地播放.快取 中存儲的是某一段時間內的資料,資料在快取中存放的時間是暫時的,快取中的資料也是動態的,不斷更新的.流媒體在播放時不斷讀取快取中的資料進行播放,播放完後該資料便被立即清除,新的資料將存入到快取中.因此,在播放流媒體檔案時並不需佔用太大的快取空間.

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(4)流媒體播放方面需解決的問題

流媒體播放需要流覽器的支持.通常情況下,流覽器是採用mime來識別各種不同的簡單檔案格式,所有的web流覽器都是基于http協定,而http協定都內建有mime.所以web流覽器能夠通過http協定中內建的mime來標記web上眾多的多媒體檔案格式,包括各種流媒體格式.    

常用格式

聲音流、影片流、文本流、圖像流、動畫流

RA:即時聲音

RM:即時影片音頻的即時媒體

RT:即時文本

RP:即時圖像

SMIL:同步的多重資料類型綜合設計檔案

SWF:micromedia的real flash 和shockwave flash動畫檔案

RPM:HTML檔案的外掛程式

RAM:流媒體的元檔案,是包含RA、RM、SMIL檔案地址(URL地址)的文本檔案

CSF:一種類似媒體容器的檔案格式,可以將非常多的媒體格式包含在其中,而不僅僅限于音、影片。

它可以把ppt和教師講課的影片完美結合, 很多大學和大型企業使用這套軟體進行教學錄像和遠程教育

1、realnetwork公司:三種

2、apple公司:quicktime\mov

3、microsoft公司

(1)asf\wmv\wma

(2)avi

(3)mpeg\mpg\dat

4、micromedia公司

(1)flash的swf格式

(2)metastream的mts格式

(3)aam多媒體教學課件格式,可將authorware生成的檔案壓縮為aam和aas流式檔案播放

傳輸協定

1、RSVP:資源預留協定

2、RTP:即時傳輸協定

3、RTCP:即時傳輸控製協定

4、MMS:微軟媒體服務協定

5、RTSP:即時流傳輸協定

6、MIME:多目因特網電子郵件擴展協定

7、RTMP(RTMPE/RTMPS/RTMPT):Adobe即時訊息協定簇

8、RTMFP:Adobe實施訊息流協定(P2P協定)

播放方式

單播

客戶端與媒體伺服器之間需要建立一個單獨的資料通道,從一台伺服器送出的每個封包隻能傳送給一個客戶機,這種傳送方式稱為單播。每個使用者必須分別對媒體伺服器傳送單獨的查詢,而媒體伺服器必須向每個使用者傳送所申請的封包拷貝。這種巨大冗餘首先造成伺服器沉重的負擔,回響需要很長時間,甚至停止播放;管理人員也被迫購買硬體和頻寬來保證一定的服務質量。

組播

IP組播技術構建一種具有組播能力的網路,允許路由器一次將封包復製到多個通道上。採用組播方式,單台伺服器能夠對幾十萬台客戶機同時傳送連續資料流而無延時。媒體伺服器隻需要傳送一個信息包,而不是多個;所有發出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以傳送到任意地址的客戶機,減少網路上載輸的信息包的總量。網路利用效率大大提高,成本大為下降。

點播與廣播

點播連線是客戶端伺服器之間的主動的連線。在點播連線中,使用者通過選擇內容項目來初始化客戶端連線。使用者可以開始、停止、後退、快進或暫停流。點播連線提供了對流的最大控製,但這種方式由于每個客戶端各自連線伺服器,卻會迅速用完網路頻寬。

廣播指的是使用者被動接收流。在廣播過程中,客戶端接收流,但不能控製流。例如,使用者不能暫停、快進或後退該流。廣播方式中封包的單獨一個拷貝將傳送給網路上的所有使用者。 使用單播傳送時,需要將封包復製多個拷貝,以多個點對點的方式分別傳送到需要它的那些使用者,而使用廣播方式傳送,封包的單獨一個拷貝將傳送給網路上的所有使用者,而不管使用者是否需要,上述兩種傳輸方式會非常浪費網路頻寬。組播吸收了上述兩種傳送方式的長處,克服了上述兩種傳送方式的弱點,將封包的單獨一個拷貝傳送給需要的那些客戶。組播不會復製封包的多個拷貝傳輸到網路上,也不會將封包傳送給不需要它的那些客戶,保證了網路上多媒體套用佔用網路的最小頻寬。

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