寬帶網應用的新技術——流媒體

2019-11-03 09:33:32

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供稿：網友

秦尚（上海市電信公司 200040）　　流媒體是一種應用流技術在網絡上傳輸的多媒體文件。所謂的流技術就是把連續的影像和聲音信息經過壓縮處理后放在網站服務器上，讓用戶邊下載邊觀看、收聽，而無需等整個壓縮文件下載到自己的機器上后才可以觀看的網絡傳輸技術。流技術先在用戶端的電腦上創造一個緩沖區，于播放前預先下載一段資料作為緩沖，當網絡實際連線速度小于播放所耗用資料的速度時，播放程序就會取用這一小段緩沖區內的資料，以避免播放的中斷，也使得播放品質得以維持。有人形象地將流媒體比作淋浴，水是邊洗邊流，而不是等浴缸里放滿了水以后再洗。

1 流媒體系統的實現與組成

　　一般而言，流媒體系統大致包括以下幾個組件：轉檔／轉碼工具（Encoder），用于壓縮轉檔；服務器（Server），管理并傳送大量多媒體內容；編碼器（Scripter），可整合多媒體，并以互動方式呈現；播放器（Player），在用戶端的PC上呈現串流的內容。此外還有許多不同的多媒體制作工具。

　　當一個網站提供VOD的串流內容時，需要使用轉檔／轉碼工具，將一般的多媒體文件進行高品質、適合網絡上串流的壓縮，接著將轉好的文件傳送到服務器端放送出去；若網站要提供的是轉播服務，則需要在空中將音頻及視頻內容截取后，直接傳到服務器端井由服務器放送出去，而直播式的傳送可以透過Unicast或Multicast來實現。

　　一個完整的流媒體平臺主要包括以下幾部分。

（1）流服務應用軟件

　　它是系統中最重要的成分，要求流軟件在最廣的范圍、多種連接速度的基礎上提供性能最好的多媒體效果，并具有強有力的系統管理和可伸縮性能力，以及具有開放的、標準的和跨平臺的架構。軟件系統必須具有極高的壓縮比和很好的傳輸能力，適合網絡發布。服務器端軟件應該具有強大的網絡管理功能，支持廣泛的媒體格式，支持最大量的互聯網用戶群與流媒體商業模式。

（2）集中分布式視頻系統

　　系統必須擁有良好的可伸縮性。隨著業務的增加和用戶的增多，系統可以靈活地增加現場直播流的數量，并通過增加帶寬集群。邊緣流媒體服務器和并發用戶的數量，以不斷滿足用戶對系統的擴展要求。

（3）視頻業務管理媒體發布系統

　　該系統包括廣播和點播的管理，節目管理，創建、發布及計費認證服務，提供定時按需錄制、直播、傳送節目的解決方案，管理用戶訪問及多服務器系統負載均衡調度服務。

（4）視頻采集制作系統

　　該系統利用媒體采集設備進行流的制作和生成。它包括一系列的工具，從獨立的視頻、聲音、圖片、文字組合到制作豐富的流媒體。這些工具產生的流文件可以存儲為固定的格式，供發布服務器使用。視頻采集制作系統可以實時地向發布服務器提供各種視頻流，提供實時的多媒體信息發布服務。

（5）媒體內容自動索引檢索系統

　　該系統能對媒體源進行標記，捕捉音頻和視頻文件并建立索引，建立高分辨率媒體的低分辨率代理文件，從而可以用于檢索、視頻節目的審查、基于媒體片段的自動發布，形成一套強大的數字媒體管理發布應用系統。

（6）媒體數字版權加密系統（DRM）

　　這是在互聯網上以一種安全方式進行媒體內容加密的端到端的解決方案，它允許內容提供商在其發布的媒體或節目中對指定的時間段。觀看次數及其內容進行加密和保護。

　　服務器鑒別和保護需要保護的內容，DRM認證服務器支持媒體靈活的訪問權限（時間限制、區間限制、播放次數和各種組合），支持其他具有完整商業模型的DRM系統集成，包括訂金、VOD、出租、所有權、B to B的多級內容分發版權管理領域等，是運營商保護內容和依靠內容贏利的關鍵技術保障。

（7）媒體存儲系統

　　由于要存儲大容量的影視資料，因此該系統必須配備大容量的磁盤陣列，具有高性能的數據讀寫能力，訪問共享數據，高速傳輸外界請求數據，并具有高度的可擴展性、兼容性，支持標準的接口。這種系統配置能滿足上千小時的視頻數據的存儲，實現大量片源的海量存儲。

（8）客戶端系統

　　該系統支持實時音頻和視頻直播、點播，可以嵌入到流行的例覽器中，可播放多種流行的媒體格式，支持流媒體中的多種媒體形式，如文本、圖片、Web頁面、音頻和視頻等集成表現形式。在帶寬充裕時，流媒體播放器可以自動偵測視頻服務器的連接狀態，選用更適合的視頻，以獲得更好的效果。目前應用最多的播放器有美國Real Networks公司的Real Player、微軟公司的Media Player和蘋果公司的Quicktime。

2 流媒體技術

　　實現流媒體的關鍵技術是流式傳輸。流式傳輸把聲音、影像或動畫等信息通過音視頻服務器同用戶計算機相連，進行實時傳送，用戶只需經過幾秒或十幾秒的啟動延時即可觀看，這不僅使啟動延時大大縮短，而且還不需要大大的緩存容量。

（1）流式傳輸

　　流式傳輸目前有兩種方法：順序流式傳輸和定時流式傳輸。

·順序流式傳輸（PRogressive streaming）

　　它是按前后次序下載，即用戶只能看到下載的部分。這種方式很適合標準的HTTP服務器（包括FTP服務器），不需要特殊的傳輸協議，故也稱為HTTP流式傳輸。其優點是播放質量高，傳輸途中元損耗，適合影視片的片頭、廣告或細節內容等高質量的短片段采用。但用戶等待的時間稍長，尤其是連接速度慢的時候。

·實時流式傳輸（realtime streaming）

　　它采用流媒體服務器和專用的傳輸協議，保證媒體信號帶寬與網絡連接相匹配，實時傳送節目，用戶還可以像錄像機那樣用快進鍵或后退鍵重復觀看前后的內容。實時流式傳輸很適合實況轉播，它對帶寬有一定要求，網絡擁擠時視頻質量難以得到保證。實時流式傳輸不但需要專用服務器，還需要特殊的網絡傳輸協議。

（2）流媒體的網絡協議

　　流式傳輸需要緩沖，以彌補Internet在包傳輸時帶來的延時和抖動的影響，保證數據包的順序正確，使媒體數據能夠連續輸出，不會因網絡阻塞而使播放停頓。流媒體都需要采用高效的壓縮算法，將龐大的多媒體文件壓縮成適于流式傳輸的短小文件，經過流媒體服務器，修改MIME（Multipurpose Internet Mail Estension，通用電子郵件擴展）標識，通過各種網絡實時協議傳送。RTP（Realtime Transport Protocol，實時傳輸協議）和RTCP（Realtime Transport Control Protocol，實時傳輸控制協議）配合使用可有效地提供流量控制和阻塞控制服務，特別適合傳送網上的實時數據。RTSP（Real Time Streaming Protocol，實時流協議）使多媒體數據能有效地通過IP網絡傳送。RSVP（Resource Reservation Protocol，資源預留協議）是預留一部分網絡資源（即帶寬），以減少音視頻對網絡延時的敏感度，從而為流媒體的傳送提供一定的服務質量保證。

（3）流媒體的制作

　　流媒體傳播形式有兩種，一種是流媒體廣播，另一種是用戶點播（VOD）。不論是哪一種類型的流媒體，均包括如下過程：

（a）對人物、事件進行錄制；

（b）編輯內容，井做數字化處理；

（c）將經過數字化處理的音視頻內容進行編碼，使之成為流媒體格式（.ram）；

（d）將其保存到安裝了流媒體軟件的宿主服務器中；

（e）服務器根據用戶的需要來提供數字化內容；

（f）用戶利用播放程序觀看數字化音視頻節目。

（4）流媒體類型識別技術

　　Web服務器和Web瀏覽器采用MIME技術來識別流媒體并進行相應的處理。它不僅用于電子郵件，還能用來標記在互聯網上傳輸的任何文件類型。Web服務器和Web瀏覽器都基于HTTP協議，而HTTP都建有MIME。HTTP正是通過MIME標記Web上繁多的多媒體文件格式的。

（5）瀏覽器對流媒體的支持

　　首先，瀏覽器通過MIME來識別流媒體的類型，并調用相應的程序或Plug-in來處理；其次，IE和Netscape這兩個最常用的瀏覽器都提供了豐富的內建流媒體支持。

（6）寬帶瓶頸與高速緩沖存儲技術

　　寬帶網絡因帶寬提高雖然可以改進傳送效率和內容質量，但終究有限，如不實施有效的網絡優化與控制策略，服務質量將難以達到理想的目標。例如，在VOD環境下，一般用戶需要500kbit/s帶寬，如有10000個用戶同時點擊VOD，那么主干帶寬至少需要5Gbit／s，這是目前任何網絡和視頻服務器都無法承受的，更何況用戶和各種應用都在高速擴大，因此使用高速緩沖存儲技術（Cache）是惟一有效的解決方案。

　　Cache是一種速度比隨機存儲器還要高得多的高速緩沖存儲器。它利用一種算法事先估計中央處理機將要從隨機存儲器中獲取什么信息，并把它提前從隨機存儲器中取出放入高速緩沖存儲器。當中央處理機需要信息時，首先在Cache中查找。如果估計正確，這些信息就可以迅速傳到中央處理機，從而極大地提高了計算機的運行速度。在實時流式傳輸時，Cache從用戶流媒體請求中獲取文件（如影片、音樂）的屬性，然后將整個文件作為一個對象處理。在順序流式傳輸時，Cache是被動地將服務器上傳來的每個數據包進行緩存處理。其缺點是丟失的數據包無法恢復，不支持智能流（所謂智能流就是服務器可根據用戶端的網絡狀況自動調節視頻流文件的速度，使用戶觀看到滿意的圖像）。此外，Cache還能實現流媒體的分播和緩存。

　　目前，流媒體技術的主要應用在遠程教育、寬帶視頻點播、在線影院和電視、互聯網直播、視頻錄像和會議、音樂播放，在線電臺、個人電視、交互式電視和電視上網。

3 如何通過流媒體讓寬帶“動”起來

　　流媒體將成為未來互聯網上應用的主流，實現溝通和傳播的多向性，使傳播不再受到時間和空間的限制。要使流媒體應用獲得成功，讓寬帶網隨之“動”起來，運營商必須有良好的策略。

（1）技術策略

　　互聯網上的很多應用無法保證服務質量，而運營商要想通過流媒體的應用實現寬帶增值就必須保證它的服務質量。如為了保證傳輸質量，采用CDN（用戶數據網）解決方案；為了保證視頻顯示的質量，采用先進的壓縮技術并保證傳輸的帶寬，此外，良好的網絡管理策略也是成功的關鍵因素。

（2）內容策略

　　運營商不但要降低內容成本，而且還要提供豐富的內容，因此必須加強與內容提供商的多方合作與溝通，在與用戶不斷交互的過程中推出成本低、受歡迎的應用。

（3）用戶策略

　　由于運營商面對的企業用戶和家庭用戶的需求是完全不同的，運營商必須針對不同類型的用戶推出不同的應用。電信運營商關注的是：寬帶接入的普及率、流媒體技術的成熟度、用戶是否愿意付錢、是否支付得起、內容是否吸引人等。企業用戶關注的是：應用是否成熟、觀看感受是否好、安全問題、公司范圍的寬帶接入。企業用戶希望的應用有：教育和培訓、會議、員工之間通信、銷售介紹和產品展示等。家庭用戶關心的是：觀看時是否比看電視舒適、內容是否有趣、寬帶接入是否支付得起等。家庭用戶希望的應用是：新聞、音樂、產品演示、體育比賽、電影、視頻聊天和游戲等。運營商為了確保流媒體應用獲得用戶的青睞，必須整合各方的需求和利益，推出滿足特定消費者群體的應用。

（4）資費策略

　　用戶往往希望運營商提供靈活的資費模式，如每月預訂與每次觀看付費相結合的收費模式。對運營商而言，采取每月預訂的收費模式最簡單并且容易實現，但是為了吸引更多的消費者，運營商應該提供靈活的資費模式。

（5）擴大收入來源

　　運營商要想通過流媒體的應用來增加收入，則必須拓寬視野，多渠道、多方面增加收入來源，如除了用戶每月的預訂費用或每次觀看付費外，還應該考慮來自廣告的收入以及來自一些公司的贊助、消費者電子商務合同的傭金差額等。

（6）加強多方合作

　　圍繞流媒體的應用將會涉及很多類型的公司，如內容提供商、IT公司、應用提供商、設備提供商和家電廠商等，在流媒體應用的開發過程中運營商需要與他們建立很好的合作關系，通過靈活周全的合作方式，最終實現多方贏利的目標。

　　總之，在流媒體應用中，電信運營商有著天然的優勢，如電信運營商對網絡的帶寬擁有分配權，他們能使用自己的基礎設施，以比其他競爭者低得多的價格傳輸高帶寬的業務，他們有自己的客戶群，可以將通信與業務捆綁在一起銷售，如統一信息傳遞（客戶的所有信息如語音郵件、電子郵件、傳真、尋呼信息都放在一個郵箱中）或游戲門戶接入（與游戲公司合作）等業務，并且幾乎不需要額外的市場營銷費用。電信運營商還可以向其他業務提供商出售其基礎網絡設施的接入權。

摘自《電信技術》

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