时间：2023-06-02 09:21:03
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇流媒体技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:流媒体;编码方式;传输协议
目前在中国的宽带网络市场上，基于不同压缩编码方式的mpeg－1，mpeg－2，real，wmt，quicktime等各种流媒体技术的产品成了宽带网络的宠儿，日益受到人们的关注。
一、流媒体的概念与特点
流媒体是指运用可变带宽技术，在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据的一种格式。流媒体在播放前只将部分内容缓存，并不下载整个文件，在数据流传送的同时，用户可在计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间，使时延大大减少，而多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。
流媒体数据流具有连续性、实时性、时序性三大特点，具有严格的前后时序关系。
二、流媒体系统
流媒体系统包括音/视频源的编码/解码、存储、流媒体服务器、媒体流传输网络、用户端播放器5个部分（如图1所示），原始音/视频流经过编码和压缩后，形成媒体文件存储，媒体服务器根据用户的请求把媒体文件传递到用户端的媒体播放器。
三、流媒体关键技术
流媒体系统中，影响流媒体播放质量的3个最关键的因素是：编码和压缩的性能与效率、媒体服务器的性能、媒体流传输的质量控制。
（一）编码/压缩
流媒体系统中的编码用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。
影响音/视频流的编码性能的因素很多：首先是编码效率，要求在保证一定音/视频质量的前提下，媒体流的码流速率尽量低，以达到压缩流媒体文件的目的。其次是编码的冗余性和可靠性，与普通多媒体文件压缩/编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输，因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。在internet环境下，最典型的方法是多描述编码(mdc)。mdc把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量，多个描述结合起来提供更好的质量。最后需要考虑速率调节的能力，一种方法是采用可扩展的层次编码，生成多个子位流（substream），其中一个位流是基本位流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列，其他的子位流则起质量增强的作用，所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。当网络速率变化时，可以通过调节流输出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。
（二）媒体服务器
流媒体系统中的媒体服务器用于存放和控制流媒体的数据。
随着流媒体规模的扩大，流媒体服务器的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。流媒体服务器性能的关键指标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响流媒体服务器性能的因素很多，包括cpu能力、i/o总线、存储带宽等。通常单个流媒体服务器的并发数都在几百以内，因此为了具有更好的性能，目前的高性能流媒体服务器都采用大规模并行处理的结构，例如采用超立方体的结构将各个流媒体服务单元连接起来。还有一种方法是采用简单的pc集群的方式，这种方式下多个pc流媒体服务器用局域网连接，前端采用内容交换/负载均衡器将流媒体服务的请求分布到各个pc媒体服务单元。后一种方式的性能不如前一种方式，但是成本低，容易实现。
（三）流媒体传输网络
流媒体在因特网上的传输必然涉及到网络传输协议，这是制约流媒体性能的最重要的因素。为了保证对网络拥塞、时延和抖动极其敏感的流媒体业务在面向无连接的ip网络中的服务质量，必须采用合适的协议，其中包括internet本身的多媒体传输协议，以及一些实时流式传输协议等。
①internet本身的多媒体传输协议
rsvp(resource reserve protocol)协议预留一部分网络带宽，能在一定程度上为流媒体的传输提供qos。在某些试验性的系统如网络视频会议工具vic中就集成了rsvp。该协议的两个重要概念是流与预定。流是从发送者到一个或多个接收者的连接特征，通过ip包中"流标记"来认证。发送一个流之前，发送者传输一个路径信息到目的接收方，这个信息包括源ip地址、目的ip地址和一个流规格。这个流规格是由流的速率和延迟组成的。接收者实现预定后，基于接收者的模式能够实现一种分布式解决方案。
②实时流式传输协议
目前几种支持流媒体传输的协议主要有用于 internet上针对多媒体数据流的实时传输协议rtp（real-time transport protocol）、与rtp一起提供流量控制和拥塞控制服务的实时传输控制协议rtcp（real-time transport control protocol）、定义了一对多的应用程序如何有效地通过ip网络传送多媒体数据的实时流协议rtsp（real-time streaming protocol）。
rtp
rtp被定义在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。rtp通常使用udp来传送数据，也可在tcp或atm等其他协议上工作。rtp本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠rtcp提供这些服务。
rtcp
在rtp会话期间，各参与者周期性地传送rtcp包。rtcp包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型，以适应网络的带宽。通常采用两个方法来调节：一是窗口法，通过逐渐增大传送的码率，当发现网络上出现了包的碰撞，也就是检测到了丢包时，再减小发送的码率；二是基于速率的方法，先估计网络的带宽资源，再调整编码的目标速率来适应网络的状态。基于窗口的解决方案会引入类似tcp的重传，所以经常采用基于速率的解决方案。rtp和rtcp配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。
rtsp
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，前者的请求由客户机发出，服务器作出响应；使用后者时，客户机和服务器都可以发出请求，即rtsp可以是双向的。rtsp是应用级协议，控制实时数据的发送，它提供了可扩展框架，使实时数据的受控、点播成为可能。该协议目的在于控制多个数据发送连接，为选择发送通道（如udp、组播udp与tcp）提供途径，并为选择基于rtp上发送机制提供方法。
四、结论
从技术的角度来说，对各种基于流媒体的应用影响最大的不是带宽，而是流媒体传输过程中的抖动和延时。网络的延迟和抖动影响数据包传输顺序的正确，使媒体数据不能连续输出，造成播放出现停顿。为了解决拥塞造成的抖动和延时问题，不但要求网络有足够的带宽,还要有较好的稳定性和可伸缩性。对等网络（peer to peer）以其各节点平权、资源共享的特点避免了传统的client/server模式中对server集中访问带来的网络拥塞，使网络有较好的稳定性。
关键词 流媒体；传输技术问；互联网
中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0162-02
随着互联网技术突飞猛进的发展，人们对媒体的选择再也不局限在普通的被动接受传播媒体的层面上面。近年来互联网视频，音频等多种流媒体在人们生活受到广泛的青睐，这都取决于流媒体在技术上的优越性，可以更好的满足人们的生活需要。
1 流媒体在传输过程中缓存支持的问
互联网在传输的过程中是以包为单位进行传输的，由于网络传输的稳定性没有保证，多媒体数据在传输的过程中被分成了许多数据包，针对不同的路由，最后到达客户端的时间和次序都有可能发生改变甚至丢失。如果将数据包在到达客服端之前，利用缓存技术对到达的数据进行正确的排序，就可以避免出现以上问。其中，缓存技术包括：缓存策略，服务器与缓存技术相结合，分段分布式缓存。
1.1 缓存策略
根据缓存的目标数据的不同的内容，又分全部缓存策略与部分缓存策略，滑动窗口缓存，分层编码视频缓存。
1）与部分缓存策略相比较，全部缓存策略最大的不足之处储存空间的要求很高，如果缓存的空间不足，那么缓存的操作过程就显得很复杂，需要不断的换进换出，这反而对网络流量的降低起不到太大的作用，而且付出的空间代价也相对而言比较高；2）部分缓存的优点在于，一方面可以有效的解决服务的延时性，用户点播经过延时启动，就可以在这段期间对数据包进行处理；另一方面，减少服务器的承载的压力问。但是缓存数据需要很大的储存空间，加上后期的缓存数据都必须从服务器获得。总体而言，部分缓存也不能从本质上较少网络流量的负担；3）滑动窗口缓存指的是当第一个用户想服务器发送请求的时候，服务器会将请求转向中心服务器，服务器对最初的用户请求经过加工处理，预测出相关的其他请求，并将这些数据缓存一定的时间。数据生命期就以窗口大小的形式表现出来。只要是在这段时间内发送到服务器的请求，服务器都会用这个窗口为他们提供服务；4）要想达到最小化传输的目的，采用分层编码视频的缓存策略比较实用，有针对性的对分层编码的流媒体进行缓存，弊端就是要根据对不同客户拥有的不同宽带运用不同质量的流量来回应。这一策略中经常运用的两个方法包括预取算法和分层编码细粒度的缓存替换法。
1.2 服务器与缓存技术相结合
服务器与缓存技术相结合主要体现在两个面，一是采用闭环（点播驱动）控制的方法，另一方面是结合服务器调度和前缀缓存或部分缓存的策略是在给定缓存容量时，最小化主干网络上的传输量。第一种方法的中心思想是利用Batching、Patching和前缀缓存技术。其中Batching补丁的请求为本策略最独特的特点。缓存服务器降低启动延迟的时候，Multicast with Cachin仍然会在组播开始后对请求进行聚合，利用Batching补丁完成没有启动延迟的目的。第二种方法不仅可以再运行中缓存补丁的各种数据，还能运用选择前缀集合的优化算法进行计算。
1.3 采取分段分布式
MiddleMan是服务器与协调器的重要组成部分。主要配置为一台协调器与若干台器，利用LAN将两个主体相互连接。其运行模式主要为：通过协调器，向服务器发送内容并进行跟踪，做出缓存替代的决策。当视频数据输入到MiddleMan存储系统之后，就可将视频数据拆分为若干个格式相同的文件数据。这样，就可以将视频文件按照一定顺序联合起来，避免出现混乱状态。对于服务器来说，可以将接收的媒体流块数据按照大小重新排列，通过替换策略以及缓存接纳控制方法，在每一段中添加相应缓存值。同时采取前缀替代原来缓存的前缀；后缀替代原来缓存的后缀的方式。
2 服务器的流调度技术
据相关资料调查显示，一般用户群体点播的节目集中度较高。如果在某一个时间段内，用户人群集中点播某个节目，只要利用传输媒体流合并用户请求，就可有效节约网络宽带与视频服务器的空间，与流媒体的调度技术相符。
有关流媒体调度的算法可分为静态调度算法与动态调度算法两种形式。一方面，静态调度算法主要在于服务器主动将节目在某个组播通道中应用，实现媒体流；另一方面，动态调度算法则指用户通过点播驱动，由服务器结合具体的调度算法，为用户提供媒体流。流媒体的动态调度算法包括FCFS算法、Batching算法、Adaptive Piggybacking算法、STream Tapping、补丁算法（Patching）、受控组播算法、Catching and Selective Catching、BandWidth Skimming、分片融合、层次型组播流聚合等。
3 怎样对替换的节进行计算的问.
流媒体与传统媒体有很大的差别，所以传统的节目替算法不能运用到流媒体这一领域当中来。RBC算法是目前流媒体当中运用比较广泛的算法之一，它在缓存接纳和替换的过程当中充分的考虑到了发送的宽带和文件大量两个重要的因素。与Pooled RBC策略相互结合在一起，RBC算法性能就大大的得到提升和健全。Pooled RBC一个较为突出的优点是，它还提供一个宽带POOL。POOL RBC会根据点播请求的不同的情况将请求传达给原始的服务器。
LRU算法在计算的时候，不能很好的处理不断演化的引用模式，区分不出来经常与不经常用户使用的对象。LRU-K的优点就是可以对最近引用多次的信息进行考虑。因此，可以很好的区分不同级别的引用对象，这一点，弥补了LRU算法中存在的不足。不仅如此，LRU-K算法可以通过自身的系统功能及时的对引用模式进行调节，管理的起来也很简单。
4 结论
总而言之，通过对流媒体传输技术进行的以上的研究，虽然很多的建议和解决方案都只能对部分的问起到局限性的作用，但是，这对不断完善的流媒体传输技术领域的研究有着很重要的意义。
参考文献
[1]李谦，秦亮曦.简述流媒体传输技术研究[J].科技时代，2008.
关键词：
流媒体技术； 广播监测； 应用
1 流媒体技术的应用过程概述
流媒体技术是最近几年发展起来的一种结合了网络技术和音频技术的综合性技术，实现了网络技术和音频技术的结合。对于流媒体技术的理解，我们不能局限于流媒体技术本身，而应该将流媒体技术同音频技术结合起来考虑，对其优点加以有效利用。流媒体技术本质上是一种处理音频信号的技术，在广播领域会得到广泛的应用，特别是在广播监测中，可以完全发挥流媒体的技术特性。流媒体技术的应用，需要在和传输的环节进行技术支撑。在目前的广播监测发展中，流媒体技术扮演着重要角色。从实际应用的情况来看，流媒体技术不但成为了互联网中有效处理音频的技术之一，在广播监测中也得到了充分的应用。
在广播监测过程中，实际上是针对音频信号进行监测，而流媒体技术主要就是针对音频信号进行处理，从这一点来看，流媒体技术在广播监测中应用具有一定的基础。在当前的广播发展中，已经开始融入了互联网技术，广播节目也已经实现了通过互联网进行传播。在这一传输过程中，由于音频文件较大，而互联网的带宽有限，这就导致了广播中的音频文件传输时间较长，用户要想收听广播节目，只能等到音频文件全部下载完才能收听，失去了广播的优势，广播选用互联网当作传输媒体也就失去了意义。为了有效解决这一技术瓶颈，流媒体技术应运而生。流媒体技术的精髓在于实现了音频文件边传输边播放的功能，使广播在互联网中实时传输得以实现。另外，流媒体技术除了以上功能之外，还实现了对广播的实时监测中。
2 流媒体技术的特点和传输方式
从目前的流媒体技术发展来看，流媒体技术在网络中应用的较为广泛，主要用于网络中的视频信息传输和音频信息传输，其中音频信息的传输就包括网络广播的传播。应用流媒体技术之后，网上的音频数据实现了边下载边播放，避免了集中下载之后再播放，省去了用户的等待时间。流媒体技术主要具有以下特点。
2.1 流媒体技术涉及的领域较多
流媒体技术涉及的领域包括音频和视频数据的采集领域、音频视频编码解码领域、音频视频存储领域、音频视频传输领域、音频视频播放领域。
2.2 流媒体技术是一种与传统下载技术不同新式网络技术
传统的下载技术对于音频和视频在下载的过程中是无法播放的，只能等到文件全部下载完毕之后才能进行正常播放，流媒体技术弥补了这一欠缺。
2.3 流媒体技术实现了视频和音频的实时播放
流媒体技术的出现，创新了音频视频信号播放技术，使音频和视频信号在下载的同时可以边下载边播放，简而言之，流媒体技术实现了视频和音频的实时播放。
2.4 流媒体技术降低了缓存的需求量
在流媒体技术中，由于音频和视频信息从服务器中直接传输给用户，节省了传输的中间环节，有效降低了缓存的使用量和需求量。
流媒体技术的传输方式主要分为顺序流式传播和实时流式传播，其中顺序流式传播的特点为：顺序流式传播主要为传统的顺序下载，用户只能观看到已经下载完的部分，对于未下载的部分无法实现实时收听或收看。
实时流式传播的特点为：实时流式传播与顺序流式传播不同，主要区别在于实时流失传播可以一边下载一边播放音频和视频数据，实现了下载与播放同步。
3 流媒体技术在广播监测中的应用过程
考虑到流媒体技术的特点，对于音频的处理具有一定的优势，因此，流媒体技术在广播监测中具有重要的应用。流媒体技术在广播监测中的应用过程主要分为以下几个阶段。
3.1 流媒体技术在音频数据解调采集中的应用
在整个广播监测网络中，对广播过程的监测需要将监测信号进行加密之后传送出去，在接收端对其进行解密和数据采集之后进行使用。流媒体技术的作用就是在广播监测网络中，对音频数据进行有效的解调和采集，保证数据的准确性。
3.2 流媒体技术在音频数据的压缩与存储中的应用
在广播监测网络中，监测数据进行采集之后属于未压缩的格式，无法进行存储和传输，因此需要对监测数据进行压缩。流媒体技术的作用就是保证音频数据压缩与存储过程安全可靠，避免数据在此过程中发生丢失，保证音频数据的连续性。
3.3 流媒体技术在音频数据的传输与播放中的应用
在广播监测网络中，音频数据信息都是实时传输和播放的，当监测网络接到上级指令的时候，将立刻运行音频数据的传输与播放程序，并将音频数据传送到广播监测网络中心，保证了监测数据的及时准确，保证了监测数据的实时传送与播放。
3.4 流媒体技术保证了广播节目的完整性，实现了播放过程中的无缝拼接
广播监测过程与正常的广播收听过程类似，都需要保证音频信号的连续传播并保证数据信息在传输的过程中不发生丢失。流媒体技术通过文件无缝拼接技术，保证广播节目的完整性，保证了监测过程中信号的准确性和完整性，实现了广播播放过程中的无缝拼接。
4 结论
流媒体技术作为一种新技术，在广播监测中得到了重要的应用，对广播监测具有极其重要的促进作用，改变了传统的音频信号传输局限，弥补了传统音频信号传输过程中的缺点和不足。流媒体技术具体应用在广播监测中，对广播监测的促进作用主要表现在以下几个方面。
4.1 流媒体技术促进了广播监测技术的发展
流媒体技术的应用，使广播监测技术的整体发展进入了新的阶段。流媒体技术促进了广播监测技术的整体发展，实现了广播监测过程中音频信号的实时传输，既保证了监测信号的准确性，又保证了广播监测过程及时有效，所以，流媒体技术促进作用明显。
4.2 流媒体技术保证了广播监测过程中数据信息的准确性
由于流媒体技术在广播监测过程中对 音频信号进行了加密处理，保证了音频信号在传输过程中不发生丢失以及不扰，实现了广播监测过程中数据信息的准确性，提高了广播监测的实际效果，使广播监测取得积极的效果，达到预期的目的。
4.3 流媒体技术使广播监测多了一项实用的应用技术
流媒体技术的应用，丰富了广播监测技术，使广播监测领域拥有了又一项实用技术手段。从目前的应用情况来看，广播监测网络系统是流媒体得以应用的成功案例，广播监测网络系统的发展主要得益于流媒体技术的应用，所以，广播监测网络要与流媒体技术有效结合，实现广播监测和流媒体技术的深度发展。
参考文献
[1] 张敏,肖春景.基于混沌加密的小波域音频水印算法[J].计算机工程.2005（S1）
关键词：流媒体技术；流媒体；同步远程教学；异步远程教学
自Internet产生以来，受网络带宽的限制，互联网上的信息都以文字、图片等静态数据为主，而音频、视频数据则难以在网上。随着ADSL、视迅宽带、FDDI网的出现，网络带宽得到很大的改善，可以达到100M以上的传输速率，但仍无法满足高质量的多媒体信息传输的需要，这就要从数据的传输方式上着手来解决问题。由此，流媒体技术应运而生。目前，流媒体技术广泛用于多媒体新闻、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面，为网络信息交流带来了革命性的变化。
一、流媒体技术概述
(1)流媒体技术的定义
流媒体技术，也称为流式媒体技术(stream Media)，就是把影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上，让浏览者一边下载一边观看、收听，而不需要等要整个多媒体文件下载完成就可以即时观看的技术。
那什么是流媒体呢?所谓流媒体是指在Internet／Intranet中使用流式传输技术的连续煤体，如音频、视频、动画或其它多媒体文件。
二 流媒体系统的组成
1、编码工具。即用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。利用媒体采集设备进行流媒体的制作。它包括了一系列的工具，从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富的流媒体。这些工具产生的流媒体文件可以存储为固定的格式，供服务器使用。
2、流媒体数据。即媒体信息的载体。常用流媒体数据格式有．ASF、.RM等。
3、服务器。即存放媒体数据。由于要存储大容量的影视资料，因此该系统必须配备大容量的磁盘阵列，具有高性能的数据读写能力，可以高速传输外界请求数据并具有高度的可扩展性、兼容性，支持标准的接口。这种系统配置能满足上千小时的视频数据存储，实现片源的海量存储。
4、网络。即适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络。流媒体技术是随着互联网络技术的发展而发展起来，它在现有互联网络的基础上增加了多媒体服务平台。
5、播放器。即供用户欣赏网上媒体的软件。流式媒体系纺支持实时音频和视频直播和点播，可以嵌入到流行的浏览器中，可播放多种流行的媒体格式，支持流媒体中的多种媒体形式，如文本、图片、w e b页面、音频和视频等集成表现形式。目前应用最多的播放器有美国Real Net-works公司的Real Player、美国微软公司的Medi a Pl ay e r、美国苹果公司的Quicktime三种产品。
三 传统的多媒体与流媒体
传统的网络多媒体技术与流媒体比较，流媒体技术的优势是显而易见的。下表就传统多媒体技术与流媒体技术在传输延时、传送速率、实时控制、存储空间、用户交互性、媒体服务质量、媒体播放方式等方面作了比较：
四、流媒体技术在远程教学中的应用
以网络技术为基础的现代远程教育系统主要由同步远程教学和异步远程教学两大部分组成。同步远程教学是模拟真实课堂教学方式而形成的双向实时交互式的网上教学，将教师授课内容及教学情景实时传送到学生端，同时学生在远端可以回答教师提出的问题或向教师提问，教师在授课时可看到学生端的全貌。异步远程教学则采用基于网络技术的多媒体教学平台，将教学课件或信息存入信息服务器中，学生可通过网络接入多媒体教学服务网，以点播方式进行课件的下载。
(1)异步远程教学的实现
异步远程教学的实现需要将制作好的课件放在网上供学习者随时浏览学习。课件主要以视频和声音为主，同时以文字、图像加以说明。学习者在使用时必须先将多媒体课件下载到本地计算机再进行播放，这种方式存在着三个突出的问题：①一般的多媒体课件容量较大，下载完整个课件需要等待很长的时间；②把多媒体课件下裁到本地计算机，占用了计算机的存储空间；③一些用户可能会对下载的资料进行再传播，因此制作单位的知识产权有可能受到损害。
流式多媒体课件是基于流媒体技术的多媒体课件，它具有以下特点：
资源共享，访问不分时间地点
等待时间短，与文件大小无关
访问方便，交互性强
客户端操作简单，系统使用方便
无需下载流媒体课件，保护了制作单位的知识产权
因此，流式多媒体课件的出现解决了以上三个及待解决的问题。
(2)同步远程教学的实现
同步远程教学系统是通过Internet将教师端(教师授课的设备)和学生端(学生听课教室的设备)连接在一起，它支持多个教师端和多个学生端，每个学生端在同一时间只能和一个教师端相对应，而一个教师端可同时和多个学生端相对应。在授课时，信息通过教师端的网络交换机与Internet相连进行网络传输。在学生端，通过投影或电视将接收的信息呈现出来，从而达到“面对面”授课的教学效果。
流媒体技术对同步远程教学的最大贡献是实现了网上实时内容的同步传输和播放，我们可以采用“带有控制的视频流”技术和高性能的视频文件系统技术，提供在线的高质量的视频观看、课程讲座，从而可建立教师与学生、学生与学生之间的实时交互。学习者在网上不仅可以看到教师的生动讲解，而且还可以看到内容提要、章节提示和教学内容等，最重要的是学生可以现场与教师对话交流、可以和其它学员进行协作学习、可以随时随地进行自主学习，极大地促进了网络远程教学的发展。
关键词:流媒体;流式传输;压缩编码;视频;电力运行系统
引言
在网络上传输音视频等多媒体信息,通常有下载传输和流式传输两种方案。由于网络带宽有限,而音视频的文件容量通常很大,采用下载传输非常耗时,传输延迟也很大,特别是下载传输无法满足需要长时间持续传输(如,电力设备和线路现场监控)的应用要求。而采用流式传输时,音视频信息由音视频服务器或摄像头向用户计算机的连续、实时传送,用户可边接收边观看,不仅启动延时大大缩短,用户也不必等待整个文件从网上全部下载才能观看,这对现场临控之类的音视信息传输,更有其独特的优点。
一、流媒体技术简介
流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式,又称流式媒体[1]。流媒体技术指将连续的影像和声音信息通过摄像头或者经压缩处理后存放在网站服务器上,让用户无须等整个文件全部下载完毕后就可以一边下载一边观看和收听的技术[2]。流媒体技术以流的方式传输视频和音频信息,即便是网络异常拥挤的情况下,也能传输清晰流畅的影音和视频给广大用户,使得在网络上观看和传输影音成为现实。流式传输主要指通过网络传送多媒体的技术总称,即将音频或视频等多媒体文件经过特殊的压缩,由视频服务器等设备向用户计算机连续、实时或顺序传送[2]。它是流媒体的关键技术。
二、流媒体技术原理
(一)流媒体系统的组成
流媒体系统通常包括编码器、服务器和播放器三个部分。每个部分之间通过特定的协议互相通信,并按照特定格式互相交换文件数据。
1.流媒体编码器:由视频采集卡和流媒体编码软件组成。流媒体采集卡负责接受音视频数据并转换为所需的信号形式,供编码软件处理;编码软件负责将流媒体采集卡传送过来的信号加工并压缩成流媒体格式。如果进行直播,还要负责将压缩后的流媒体信号实时地传给流媒体服务器。
2.流媒体服务器:由流媒体软件系统的服务器部分和一台硬件服务器组成,负责管理、存储、分发编码器传来的流媒体节目。
3.流媒体终端播放器(解码器):是流媒体系统播放软件,用来播放音视频节目。
(二)流媒体技术原理
1.流媒体压缩编码技术。流媒体文件必须制作成适合流媒体传输的流媒体格式文件后才能进行存储或传输。
各种流媒体平台所采用的压缩编码技术各不相同,主要有MPEG1、MPEG-2、MPEG-4、WindowsMediaVideo、RealMedia等。
MPEG-l和MPEG-2的压缩率大概在20～30倍之间,用于网络传输还是太低。MPEG-4的压缩率可以超过100倍,且仍可保有非常好的音质和画质。通常的压缩编码是基于一定的压缩算法,如WindowsMedia是基于MPEG-4的离散余弦变换(DCT)算法,而RealMedia则采用小波变换算法。
2.流媒体的关键技术。实现流媒体的关键技术是流式传输。流式传输技术的四个关键步骤是:(1)预处理:传输前采用先进高效的压缩算法,对多媒体信息进行压缩,适合于网络传输。(2)复用和解复用:传输前对多个信轨进行复用,在用户端再解复用,还原成原始形态。(3)打包和解包:流媒体打包后发送到网络传输;在接收端依照包序列号重排序并解包。(4)后处理:在解包后对数据进行特殊处理,如图形雾化,回音抵消等。
在流式传输过程中,由于受网络自身特性影响,会出现“时延抖动”,可能严重影响传输质量。
降低时延抖动产生的影响,可从以下两方面着手:一是对现有网络进行改造,如,用IPV6技术对视频数据的网络传输质量控制等技术进行改进。二是采用缓存机制,在数据包输出前对时延抖动进行吸收,即接收端收到数据包之后,不立即播放,而是将它暂时存储在缓存中,直到预定的播放时间到来,再将缓存中存储的数据包进行规则播放,从而将时延抖动减少到最低。
此外,流式传输的实现需要合适的传输协议。支持流式传输的常用网络协议有:(1)实时传输协议RTP(RealtimeTransportProtocol)。这是Internet多媒体数据流的一种传输协议,提供端到端的传送服务,实现流的同步,但只能工作在一对一或一对多的传输情况下。(2)实时传输控制协议RTCP(Real-timeTransportControlProtocol)。它和RTP一起提供多媒体数据流量控制和拥塞控制服务。(3)实时流式协议RTSP(Real-timeStreamingProtoco1)。它定义了一对多的应用程序,解决通过IP网络有效地传送多媒体数据的问题。(4)Internet资源预订协议RSVP(ResourceReserveProtoco1),用于预留网络带宽。(5)MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)协议,用于识别流媒体类型。
3.流媒体的实现。首先,通过高效压缩算法让大容量的多媒体数据适合流式传输;其次,通过流媒体服务器修改MIME标志;最后,通过支持流式传输的实时网络协议传输数据流。
以RealMedia为例:第一,采用视频捕获装置对事件进行录制;第二,适当编辑获取的内容,然后利用视频编辑硬件和软件数字化处理编辑的内容;第三,数字化的视频和音频内容被编码为流媒体格式;第四,将媒体文件或实况数据流保存在安装了流媒体服务器软件的宿主计算机上;第五,用户点击网页请求视频流等;第六,宿主服务器通过网络向用户发送音视频流数据;第七,用户利用媒体播放程序进行进退、回放、观看。
三、流媒体技术在电力运行中的特殊应用
2008年初,中国南方遭受了历史罕见的冰雪灾害。其中湖南省郴州市出现了连续近一个月的低温雨雪冰冻天气,电力、林业、通讯遭受毁灭性重创。全市数十年电力建设成果一朝被毁,郴州一度成为电力“孤岛”。回头来看,除了电力线路建设等级偏低、对极端性天气与气候条件的监测预报水平还不高等原因之外,架设在人烟稀少的高山峻岭的电力线路以及电力设备,因为无人值守也不便巡查,不能及时发现灾害,也是一个非常重要的原因。
要形象直观、动态实时地监控高山险地的关键线路和设备情况,特别是灾害发生和发展情况,在流媒体技术迅速发展的今天,已成为可能。最粗略的技术设想是在关键地区的高压铁塔或设备机房安装特殊的摄像头,借助流媒体传输技术和无线或有线网络技术,连续传送电力线路和电力设备运行情况的实时图像或声音。
除了防灾抗灾监控,流媒体技术在电力系统防盗、电力变电站的无人值守等方面也有广泛的应用前景。近几年,电力线路和电力设施被偷盗和破坏的事件频频发生,据国家发改委副主任张国宝透露,在事件发生最严重的2005年,国家电网公司的电力设施遭受外力破坏的事件数量为12554起,10千伏及以上变压器遭受外力破坏2400多台,倒杆(塔)300多基,丢失、受损输电导线4000多公里、电力电缆200多公里,通信线路70多公里,塔材近5万件,110千伏及以上输电线路因外力破坏引起的线路跳闸达779次[6]。由于电力和群众生活、企业生产密切相关,如果电力设施遭遇破坏,就会造成大面积停电,后果不堪设想。2003年美加“8·14”和2005年莫斯科“5·25”这两起大面积停电事故,就是很好的警示案例。
福安市位于闽北山区,山高人少,线路漫长,地势复杂,每年要多次遭受冰雪、台风等恶劣气象的危害,电力线路的运行巡查和电力变电站的人值守始终是一个老大难问题。如果能利用流媒体技术,只要配备一组摄像头加一套流媒体网络管理系统,就能在及时甚至实时监控到灾害性天气对电力线路和电力设备的影响进程和危害发展程度,为防灾抗灾提供有效的技术支持,并在艰苦地段对电力变电站实现无人或半无人值守。
结束语
流媒体是众多宽带业务的基础平台,也是一种新型的数据信息载体,是网络技术同视音频技术的有机结合。随着互联网的发展,流媒体技术不仅在社会生活中有着广泛的应用前景,而且在电力运行等各个行业都可以发挥特殊的不可替代的作用。
参考文献:
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关键词:流媒体;RealMedia;网络通信;IPTV;视频点播
中图分类号:TN919 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)21-196-04
IPTV System Based on Streaming Media Technology
YANG Guorong
(Xi′an Railway Vocational & Technical Institute,Xi′an,710014,China)
Abstract:From the principle of streaming media technology,the implementation of streaming media transmission is realized and taking RealMedia streaming media as an example to illustrate the production,transmission and use of the process,the purpose of streaming media technology in order to gain the advantages of network communication.Through exploration of ASF format,QuickTime format,a deep understanding of streaming media technology applications are given,application and development of streaming media in distance education,video-on-demand,network broadcasting,video conferencing and other business of IPTV are researched,the importance of IPTV is verified.
Keywords:streaming media;RealMedia;network communication;IPTV;video on demand
随着互联网的普及,利用网络传输声音与视频信号的需求也越来越大。广播电视等媒体上网后,也都希望通过互联网来自己的音视频节目。但是,音视频在存贮时文件的体积一般都十分庞大。在网络带宽还很有限的情况下,花几十分钟甚至更长的时间等待一个音视频文件的传输,不能不说是一件让人头疼的事。流媒体技术的出现,在一定程度上使互联网传输音视频难的局面得到改善。流媒体技术发端于美国,在美国目前流媒体的应用已很普遍,比如惠普公司的产品和销售人员培训都用网络视频进行。与传统的播放方式不同,流媒体在播放前并不下载整个文件,只将部分内容缓存,使流媒体数据流边传送边播放,这样就节省了下载等待时间和存储空间。网络电视正是结合了流媒体技术的特点应运而生,能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势,充分有效地利用网络资源。因此,网络电视的发展离不开流媒体技术,本文着重研究基于流媒体技术的网络电视的应用和发展。
1 流媒体的技术
1.1 流媒体技术的原理
流媒体又叫流式媒体,它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出,传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后,节目就会像发送前那样显示出来。 这个过程的一系列相关的包称为“流”。流媒体实际指的是一种新的媒体传送方式,而非一种新的媒体。流媒体技术全面应用后,人们在网上聊天可直接语音输入;如果想彼此看见对方的容貌、表情,只要双方各有一个摄像头就可以了;在网上看到感兴趣的商品,点击以后,讲解员和商品的影像就会跳出来;更有真实感的影像新闻也会出现[1]。
如果将文件传输看作是一次接水的过程,过去的传输方式就像是对用户做了一个规定,必须等到一桶水接满才能使用它,这个等待的时间自然要受到水流量大小和桶的大小的影响。而流式传输则是,打开水头龙,等待一小会儿,水就会源源不断地流出来,而且可以随接随用,因此,不管水流量的大小,也不管桶的大小,用户都可以随时用上水。从这个意义上看,流媒体这个词是非常形象的。
流式传输的实现需要缓存。因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输,对一个实时A/V源或存储的A/V文件,在传输中它们要被分解为许多包,由于网络是动态变化的,各个包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,甚至先发的数据包还有可能后到。为此,使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响,并保证数据包的顺序正确,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。通常高速缓存所需容量并不大,因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据:通过丢弃已经播放的内容,流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。流式传输的实现需要合适的传输协议。由于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来传输实时声音数据。流式传输的过程一般是这样的: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。
需要说明的是,在流式传输中,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。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器,其基本原理如图1所示[2]。
1.2 流媒体技术的实现过程
流媒体系统包括以下五个方面的内容:
(1) 编码工具:用于创建、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是实时传输协议的网络。
(5) 播放器:供客户端浏览流媒体文件。
这五个部分有些是网站需要的,有些是客户端需要的,而且不同的流媒体标准和不同公司的解决方案会在某些方面有所不同[3]。
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”。目前,采用流媒体技术的音视频文件主要有三大“流派”,即RealNetworks公司的RealMedia、Microsoft的Windows Media和Apple公司的QuickTime。
按照内容提交的方式,流媒体可以分为两种:实况流媒体广播(即Web广播)和由用户按需访问的存档的视频和音频。不论是哪一种类型的流媒体,其实现从摄制原始镜头到媒体内容的回放都要经过一定的过程。下面以RealMedia为例说明流媒体的制作、传输和使用的过程[4]:
(1) 采用视频捕获装置对事件进行录制。
(2) 对获取的内容进行编辑,然后利用视频编辑硬件和软件对它进行数字化处理。
(3) 经数字化的视频和音频内容被编码为流媒体格式。
(4) 媒体文件或实况数据流被保存在安装了流媒体服务器软件的宿主计算机上。
(5) 用户点击网页请求视频流或访问流内容的数据库。
(6) 宿主服务器通过网络向最终用户提交数字化内容。
(7) 最终用户利用桌面或移动终端上的显示媒体内容的播放程序进行回放和观看。
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。
2 流式技术的主要解决方案
由于其成熟稳定的技术性能,互联网巨人美国在线(AOL)、ABC、AT&T、Sony和Time Life等公司和网上主要电台都使用RealSystem向世界各地传送实时影音媒体信息以及实时的音乐广播。在我国,大量的影视、音乐点播和春节晚会、昆明世博会开幕式的网上直播都采用了RealSystem系统[5]。
Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案,其主要目的是在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。其核心是ASF文件,ASF是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息在内数据格式,通过分成一个个的网络数据包在Internet上传输,实现流式多媒体内容。因此,把在网络上传输的内容就称为ASF Stream。ASF支持任意的压缩/解压缩编码方式,并可以使用任何一种底层网络传输协议,具有很大的灵活性。Microsoft已将Windows Media技术捆绑在Windows 2000中,并打算将ASF用作将来的Windows版本中多媒体内容的标准文件格式,这无疑将对Internet特别是流式技术的应用和发展产生重大影响。
Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player工具构成。Media Tools是整个方案的重要组成部分,它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流,分创建工具和编辑工具两种,创建工具主要用于生成ASF格式的多媒体流,包括Media Encoder,Author,VidToASF,WavToASF,Presenter五个工具;编辑工具主要对ASF格式的多媒体流信息进行编辑与管理,包括后期制作编辑工具ASF Indexer与ASFChop,以及对ASF流进行检查并改正错误的ASFCheck。Media Server可以保证文件的保密性,不被下载,并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页,具有多种文件形式和监控管理功能。Media Player则提供强大的流信息的播放功能。
Apple公司于1991年开始QuickTime,它几乎支持所有主流的个人计算平台和各种格式的静态图像文件、视频和动画格式,具有内置Web浏览器插件技术,支持IETF流标准以及RTP,RTSP,SDP,FTP和HTTP等网络协议。通过好莱坞影视城检索到的许多电影新片片段,都是以QuickTime格式存放的。
QuickTime包括服务器、带编辑功能的播放器QuickTime Player、制作工、图像浏览器以及使Internet浏览器能够播放QuickTime影片的QuickTime 插件。QuickTime 4支持两种类型的流:实时流和快速启动流。使用实时流的 QuickTime 影片必须从支持 QuickTime 流的服务器上播放,是真正意义上的Streaming Media,使用实时传输协议(RTP)传输数据。快速启动影片可以从任何Web Server上播放,使用超文本传输协议(HTTP)或文件传输协议(FTP)传输数据[5]。
目前,FOX新闻在线、FOX体育在线、BBC WORLD、气象频道等机构都加入QuickTime内容供应商行列,使用QuickTime 技术制作实况转播节目除了上述的流媒体技术的三种主要格式外,在多媒体课件和动画方面的流媒体技术还有Macromedia的Shockwave技术和MeataCreation公司的Meta Stream技术。
通过Shockwave技术可以方便地在Web页面中加入图像、动画以及交互式界面等操作。利用这种Streaming Shockwave, 即通过流的方式使用户在客户端实现边下载边播放的功能,节省了等待时的时间。Shockwave与Macromedia产品紧密联系在一起,包括Flash,Shockwave for Authorware,Shockwave for Director等技术。
MetaStream 3D的图形设计软件是Ray Dream Studio 5 以及Ray Dream 3D,可以方便地在网上创建、及浏览被缩放的3D图形,它具有小文件量及流传输的特点,比其它任何一种已存在的Internet 3D技术压缩率都高。主要应用于游戏开发厂商、页面设计者、电子商务、科学研究者、专业设计者等[6]。
3 流媒体技术在网络电视中的应用
目前我国通信事业正在迅猛地发展,用户对信息服务的要求越来越高,特别是宽带视频信息。可以说中国已基本具备了大力发展IPTV的技术条件和市场条件,而且IPTV网络电视市场竞争越来越激烈。市场竞争竞争对普通的消费者比较有利,抛开这些不管,这里关心的是怎样才能实现网络电视。对于一般的用户来说,一般是采用网络机顶盒+普通电视机。如图2所示,电脑与机顶盒共用一台ADSL Modem宽带上网。通常ADSL用户的电脑和ADSL Modem都在一个地方,因此,ADSL Modem引出五类网线连接到机顶盒上。考虑到大多数ADSL Modem只有一个10BaseT网口,因此要多加一个HUB[7]。网络电视可以提供远程教育、视频点播、网络直播、视频会议等服务,使人们的生活更加丰富多彩,下面就从这几个方面探讨流媒体的应用。
3.1 远程教育
电脑的普及、多媒体技术的发展以及互联网的迅速崛起,给远程教育带来了新的机遇。世界各国都正大力开展包括网络教育在内的远程教育。 在远程教学过程中,最基本的要求是将信息从教师端传递到远程的学生端,需要传递的信息可能是多元化的,这其中包括各种类型的数据:如视频、音频、文本、图片等。将这些资料从一端传递到另一端是远程教学需要解决的问题,而如何将这些信息资料有效的组合起来以达到更好的教学效果更是人们思考的重要方面。由于当前网络带宽的限制,流式媒体无疑是最佳的选择,学生可以在家通过一台计算机、一条电话线、一只Modem就可以参加到远程教学当中来。对于教师来讲,也无须做过多的准备,授课方法基本与传统授课方法相同,只不过面对的是摄像头和计算机而已。
就目前来讲,能够在互联网上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体,像RealSystem,Flash,Shockwave等技术就经常应用到网络教学中。远程教育是对传统教育模式的一次革命,它能够集教学和管理于一体,突破了传统“面授”的局限,为学习者在空间和时间上都提供了便利。
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,学生也可以通过网络共享自己的学习经验和成果。大型企业可以利用基于流技术的远程教育系统作为对员工进行培训的手段,这里不仅可以利用视频和音频,计算机屏幕的图形捕捉也可以被用流的方式传送给学员。现在微软公司自己内部就大量使用了其自己的流技术产品作为其全球各分公司间员工培训和交流的手段[8]。
随着网络及流媒体技术的发展,越来越多的远程教育网站开始采用流媒体作为主要的网络教学方式。
3.2 宽带网视频点播
在前面的远程教育中曾经提到过VOD视频点播,视频点播技术已经不是什么新鲜的概念了,最初的VOD应用于卡拉OK点播,当时的VOD系统是半自动的需要人工参与。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,此时的VOD技术趋于完善,但有一个困难阻碍了VOD技术的发展,那就是音视频信息的庞大容量。 这样服务器端不仅需要大量的存储系统,同时还要负荷大量的数据传输,导致服务器根本无法进行大规模的点播。同时由于局域网中的视频点播覆盖范围小,用户也无法通过互联网等网络媒介收听或观看局域网内的节目。此时流媒体技术的出现,在视频点播方面完全可以遗弃局域网而使用互联网,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。客户端采用浏览器方式进行点播,基本无需维护。由于采用了先进的机群技术,可对大规模的并发点播请求进行分布式处理,使其能适应大规模的点播环境[9]。
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,也许有一天你也可以在自己的家中欣赏到与电视节目相当的流式视频节目。就当前而言,很多大型的新闻娱乐媒体都在Internet上提供基于流技术的音视频节目,如国外的CNN、CBS以及我国的中央电视台、北京电视台等,有人将这种Internet上的播放节目称之为“Webcast”。
3.3 互联网直播
也许大家只听说过现场直播、卫星转播之类的名词,对于互联网直播(或称为网络直播)的概念还并不太熟悉,随着互联网的普及网民越来越多,从互联网上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览成为很多网民的愿望。而很多厂商希望借助网上直播的形式将自己的产品和活动传遍全世界,这也许是任何一种媒体都不能达到的。这一切都促成了互联网直播的形成。但是网络带宽问题一直困扰着互联网直播的发展,不过随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进,互联网直播已经从实验阶段走向了实用阶段,并能够提供较满意的音、视频效果。流媒体技术在互联网直播中充当着重要的角色,首先流媒体实现了在低带宽的环境下提供高质量的影音。其次,像Real公司的SureStream这样的智能流技术可以保证不同连接速率下的用户可以得到不同质量的影音效果。此外,流媒体的Multicast(多址广播)技术可以大大减少服务器端的负荷,同时最大限度地节省了带宽[10]。
无论从技术上还是从市场上考虑,现在互联网直播是流媒体众多应用中最成熟的一个。已经有很多公司提供网上直播服务,每年一度的《春节晚会》就提供网上现场直播。
3.4 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。视频会议技术上涉及到数据采集、数据压缩、网络传输等多项技术。 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。采用流媒体格式传数影音,使用者不必等待整个影片传送完毕,就可以实时的连续不断的观看,这样不但改善观看前的等待问题,也可以达到即时的效果。虽然损失了一些画面质量,但就视频会议来讲,并不需要很高的音视频质量。视频会议是流媒体的一个商业用途,通过流媒体还可以进行点对点的通信,最常见的例子就是可视电话。只要有一台已经接入互联网的电脑和一个摄像头,就可以与世界任何地点的人进行音视频的通信。此外,大型企业可以利用基于流技术的视频会议系统来组织跨地区的会议和讨论,从而节省大量的开支。一个实际的例子是美国第二大证券交易商从1998年开始,采用Starlight Network公司提供的流技术方案,为其分布在全球500多个城市和地区的分公司经纪人和投资咨询员实时提供到桌面的财经新闻,使他们的客户获取更多的投资利润[11]。
4 结 语
随着网络通信的不断发展,IPTV必将成为发展趋势,流媒体技术作为IPTV的关键技术之一,它的发展和应用倍受关注。虽然流媒体服务系统和传统的网络文件服务系统有许多相似之处,但是,流媒体技术更为强调对高速、稳定和边疆的寻体流的访问支持,以及对不同媒体同步的支持,从而确保媒体数据以最小的时延到达并在本地终端同步回放。由于当前的流媒体服务系统存在着对连续性、实时性的严格要求以及对数据巨量需要,现阶段的网络尚有些免为其难。随着计算机网络的进一步发展,网络带宽的不断扩大,网络多媒体平台将不断完善,流媒体技术必将会在未来的网络应用中发挥更大的作用。正如当初图像处理要求对计算机的影响一样,可以预见,流媒体服务系统也将对网络和终端的硬件和软件设计产生重大影响。
参考文献
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摘 要：介绍了流媒体的概念、技术原理，阐明了流媒体技术的应用，并通过具体案例介绍了基于流媒体技术的系统解决方案。
关键词：流媒体；解决方案
中图分类号：TP 文献标识码：A文章编号：1672-3198（2011）01-0258-01
1 流媒体的概念
流媒体技术起源于窄带互联网时期。互联网的普及和多媒体技术在互联网上的应用，迫切要求能解决实时传送视频、音频、计算机动画等媒体文件的技术，在这种背景下，于是产生了流式传输技术及流媒体。
什么是流媒体（Streaming Media）呢？流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把多媒体文件经过特殊的压缩分成一个个压缩包，传送到网络上。这个过程的一系列相关的包称为“流”。用户通过解压设备对这些数据包进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。流媒体是以流式传输技术通过网络传输、在时间上具有连续性的媒体文件。由此可见流媒体同时包含下列特征:（1）流媒体的内容主要是在时间上连续的媒体数据。像视频、音频、多媒体和计算机动画等都是时间上连续的媒体文件；（2）该媒体可以不经转换便能采用流式传输技术传输，这是流媒体技术的最重要特征；（3）应用于网络，特别适用于互联网上。客户端需要播放软件或在浏览器上加上插件才能收听或收看流媒体。总之，流媒体也可以理解为是一种适合流式传输的媒体文件格式。人们通常把携带流媒体的数据包称作流典型的流是视频流和音频流。
与传统多媒体相比，流媒体具有以下优点:（1）启动延迟大幅度地缩短。（2）对系统缓存容量的需求大大降低。（3）流式传输的实现有特定的实时传输协议，更适合动画、视音频在网上的流式实时传输。
2 流媒体技术原理
2.1 流媒体技术原理
流式传输有顺序流式传输和实时流式传输两种方式。
顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的，它经常被称作HTTP流式传输。顺序流式文件易于管理，但不支持现场直播，严格地说是一种点播技术。
实时流式传输与顺序流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件。实时流式传输必须匹配连接带宽。这意味着图像质量会因网络速度降低而变差。实时流式传输允许你对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。
一般说来，如视频为实时广播，可使用流式传输媒体服务器，应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。由于互联网以包为单位进行断续的异步传输，流媒体文件在传输中要被分解为许多包。而网络是动态变化的，各个包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。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。
流式传输的过程一般是这样的: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/VHelper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。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图所示。
2.2 支持流媒体传输的网络协议
（1）RSVP：资源预留协议；
（2）RTP：实时传输协议；
（3）RTCP：实时传输控制协议；
（4）MMS：微软流媒体服务协议；
（5）RTSP：实时流协议；
（6）MIME：多目因特网电子邮件扩展协议。
2.3 三种常见的流媒体技术
目前市场上主流的流媒体技术有三种，分别是RealNetworks公司的RealMedia、Microsoft的WindowsMedia和Apple公司的QuickTime。这三家的技术都有自己的专利算法、专利文件格式甚至专利传输控制协议这三个关键要素在里面。
2.4 流媒体播放方式主要有以下几种
（1）单播；
（2）组播；
（3）点播与广播。
3 流媒体技术应用及解决方案
一个完整的流媒体解决方案应是相关软硬件的完美集成，它大致包括下面几个方面的内容： 内容采集、 视音频捕获和压缩编码、内容编辑、内容存储和播放、应用服务器内容管理及用户管理等。
3.1 远程教育
课件点播是远程教育的主要形式。它的优势是多媒体课件具有更丰富的表现力，学生可以在方便的时候学习，形式更加灵活自由。课件点播的实现方式是先制作课件，将教师讲的课程用摄像机拍摄下来，并用采集卡采集进计算机后编码成流媒体格式，制作出表现力丰富的多媒体课件。将多媒体课件放在流媒体服务器上。为了实现交互教学，将一台摄像机放在教师授课的教室，摄像机拍摄的教师授课过程实时地被传输到流媒体编码机，经过采集卡的采集、编码后再实时地上传给流媒体服务器，再由流媒体服务器实时到其它教室的终端计算机，并利用投影仪将老师的授课过程实时地播放出来，供这个教室的学生观看。同时为了方便与授课老师不在同一个教室的学生能与老师在授课过程中实时地交流问题，可以在学生所在的教室安装摄像机和编码计算机，用来拍摄并上传提问学生的影像，并在授课老师所在的教室安装一台终端计算机和投影仪，用来播放提问学生的视频，从而达到老师和异地学生的实时交互。
3.2 电视监播系统
以下为一套可以实时录制两套电视节目的监播系统,两台电视监录机与一台电视监录工作站通过集线器组成网络,两台电视监录机分别压缩两套节目,一台电视监播工作站作为存储管理。整个系统利用强大的压缩功能对节目进行压制，文件格式与互联网上直播与点播的格式完全兼容；用户可根据工作需要设定监录的起始和终止时间。监录时间间隔、压缩码率可任意选择；一套和二套节目的视音频信号分别送入电视监录机内进行实时录播压缩。当压缩完成后文件通过网络自动传输到电视监录工作站存储。整个系统支持24小时不间断的压缩录制。作为电视监录工作站，它负责管理视音频监录数据及索引库，拥有庞大的储存空间，可以按特定的码率保证存储监播数据；采用SQL语言编写的数据库系统可与任何程序语言数据库完全兼容。系统具有强大的自动化管理功能，可自动进行删除和更新视音频文件；可根据节目套数、日期、起录时间、终止时间等索引检索文件，也可按模糊方法查询，方便使用，所有这些操作均不影响监录工作进行。
4 结语
互联网的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大市场动力，流媒体业务正变得日益流行。流媒体技术广泛用于多媒体新闻、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活将产生深远的影响。
参考文献
［1］李清茂,马昌威.流媒体研究及应用［J］.阿坝师范高等专科学校学报.2003,（12）.
1传统实验教学存在的问题
实验教学要求，不仅要学生理解实验的原理，还要培养学生实验操作动手能力，观察检测能力、数据处理能力、独立思考能力、分析问题和解决问题的能力。
传统的实验教学，在实验课开展之前，先由老师讲授实验过程中涉及到的原理，然后再通过老师的实验演示来介绍具体的实验操作过程和步骤，以及在实验过程中需注意的事项，最后让学生自己完成课程所设置的实验。
为了使课堂的授课达到最佳的效果，老师会要求学生上课前对实验的课程进行预习。然而对于一些比较复杂和大型的实验，仅仅通过在课堂上老师的一次演示，学生未必能够掌握和理解实验的全部内容。往往需要在课堂上或课后通过自己的动手操作，一步一步地慢慢理解和体会才能掌握实验的内容。
但学生在自己动手做实验的过程中，往往由于对老师的实验授课内容理解不够透切，或者上课时学生所处的课堂位置，角度和上课迟到等方面的原因，不能及时和完全看清楚老师的实验演示。从而使自己在独立操作中不能完成整个实验过程。在传统的课堂教学上，同学们可以对实验过程中遇到的问题向老师请教。老师也会对同学的问题作出详细的解答。但由于课堂时间有限，不可能很快对每个同学的问题都作出详细解答，对于那些不能作出及时解答的同学，实验就会显得无从下手。这样就会使得课堂的实验效果不高。同样在课后，对于没有完全理解老师授课实验内容的学生，想通过在课后温习上课的实验，更是无法进行。
2流媒体技术
流媒体技术就是把采集的视频和音频信息，经过编码，压缩处理后传送到专用的流式服务器上，流式服务器可以采用RealNetworks公司的Helix Server或者微软的windows media services进行搭建。当用户需要请求流式服务器中的音视频时，首先用户的Web浏览器向Web服务器通过使用HTTP/TCP协议请求元文件，元文件包含了多媒体文件的相关信息如URL，编码类型等。然后Web浏览器将元文件传送到媒体播放器，媒体播放器接收到元文件后，就可以与流媒体服务器对多媒体文件进行请求与发送，在发送过程中，使用RTP/RTSP等实时交互应用协议，将多媒体文件传输到客户端，这样用户不仅能供实时观看，还可以一边下载一边观看、收听，过程不需要等待整个多媒体文件存储到自己的计算机上才可以观看。流媒体技术分为流式存储音频、视频，流式实况音频、视频和实时交互音频、视频。该技术对时延非常敏感，但容忍偶尔的丢包。下图为流媒体传输过程。
3流媒体技术应用到实验教学
根据传统的实验教学的不足，可以利用流媒体技术的优势与特点，将流媒体技术应用到实际的实验教学过程中，来提高学生的实验学习效果。
实际的实验教学网络环境是一个局域网，且局域网的网络节点都在一个网段内，网络传输不需要进行路由和穿越防火墙，传输的时延将非常小，能大大满足对流媒体应用的要求。
3.1流式实时教学音频和视频的实现
在实验教学过程中，由于每个学生在课室中坐的角度和位置的不同，或者由于有些学生迟到而不能及时赶到课堂上，从而导致并不是所有的学生都能清晰地观察到老师的实验全部操作过程。一般老师通过在教师机的实验演示，例如，软件实验的具体的软件操作，代码的编写，都通过在教师上运行并通过投影机显示给学生看，但如果投影机的效果不好，又或者坐的靠后，就会使得学生对演示的实验或授课的内容接受不够清晰。为了解决上述问题可以借助流媒体技术，使得学生能从教室的不同位置都能清晰地接收授课内容，同时也能解决因为迟到而不能及时上课的学生，能借助移动终端通过移动互联网登录到流媒体服务器及时接收老师上课的内容，从而避免了因迟到而影响后续的上课效果。首先，可以通过音频和视频的采集卡，将老师正在演示的实验进行采集，对于使用具体仪器进行演示的实验，可采用摄像机进行采集。然后将采集后的音视频，通过编码器进行编码，并进行压缩后，传输并存储到流媒体服务器上。这样学生就可以使用学生机或者移动设备的媒体播放器如Readplayer，windows media player 通过网络与流媒体服务器，使用RTP/RTCP协议进行多媒体交互，可以将老师的授课内容实时传到学生端，由于进行流式实况音视频传输，从流式服务器传到学生端媒体播放器的音视频，不需在学生端进行存储即可播放，实时的教学内容同时向很多接收相同的音视频的学生端分发，这里采用通过应用层多播，或通过多个独立服务器到学生端的单播流实现。这样，在课堂进行演示实验教学时，学生除了通过投影机看到实验过程，还可以通过学生端的媒体播放器实时接收到授课内容。由于局域网时延小，实况的多媒体接收效果非常好。
3.2存储教学多媒体
在课后，学生在实验室要对上课的实验内容进行复习和独立操作。传统的做法，是通过书本或老师提供的ppt实验教材进行。但如果对老师上课的内容没有理解透切，通过自己单独看书，复习的效果并不好，可能花很长的时间也不能把问题解决。如果能将授课的音视频内容进行重现，学生就可以对在课堂上不能立即理解的内容，通过多次和反复的观看授课的多媒体内容，进行学习和理解，这样达到的学习效果，会事半功倍。为了达到这样的效果，可以将老师在课堂上的授课内容进行录制，采集，编码，压缩存储到流媒体服务器。课后，学生就可以利用自己的终端通过媒体播放器从流式服务器上请求和搜索上课的音视频多媒体文件，此时音视频就可以经HTTP/TCP协议传输，并利用实时流协议（RTSP）来交换播放控制信息，学生端的媒体播放器就可以播放课堂上老师的授课音视频内容，学生可以根据自己对实验课程的理解程度，对多媒体进行播放、暂停、倒退、前进等操作。学生端进行的是一边下载一边观看、收听，相比于流式实况的音视频，可以容忍的时延相对宽松，这样，学生不仅可以在校内的局域网进行，还可以在外网进行，如在家里，或者通过移动设备进行。
3.3流式交互音频和视频
摘 要 传统的流媒体播放方式基于C/S集中式网络模式，对于高带宽、实时性和突发流量这三大困难很难找到行之有效的解决方案。而P2P技术采用分布式网络模式， 很好的解决了网络带宽瓶颈等问题。本文提出了一种新的基于P2P技术的流媒体系统架构应用模型，该应用模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网 络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。并分析了系统设计中的一些关键技术。
关键词 P2P；流媒体；分层多描述编码；异构性 1 引言
随着Internet的迅猛发展和普及，流媒体技术广泛应用于在线直播、视频点播、远程教育、视频会 议、数字图书馆等领域。但流媒体的传输对带宽、延迟和包的丢失率等服务质量QoS(Quality of Service)都有十分严格的要求，然而随着用户人数的增多，传统的集中式管理使中央服务器负载过重，使得这些服务质量得不到保障。而对等网络 (Peer-to-Peer，P2P)系统具有负载均衡、自适应、自组织和容错力强等优点，因此很多研究者开始将对等网络运用到流媒体的传输中来[1]。
本文在参考近年来国内外的相关研究成果的基础上，提出了一个新的基于P2P的流媒体系统架构模型—P2PStreaming，该模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。 2 基于P2P的流媒体系统 2.1 P2PStreaming系统结构
如图1所示，本系统采用混合式P2P网络结构，即采用融合C/S模式特点和P2P模式特点的模型， 一方面易于实现，可靠性和扩展性高；另一方面，我们可以看出通过把节点管理的功能独立到服务器的管理模块，节点与节点之间交换的数据越多，服务器的负担相 对越轻，如果当节点和节点之间交换的数据为零，那么该结构将退化为一个普通的C/S结构，也就是说，即便在最差的情况下系统性能也等同于C/S模式的性能[2]。 在系统中，我们采用了基于目录服务的P2P模型，由目录服务器管理整个“内容传输链”，为新加入的客户提供最合适的媒体源，来最大限度地保证整个系统的服务质量，这一点是自组织的、结构比较松散的网络模型很难做到的[3]。 图1所示整个系统是由3部分组成：源节点、目录服务器和Peer，图中连线的粗细表示了网络流量的大小，从图中可以看出Peer和目录服务器之间的通信流 量只占了整个系统流量的一小部分。主要的通信流量是集中在Peer之间和Peer和源节点之间。系统每个部分的主要功能为： 图1 P2Pstreaming系统结构图 1)源节点：负责提供原始流媒体数据源，并对数据进行分层MDC。源节点逻辑上是与其他节点相同 的，只是它是纯粹的资源贡献者，不必下载数据。为了减轻源节点的负担，将源节点的优先级设置为最低，除了最初必须由源节点提供数据外，节点在获取数据时， 优先从其它节点获取，除非该节点负荷超出了设置值。 2)Peer：下载所需数据，并进行分层MDC解码观看，同时将自己的数据资源共享给系统中的其他节点。 3)目录服务器：主要负责收集、统计、更新节点信息，并且对节点进行管理；目录服务器是节点的协调者，它存储网络中所有节点的信息列表，使得节点可以迅速地找到其他连接节点，但是它不能处理与媒体流相关的任何数据，只是为发现节点而存在。 2.2 基于分层思想的P2P流媒体系统设计
在P2P网络中，客户节点不仅只有客户端的功能，也需要具备部分服务器的功能。为了把复杂的问题简 化，并且利于以后系统的升级，我们对P2P流媒体系统采用分层的设计方法，如图2所示，从图中可以看出每个客户节点都具有双重的身份，一个是位于现实 Internet中，一个是位于虚拟的P2P网络中，P2P网络是把Internet上有共同兴趣的节点归类在一起的一个虚拟的点对点的网络。 图2 P2P流媒体分层结构 从图2看出，整个系统包括了5层，最底层是Internet，它保证数 据包的接收和传送，网络探测层可以获取网络状况的信息，包括带宽和时延的估计，防火墙检测等。P2P层实现与其它客户联系或者信息交换。编/解码层进行分 层MDC编/解码，系统利用分层MDC增加数据传输冗余，解决网络异构性的问题[4]。 3 系统中关键部分的实现技术 3.1 目录服务器的实现
3.1.1 目录服务器通信的实现 本系统中，节点对服务器的访问通过http协议进行，节点加入P2P网络时，先通过HTTP访问服 务器，一般的系统中表现为访问WEB页；接着由节点管理模块将每个加入节点的要求都被逻辑上转化为一个CHTTP请求对象，该请求发送给服务器内的数据 库，数据库分配给该请求一个相应的URL值，同时数据库对请求进行解析，产生一个CHTTP应答，将该应答返回给节点管理模块，由它发送给请求节点[5]。 3.1.2 节点的加入和注销 节点登录时通过调用该目录服务器上的登入页面声明它的IP地址和共享资源。服务器的管理模块把节点 的IP地址及共享资源信息记录到数据库中。如果执行成功，目录服务器给节点返回代表成功验证信息：如果失败，则返回包含失败原因的文档。当节点要从P2P 网络注销时，需要调用该服务器上的注销页面。服务器的管理模块根据该节点的IP地址等信息，从数据库中删除该节点的相应记录。 3.1.3 伙伴列表的获得 如果节点想了解当前存在的其他节点的情况，先请求管理模块，由它查询数据库，把查询结果返回给请求 节点，包括其他节点IP地址、所有数据等信息。则节点就可以得到当前存在的其他节点的连接信息，进而和其他节点进行直接通信。节点利用服务器搜索查询特定 的节点或共享信息的机制也是如此。 3.2 节点的实现 节点能力或者说异构性级别(Capacity or Heterogeneity Level)的概念至关重要。我们将节点的能力概括为一个包括网络访问带宽、处理器主频、内存容量及外存访问延迟等参数的向量。对于特定的流媒体应用而 言，与服务质量关系最为密切的参数就是节点带宽。因此，在我们的模型中，我们把节点的网络访问带宽作为最关键的参数，并根据这个参数来为节点定级。带宽还 能很好的描述节点的异构性。这里节点的信息被存储在数据库中，当一个节点请求数据时，节点管理模块通过访问数据库得到节点需要的路由信息，并发送给相应节 点，请求节点就向相应的节点发起请求，建立连接，进行数据的传输。 3.2.1 节点间通信的实现 1) 节点间通信的建立过程 节点之间的通信遵循“请求-应答”的模式。节点成功登录服务器后在特定的端口监听来自其它节点的请 求。想要发出请求的节点根据请求的类型和内容在内存中生成相应格式的信息，然后向目的节点的监听端口发出连接请求，建立连接后，把信息放入输出流。被请求 节点收到请求后，取出并解析请求信息，根据它的类型和内容作出相应的动作。 2)节点状态 每两个建立连接的节点之间，一个节点中对另一个节点设置两个状态：阻塞 (choking)与感兴趣(interesting )，这两个状态仅在两个连接的节点之间。“阻塞”表示是否愿意给对方传送数据，如果节点阻塞对方，表示该节点就不会给对方传送数据，对方即使向该节点请求 下载，该节点也不会回应。只有当该节点通知对方取消阻塞，对方才能开始向该节点请求下载。“感兴趣”表示对方是否有该节点需要的数据，如果有，那么该节点 对对方感兴趣，否则不感兴趣。实际上，节点还需要保存对方对该节点的两个状态，也就是说，节点对每个连接保存了四个布尔值：（1）am_choking： 对方被阻塞；（2）am_interesting：对对方感兴趣；（3）am_choked：被对方阻塞（4）am_interested：对方对自己感 兴趣。其中前两个值是自己设置的，后两个值是根据对方的通知来设置的。初始值阻塞为1，感兴趣为0。当节点不阻塞对方，且对方对该节点感兴趣时，节点才有 可能向对方传送数据。 3)节点间数据交换过程 通过节点间通信的建立过程后就开始节点的数据交换过程。节点间通信才是实际的P2P通信，文件的传输都是在这一部分完成的。节点之间通信是基于TCP协议之上的。 3.2.2 编/解码层数据组织 为了方便节点之间交换缓存信息，需要对媒体数据进行离散化的表示。为了适应网络的异构性，在P2PStreaming中部署了分层多描述编码，码流首先由一个基本层和多个增强层组成，然后对基础层采用MDC，分别用： 代表每一个层，其中n表示分层的数量，m表示基础层描述的数量。在把每一个层 离散成时间长度相等的片段(每个片断的时间为T)，每一层都用一个缓存映射 来表示节点中是否拥有某个片断的数据。节点通过更新伙伴的BM来了解伙伴的缓存情况。在本文中，假设每个片断代表一秒的数据，用一个滑动窗口( Sliding window)来代表BM，大小为30个片断，BM中用30个比特来记录，每个比特代表一个片断是否存在，1表示有这个片断，0表示没有。 3.2.3 伙伴列表的管理 系统内的每个节点自己维护一个伙伴列表Partnerlist，节点可以从伙伴节点获取媒体数据。 其实，源节点作为一个特殊的节点是所有节点的伙伴，但不承担下载数据的责任。节点和伙伴节点不断的交换各自的缓存信息，然后根据伙伴的缓存信息，通过一定 的数据调度算法从伙伴节点获取媒体数据。 4 系统安全 4.1 节点信任关系 在P2P系统中，各个异构的对等点共享各自的资源，某些对等点乐于提供服务，某些对等点可能是恶意 的，不能够提供满足质量的服务，而在分布式的环境下，没有一个中心节点来对其进行监控，传统的安全技术主要是采用授权认证，只能防范已知的恶意节点，对于 那些未知对等点和提供可变质量服务的对等点无能为力，因而需要建立一种节点安全信任模型来区分搭档的好坏[6]。 4.2 路由的隐患 4.2.1 不正确的路由查询 第二代P2P，比如chord，CAN等的查找协议需要维护路由表来进 行节点路由定位，恶意节点可以将某个查询请求发往错误或者不存在的节点，从而导致路由失败，请求重传。因为恶意节点也可以参与到路由更新算法中，他不能够 从其它节点的路由表中完全删除，这样重传的请求会被再次发送到恶意节点。对于这一问题，可以通过节点追踪来解决，查询请求的每一跳所路径的节点关键字都应 该不断的向目标关键字靠拢，一旦违反了这一规律就可以断定路由存在错误，返回到上一个正确节点从新进行发送。这种办法需要每个节点具有跟踪查询请求的能 力，路由的每步对于请求的发送方都是可见的。 4.2.2 不正确的路由更新 各个对等点的路由信息都是通过其他节点获得的，给恶意节点以机会可乘， 恶意节点可以不断发送不正确的路由更新信息，从而破环了其它节点路由表信息的准确性，这种攻击的后果是一些无辜的节点会把路由请求发送到不正确的或者不存 在的节点上去。但是如果系统能给正确的路由更新消息某种标志，让其他节点可以识别路由更新消息的真伪，这一问题就会迎刃而解。比如，在Pastry中，每 一个路由更新消息需要各个表入口有一个正确的前缀。这样不正确的路由更新可以很容易的识别，只有当一个节点被证实是可达时，才能被更新到路由表中。 5 结论 本文提出了一个新的P2P Streaming模型，该模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。该模型通过C/S的方式 组织节点而通过P2P的方式分发数据。该模型克服了传统C/S模式的不能支持大规模范围的缺陷，并通过引入MDC有效地解决了网络异构性问题，使不同类型 用户都能观看视频。 参考文献 [1] 钟玉琢，向哲，沈洪.流媒体和视频服务器[M].北京：清华大学出版社，2003 [2] 杜茗，常朝稳.基于移动通讯网络的流媒体播放系统设计方案[J].微计算机信息，2006，8(2)：275-278 [3] 张朝鹏，倪江群，王春桃.分层多描述视频编码及其在差错网络环境下的仿真研究[J].通信学报，02005：129-135 [4] Y.Guo，K.Suh，J.Kurose，D.Towsley. P2Cast：peer-to-peer patching scheme for VoD service [A]. Proc. of the 12th Int. Conf. on World Wide Web[C]. 2003：301–309 [5] Guo Pan-Hong，Yang yang，Li Xin-you，A P2P streaming service architecture with distributed caching[J]，浙江大学学报，2007，8(4)：605-614 [6] 茅旭峰，李俊，吴刚.流媒体服务器服务能力基准实验与性能模型[J].小型微型计算机系统，2007，28(2)：204-209
【关键词】流媒体；中小学；教学方式
信息化技术在新的世纪发展越来越迅速，流媒体教学方式因此得到大规模应用和发展，它的出现给远程教育方式带来了新的活力。中小学教学方式目前仍以传统的课堂教育为主，如何将流媒体技术与中小学教育进行有效结合，提高教学效率，降低教学成本，是今后中小学教育教学领域需要关注和探讨的重点。流媒体技术应用于教育教学的实践过程，也不是简单的将教学资料输入输出，其运用过程中也存在许多技术问题。本文就流媒体技术在中小学教育教学方式中的应用可行性做了探讨和分析。
1.流媒体技术简介
流媒体技术起源于上个世纪八十年代，是指主要以流式传输方式将图文、视频等数据经过处理后上传至服务器，然后经服务器输送到个人计算机进行实时播放。流媒体教学网站构建服务器，用于存储图文、动画和视频等教学资料，个人终端登录网站页面后选择所需要的教学素材进行播放和学习，这种流媒体教学方式是目前国内外普遍采纳的一种技术手段，也是中小学网络教学方法的主要研究方法。
流媒体教学方式的最主要特点是能够快速、时时地传输网络教育资源，拓宽的计算机网络的应用渠道。与单一的教学课件相比，教育资源更加丰富多彩，教学方法更加直观、便捷，易于提高学生的学习积极性。流媒体教学方式在各个学科的教学中均可以得到良好运用，对于不懂学龄层次的学生均能够因材施教，对于较为抽象的数理化教学能够利用动画、视频素材加深学生的理解，例如将难于理解的三维空间问题形象化，多个角度进行剖析。因此，流媒体教学方式在中小学教育中具有广阔的应用前景。
2.流媒体教学方式的优点
流媒体技术在教育教学领域的应用实践虽然不长，但是其所具有的优势非常明显，我国的教育工作者对于流媒体教学方式持积极态度，已经达成共识。本文调查分析发现，流媒体教学在中小学教育中的优点主要体现在以下方面：
2.1教学资源丰富多彩
流媒体技术依托于互联网，互联网资源的优势在于信息共享，流媒体教学资源不仅仅来源于本学校的资料，还能够收集各大教育网站、提供各个学科丰富的教学资源。通过建立专门用于教育教学交流的宽带网，将我国教育相关网站联合，可以提供给学生和中小学教师无穷无尽的信息教育素材。教师如果需要编排教育课件，可以通过流媒体网站下载相关教学资料，筛选出优秀的教学素材，丰富自己的课堂教学方法；同时，网站还可以提供好的课堂学习资料或作业供学生进行学习。另外，学生如果需要自主学习，仍然可以通过流媒体网站获取自己感兴趣的知识，寻找疑难知识点的解答方法等等。这种教学方式，与现阶段我国所倡导的“教师为主导、学生为主体”的教学模式不谋而合，更加有利于提高教学质量和效率。
2.2提高学生学习积极性
流媒体教学方式不同于传统教学方法的最大之处在于教学素材的多样性。传统教学方法局限于教师与学生在课堂上的教学互动，所采用的教学方法以教师口头教学、板书和课堂作业为主，传统教学方法虽然严谨，但是课堂气氛过于乏味，学生自主学习和接受知识的积极性普遍不高，因此浪费了大量的教育资源和时间。不同于传统教学方法，流媒体教学以学生作为主体，将教学过程利用视频、动画、图文等方式传输给学生，激发了学生的学习兴趣，而兴趣是最好的老师，生动的画面，有趣的情景，会一下子抓住学生的注意力，刺激学生视听系统，激发学生的学习积极性，使得学生在学习中保持愉快的心情。
3.流媒体教学在中小学教育应用中值得注意的问题
首先，应提高教师相应水平，主要是流媒体技术运用水平。互联网科学技术不断发展，流媒体教学方式得以不断更新换代。因此，培养人才是核心问题，需要教师队伍能够不断更新掌握新的流媒体教学技术方法，并付诸实践。未来的教育发展方向不仅仅在于教师所掌握的教学知识和教学方法的丰富程度上，还应该着重与信息技术的运用和实践上。社会是不断进步的，任何教育模式和方法不是放之四海皆合适，如何借助流媒体教育资源，快速精确地选取更为合适的教学方法和教学素材，才是今后教育教学领域中的着重点。
其次，应注意流媒体教学素材的筛选。流媒体教学资源虽然丰富多彩，但是不是所有资源都对于教学起到积极作用，对于在使用流媒体教学过程中存在的问题，教师应积极总结和反思，结合自己的教学经验，定制适合自己教学方法的素材。流媒体教学技术虽然弱化了教师本身的知识水平，但是中小学教师在教学过程中不可有懒惰心理，不能过分相信流媒体教学资源的的优势，从而放弃自己的教学主张转而完全依赖于流媒体教学素材。只有立足于自身教学特点，借助流媒体教学资源，筛选出适合自己的教学方式或素材，才能够达到教学初衷。
一、流媒体技术及其特点
1.流媒体技术
流媒体是指在Internet上以数据流的方式实时音频、视频多媒体内容的媒体。流媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入计算机的内存，其余部分则通过网络源源不断地流进并进行播放，从而使得在阻塞造成网络速度下降的情况下播放不会发生中断。这主要表现在以下三方面：首先，流媒体技术实现了在低带宽环境下提供高质量的视音频信息。其次，智能流媒体技术可以保证不同连接速率的用户都能够得到良好的视音频效果。最后，流媒体的组播技术可以大大减少服务器端的负荷，同时最大限度地节省带宽。[1]
2.流媒体的特点
在网络环境中，利用流技术传播多媒体文件具有如下优点：
2.1实时传输和实时播放，流化多媒体使得用户可以立即播放音频和视频信号，无须等待文件传输结束，这对获取存储在服务器上的流化音频、视频文件都具有十分重要的意义。
2.2节省存储空间，采用流技术，可以节省客户端的大量存储空间，在客户端只需要由播放器对流化音、视频信息进行回放即可。
2.3信息数据量较小，现场流都比原始信息的数据量要小，并且用户不必将所有下载的数据都同时存储在本地存储器上，可以边下载边回放，从而节省了大量的磁盘空间。[2]
二、流式传输的原理
流式传输的过程如下图所示。首先，音频、视频等多媒体信息被特定的压缩方式分成一个一个数据压缩包，并存放到媒体服务器上，然后，客户端向媒体服务器发出请求，服务器响应客户端请求并发送数据压缩包，客户端将接收到的数据压缩包存放到计算机内存的缓冲区，同时，使用相应软件播放数据压缩包，并在后台继续接收服务器发送过来的其他数据压缩包。在流式传输过程中，客户端不必像非流式传输那样等到整个文件全部下载完毕才能看到具体的内容，只需经过几秒或几十秒的启动延时即可利用相应的播放器播放多媒体信息，多媒体文件的其余文件在后台的服务器内继续下载。换句话说，当人们在欣赏多媒体的同时，其他部分正在到达过程中。
三，流媒体技术的主要解决方案
在Internet上使用较多的是RealNetworks公司的Real System和微软（Microsoft）公司的Windows Media
1.美国RealNetworks公司的流媒体制作及播放系统RealSystem是一个完整的数据流应用软件系统，可以将音频、视频、动画、图片、文字等内容转换为数据流媒体，在所有宽带上为最终用户提供丰富的实用的数据流媒体。是当前使用最多的流媒体播放器，它的功能比较实用、界面友好、安装程序非常简单，启动大约只要十分钟左右，安装完成后服务器就变成了一个能进行实况直播的音视频服务器。RealSystem的软件模块主要由3部分组成：（1）流媒体服务器软件RealServer，（2 流媒体文件制作工具软件，常用的有RealProducer、RealPresenter、RealSlideshow等，（3）用户端播放软件RealPlayer 主要用于在用户端播放流媒体文件。[3]
2.Microsoft Windows Media
Microsoft 公司推出的 Windows Media技术以其方便性、先进性、集成性、低费用等特点，逐渐被人们所认识和接受。其一大特点是制作和播放软件与Microsoft操作系统集成在一起，不需要额外购买，制作端与播放器的视音频质量都上佳，且易于使用。
四、流媒体技术在网络教育中应用的优势
在网络教学中，最基本的要求是将信息从教师端传送到学生端，需要传送的信息可能是多元化的，包括各种类型的数据，如视频、文本、图片等。而将这些资料从一端传送到另一端是网络教学需要解决的问题，这主要表现在课件点播、交互教学、实时在线直播教学等。流媒体技术在网络教育中的应用主要有以下几个方面：
1.在线直播
流媒体技术可以利用网络进行在线直播教学，学生在网络的任何一个接入点都能实时观看到直播教学。流媒体的在线直播教学不需要事先存储流媒体文件，即可将视音频实时编码后直接广播，做到与讲课内容完全同步。学生在看到教师的画面、听到声音的同时，也可以看到教师讲课的教学资料（如PowerPoint电子教案）。随着教师讲课内容的变化，学生端的PPT内容也自动同步翻转变换。在线直播的教学过程结束后，还可以生成基于流媒体方式的教学课件，存储到服务器上，学生可以随时从服务器上点播在课堂上没听明白的内容，直到完全理解教学内容。成为网络教育中“虚拟课堂”的一名学习者。[4]
2.交互式教学。
所谓交互性，是指计算机和学生之间的信息传递是双向的，计算机可以向学生输出信息，也可以接收学生的输入命令，并根据命令进行相应处理。利用流媒体系统的视音频交互功能，不同地点的教师、学生之间可以通过计算机终端的摄像头、麦克风，流媒体的视音频信号交互和视频点播功能进行全方位的交流，通过网络共享自己的学习经验和成果，学生在学习过程中，可以就大家感兴趣的问题进行讨论，并交流自己学习的心得体会。这表现在以下几个方面：（1）来自任何地方的学生可以同步或不同步获取教师的讲课内容，（2）一对一或者一对多地在线讨论，包括学生与教师进行的桌面会议，（3）建立虚拟宿舍聊天室，（4）使用电子教程，察看相关的研究资料，寻求学习问题的有效解决方案。
3. 移动学习
一个移动流媒体系统由向学生提供内容发现和业务使用这两大功能组成，（1）内容发现是指：学生使用支持流媒体业务的手机或其他移动终端，访问流媒体业务平台门户网站，通过页面浏览、分类、查找或直接搜索等功能发现流媒体内容的过程。（2）业务的使用：是指学生发现指定流媒体内容后进一步使用流媒体业务的过程，包括流媒体内容的在线播放，流媒体内容下载播放以及收看实时流媒体广播服务等。使用移动流媒体开发技术，能设计出具有移动学习特色的功能，为学生打造一个良好的实用而有效的移动学习平台。网络教育的学生就可以享受到以手机为主的移动通讯技术的便利，同时也可以获取互联网上丰富的学习资源，将两者的优势融合起来，在移动互联网上学习和教学，就可以使每一个学生在任何地方享受教育资源。无论在教室，办公地点，家里或旅游过程中，都可以进行学习。
4.流媒体课件
课件点播，将教学过程用摄像机拍摄下来，并用采集卡采集进计算机后编码成流媒体格式，然后将教材输入到计算机中，利用Flash制作动画演示，接着利用SMIL（同步多媒体集成语言）将教师讲课的录像，教材文本，Flash演示和搜集到的其它素材集中到一起，制作出多媒体课件到互联网上，学生通过登陆或者购买权限的方式，可以自主选择课程、教学进度甚至教师，这就使得学生成为教学过程的主体。能极大地提高学生学习的主动性。同时，基于流媒体技术，学生还可以得到流畅影音感受，不用在等待中浪费大量时间。[5]
一、在线网络影院的发展
目前，我国腾迅公司的QQ直播QQLive是互联网最大规模视频直播的在线网络影院。它采用了先进的P2P流媒体播放技术。可以确保在大量用户同时观看节目的情况下，节目依然流畅清晰：同时具有很强的防火墙穿透能力，为用户在任何网络环境下收看流畅的视频节目提供了有力保障：而且所有流媒体数据均存放在内存中，避免了频繁直接访问硬盘数据而导致的硬盘损坏。它支持目前我国的全部卫星电视，包括香港的凤凰卫视等同步直播，同时具备各类电影的点播功能，在线人数为目前互联网上在线网络影院人数之最。
影院的发展趋势。由于受到网民的追捧使得在线影院网站如雨后春笋般在互联网上涌现出来，使得盈利模式就较为单一的在线影视网站，变得很难应付。相对于在线影院来说，需要修炼内功，在这里主要是指在线影院自身硬件和软件的自修提升。在线影院硬件条件是指在线影院空间，带宽：而在线影院软件条件则是指在线影院的流媒体平台。网站页面。收费平台，服务响应等等。
二、网络影院模式的流媒体相关技术
所谓流媒体(Streaming Media)指的是在Internet／Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，显然，流媒体实现的关键技术就是流式传输。通过流式技术进行传输，即使在网络非常拥挤或很差的拨号连接条件下。也能提供清晰、不中断的音影给观众，从而使窄带互联网传输多媒体视音频内容成为可能。“流媒体”不同于传统的多媒体，它的主要特点就是运用可变带宽技术，以“流”(Stream)的形式进行数字媒体的传送，使人们在从28K到1 200K的带宽环境下都可以在线欣赏到连续不断的高品质的音频和视频节目。在互联网大发展的时代。流媒体技术的产生和发展必然会给我们的日常生活和工作带来深远的影响。随着宽带化成为建设信息高速网络架构的重点，许多城市的城域网从接入到核心各个部分都实现了宽带化，架构了以lP为基础的无阻塞数据承载平台。网络的宽带化不仅是为了使人们在宽阔的信息高速路上更顺畅地进行交流，使网络上的信息不再只是文本、图像或简单的声音文件。而且人们越来越希望宽带网络带来更直观更丰富的新一代的媒体信息表现。于是流媒体传输问题得以解决。
流式传输使用缓存系统来弥补数据包到达客户端的延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，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。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。一般流式传输的实现需要合适的传输协议。由于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，用RTP／UDP来传输实时声音图像数据。在网络上电影数据以包传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时AN源或存储的AN文件，在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包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，甚至先发的数据包还有可能后到。
流式传输的过程一般是这样的：电影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／VHelper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AN检索相关的服务器地址。ANHelper程序及A／V服务器运行实时流控制协议(RTSP)，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。
三、网络影院镜媒体的解决方案
一个完整的网络影院流媒体解决方案应是相关软硬件的完美集成，它大致包括下面几个方面的内容：即内容采集、视音频捕获和压缩编码、内容编辑、内容存储和播放、应用服务器内容管理和。
1、内容采集：节目源可以是摄像机、电视台节目、VCD光盘、卫星输入信号等。采集编码设备是视频网站内容的创作端。负责将各种不同类型的视频源压缩转换成流格式的视频文件。系统的目标是为用户提供高质量的流格式视频，而压缩制作这些高质量的视频节目需要大量的计算资源。因此在采集编码设备中。必须对系统的资源进行优化配置，要能达到系统目标的要来。由于现在的流媒体系统大体上分为Microsoft的Media Server、RealNetwork的Real System、Apple的QuickTime。考虑到成本和性能等因素，采集编码设备采用P／V级的PC，选用Winnov 2代的采集卡。Winnov 2代的采集卡不但能够达到1M码率的视频流的实时采集压缩，实现现场直播，而且可同时支持Microsoft和Real的视频流格式，系统以后无论采用Microsoft mediaserver还是Real System，都可以轻松实现。
2、视音频捕获和压缩编码：硬件一般为视音频捕获卡，编码软件如RealProducer、MS Media Encoder等。结合多种视频编码技术来适应网络上的QoS波动是今后可扩展性视频编码的发展方向。比如，可扩展性视频编码可以适应网络带宽的变化：错误弹性编码可以适应丢包；DCVC(Delay CognizantVideo Coding)可以适应网络时延。这三种技术的结合可以更好地提供一种应对网络QoS波动的解决方案。
3、内容编辑：对内容进行编辑修改、归档、做索引、如Virage Video Logger可以对视频文件做索引入库。
4、内容存储和播放：节目不多时可使用文件系统，当节目量大，就必须编制数据库管理系统。使用数据库存储视音频文件、视频服务器运行流播放服务软件如realserver或MSMedia Service等播放视音频。
5、应用服务器内容管理和：发行模块负责将节目提交到网页。或将视频流地址邮寄给用户。内容管理主要完成视频存储、查询。用户管理则包括用户的登记和授权。流媒体服务器是提供流式传输的核心设备。要求有很高的稳定性，同时能满足现有的应用需求，即能支持200个并发点播流和10个直播流，为达到这样的性能需求，采用2个CPU／2G内存的服务器，操作系统运行Windows2000 Serve r，流媒体系统选用WindowsMedia Server、Real Server和Quick Time。