基于web的流媒体视频系统的关键功能分析(编辑修改稿)

基于web的流媒体视频系统的关键功能分析(编辑修改稿)内容摘要：

个新的用户申请收看流媒体节目时，服务端会自动根据具体情况来决定是否接受用户请求。 其中，系统资源包括 网络带宽 、 内存大小 、 I/O 的带宽 和 CPU 的使用率等 情 况。 媒体服务器软件平台 流媒体视软件系统主要 包括 用户管理模块 、 发行与管理模块 、流媒体 制作、流媒体 视频服务器。 主要涉及流媒体的发行、制作、编码等功能。 内容管理主要第一章 绪论 3 完成视频存储、查寻； 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。 用户管理主要 包括用户的登记和授权。 当节目量大时，就必须编制数据库管理系。 节目不多时可使用文件系统。 流媒体视频服务 将内容通过 直播 或点播 的方式播放， 如果流媒体应用范围广、用户量大 ，可在不同的区域中心建立 流媒体内容 分发中心。 现状 分析 国外流媒体现 状分析 目前国外流媒体系统 主要是由 Real 公司 、 微软公司 与 苹果公司三分天下。 REAL 和微软公司是比较早的流媒体市场解决方案提供者。 亚洲 ： 在亚洲，韩国是一个增长最快的市场，至 2020 年已经有 200 万的宽带连接。 IDC Japan 于 2020 年 6 月 13 日公布了日本影视及音乐流媒体信息内容的市场调查结果。 结果显示， 2020 年日本流媒体市场的规模为 84 亿日元，到 2020 年将达到 1680 亿日元规模，增长约 20 倍。 欧洲： 英国调查机构 Analysys 于 2020 年 1 月 16 日公布了有关流媒体市场的调查结果。 该机构预测， 2020 年西欧流媒体市场规模将从 2020 年的 2500 万美元扩大为 2 亿美元，传输量将以年平均 90％的速度增长，营业额将以年平均 50％的速度增长，规模将扩大 10 倍。 美国：国际收视率调查的权威机构 Nielsen 预测，美国的网络流媒体市场将在2020 年达到 210 亿美元的规模。 目前流视频的使用率、新技术的开发速度以及用户对流兴趣的增强表明，美国使用流视频的人数 2020 年将到达 8400 万，为业务提供商创收 70 多亿美元。 其中通过用户每月的预订费或每次观看付费获得的收入只占总收入的 1/6；广告收入差不多占一半，其中大部分是传 统的条幅广告，但多媒体广告也占有一席之地；另外的部分来自公司的 赞助和消费者电子商务合同的佣金。 在中国的互联网流媒体市场上 ， 已经推出大量的 流媒体编解码技术的产品 如REAL， WMV， 、 MPEG12 等 ， 推动了流媒体技术的应用和发展。 国内厂商没有国 外厂商在产品线上的领先，但是在专业领域却有着很好的发展，尤其国内厂商熟悉中国广播电视以及流媒体的实际应用状况，因此国内产品电子科技大学硕士学位论文 4 的竞争力也是非同小可的。 目前国内的供应商主要有 “ 广电设备专业生产商 ” 捷成科技、 “ 视频产品专业供应商 ” 影佳科技、深圳亿特研究院、思华科 技、上海汉唐等。 论文 所采用的关键技术 J2EE 体系结构 流媒体系统在开发时采用 J2EE 体系结构，具有以下优点： (1) 平台无关性：可以根据自身的情况选择合适的硬件、操作系统、数据库。 保证系统的开放性。 (2) 保护用户投资：当用户更换平台时，由于基于 J2EE 的系统能方便地移植到其它平台上，而无须重新开发，有效地保护用户的投资。 (3) 广泛的支持： J2EE 技术规范得到了从国际性大公司到自由软件开发者的广泛支持， SUN， IBM， ORACLE， NETSCAPE， BEA 等纷纷推出基于 J2EE 的软件产品。 MVC 设计模式 根据系统设计魔术 ， 当一个应用系统包括多层代码时 ， 如果不采用比较健壮的设计方法和设计模式 ， 在这种设计模式下，系统会出现大量其他的一场情况或者错误情况 ， 应用程序很 容易就成为这些代码的简单混合物。 由于 系统的各个部分互相依赖 ， 各模块间的强偶合，使得系统的组件 代码重用 会变得相当的困难及不可实现。 这种情况下，当系统任何功能模块出现不稳定状况都会影响整个系统的正常运行 ，如果要新增一个新的应用模块那么就要对原先的应用模块部分进行重新拷贝和复制黏贴，需要花费大量的重复劳动时间，也会造成系统代码的重复和效率低下 ，当这样的需求在系统的多个地方提出时， 当系统中多出出现此类需求时，这时候系统就会出现很多重复和类似代码，是系统运行效率下降并可能出现这样那样的系统错误和不稳定性。 这时候， 运用 MVC 软件开发方法能合理的决绝上述提出的这样那样的问题和困难。 运用 MVC 来说合计系统，能真正实现系统的三层分离即模型层 、 视图层 、控制层的分里面。 第一章 绪论 5 视图是对软件系统模型层的一些内容的表现和反应，通过视图可以维护模型层的一致性、稳定性和安全性。 视图通过业务逻辑层来反应模型层的内容并将它们一一呈现在用户的眼前。 在这种业务模式下视图通过对自身业务的扩展来监测业务数据层的模式改变和结构改变 ， 视图根据业务数据的改变能主动并即时的来改变自身的运行状态和表现状态。 他能够通过主动模式和被动模式来改变自身的状态以达到适应新情况和新要求的变化和改变。 在 被动模式下 ， 相应的方法会 根据需求的变化来调用 当前最新数据时。 流媒体技术 本系统的设计原则定位在流媒体设计的先进性。 以 Windows Media Service 为基本的流媒体开发平台，它们有充分的技术优势，约占全球最大的流媒体应用。 WINDOWS 系统的技术优势为： (1) 快速 缓冲技术，客户无须下载全部内容，可以边下载边收听、收看； (2) 视频播放增强过滤器：当接收到视频流时， Windows Media Player 使用智能过滤功能以删除无用数据以提高整体视频质量，在低带宽时尤其如此； (3) 智能传输：在网络状况不稳定时，客户端和服务器现在可以智能地降低质量以保证持续播放； (4) 支持高质量的视频服务，可以提供高清晰质量的流媒体服务； (5) 支持电信、运营级别的大并发流媒体服务； (6) 支持无人值守的自动录制； (7) 支持分布式应用； (8) 支持 DRM 数字版权技术； (9) 支持内容标注，在不改变原文件的情况下产生新的视频 段落； 以 Windows Media Service 为核心服务，能很好的完成客户对点播、直播、虚拟直播、嘉宾访谈、内容标注、互动视频、自动录制等服务的需求。 基于 的集群转码技术 实时转码技术采用先进的 MPEG4 AVC / 编码算法，基于标清和高清标准设计开发的网络转码技术。 系统支持 1080i、 720p、 Full D CIF 等多种输出分辨率，码流可在 300kbps 至 1Mbps 之间调整，适应 WEB 网络的高清播放和低码流需要。 电子科技大学硕士学位论文 6 实时转码技术提供标准 MPEG4 AVC / 和高清 MPEG4 AVC / 两种编码格式。 经过优化的 MPEG4 AVC / 编码，不仅极大的提高了编码效率，而且，信源在 编码过程中，采用了特殊的加密技术，从而更为有效的保护数据传输和播出的安全性。 实时转码技术尤其适合在互联网等带宽有限条件下，提供安全、清晰、流畅的视频播出。 论文内容和结构 本文将流媒体协议分析入手详细介绍什么事流媒体并运用实例简单分析流媒体协议，接下来本文将从流媒体代理缓存技术开始详细分析流媒体缓存技术的实现和应用， 详细分析基于 P2P 协议的流媒体系统的设计和实现，最后介绍流媒体的视频编码技术，介绍基于 的流媒体编码技术的算法和实现。 本文组织结构如下： 第 一 章：背景知识的介绍。 主要介绍 系统 的 发展现状 ， 系统的设计依据。 第 二 章： 通过分析流媒体协议，详细介绍流媒体代理缓存技术及流媒体缓存技术的实现和应用。 第 三 章： 详细分析 流媒体的视频编码技术，介绍基于 的流媒体编码技术的算法和实现。 第 四 章： 详细分析基于 P2P 协议的流媒体系统的设计和实现。 第 五 章： 运用实例详细分析流媒体技术的协议。 第 六 章：阐述论文最终的成 果 ， 提出进一步 改进 的设想。 本章小结 本章首先介绍流媒体技术的应用背景，然后分析了流媒体技术的关键技术，最后介绍论文研究内容和组织结构及取得的成果。 第二章 流媒体代理缓存技术分析 7 第二章 流媒体代理缓存技术分析 概述 随着互联网系统的不断普及以及互联网技术的不断发展，多媒体应用成为互联网应用的主流，随之出现了随着多媒体应用的普遍发展，网络带宽也越来越紧张，导致用户的接入和观看视频的质量也随之下降。 代理缓存技术就成为了解决这一矛盾的有效技术之一 ， 所谓代理缓存是将视频数据通过分发的手段将内容发布到离用户最近的服务器中，当用户观看 视频时刻解决带宽不够的问题，由 缓存提供服务 使后续的视频流媒体请求 减 骨干网络和服务器的负载问题 ， 用于提高对用户的服务质量。 如下图 21 所示。 图 21 部署代理缓存的网络体系结构 代理缓存技术 作为一种网络技术 最初是用在 互联网内容 的分发 和发布啥我那个 上。 在流媒体应用方面，因为流媒体应用不同于一般的网络应用，它具有以下特点： 第 一 ，流媒体的分发需要在一段时间持续占用巨大的网络带宽 和 磁盘 I/O 贷款 ， 降低网络的带宽消耗和硬件的资源消耗是流媒体应用的主要内容之一。 第 二 ，在流媒体的播放过程中，用户往往要参与到互动中来，网络带宽质量的不同会造成参与效果的不同 ，对 网络 缓存的管理带来困难。 第 三 ， 流媒体作为一种视频技术，在分发时需要占用大量的网络空间 ， 如果能实现流媒体缓存像网页缓存一样，那么将大大提高流媒体的使用效果 ， 如果不能很好进行缓存那么 视频流媒体 将可媒体 服务器 骨干网 代理 服务器 骨干网 客户 客户 客户 缓存 电子科技大学硕士学位论文 8 能消耗大量缓存空间和带乱 ，将大大 用户的 利用率和命中率 ，影响系统应用。 第四， 流媒体不同于一般的网页浏览，需要更高的要求比如画面质量要求高，不能老是缓冲， 视频画面不能老是抖动，这需要对流媒体服务器上的服务端进行优化和重新配置。 几种典型 的 流媒体缓存算法 基于间隔的缓存算法 基于间隔的缓存 (Interval Caching) [3] 指 对同一个流媒体对象之间的时间间隔做缓存处理 ， 通过 显著降低服务器的 I/O 读写率和吞吐量 来达到缓存的目的。 通过缓存 连续请求的间隔部分 ，这种现象 主要出现在 对媒体 视频 对象相同部分的两个连续请求 时间。 目前 该算法 已经有很多 衍生版本 和扩展 ，最 典型 的是 Tewari 提出的基于 视频 资源的缓存算法 [4]。 作为视频资源缓存的约束力条件，主要是缓存空间和传输带宽作为首要条件 ， 针对这种算法和研究，采用了一种 启发式的算法作为流媒体应用的缓存粒度进行处理和反应。 其粒度可以是临近应用的间隔比如一个片段，一个组合，一个活动的空间等一系列媒体和条件以上应用 ， 称为游程 （ run)。 选择缓存算法 在考虑磁盘容量的约束条件下 ，保证流媒体的正常播放 ，分别针对骨干链路有无 QoS 保证时的情形 ， 提出了 不同的 两种 流媒体 媒体数据帧选取 的 缓存算法 [1]。 当骨干链路无 QoS 保证时，帧选取的原则是使得代理缓存可以为客户端播放缓存提供尽可能多的帧 ,当骨干链路有 QoS 保证时， 以提高网络拥塞时媒体播放的鲁棒性 帧 播放 选取的原则是使得骨 干链路的客户端播放缓存 和 带宽需求最小。 选择缓存算法 (Selective Caching)是 根据带宽情况对影响媒体播放的关键数据或者内容有选择地缓存。 当用户接入带宽资源有限的时候 ， 确保用户观看视频不受影响保持视频的连续行和清晰度是 媒体缓存算法的主要 实现目标。 以部分超速率数据为对象的速率分段缓存算法 (RateStaged Caching)[2],同样以降低 和提高 骨干链路带宽 资源 需求为目标 ， ， 类比于时域上的前缀缓存，速率分段缓存算法也存在如何选取截断速率的问题。 有一种算法是 不以媒体数据帧为缓存对象，而该算法 针对 流媒体的流式 传输，对高于指定数据传输阈值的媒体数据 进第二章 流媒体代理缓存技术分析 9 行缓存。 研究表明，在 网络带宽 和 磁盘容量 两个约束下，确定优化的 速率是一个复杂 问题。 基于分段的缓存 研究人员开始考虑选取部分的媒体关键内容进行缓存，将媒体内容分成前缀(Prefix)和后缀 (Suffix)两个片段部分。 有效性依赖于用户请求在时域上的有效性 就是 基于间隔的缓存算法 的主要特点。 其性能有可能退化到全对象缓存 ， 当到来请求的时间间隔较长时。 前缀缓存可以有效地降低用户播放媒体对象时的启动时延，是目前应用较为广泛的流媒体缓存技术。 其不足之处在 于媒体前缀部分的长度不容易确定。 在等长划分算法中，片段长度的选择是关键， 文献 [7]提出基于媒体的受访特性确定等分片段的长度，可以获得比指数分段缓存或者前缀缓存更低的网络带宽占用 [8]。 分段缓存算法可以提供较为精细更为普遍的方式是将媒体。