流媒体技术研究及流媒体播放器的实现

流媒体技术研究及流媒体播放器的实现内容摘要：

时传输协议，用于Inter 上针对多媒体数据流的传输。 工作于一对一或一对多的传输情况，可提供时间信息和实现流同 步。 RTP 通常使用 UDP 传送数据，也可在 TCP 或 ATM 协议上工作。 当应用程序开始一个 RTP 会话时，会使用两个端口，一个给 RTP，一个给 RTCP。 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服务，而是依靠 RTCP 提供这些服务。 通常 RTP 算法并不作为一个独立的网络层实现，而是作为应用程序代码的一部分。 RTCP 是英文 RealTime Control Protocol 的缩写，中文称之为实时传输控制协议。 RTCP是一个控制协议， 为顺序传输数据包提供可靠的传送机制，并对网络流量和阻 塞进行控制 ，它的设计目的是与 RTP 协议共同合作，为顺序传输数据包提供可靠的传送机制。 （ 2） 实时流协议 RTSP 实时流协议 RTSP（ Real－ timeStreamingProtocol）是由 RealNetworks、 Netscape 共同提出的一种协议，它定义了如何使一对多应用程序有效地通过 IP 网络传送多媒体数据。 RTSP在体系结构上位于 RTP、 RTCP 之上，它使用 TCP或 RTP 完成数据传输 [2]。 RTSP 是在服务器端与客户端之间的 远程遥控器 ，也就是通过客户端对服务器上的音视频流作的播放、录制等操作的请求。 在客户端应用程序中对流式多媒体内容的播放、暂停、快进、录制和定位等操作都是通过 RTSP 协议实现的 [3]。 （ 3） 资源预订协议 RSVP[3] RSVP 是英文 Resource Reservation Protocol 的缩写，翻译成中文就是资源预留协议， 毕 业 论 文 5 它可以让流数据的接收者主动请求数据流路径上的路由器，为该数据流保留一定资源（即带宽），从而保证一定的服务质量。 流媒体的文件格式 流（ Stream）媒体格式是将一个资料（动画、影音等）分段传送，用户不必等待整个内容传送完毕，就可以观看到即时的连续的内容 ，甚至可以随时的暂停、快进、快倒。 但是各个 公司发展的文件格式不同，传送的方式也有所差异，因此，我们必须非常清楚各种流媒体文件的格式。 包括压缩媒体文件格式、流式文件格式和媒体发布格式三种格式。 （ 1） 压缩媒体文件格式 压缩媒体文件格式有时被称为压缩格式，包含了描述一段声音和图像的同样信息，压缩过程改变了数据位的编排。 在压缩媒体文件再次成为媒体格式前，其数据需要解压缩。 （ 2） 流式文件格式 流式文件格式经过特殊编码，使其可在网上以流的方式播放标准媒体文件，但效率不高。 将压缩媒体文件编码成流式文件，必须假如 一些附加信息，如计时、压缩和版权信息。 下面是比较常见的流文件格式： Real Networks 的 rv/ra 格式 Microsoft 的 ASF QuickTime 的 MOV 格式 Flash 的 .swf 格式 Metastream 的 .mts 格式 Authorware 的 .aam 格式 （ 3） 媒 体 的 发布格式 媒 体发布格式不是压缩格式，也不是传输协议，其本身并不描述视听数据，也不提供编码方法。 媒体发布格式是视听数据安排的惟一途径，物理数据无关紧要，仅需知道数据类型和安排方式。 流媒体所存在的关键问题 为了实现较好质量的 流媒体实时播放，需要考虑媒体流传输的所有环节。 其中，影响 到流媒体的关键问题 是：编码和压缩的性能和效率、媒体服务器的性能、媒体流传输的质量控制 ，宽带网络普遍存在速度过慢，对文件格式标准的不一致性，接收机和播放器间的关系。 编码 /压缩的性能 [4] 影响音 /视频流的压缩 /编码性能的因素很多。 （ 1） 压缩效率。 压缩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。 （ 2） 编码的冗余性和可靠性。 与普通的多媒体文件压缩 /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。 为了解决这个问题，可以 采用了一些先进的编码技术，如错误弹性编码。 流 媒 体 技 术 研 究 及 流 媒 体 播 放 器 的 实 现 6 （ 3） 媒体流的压缩 /编码还需要考虑速率调节的能力，因为网络的拥塞状况是不断变化的，流媒体的编码必须能够适应网络速率的变化。 服务器性能 [4] 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。 特别是在生活中，如果许多用户同时登陆同一个网站，就会出现登陆失败或者不断处于登陆状态中。 为了解决这一问题，服务器的性能是很重要的。 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。 媒体流传输的质量控制 这是制约流媒体性能的最重要的因素。 由于流媒体传输对网络带宽、延迟、丢失率等都有很高的要求，而基于无连接的包交换 IP 网络对带宽资源和服务质量的控制能力都比较弱，因此，在 IP 网络上进行流媒体传输需要采用一些应用层的质量控制机制来解决传输中的问题。 这些质量控制机制可以分为几个层次： 一 是采用速率适 应机制 ；二 是采用内容分发网络(CDN)；三是 通过 CDN 能够有效地提高整个流媒体系统的扩展性，降低对每个流媒体服务 器的性能要求。 目前，利用 CDN 传输流媒体是大规模流媒体应用的发展趋势。 宽带网络普遍存在速度过慢 [5] 目前，宽带服务的质量通常还没有保证，平时在家中上网仍然存在速度过慢或者掉线的情况，即使使用电缆或者 ADSL，也存在缓冲问题。 例如平时会在“武汉热线”上收看视频文件，当在线用户过于拥挤时，就会存在视频文件打不开或者不停处于缓冲状态。 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。 使用了 MPEG2 压缩技术的数字电视和每流 312Mb/s 的带宽取决于网络希望达到的质量；使用 MPEG4 压缩技术，可以通过 750KB/S 或者 2M/S 的带宽实现与上面可比的图片质量。 然而，今天 DSL 连接大约是 1M/S，正常情况下要比多用户同时连接的时候更少发生掉线，但还有很多用户还在通过低速网络连接，有的使用的仅仅是 56K/S 的 Modem。 因此接入高速宽带网络的缺乏，无疑是推广流媒体应用的一个障碍。 但是形势正在迅速发生变化，这一前进道路上不可避免的障碍很可能在不久的将来被克服。 对文件格式 标准的不一致性 [5] 自流媒体技术出现以来，流媒体个行业的文件格式就各自一体，他们都希望自己特殊的压缩系统和流式文件格式成为当今的标准，例如 Windows Media Player 的 ASF（ Advanced Streaming format） 格式 ， 它是微软为了和现在的 Real Player 竞争而推出的一种视频格式，用户可以直接使用 Windows 自带的 Windows Media Player 对其进行播放。 Real Player 也有自己的文件格式 ，希望获得最大观众群的内容供应商要面对的是以所有标准、所有比特率提供的内容，这种情况只会阻止内容供应商进入这一市场，并使那些并不关心媒体需要谁的播放起来播放内容的终端用户感到困惑。 毕 业 论 文 7 接收机和播放器间的关系 [5] 运行在未来流媒体设备上的软件需要有比现在可下载的桌面流媒体播放器更细致的设计。 如果硬件使用最优化，使用老式的 486CPU 机无瑕疵播放视频是可能的。 然而，即使最新的 2GHz Pentium 4 机在播放一个简单的 AVI 文件时也会出现停顿和阻塞，问题不在于底层的硬件设备，而在于软件应用程序和它所运行的操作系统的实时行为，除非同时完美播放视频的软、硬件两方面，否则就不可避免。 播放器软件设计者们还没有认识到，如果运行的软件由于处理器时间表冲突和资源竞争而不能及时完成其功能，造成视频丟帧，那将不可接受。 2 流媒体播放 器 概述 流媒体播放器是一个与网络接口结合在一起的传送流媒体数据报的应用软件和显示最后节目的音频与显示装置。 目前最典型的流媒体应用系统有： Microsoft 公司的 Windows Media。 Real Networks 公司的 Real System。 Apple 公司的 QuickTime. 这 3 种流媒体播放器的工作方式都基本相同，但在具体实现上有很多的不同之处，各有各的技术特点。 Windows Media Player Windows Media Player 支持的视频流媒体格式主要是微 软自己开发的 ASF 与 WMV，这两者的编码技术还是相当先进的，特别是 ASF。 虽然 ASF 的画质表现并非十全十美，但是它对网络带宽的要求比较低，同时对主机性能也没有很高的要求。 至于 WMV，它与 ASF 的区别不是很大，。