流媒體技術基礎

一、流式傳輸的基礎
在網絡上傳輸音/視頻等多媒體信息目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時由于網絡帶寬的限制，下載常常要花數分鐘甚至數小時，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視頻服務器向用戶計算機的連續、實時傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經過幾秒或十數秒的啟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，文件的剩余部分將在后臺從服務器內繼續下載。流式不僅使啟動延時成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點。
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、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內容存入內存，流式媒體的數據流隨時傳送隨時播放，只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，現在主要指通過網絡傳送媒體（如視頻、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：實時流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，文件即通過順序流發送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看再線媒體，在給定時刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸不象實時流式傳輸在傳輸期間根據用戶連接的速度做調整。由于標準的HTTP服務器可發送這種形式的文件，也不需要其他特殊協議，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，由于該文件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。這意味著用戶在觀看前，必須經歷延遲，對較慢的連接尤其如此。

對通過調制解調器發布短片段，順序流式傳輸顯得很實用，它允許用比調制解調器更高的數據速率創建視頻片段。盡管有延遲，畢竟可讓你發布較高質量的視頻片段。

順序流式文件是放在標準HTTP或FTP服務器上，易于管理，基本上與防火墻無關。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻，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。

實時流式傳輸

實時流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網絡連接配匹，使媒體可被實時觀看到。實時流與HTTP流式傳輸不同，他需要專用的流媒體服務器與傳輸協議。

實時流式傳輸總是實時傳送，特別適合現場事件，也支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容。理論上，實時流一經播放就可不停止，但實際上，可能發生周期暫停。

實時流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著在以調制解調器速度連接時圖象質量較差。而且，由于出錯丟失的信息被忽略掉，網絡擁擠或出現問題時，視頻質量很差。如欲保證視頻質量，順序流式傳輸也許更好。實時流式傳輸需要特定服務器，如QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些服務器允許你對媒體發送進行更多級別的控制，因而系統設置、管理比標準HTTP服務器更復雜。實時流式傳輸還需要特殊網絡協議，如：RTSP（Realtime Streaming Protocol）或MMS（Microsoft Media Server）。這些協議在有防火墻時有時會出現問題，導致用戶不能看到一些地點的實時內容。

二、流媒體技術原理

流式傳輸的實現需要緩存。因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續的異步傳輸，對一個實時A/V源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網絡是動態變化的，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，甚至先發的數據包還有可能后到。為此，使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響，并保證數據包的順序正確，從而使媒體數據能連續輸出，而不會因為網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環形鏈表結構來存儲數據：通過丟棄已經播放的內容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續尚未播放的內容。一般流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。

流式傳輸的過程一般是這樣的：用戶選擇某一流媒體服務后，Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸的實時數據從原始信息中檢索出來；然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務器檢索相關參數對Helper程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V數據的編碼類型或與A/V檢索相關的服務器地址。

A/VHelper程序及A/V服務器運行實時流控制協議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。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、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務器使用RTP/UDP協議將A/V數據傳輸給A/V客戶程序（一般可認為客戶程序等同于Helper程序），一旦A/V數據抵達客戶端，A/V客戶程序即可播放輸出。

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

三、智能流技術（SureStream）

今天，28.8Kbps調制解調器是Internet連接的基本速率，cable modem、 ADSL、DSS、ISDN等發展快，內容提供商不得不要么限制發布媒體質量，要么限制連接人數。根據RealNetwork站點統計，對28.8Kbps調制解調器，實際流量為10bps到26Kbps，呈鐘形分布，高峰在20Kbps。這意味著若內容提供商選擇20Kbps固定速率，將有大量用戶得不到好質量信號，并可能停止媒體流而引起客戶端再次緩沖，直到接收足夠數據。

一種解決方法是服務器減少發送給客戶端的數據而阻止再緩沖，在RealSystem 5.0中，這種方法稱為“視頻流瘦化”。這種方法的限制是RealVideo文件為一種數據速率設計，結果可通過抽取內部幀擴展到更低速率，導致質量較低。離原始數據速率越遠，質量越差。另一種解決方法是根據不同連接速率創建多個文件，根據用戶連接，服務器發送相應文件，這種方法帶來制作和管理上的困難，而且，用戶連接是動態變化的，服務器也無法實時協調。智能流技術通過兩種途徑克服帶寬協調和流瘦化。首先，確立一個編碼框架，允許不同速率的多個流同時編碼，合并到同一個文件中；第二，采用一種復雜客戶/服務器機制探測帶寬變化。

針對軟件、設備和數據傳輸速度上的差別，用戶以不同帶寬瀏覽音視頻內容。為滿足客戶要求，Progressive networks公司編碼、記錄不同速率下媒體數據，并保存在單一文件中，此文件稱為智能流文件，即創建可擴展流式文件。當客戶端發出請求，它將其帶寬容量傳給服務器，媒體服務器根據客戶帶寬將智能流文件相應部分傳送給用戶。以此方式，用戶可看到最可能的優質傳輸，制作人員只需要壓縮一次，管理員也只需要維護單一文件，而媒體服務器根據所得帶寬自動切換。智能流通過描述I現實世界Internet上變化的帶寬特點來發送高質量媒體并保證可靠性，并對混合連接環境的內容授權提供了解決方法。流媒體實現方式如下：

對所有連接速率環境創建一個文件
在混合環境下以不同速率傳送媒體
根據網絡變化，無縫切換到其它速率
關鍵幀優先，音頻比部分幀數據重要
向后兼容老版本RealPlayer

智能流在RealSystem G2中是對所謂自適應流管理（ASM）API的實現，ASM描述流式數據的類型，輔助智能決策，確定發送那種類型數據包。文件格式和廣播插件定義了ASM規則。用最簡單的形式分配預定義屬性和平均帶寬給數據包組。對高級形式，ASM規則允許插件根據網絡條件變化改變數據包發送。每個ASM規則可有一定義條件的演示式，如演示式定義客戶帶寬是5,000到15,000Kbps，包損失小于2.5%。如此條件描述了客戶當前網絡連接，客戶就訂閱此規則。定義在規則中的屬性有助于RealServer有效傳送數據包，如網絡條件變化，客戶就訂閱一個不同規則。