流媒体技术
一、 流媒体简介
1、流媒体的出现
长期以来，由于受到网路带宽的限制，互联网上的数据都是以文字、图片之类的静态内容为主，而那些音频、视频数据很难在网上发布，因为一般非压缩的广播级品质视频需要160Mbps的网络带宽；非压缩CD音质的音频则需要大约2.8Mbps的网络带宽。目前大部分网络用户的带宽还只是56Kbps，这与音频、视频的传播要求相差甚远。网络带宽很难在短期内得到迅速提升，因此要实现网上音频、视频传播就必须在传播文件本身下功夫，这样就出现了流媒体(Streaming media)。所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式，而流式传输方式则是将整个A/V及3D等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。
流媒体技术的开发创意是从传统的TCP/IP协议对通过网络传送信息的控制方法中得到的。当我们通过TCP/IP协议下载文件时，服务器会按照一定的次序将文件分成若干个独立的数据包，然后依次发送出去。而客户端的程序会将这些数据包重新组装起来，最终形成和原来完全一样的完整的文件。这时候，我们就可以对这个文件进行任何可能的操作了。流技术则不然。流技术能够按照特定的顺序将文件发送出去，而播放程序则可以边接收数据边播放他们。
2、流媒体形式简介
目前，在Internet/Intranet上提供流媒体服务的软件中应用广泛、成熟的产品还不多。 根据媒体形式的不同，流媒体可分为如下五类：
1）、流式音频。网上流式音频主要有数字化声音、音乐和语音识别三种形式，如ToolVox,RealAudio,Crescendo MIDI等。
2）、流式视频。如VDO Net公司的VDO Live，CISCO公司的IP/TV， XING Technology公司的StreamWorks等。
3）、流式动画。如Macromedia公司的FLASH矢量动画。
4）、流式图象。新推出的RealPlayer G2支持RealPix流式图象文件格式。
5）、流式文本。新推出的RealPlayer G2支持RealText流式文本文件格式。
二、流媒体实现的关键技术---流式传输
流式传输的定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频等）的技术总称。其特定含义为通过INTERNET将影视节目传送到PC机。
1、 流式传输的方式
实现流式传输有两种方法：顺序流式传输（progressive streaming）和实时流式传输（Realtime streaming）。
1)、顺序流式传输（progressive streaming）
顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看再线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方法保证电影播放的最终质量。这意味着用户在观看前，必须经历延迟，对较慢的连接尤其如此。
顺序流式文件是放在标准HTTP 或 FTP服务器上，易于管理，基本上与防火墙无关。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如：讲座、演说与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。
2）、实时流式传输（Realtime streaming）
实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，可能发生周期暂停。
实时流式传输必须配匹连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图象质量较差。而且，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。如欲保证视频质量，顺序流式传输也许更好。实时流式传输需要特定服务器，如QuickTime Streaming Server、RealServer与Windows Media Server。这些服务器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。实时流式传输还需要特殊网络协议，如：RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。这些协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容。
2、流式传输的原理
1）流式传输的实现途径与过程
首先，多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目前的网络带宽对多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面：一是降低质量；二是采用先进高效的压缩算法。
其次，流式传输的实现需要缓存。这是因为Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输。数据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。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，而不会因网络暂时拥塞使播放出现停顿。
再次，流式传输的实现需要合适的传输协议。WWW技术是以HTTP协议为基础的，而HTTP又建立在TCP协议基础之上。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。 2） 、支持流媒体传输的网络协议
A、实时传输协议RTP与RTCP
RTP： 实时传输协议（Real－timeTransportProtocol）一种用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。
RPCP： 实时传输控制协议(Real－timeTransportControlProtocol)和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。
RTP是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP被定义为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，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：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，它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。
实时传输控制协议RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。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。RTP和RTCP配合使用，它们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。 B、 时流协议RTSP
RTSP：实时流协议 (RealTimeStreamingProtocol) 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。
实时流协议RTSP(RealTimeStreamingProtocol)是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。
C、资源预订协议RSVP协议
RSVP：资源预订协议(ResourceReserveProtocol )正在开发的Internet上的资源预订协议。
由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。 使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供方便
3） 、识别流媒体类型的途径--MIME
Web服务器和Web浏览器如何识别流媒体并进行相应的处理呢？答案是MIME。MIME是MultipurposeInternet MailExtensions（通用因特网邮件扩展）的缩略词。它不仅用于电子邮件，还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型。Web服务器和Web浏览器都基于HTTP协议，而HTTP都内建有MIME。HTTP正是通过MIME标记Web上繁多的多媒体文件格式。
流式传输的过程一般是这样的：
1、 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
2、 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。
3、 A/VHelper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。
4、 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。
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/VHelper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，其基本原理如图一所示。
