流媒体技术在校园图书馆中的应用

张 锋

随着科技的发展,流媒体技术正推动图书馆由传统模式向数字化模式靠拢,在当今现代化的校园图书馆中声像服务以其丰富的多媒体资料,优良的视听服务和生动活泼的辅助教学,在科研服务,知识传播和文化教育中显示了充分活力。

一、流媒体介绍

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,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。这个过程的一系列相关的包称为“流”。流媒体技术全面应用后,人们在网上聊天可直接语音输入、出现具真实感的影像新闻等。

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发布和销售人员培训都用网络视频进行。

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。与单纯的下载方式相比,这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式,不仅使启动延时大幅度地缩短,而且对系统缓存容量的需求也大大降低。

二、流媒体技术原理

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,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。传输过程是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,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。

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。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、流媒体的技术特征

(一)流媒体的传输方式

流媒体的传输技术主要有三种:点对点(unicast)、多址广播(Multicast)和广播(Broadcast)。多址广播又称为组播。点对点的特点是流媒体的源和目的地是一一对应的,即流媒体从一个源(服务器端的应用)发送出去后只能到达一个目的地(客户端应用)。组播是一种基于“组”的广播,其源和目的地是一对多的关系,但只能在同一个组内建立,即流媒体从一个源发送出去后,任何一个已经加入了与源同一个组号的目的地均可以接收到。广播的源和目的地也是一对多的关系,这种关系则不局限于组,即流媒体从一个源发送出去后,同一网段上的所有目的地均可以接收到,广播可以看作组播的一个特例。

广播和组播对于流媒体传输来说是有重大意义的。因为流媒体的数据量往往要占用很大的网络带宽,如果采用点对点方式,所需的网络带宽与目的地的数目将成正比;如果采用广播或组播方式,那么流媒体在源端只需传输一份,组内或同一网段上的所有客户端应用均可以接收到,这就大大降低了网络带宽的占用。

(二)数字视频和声音传输技术

数字视频和声音传输属于流媒体传输范畴。模拟视频和声音信号经过捕获设备转换成数字形式的数据量是很惊人的,所以一般会采取压缩技术。另一方面,数字视频和声音传输对时间的敏感性很强,实时性要求很高,如果不采用特别的网络传输协议是很难满足要求的。所以,实现数字视频和声音传输的一般做法是:先在源端将数字视频和声音信息进行压缩,然后经由诸如ATM的有服务质量(即QoS)保证的网络传输到目的地,再在目的地解压后显示或回放出来。如果需要在如IP网络这样的没有QoS保证的网络上传输,则至少也得采用实时传输协议(RTP)进行传输。

目前已发展和正在发展的数字视频和音频压缩技术有很多种,不同的压缩技术有不同的侧重点,适应于不同的应用。常用的已经标准化的压缩技术有MPEG-1、MPEG-2、H.261/H.263等,正在发展的有MPEG-4等。MPEG-1、MPEG-2适用于高带宽的能够提供高质量低延迟的视频和音频应用,而H.261、H.263以及正在发展MPEG-4则适用于低带宽的对图象质量的延迟要求不高的应用。

(三)流媒体系统相关协议

流媒体系统相关协议仍处于发展过程中。目前,认为可能会成为流媒体系统的主流协议有:

(1)Internet网络和传输协议,即IP协议、TCP/UDF协议;

(2)媒体投递和控制协议,即RTP和RTCP;

(3)媒体控制协议,即RTSP和SIP;

(4)媒体描述和说明协议,即SDP和SAP等。

四、流媒体技术的应用范围

互联网的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力,流媒体业务正变得日益流行。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。

(一)远程教育

将信息从教师端传递到远程的学生端,需要传递各种类型数据的信息。由于当前网络带宽的限制,流媒体无疑是最佳的选择。除去实时教学外,使用流媒体中的VOD(视频点播)技术,更可以达到因材施教、交互式的多媒体教学目的。

(二)宽带视频点播

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,虽然VOD技术趋于完善,但音、视频信息的庞大容量阻碍了VOD技术的发展。流媒体经过了特殊的压缩编码,适合在互联网上传输,在视频点播方面可以用互联网替代局域网。

(三)互联网直播

在互联网上直接收看各类新闻、访谈等。宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进,使互联网直播从试验阶段走向了实用阶段,并能够提供较满意的音、视频效果。从技术和市场考虑,互联网直播是如今流媒体众多应用中最成熟的一个。

(四)视频会议

市场上的视频会议系统很多,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较少。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校园内部视频会议的发展起了很重要的作用。

五、数字图书馆流媒体视频点播技术应用

该技术的实现有几个必备要素,一是宽带的网络环境,尤其是在局域网、校园网内部应用,技术十分成熟。二是对服务器的性能和存储空间要求较高。三是系统平台的稳定性和支持的并发用户数。现主要对服务器和系统平台的应用作详细介绍。

(一)流媒体视频服务器

流媒体视频服务器是音视频资料存储和发布的中心,是整个视频点播系统的核心部分。硬件的性能直接决定音视频资料的存储容量、稳定性和数据传输的质量。目前主要采用专业流媒体视频服务器或通用服务器作为服务端。

专业流媒体视频服务器是为流媒体应用量身定做的硬件设备,其特殊的存储结构和网络结构完全针对视频应用而设计,针对不同的接入网络和系统需求,提供不同的接口服务模块。都带有大容量的磁盘阵列设备,支持多路CPU,具有良好的可扩展性,并提供专用的操作系统和流媒体应用软件。通常是由服务器组构成,价格很高。

通用服务器—般由普通的微机服务器担当,需配备较大的存储空间,有时配备磁盘阵列组。相比专业流媒体视频服务器,处理能力有限,支持的并发用户较少,管理维护简单,一般适用于小型应用系统,价格较低。

(二)视频点播应用系统

流媒体技术是Real NetWorks公司首先推出的,目前许多厂商都推出了成熟的产品。基于流媒体的国际标准和基于流媒体的语言SMIL(SynchronizedMult imediaIntegrationLanguage)也已经提出。SMIL是一种类似于HTML的标记语言,可以描述演示的实时行为、屏幕上演示的版面以及协同媒体之间的超链接,可以演示流式视频、音频、图像、文本等多种类型,允许在一个同步多媒体演示中集成一系列的独立多媒体对象。目前比较成熟和应用广泛的视频点播应用系统有Real System、Windows Media、QuickTime等,Real System和Windows Media分别有可以提供免费使用的版本,可以支持的最大并发用户数理论上在400人左右。出于经费等方面的考虑,建议数字图书馆选择使用Windows Media或Real System,也可以将两者结合起来使用。

1、Real System可在网上发布Real格式的视频、音频文件,使用广泛。产品包括服务端Real Server (新版本更名为Helix Server)、制作压缩工具Real Producer/Real Encoder、客户端播放器Real Player/Real One Player。Real Server使用两种通道与客户端软件real player通讯:一种是控制通道,用来传输客户端命令,如“暂停”等,使用TCP协议;另一个是数据通道,用来传输实际的流媒体数据,使用UDP协议。Real Server主要使用两个协议来与客户端联系:RTSP(Real Time Streaming Proto-col)和PNA(Progressive Networks Audio)。当用户通过浏览器点击一个指向流媒体文件的链接时,Real player打开一个与Real Server的双路链接,通过这个链接与Real Server之间来回传输信息。一旦Real Server接受了客户端的请求,它将通过UDP协议传输客户请求的数据

2、微软开发的Windows Media Service是一种能适应多种网络带宽的流媒体信息的发布平台,可以提供流媒体的制作、发布、播放和管理,其成套产品集成在Windows2000 Server中,安装方便、配置简单、对使用的限制也较少,并可在此基础上开发新的应用方式。其服务端为Windows Media Service,其核心是ASF(Advanced Stream Format)。通常使用Windows Media Encoder来压缩编码并制作可发布文件,客户端则使用Windows Media Player来播放,通过MMS(Microsoft Media Server Protocol)等协议传输流媒体数据。

(三)构架数字图书馆视频服务器

从图书馆经费和技术力量方面来考虑,建议采用通用服务器,配备大一点的存储空间,可以考虑配备磁盘阵列。一般IT的硬盘空间大约能存储5000到10000张光盘。建议操作系统平台采用Window2000 Server系统,安装维护都比较简单,不需要特别的技术支持。应用系统方面可以采用Real公司最新推出的Helix Server平台。构架流媒体视频服务器的过程十分简单,只需将视频点播系统的服务端组件安装在服务器上,参数配置过程包括端口设置,定义服务器的最大链接数,定义冗余服务器列表,创建流媒体数据的保存路径,配置流媒体文件播放的链接地址等。同时需要使用专门的数据压缩工具来压缩编码,将各种多媒体资料制作成可发布的流媒体文件保存到指定的路径下。一张600M的光盘,制作成流媒体文件,通常可压缩到100M左右。最后在主页上设置视频栏目,介绍视频资料,链接视频文件播放地址,用户就可以利用客户端播放工具点播视频文件。

参考文献 :

[1]张淑琴.高校图书馆声像服务工作应对网络媒体技术挑战的对策分析.内蒙古财经学院学报,2003.

[2]吴雄林,李勇.流媒体技术在图书馆声像信息服务创新中的应用.图书情报知识,2003(6).

[3][澳]Michael Topic著.流媒体技术商机揭密. 电子出版社,2004.

(作者简介:张锋(1980—)男,武汉大学东湖分校图书馆助理馆员,主要从事音频资料的复制编辑工作、流媒体视频资料的采集和编辑以及VOD视频点播技术工作。)