解析Internet流媒体的传输与网上数据的交换

刘俊姝

【摘 要】互联网的迅猛发展使流媒体广泛应用于日常工作和生活中。流媒体是指Internet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如：音频、视频或多媒体文件。一个完整的流媒体是相关软硬件的完美集成，它包括压缩编码、内容编辑存储和播放、应用服务器等。本篇将对实现流媒体的关键技术“流式传输”作一简要阐述，以及如何实现实时播放的。

【关键词】流媒体；流式传输；实时

1.流媒体概述

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。流媒体又叫流式媒体，它是指厂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。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。

这个过程的一系列相关的包称为“流”。流媒体实际指的是一种新的媒体传送方式，而非一种新的媒体。流媒体技术全面应用后，人们在网上聊天可直接语音输入；如果想彼此看见对方的表情，只要双方各有一个摄像头就可以了；在网上看到感兴趣的商品，点击以后，讲解员和商品的影像就会出现；更有真实感的影像新闻就会出现。

2.流媒体的传输

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。在采用“流式传输”方式的系统中，用户不必像采用下载方式那样等到整个文件全部下载完毕，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用解压设备（硬件或软件）对压缩的A/V、3D等多媒体文件解压后进行播放和观看。此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。

在网络上传输音/视频等多媒体信息，目前主要有下载和流式传输两种方案。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，避免了用户必须等待整个文件全部从Internet上下载才能观看的缺点。

流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Realtime streaming）和顺序流式传输（progressive streaming）。一般说来，如视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。

3.流式传输的实现条件

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，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，甚至先发的数据包还有可能后到。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，避免因网络暂时拥塞而使播放出现停顿现象。因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，所以高速缓存所需容量并不大，通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。

流式传输的实现需要合适的传输协议。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，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。流式传输的过程一般是这样的：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；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。

4.网上数据的交换

针对软件、设备和数据传输速度上的差别，用户以不同浏览音视频内容。为满足客户要求，Progressive networks公司编码、记录不同速率下媒体数据，并保存在单一文件中，此文件称为智能流文件，即创建可扩展流式文件。当客户端发出请求，它将其带宽容量传给服务器，媒体服务器根据客户带宽将智能流文件相应部分传送给用户。以此方式，用户可看到最可能的优质传输，制作人员只需要压缩一次，管理员也只需要维护单一文件，而媒体服务器根据所得带宽自动切换。

流媒体实现方式如下：智能流在RealSystem G2中是对所谓自适应流管理（ASM）API的实现，ASM描述流式数据的类型，辅助智能决策，确定发送哪种类型数据包。文件格式和广播插件定义了ASM 规则。用最简单的形式分配预定义属性和平均带宽给数据包组。对高级形式，ASM规则允许插件根据网络条件变化改变数据包发送。每个ASM规则可有一定义条件的演示式，如演示式定义客户带宽是5，000到15，000Kbps，包损失小于2.5%。如此条件描述了客户当前网络连接，客户就订阅此规则。定义在规则中的属性有助于RealServer有效传送数据包，如网络条件变化，客户就订阅一个不同规则。

在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余首先会造成服务器沉重的负担，响应时间过长，甚至停止播放，管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证。

IP组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个；所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。

点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，却会迅速用完网络带宽。

5.流媒体业务发展

互联网的迅猛发展和普及使流媒体技校发展迅速，流媒体技术广泛应用于多媒体新闻发布、在线直播、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化和繁华，对人们的工作和生活将产生深远的影响。一个完整的流媒体解决方案应是相关软硬件的完美集成，它大致包括内容采集、 视音频捕获和压缩编码、内容编辑、内容存储和播放、应用服务器内容管理发布及用户管理等多方面。最首要的是理解流媒体的流式传输与网上数据的交换原理，实现实时播放。

【参考文献】

[1]林宗福主编.多媒体技术基础（第三版）.清华大学出版社.