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流媒体技术和市场应用
流媒体技术和市场应用
当今,作为第四媒体的网络正在带给人们的是各种各样的信息,不再只是单纯文本、图像和简单的声音文件,而是包含音、视频的多媒体技术,包括电影、新闻剪辑电台、广播电视、网络游戏甚至虚拟宠物。
想要使用这些多媒体信息,就必须实现视频、音频信息在网络上的传输,于是面临的是另外一种不可避免的尴尬:
正是人们需求的不断提高,上网人数的趋增,而网络硬件设备的本身局限性,使得文件的大小成为网络传输一个不可忽视的参数。
一方面,人们希望能在网络上看到生动清晰、活泼精彩的媒体演示,另一方面人们又不得不去面对如此慢的网络速度下文件传输所需的大量时间。
为了解决这种矛盾,一种新的媒体技术应运而生,这就是"流媒体(streammedia)技术",流媒体又叫流式媒体。
流媒体可以说是网络发展的必然结果,也是未来网络发展的全新推动力。
美国研究顾问公司的Jaffrayd在最近的报告中指出,宽带网络的逐渐普及、流媒体内容的增加、电视和电脑互通性的增加以及人们对休闲娱乐要求等,都将促使流媒体产业的发展,他认为2-5年之后,网络媒体的声音和影像品质都将达到目前电视媒体的影音水准,但比电视更强的是,网络观众将可以拥有更多的自主权和选择权,而不再是被动的接收者。
同时,该报告还指出,电话从发明到普及家庭,经历了38年时间,相比之下,网络只花了4年时间就拥有了1000万用户,未来还将继续以每年相当高的增长率征服家庭用户。
该报告还归纳出六项推动流媒体发展的主要动力:
1、观众对于互动媒体的需求:
流媒体技术可以传送互动媒体内容,而且可以让这些内容更加生动。
2、更有效的个人广告:
利用流媒体技术,广告商可以让广告变成实际执行商务的机会,例如在广告上点击一下,观众就可以和广告商进行交易,其方便性可能提高消费者购买的意愿。
3、企业到企业(B2B)广播:
这类广播内容包括公司公布运营报告、年度股东大会、销售以及培训课程、新产品发布、商业展览、远程医疗和远程教学等。
4、广播成本:
利用流媒体传播数字影音内容,将比起传统媒体的传播方式更节省成本。
5、内容增加:
利用流媒体,传媒公司随时可以重新剪辑内容并安排播出,进而使每辑内容的累积收入增加。
6、新软件技术的发明:
流媒体会促进相关公司研发新的应用软件,使用户和网络商务、内容以及广告互动变得更加容易。
二、什么是流媒体
所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet/Intranet播放的媒体格式,如音频、视频或多媒体文件。
流媒体在播放前并不下载整个文件,只将开始部分内容存入内存,在计算机中对数据包进行缓存并使媒体数据正确的输出。
流媒体的数据流随时传送随时播放,只是在开始时有一些延迟。
显然,流媒体实现的关键技术就是流式传输,流式传输主要指将整个音频和视频(A/V)及三维(3D)媒体等多媒体文件经过特定的压缩方式解析成一个个压缩包,由视频服务器向用户计算机顺序(严格说来,是一种点播技术)或实时传送。
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。
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,极大的减少用户用在等待的时间。
总的来说,流媒体就是指在网络上使用流式传输技术的连续时基媒体。
流媒体与常规视频媒体之间的不同在于,流媒体可以边下载边播放,流的重要作用体现在可以大大节省时间,由于常规视频媒体文件比较大,并且只能下载下来后才能播放,再加上下载需要很长的时间,妨碍了信息的流通。
当然,流媒体也支持在播放前完全下载到硬盘。
流媒体与平面媒体之间的不同,流媒体最大的特点在于互动性,这也是互连网最具吸引力的地方。
在宽带的基础上,流媒体不仅是单向的视频点播,还能够提供真正互动的视频节目,比如互动游戏、三维动画、大容量聊天室等等。
其次流媒体的适用性,网络给人类带来了巨大的信息资源。
对于整个人群,信息是丰富的,但对于个人来说,传统媒体的在同一时间内以点对面的"广播"方式,很难保证受众能够接收到希望接受的信息,因为受众之间的知识水平、文化修养、个人情趣是千差万别的。
与此形成鲜明对照的是网络传播的流媒体对于受众来说具有各取所需的多种适用性,使人们享受到个性化服务,这些均是平面媒体所不能比拟的。
流媒体的"流(stream)"这个概念最初是由FLASH技术带出来。
三、流媒体技术原理
流媒体传输的是多媒体数据,这些数据大多数是事先经过特定处理,并按照规定的网络协议传送的。
流媒体的互动性特点决定了流媒体可以是单播、广播、点播和组播播放方式,而不能够任意传播给网络服务器。
1、流式传输的实现途径
首先,多媒体数据进行预处理后才能适合流式传输,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不够。
数据预处理主要包括两方面:
一是降低多媒体的质量;二是采用先进高效的压缩算法。
在不同流媒体平台上的传输的数据压缩算法是不相同的,并且能根据不同的网络环境进行不同的预处理。
其次,流式传输的实现需要缓存。
这是因为Internet以包传输为基础进行连续的异步传输,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,每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,而不会因为网络暂时阻塞使播放出现停顿。
通常高速缓存所需容量并不大。
这是因为高速缓存使用环行链表结构来存储数据:
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。
再次,流式传输的实现需要合适的传输协议。
万维网(WWW)技术是以超级文本传输协议(HTTP)为基础的,而HTTP又建立在传输控制协议(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(用户数据协议)来传输实时声音数据。
在实时流传输时利用实时传输协议RTP(Real-timeTransportProtocol,用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议)、实时传输控制协议RTCP(Real-timeTransportControlProtocol,和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务)、实时流协议RTSP(Real-timeStreamingProtocol,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)。
除上述协议之外,流媒体技术还包括对于流媒体类型的识别。
这主要是通过多用途Internet邮件扩展(MultipurposeInternetMailExtensions,MIME)进行的。
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。
2、流式传输的过程
流媒体的流式传输的过程通常如下:
(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;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。
这些差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。
(2)、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。
RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。
(3)、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,一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。
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。
图 流式传输基本原
3、支持流媒体传输的网络协议
流媒体协议中最重要的是通过顺序流式传输或实时流式传输将多媒体从服务器传送到客户机上,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等实时协议,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。
采用那种传输方法依赖你的需求。
当然,流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。
3.1顺序流式传输
顺序流式传输是顺序下载,在下载文件的同时用户可观看在线媒体,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。
对通过调制解调器发布短片段,顺序流式传输显得很实用,它允许用比调制解调器更高的数据速率创建视频片段。
尽管有延迟,毕竟可让你发布较高质量的视频片段。
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。
3.2实时流式传输
实时流式传输指保证多媒体信号带宽与网络连接匹配,使媒体可被实时观看到。
实时流与HTTP流式传输不同,他需要专用的流媒体服务器与传输协议。
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。
实时流式传输必须匹配连接带宽,这意味着以调制解调器连接时图像质量较差。
而且,由于出错丢失的信息被容易忽略掉,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,目前最有市场份额和前景的是QuickTimeStreamingServer、RealServer与WindowsMediaServer。
这些服务器允许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(RealtimeStreamingProtocol)或MMS(MicrosoftMediaServer)。
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。
(1)、实时传输协议RTP(RealtimeTransportProtocol),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(异步传输模式)等其他协议之上工作。
(2)、实时传输控制协议RTCP(RealtimeTransportControlProtocol),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,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。
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。
(3)、实时流协议RTSP(RealTimeStreamingProtocol),协议是由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(超级文本标识语言),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。
(4)、RSVP协议(ResourceReserveProtocol),正在开发的Internet上的资源预订协议。
可以使用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保证服务质量(QoS)。
因为流媒体中的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,不仅仅有带宽要求之外,还需其他更多的条件。
4、识别流媒体类型的途径-MIME
MIME是MultipurposeInternetMailExtensions(通用因特网邮件扩展)的缩略语,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。
通过它,Web服务器和Web浏览器才可以识别流媒体并进行相应的处理。
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。
为了能处理一种特定文件格式。
需对Web服务器和Web浏览器都进行MIME类型设置。
对于标准的MIME类型,如文本和JPEG图像,Web服务器浏览器提供内建支持;但对Real等非标准的流媒体文件格式,则需设置audio/x-pn-realaudio等MIME类型。
5、浏览器对流媒体的支持
浏览器通过MIME来识别流媒体的类型,并调用相应的程序或插件(Plug-in)来处理,尤其在IE中,提供了丰富的内建流媒体支持。
6、流媒体播放方式
单播
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。
这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担,响应需要很长时间,甚至停止播放;管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量。
组播
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。
点播与广播
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。
广播指的是用户被动接收流。
在广播过程中,客户端接收流,但不能控制流。
例如,用户不能暂停、快进或后退该流。
广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。
使用单播发送时,需要将数据包复制多个拷贝,以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户,而使用广播方式发送,数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户,而不管用户是否需要,上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。
组播吸收了上述两种发送方式的长处,克服了上述两种发送方式的弱点,将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户。
组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上,也不会将数据包发送给不需要它的那些客户,保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。
四、流媒体格式和标准
目前,Internet上使用较多的流式格式有"三剑客":
RealNetwork公司的RealMedia、Apple公司的QuickTime以及Microsoft公司的WindowsMedia(AdvancedStreamingFormat---ASF)。
RealNetworks公司的RealMedia包括RealAudio、RealVideo和RealFlash三类文件。
其中RealAudio用来传输接近CD音质的音频数据;RealVideo用来传输不间断的视频数据;RealFlash则是RealNetworks公司与Macromedia公司新近联合推出的一种高压缩比的动画格式。
RealNetworks公司自1995年发布RealAudio1.0以来,RealAudio和RealVideo产品已经成为Internet网上最受欢迎的解决方案。
其中所采用的SureStream(自适应流)技术是RealNetworks公司具有代表性的技术。
它通过RealServer将A/V文件以流的方式传输,然后利用SureStream方式,根据客户端不同的拨号速率(不同的带宽),让传输的A/V信息自动适应带宽,并始终以流畅的方式播放。
而其同步推出的RealPlayer。
Apple公司的QuickTime于1991年登台亮相,是Apple公司面向专业视频编辑、Web网站创建和CD-ROM内容制作领域开发的多媒体技术平台,QuickTime支持几乎所有主流的个人计算平台,是数字媒体领域事实上的工业标准,是创建3D动画、实时效果、虚拟现实、A/V和其他数字流媒体的重要基础。
它由QuickTime电影文件格式、QuickTime内置媒体服务系统和QuickTime媒体抽象层组成。
其最新推出的QuickTime4.1具有目前最高A/V播放质量的播放器;支持各种格式的静态图像文件;内置Web浏览器插件(Plug-in)技术;支持IETF(InternetEngineeringTaskForce)流标准以及RTP、RTSP、SDP、FTP和HTTP等网络协议;支持多种视频和动画格式。
此外,其优秀的压缩技术,使操作更加简单,可以使制作人员很轻松地将自己的视频图像通过防火墙进行传送,并且能够播放MP3音乐文件。
Microsoft公司的WindowsMedia的核心是ASF(AdvancedStreamFormat)。
ASF是一种数据格式,音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式,以网络数据包的形式传输,实现流式多媒体内容发布。
其中,在网络上传输的内容就称为ASFStream。
ASF支持任意的压缩/解压缩编码方式,并可以使用任何一种底层网络传输协议,具有很大的灵活性。
Microsoft希望用ASF取代Apple公司的QuickTime之类的技术标准,并打算将ASF用作将来的Windows版本中所有多媒体内容的标准文件格式。
为此,Microsoft公司已经将WindowsMedia技术捆绑在Windows2000中,这无疑将对Internet的应用和发展产生重要影响。
除了上述流媒体技术的三种主要格式外,流媒体技术主要还有Macromedia的ShockwaveFlash技术,用户通过这一技术可以方便地在Web页面中加入图像、动画以及交互式界面等操作。
此外,在ShockwaveFlash中还采用了矢量图形技术,使得文件下载播放速度明显提高。
近日,Macromedia又成功地推出了ShockwaveforAuthorware、ShockwaveforDirector技术,并对它们进行了优化,同时推出了StreamingShockwave,即通过流的方式使用户在客户端实现一边下载一边播放的功能,节省了等待的时间。
而MetaStream3D文件格式是由Intel公司与MetaCreations公司联合发布的基于Intel架构的网上3D开放文件标准。
基于此标准,用户可以在网上方便地创建、发布及浏览被缩放的3D图形。
由于它具有小文件量及流传输的特点,故比其他任何一种已存在的Internet3D技术压缩率都高,其极小的文件量使得在网上浏览MetaStream3D图像非常快捷。
五、流媒体的应用
Internet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。
流媒体技术可以广泛用于互联网多媒体新闻发布、网上路演、在线直播、网络广告、网络视频广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。
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。
作为当今网络世界最热门的技术"流媒体",在初创时期,最引人注目的应用是用于提高公司对客户进行技术支持的服务质量上。
公司可以借助流媒体技术的应用,将内部通讯、业务培训等活动通过企业内部网络开展起来,节省下大量的差旅和材料费用。
流媒体内容还可以添加到Web网站上,使技术咨询变得更加形象,更加轻松。
也由于流媒体技术一开始并不是为初级计算机用户设计的,因此想摆弄他们还需要有专业人士协助。
后来许多大公司将流媒体技术用于产品发布和销售人员培训。
目前流媒体应用最直接的莫过于实时广播服务,也就是人们常说的网上现场直播服务,它是指将音频或视频信号从现场实时压缩上传至流媒体服务器后,再在广域网上播出。
网上现场直播的特点:
覆盖面广Internet无国界,网上广播的覆盖面远远大于传统媒体,容易实现--与传统媒体(如广播、电视)的播出方式相比更容易实现,费用更低。
流媒体用于视频点播服务,远程网络教育,
流媒体应用的还有一个热点是网络广告。
流媒体:
超越电视的希望。
值得说明的是流媒体还可以用在网络监控场合,可以大大降低监控成本。
六、流媒体市场与竞争
Internet的发展,决定了流媒体市场的广阔发展前景。
流媒体技术及其相关产品将广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等。
所以,各相关厂商彼此间展开了激烈的竞争。
据Jupter Communications预测,到2004年流媒体市场将呈现巨大的收入潜能,其中为消费者服务将创收90亿美元。
想要在流媒体领域称雄的Microsoft公司称,已经有45家企业选择WindowsMedia媒体播放器作为自己选用的流媒体软件,并参加了Microsoft发起的"Windows媒体宽带启动动议",这是一个支持WindowsMedia媒体播放器软件的企业联盟。
这说明已经有越来越多的Internet媒体内容提供商开始选择Microsoft的技术,以取代RealNetworks公司暂且处于领先地位的流媒体技术。
HP公司也表示,它将把Microsoft的Windows Media媒体播放器用于自己的员工和合作伙伴之间进行的企业和商业营销通讯,如产品发布和销售人员培训等。
TI公司表示,它的下一代可编程数字信号处理器(DSP)将支持WindowsMedia媒体播放器。
WindowsMedia媒体播放器的另外一个新支持者--通用仪器公司表示,它将把WindowsMedia媒体播放器集成到自己的DCT5000置顶盒终端里,用来通过有线电视网络传输Internet上的A/V流媒体内容。
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