Chapter3流媒体技术.ppt

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1、Chapter 3 流媒体技术,流媒体概述 Real流媒体 Windows Media流媒体 Quick Time流媒体,第一节 流媒体技术概述,流媒体定义 流媒体通信原理 流媒体实现原理 流媒体播放方式 流媒体制作流程 流媒体系统组成 流媒体文件格式 流媒体技术平台,一、为什么需要流媒体？（Streaming Media）,您是否有这种经验？ 下载一个体积较大的文件，下载时间用了好几个小时？ 下载了很久，却突然中断？！ 好不容易下载完毕，文件却无法打开？！ 您是否有这种期盼？ 下载一个体积较大的文件，虽然下载时间用了好几个小时，但是却能一边下载一边打开文件观看？,一、为什么需要流媒体？,因网

2、络与宽频时代的市场趋势，包括Microsoft在内的许多公司，都不断在寻找更有效的网络媒体传输方式。 不需要事先完成下载即可即时观赏的Streaming Media技术俨然成为网络影音传播的终极武器。,二、流媒体定义,流媒体指在Internet/Intranet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。 流式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，流式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。当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。,Streaming Media的优点,码流小，每分钟可以小到1MB。 随点即播

3、，不必等待、节省时间。 不占空间，完全在网络上观看。,流媒体是媒体世界的优等生 流媒体是数字媒体的小精灵 流媒体是存储媒体的终结者 流媒体是网络媒体的实践者 流媒体是网络教学的推广者,VCDDAT，10M/分 DVDVOB ，47M/分 AVI Audio Video Interleave ，60M/分 MOV Quick Time ，35M/分 MPG1NTSC352*240 ，10M/分 MPG2NTSC720*480 ，40M/分,Streaming Media的应用,Streaming Media的应用范围小至一般网络页面的搭配应用，更可以扩及娱乐、教育、广播、音乐、广告等领域，短期来

4、看， Streaming Media可成为电子商务的行销利器，未来在全面的宽带网络环境下，影音网站将有机会与传统电视频道业者分庭抗礼，提供高品质的点播服务（Video On Demand Service ）,三、流媒体实现原理,流媒体实现原理简单地说就是首先通过采用高效的压缩算法，在降低文件大小的同时伴随质量的损失，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输，然后通过架设流媒体服务器， 修改MIME标识。通过各种实时协议传输流数据。,1. 预处理,预处理主要包括两方面： 采用先进高效的压缩算法； 加入一些附加信息把压缩媒体转为适合流式传输的文件格式。 预处理在编码器内完成，最终的编码资料可以利用文本

5、、图形、脚本形式进行多路传输，并且放在能够实现流的方式的文件结构中。也就是意味着该文件有时间标记以及其他易于实现流的方式的特点，然后再在客户端进行解码。,2. 支持流媒体传输的网络协议,实时传输协议(RTP， Real-time Transport Protocol)： 在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

6、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。,2. 支持流媒体传输的网络协议,实时传输控制协议(RTCP， Real-time Transport Control Protocol)： 和RTP一起提供流量控制和拥塞控制的服务。 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

7、最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。,2. 支持流媒体传输的网络协议,实时流协议(RTSP， Real-time Streaming Protocol)： 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。 RTSP是应用级协议，位于RTP和RTCP之上，也可直接由TCP或UDP传输。它是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了点对多点应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。,2. 支持流媒体传输的网络协议,资源预订协议(RSVP， Resource Reserve Protocol)： Internet上的资源预订协议。 为多媒体数据流传输预留

8、一部分网络资源（即带宽），在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。 资源预留协议RSVP是网络控制协议，运行在传输层。由于音视频流对网络的时延比传统数据更敏感，因此在网络中除带宽要求外还需满足其他的条件。在Internet上开发的资源预留协议可以为流媒体的传输预留一部分网络资源，从而保证服务质量（QoS）。,3识别流媒体类型的途径 MIME,MIME是Multipurpose Internet Mail Extensions（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， 而HTTP都内建有MIM

9、E。HTTP正是通过MIME来标记Web上繁多的多媒体文件格式。,四、流媒体通信原理,对流媒体进行预处理，包括降低质量、采用先进高效的压缩算法。 使用缓存系统来弥补延时和抖动的影响。 采用一定的网络协议来实现流式传输，为用户提供可靠的QoS.,流式传输基本原理,RTSP传送播放、快进、快退、暂停等控制信息,RTP/UDP传送媒体数据,流式传输方式,顺序流式传输(Progressive Streaming) 在这种方式下，用户只能按流入的顺序播放已经下载的内容，而不能跳转至尚未下载的内容。http协议本身就支持这种方式，故将流媒体文件通过Web服务器发布，即可实现顺序流发送，不需要其他特殊协议。

10、比较适合高质量的短片段。 实时流式传输(Realtime Streaming) 实时流式传输也是一种边下载、边播放的方式，可以根据当前的网络传输速度自动调整需要传送的数据量，以使用户做到真正的实时播放。这种方式需要特殊的传输协议，而服务器端需要使用专门的流媒体服务器（如Windows Media Server、RealServer）。,顺序流式传输,如图所示： 这种方式的优点是： l 无损下载，能确保播放质量。 l 由标准的http支持，兼容性好，不受防火墙的影响。 其不足之处在于： l 不支持随机访问，不能随时按要求播放当前点前后的内容。 l 对慢速连接而言，延迟比较严重。 l 不支持实况直

11、播。,返回,实时流式传输,如图所示： 这种方式的优点是： l 支持真正的实时传输，支持实况直播。 l 支持随机访问，就像在本地播放多媒体一样可自由播放位于 当前点前后的内容。 其不足之处在于： l 有损下载，网络传输速度低时播放质量较差。 l 实时传输协议有时在防火墙处受阻。 l 需要专门的协议和服务器。,返回,本地播放,本地媒体文件的播放，不需要网络的支持，直接由播放软件将数据调入内存进行播放，播放位置的改变由播放软件改变媒体文件的读取位置实现的，对于采用压缩格式的媒体文件，可能需要一定缓冲。,顺序流媒体的播放,顺序流媒体的播放，需要网络的支持，由播放软件将数据文件下载到本地硬盘或缓冲区中进

12、行播放，播放位置的改变分为二种情况：向前，需要等到缓冲到达以后，向后如果缓冲中有，可直接从缓冲中播放，如果没有则需要重新缓冲。,实时流媒体的播放,实时流媒体的播放，需要网络的支持，播放软件请求数据后，由服务器按照一定的速度向播放软件传送数据，播放软件在收到数据后，根据具体情况直接播放或缓冲播放，但是实时流的缓冲播放并不同于顺序流，实时流的缓冲播放主要是为了减少由于网络波动造成的影响。 实时流媒体的播放位置改变只存在于点播方式下，由播放软件向服务器发送更改请求后，由服务器根据请求重新定位发送数据位置来完成。,五、流媒体播放方式,1. 单播（Unicast） 在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单

13、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。这种巨大冗余会造成服务器的负担沉重， 响应的时间过长，甚至停止播放；管理人员为保证一定的服务质量，必须配置合适的硬件和带宽。,五、流媒体播放方式,2. 组播（Multicast） 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

14、可以发送到任意地址的客户机上， 减少网络上传输信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。,五、流媒体播放方式,3. 点播与广播 点播连接是客户端与服务器之间的主动连接。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都各自连接服务器，因而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。,要提供流媒体服务，必须建立相应的应用系统。一个典型的流媒体应用系统如图

15、所示，它包括流媒体制作平台、流媒体发布平台和流媒体播放终端等三个组成部分。,六、流媒体应用系统的组成,流媒体系统组成,七、流媒体制作流程,数字化 采集,1、自主采集、拍摄（DV）,1、数字化采集,2、各种录像带转录,3、DVD/VCD转录,七、流媒体制作流程,剪辑 编辑,线性编辑：SONY-betacam 非线：Premiere/stormedit,2、剪辑编辑,P4 2.6G /1G内存/160G硬盘 视频采集卡：Canopus 音频采集卡：DMX-6fire,硬件,软件,七、流媒体制作流程,流媒体 编码,操作系统：WIN2000/XP 编码软件：windows meida Encoder

16、9,3、流媒体编码,P4 2.6G /512M内存/80G硬盘,硬件,软件,七、流媒体制作流程,测试 及正式 发布,操作系统：WIN2000/2003 SERVER 流媒体SERVER：windows meida services 4/9,4/5、测试及正式发布,P4 2.6G /512M内存/80G硬盘,硬件,软件,网络带宽,七、流媒体制作流程,客户端,操作系统：WIN98/2000/ME/XP 视频播放器：WINDOWS MEDIA PLAYER 9,6、客户端,P266 (MHz)/64M/10G,硬件,软件,接入INTERNET,七、流媒体制作流程,八、常见的流媒体文件格式,压缩媒体文

17、件格式 流式文件格式 媒体发布格式,压缩媒体文件格式,流式文件格式,流式文件格式,Real System的Real Media文件格式 RealMedia是目前Internet上最流行的跨平台的客户/服务器结构多媒体应用规范， 它采用音频/视频流和同步回放技术实现了网上全带宽的多媒体回放。 在RealMedia规范中主要包括三类文件： RealAudio （用以传输接近CD音质的音频数据）、 RealVideo （用来传输连续视频数据）和RealFlash （RealNetworks公司与Macromedia公司合作推出的高压缩比动画格式）。 而RealPlayer就是在网上收听收看这些实时音

18、频、 视频和Flash的最佳工具之一。 .ra 格式是一种新型流式音频RealAudio文件格式。.rm是流式视频RealVideo文件格式，主要用来在低速率的网络上实时传输活动视频，可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比，在数据传输过程中边下载边播放。,流式文件格式,Microsoft的ASF文件格式 ASF（Advanced Streaming Format）文件是Microsoft为了和现在的RealPlayer竞争而发展起来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。 它采用MPEG-4的压缩算法。 ASF不但最适于通过网络发送多媒体流， 也同样适于在本地播放。 任何压缩

19、解压缩运算法则（编解码器）都可以用编解码ASF流。,流式文件格式,Apple的MOV格式 QuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能，被包括Apple Mac OS、Microsoft Windows在内的所有主流操作平台支持。 QuickTime以其领先的多媒体技术和跨平台特性、 较小的存储空间要求、 技术细节的独立性以及系统的高度开放性， 得到业界的广泛认可， 目前已成为数字媒体软件技术领域的工业标准。 国际标准化组织(ISO)最近选择QuickTime文件格式作为开发 MPEG-4规范的统一数字媒体存储格式。,流

20、式文件格式,FLASH的SWF格式 SWF（Shock Wave Flash）是 Micromedia公司Shockwave技术的流式动画格式，其源文件是.fla。它采用矢量图形方法存储动画，使得生成的文件很小，但质量却丝毫不变， 已播放的质量不随画面的放大而变差，因而得到了广泛应用。如今它与Real Network公司进行合作，一同推进流媒体的服务。 Flash的一个最大的优点是制作简单， 发布方便。 越来越多地应用在网络动画中，客户端安装Shockwave插件即可播放。,媒体发布文件格式,不描述视听数据，目的在于给出真正流媒体文件的所在的位置。,九、流媒体技术平台,Real Network

21、 美国RealNetworks公司在90年代中期首先推出了流媒体技术，并随着互联网的快速发展而不断壮大，在市场上处于主动地位，并拥有最多的用户数量。目前它在编码方面的主要技术是RealMedia Codec 8。RealMedia的可伸缩视频技术可以根据用户电脑速度和连接质量自动调整媒体的播放质量；Two-Pass Encoding两次编码技术可通过对媒体内容预扫描的结果来编码，从而提高编码质量；特别是其SureStream自适应流技术，可通过一个编码流提供自动适合不同带宽用户的流播放。RealMedia 音频部分采用的是Real Audio，该编码在低带宽环境下的传输性能非常突出。,九、流媒

22、体技术平台,Windows Media 美国Microsoft利用其操作系统的便利，很快便取得了一定的市场份额。视频方面Windows Media Video 8.0采用的是MPEG-4视频压缩技术，音频方面采用的是Microsoft自己开发的Windows Media Audio技术。Windows Media的核心是MMS协议和ASF数据格式。MMS用于网络传输控制，这是Microsoft的专有格式，以保证传输安全。ASF则用于媒体内容和编码方案的打包。,九、流媒体技术平台,Apple QuickTime是美国Apple公司的流媒体应用平台，在全世界计算机用户中占有相当的比例，是仅次与Re

23、alPlayer、Windows Media Player的流媒体播放平台，支持RTP、RTSP、HTTP、SDP等协议。QuickTime在视频压缩上采用的是Sorenson Video技术，音频部分则采用QDesign Music技术。,九、流媒体技术平台,IBM公司的VideoCharger IBM公司的VideoCharger是IBM内容管理软件包中的重要组成部分，它与IBM DB2数据库系统紧密集成。能通过企业内部网络或互联网向多个用户的桌面传送高质量的实时音频和视频数据流，用户可以通过浏览器观看媒体内容。,九、流媒体技术平台,Oracle公司的OVS Oracle公司的OVS（Or

24、acle Video Server）是为较大规模部署设计的音视频流点播系统。OVS可以在包括网络计算机（NC）和机顶盒（STB）在内的系列平台上播放音视频流，OVS可以支持MPEG-II等高品质的音视频流。,九、流媒体技术平台,Cisco公司的IP/TV Cisco公司的IP/TV是目前网络带宽利用最好的音视频流媒体平台。IP/TV采用RTP、RTCP、RSVP等为网络传输协议，核心充分利用了Windows Media的技术，同时又兼容Apple公司的QuickTime。IP/TV的显著特点是，采用预约内容管理，这样可以进可能地采用组播形式传送，以减少网络带宽的占用。,九、流媒体技术平台,SG

25、I公司的MediaBase SGI公司的MediaBase是唯一一个能够支持多种流媒体格式的音视频点播平台，其中包括：RealMedia、QuickTime、MPEG-I、MPEG-II。,十、流媒体应用,视频点播（VOD） 视频广播 Internet TV 视频监视 视频会议 远程教学 电视上网 音乐播放 在线电台,三大主流流媒体,第二节 Real流媒体,Helix Universal Platform简介 RealNetworks 通信过程 RealPlayer播放过程,RealNetworks的流媒体,美国的RealNetworks公司是世界上第一个推出流媒体的公司，它提供的媒体格式、制

26、作软件、集成工具语言、媒体发布和播放技术等也是目前最为完整、功能最为强大的流媒体技术系列。 这一系列技术通常被成为RealSystem系列。属于该系列的流媒体文件格式有视频和声音文件（.rm）、流式图片RealPix文件（.rp）、流式文本RealText文件（.rt）。同时RealSystem也支持其他格式的媒体文件，如Flash动画、JPEG、GIF等。,Helix Universal Platform简介,Helix Universal Server 在技术上真正地实现了突破，可以轻松实现超过10,000个以上的视频音频流在线播放。 基于RealNetworks流媒体技术的Helix U

27、niversal Server 9.0是一款灵活和稳定的流媒体解决方案。无论是Web转播或是在现有的Web网站上进行视频和音频的发布，Helix服务器都会提供一个发布和管理在线多媒体内容的完整平台。 Helix Universal Platform包括Helix Producer、 Helix Universal Server、 Helix Universal Gateways、RealOne Desktop Manager、The RealOne Player和RealOne Enterprise Desktop。其中以Helix Universal Server最为引人瞩目。,Helix

28、Universal Server版本,Helix Universal ServerStandard。适合一般的公共互联网广播，功能有限制，价格低。 Helix Universal Server Enterprise。适合企业内的流媒体应用，不能对外。 Helix Universal ServerInternet。功能完整，价格昂贵。 Helix Universal ServerMobile。用于移动网。 Helix Universal ServerBasic。免费下载，功能有限。 Helix Universal ServerEvaluation。具有所有功能，但只有30日的使用期限。,Real

29、System的通信过程,RealServer使用2种通道与RealPlayer通信 控制通道，使用TCP协议 数据通道，使用UDP协议 RealServer使用2种协议与RealPlayer通信 RTSP (real time streaming protocol) PNA (progressive networks audio),RealPlayer 的播放过程,RealServer 服务器,Web Service,RealPlayer,1（http）,2（http）,3,4（rstp）,5（rstp）,第三节 Windows Media流媒体技术,ASF格式 ASX格式 MMS协议 Win

30、dows Media Player,Windows Media流媒体,Microsoft公司自己的流式媒体产品Windows Media，运行在微软自己的操作系统平台之上，在Windows2000中，Media服务作为一项免费的产品捆绑于其中，提供流式媒体服务。同时，相应的播放软件也作为windows操作系统的一部分捆绑在其中，免费为用户提供。,ASF格式,ASF（Advanced Streaming Format）定义为“同步媒体的统一容器文件格式”，ASF是一种数据格式，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。 ASF文件使用MPEG-4压缩算法 ASF的优点

31、是体积小，数据传输速率可在28.8kbps3Mbps之间,ASX格式,ASX是ASF格式的媒体发布文件，它是一个文本文件，主要目的是对流信息的重定向，类似RPM文件。 在ASX文件中包含了媒体内容对应的URL。,Windows Media向用户提供ASF内容,1,2,3,4,5,5,5,5,6,MMS协议,MMS协议用于访问Windows Media发布点上的单播内容。若观众在Windows Media Player中键入一个URL以连接内容，而不是通过超链接访问内容，则他们必须使用MMS协议引用该流。 若从独立的Windows Media Player连接到发布点，则必须指定单播内容的URL

32、。如mms:/windows_media_server/sample.asf 若有实时内容要通过广播单播发布，则该URL由服务器名称和发布点别名组成。如mms:/windows_media_server/LiveEvents,Windows Media Encoder 9 Series,功能 广播实况事件 获取音效或视频 既有文件转换 捕捉屏幕操作画面 目的 通过 Windows Media 伺服器广播 公共 Web 伺服器广播 特殊播放平台 媒体內容保存,Windows Media Player特点,简化了多种文件的播放 轻松定制以满足个人爱好 高品质的多媒体享受 快速访问媒体内容,Wind

33、ows Media Player播放原理,Windows Media Player在播放前并不下载整个文件，而只是在开始时有一些延迟，当这些流式媒体文件传输到计算机时，在播放之前该文件的部分内容已经存入内存，在播放的同时， Windows Media Player将数据流的其他部分存储起来以待播放。 Windows Media Player还支持智能流，可监视网络工作状况并自动进行调整以确保最佳的接收和播放效果。,Windows Media DRM,DRM(Digital Right Management) 工作过程 打包 发布 获取许可证,第四节 Quick Time 的流媒体技术,Quic

34、k Time简介 制作技术 发布技术 播放技术,一、 QuickTime简介,Apple公司的QuickTime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，它支持几乎所有主流的个人计算机平台，可以通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能。 QuickTime系列流媒体的主要文件格式为MOV文件，也支持其他格式的文件，如JPG/GIF/PNG/AVI/MPG/MIDI等。,制作技术,QuickTime系列的媒体制作软件是QuickTime Pro。它可以将其他格式的媒体文件转化成MOV格式，也可以将通过音频视频捕捉设备获得的

35、实时信号直接转换成流媒体文件。它还可以制作Slide show。 QuickTime还提供一种制作全浸入式虚拟环境的工具软件QuickTime VR，可以模拟真实的或虚拟的景物和环境。,发布技术,QuickTime Streaming Server是QuickTime系列的流媒体服务器，可以采用3种数据发布形式：点播、实时和非实时广播。 它使用的数据传输协议为RTP/RTSP，同时也支持HTTP协议，但不支持SureStream技术。,播放技术,QuickTime Player是QuickTime系列的播放器，既可以作为独立的应用程序播放媒体文件，也可以作为浏览器插件播放结合在Web页面中的媒体。,