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“流式播放”多媒體服務系統(tǒng)
“流式播放”多媒體服務系統(tǒng)
2004年度河南省廣播電視優(yōu)秀科技論文一等獎前 言
流式媒體服務具有廣闊的應用領域，可以廣泛應用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、寬帶綜合接入網(wǎng)（利用光纖基帶網(wǎng)、 ADSL 雙絞線通信和改造后的雙向有線電視網(wǎng)等）。它能在眾多領域中使用：如電視臺、廣播電臺節(jié)目查詢、節(jié)目制作，出版社多媒體網(wǎng)上出版，音像公司產(chǎn)品制作，展覽館、博物館的信息查詢、信息發(fā)布，以及娛樂、交互式教學、網(wǎng)絡會議和其他商業(yè)運作。
較于傳統(tǒng)的電視，網(wǎng)絡媒體文件信息形式和來源豐富，有良好的互動性，具有索引結構的媒體文件能隨意快進或快退到希望的位置。不受地域限制，沒有節(jié)目時間限制，提供在線增加頻道和更新播放列表等諸多優(yōu)點。觀眾可以在電視和網(wǎng)絡之間比較靈活地切換，例如可以在觀看球賽的同時，從有關球隊的萬維網(wǎng)網(wǎng)址上閱覽比賽和球員的背景資料，以及其它媒體相關信息。提供信息的同時，它能夠?qū)π畔⒈旧淼陌踩约右钥刂疲瑢Σ煌脩艚⒉煌陌踩墑e和權限。
目前，流式媒體點播較為常見，稱為 VOD （ Video on Demand ）技術。節(jié)目點播系統(tǒng) VOD （ Video on Demand ）是伴隨著視頻、音頻處理及計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展而迅速興起的一門綜合性技術。網(wǎng)絡結構中的多媒體數(shù)據(jù)以實時數(shù)據(jù)流的形式傳輸，與傳統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)不同，多媒體數(shù)據(jù)流一旦開始傳輸，就必須以穩(wěn)定的速率傳送到桌面電腦上，以保證其平滑地回放，視頻、音頻數(shù)據(jù)流都不能有停滯和間斷；網(wǎng)絡擁堵、 CPU 爭用或 I/O 瓶頸都可能導致傳送的延遲，引起數(shù)據(jù)流傳輸阻塞。 VOD 服務是綜合技術，它包括多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術、多媒體網(wǎng)絡技術、多媒體數(shù)據(jù)庫技術等專業(yè)技術。
第一部分 基本概念
整個系統(tǒng)所圍繞的核心是如何安全快速高效地傳輸數(shù)據(jù)，并流暢的播放數(shù)據(jù)流。為此，提出了一種流式傳送數(shù)據(jù)的方式。
第一節(jié)文件傳遞方式
流式媒體能夠通過“下載”和“流式播放”兩種方式將數(shù)字媒體文件傳遞到客戶端，供用戶使用。這兩種方式各有優(yōu)缺點，但是這里推崇使用“流式播放”的方式對遠程用戶提供服務。下面對這兩種方式作簡單介紹。
下載：為了通過使用下載方法將內(nèi)容傳遞給用戶，通常需要將內(nèi)容保存到 Web 服務器并通過在網(wǎng)頁上添加指向該內(nèi)容的鏈接來向用戶提供指向內(nèi)容的鏈接。于是用戶可單擊鏈接，將文件下載到其本地硬盤上，然后使用播放機播放內(nèi)容。
但是下載需要用戶首先將既耗費時間又耗費磁盤空間的整個文件復制到其計算機中，然后才能播放。另外，因為整個文件必須在下載之后才能播放，因此，下載不能用于實況流。下載不能高效地使用可用帶寬。當客戶端開始下載數(shù)字媒體文件時，所有可用網(wǎng)絡帶寬用于盡可能快地傳輸數(shù)據(jù)。因此，其他網(wǎng)絡功能可能會減慢或被中斷。
流式播放：要通過使用流式播放方法將內(nèi)容傳遞給用戶，您可以將內(nèi)容保存到 Windows Media 服務器，然后將該內(nèi)容分配給發(fā)布點。然后，您可以通過創(chuàng)建公告文件或通過向用戶提供發(fā)布點的 URL （ Uniform Resource Locator ） 來向用戶提供對該內(nèi)容的訪問。您可以將公告文件或 URL 嵌入到網(wǎng)頁中或?qū)⑵湟噪娮余]件形式發(fā)送。當用戶單擊鏈接或公告文件時，播放機就打開并連接到相應的流。
因為流式播放只以客戶端正確呈現(xiàn)它所必需的速度通過網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)邊下載、邊解碼、邊播放，所以它比下載更高效地使用帶寬。這有助于防止網(wǎng)絡變得過載并有助于維持系統(tǒng)的可靠性。因為播放機必須首先緩沖數(shù)據(jù)以防在流中存在延遲或間歇，所以在播放機接收流的時間和它開始播放流的時間之間通常有一個延遲。因為對數(shù)據(jù)進行流式播放和呈現(xiàn)是同時發(fā)生的，所以流式播放還允許您傳遞實況內(nèi)容。
可看出兩種傳輸方式都有一定的缺點，但是就多媒體服務來說，它對數(shù)據(jù)的實時性要求較高，強調(diào)查詢和瀏覽，不要求對數(shù)據(jù)存儲，不要求數(shù)據(jù)傳輸中百分之百的完整性，所以使用流式播放能夠在滿足用戶需求的基礎上，更有效的減少帶寬的占用，提高網(wǎng)絡效率。
另外，值得一提的是“快速流式播放”，“快速流式播放”結合了流式播放和下載的優(yōu)點的功能。服務器可使用快速啟動功能來確保客戶端可以在傳輸開始之后盡可能快地開始播放內(nèi)容。該功能允許播放機在開始播放內(nèi)容之前，以網(wǎng)絡所允許的最快速度從服務器下載和緩存一小部分內(nèi)容。當在播放機上建立了緩沖區(qū)之后，服務器減慢流的傳輸，直到與播放機的呈現(xiàn)速度一致。
當服務器使用快速緩存功能時，服務器以盡可能高的比特率將所有內(nèi)容傳輸?shù)讲シ艡C，以使網(wǎng)絡阻塞或中斷所帶來的影響降到最小。與普通的流式播放一樣，當緩存了所需數(shù)量的數(shù)據(jù)之后，播放機立即開始呈現(xiàn)內(nèi)容。數(shù)據(jù)的其余部分存儲在客戶端上的臨時緩沖區(qū)中。
第二節(jié)系統(tǒng)結構組成
我們以基于 Windows Media 技術的流式播放媒體系統(tǒng)為例，詳細介紹流式播放媒體系統(tǒng)組成結構。
基于 Windows Media 技術的流式播放媒體系統(tǒng)通常由運行編碼器（如 Microsoft Windows Media 編碼器）的計算機、運行 Windows Media Services 的服務器和播放機組成。
編碼器允許您將實況內(nèi)容和預先錄制的音頻、視頻和計算機屏幕圖像轉(zhuǎn)換為 Windows Media 格式。運行 Windows Media Services 的服務器名為 Windows Media 服務器，它允許您通過網(wǎng)絡分發(fā)內(nèi)容。用戶通過使用播放機（如 Windows Media Player ）接收您分發(fā)的內(nèi)容。
系統(tǒng)主干包括如下幾個部分： Web 服務器、流媒體服務器、客戶端。（如圖一）
用戶首先從 Web 服務器那里獲得流媒體文件的相關信息，從中搜索自己需要的鏈接；用戶點擊鏈接之后， Web 服務器響應消息，將請求定位到流媒體服務器（ Media Services ）；用戶端播放器連接流媒體服務器，流媒體服務器提供相應服務，以流方式傳送數(shù)據(jù)到用戶計算機，用戶計算機播放器流文件。以上是最簡單的流媒
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