淺析網(wǎng)絡(luò )視頻傳送技術(shù)

 

當“家電上網(wǎng)”工程即將呼之欲出之際，傳統的PC上網(wǎng)模式似乎已經(jīng)受到了一種新的沖擊。網(wǎng)絡(luò )速度、帶寬限制到現在為止還是制約網(wǎng)絡(luò )視頻技術(shù)發(fā)展最大的“瓶頸”，但是隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )帶寬環(huán)境的發(fā)展，相信以后視頻軟件會(huì )越來(lái)越風(fēng)靡，速度的問(wèn)題相信可以在未來(lái)的不久內得到改變。想象網(wǎng)上看電影，收看新聞的時(shí)代，是多么的誘人。其實(shí)，關(guān)于網(wǎng)絡(luò )視頻傳送技術(shù)的探討和研究一直在進(jìn)行著(zhù)。下面，我們就對此做深入地探討。

互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和普及為網(wǎng)絡(luò )視頻傳送技術(shù)的發(fā)展提供了強大的市場(chǎng)動(dòng)力，流媒體業(yè)務(wù)正變得日益流行。 網(wǎng)絡(luò )視頻傳送技術(shù)技術(shù)廣泛用于多媒體新聞發(fā)布、在線(xiàn)直播、網(wǎng)絡(luò )廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠程教育、遠程醫療、網(wǎng)絡(luò )電臺、實(shí)時(shí)視頻會(huì )議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。網(wǎng)絡(luò )視頻傳送技術(shù)的應用將為網(wǎng)絡(luò )信息交流帶來(lái)革命性的變化，對人們的工作和生活將產(chǎn)生深遠的影響。

在網(wǎng)絡(luò )上傳輸音／視頻等多媒體信息目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò )帶寬的限制，下載常常要花數分鐘甚至數小時(shí)，所以這種處理方法延遲也很大。而當進(jìn)行流式傳輸時(shí)，聲音、影像或動(dòng)畫(huà)等時(shí)基媒體由服務(wù)器向用戶(hù)計算機的連續、實(shí)時(shí)傳送，用戶(hù)不必等到整個(gè)文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過(guò)幾秒或十數秒的啟動(dòng)延時(shí)即可進(jìn)行觀(guān)看。流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續時(shí)基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個(gè)文件，只將開(kāi)始部分內容存入內存，流式媒體的數據流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放，只是在開(kāi)始時(shí)有一些延遲。當文件在客戶(hù)機上播放時(shí)，文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器內繼續下載。流式媒體不僅使啟動(dòng)延時(shí)成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶(hù)必須等待整個(gè)文件全部從Internet上下載才能觀(guān)看的缺點(diǎn)。流媒體實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。我們這次主要談的就是流式傳輸。

流式傳輸的分類(lèi)

流式傳輸定義很廣泛，現在主要指通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送媒體（如視頻、音頻）的技術(shù)總稱(chēng)。其特定含義為通過(guò)Internet 將影視節目傳送到客戶(hù)端。實(shí)現流式傳輸有兩種方法：實(shí)時(shí)流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）。一般說(shuō)來(lái)，如視頻為實(shí)時(shí)廣播，或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，或應用如RTSP的實(shí)時(shí)協(xié)議，即為實(shí)時(shí)流式傳輸。如使用HTTP服務(wù)器，文件即通過(guò)順序流發(fā)送。采用那種傳輸方法依賴(lài)你的需求。當然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤(pán)的播放方式。

順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時(shí)用戶(hù)可觀(guān)看再線(xiàn)媒體，在給定時(shí)刻，用戶(hù)只能觀(guān)看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸不象實(shí)時(shí)流式傳輸在傳輸期間根據用戶(hù)連接的速度做調整。由于標準的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件，也不需要其他特殊協(xié)議，它經(jīng)常被稱(chēng)作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于該文件在播放前觀(guān)看的部分是無(wú)損下載的，這種方法保證電影播放的最終質(zhì)量。這意味著(zhù)用戶(hù)在觀(guān)看前，必須經(jīng)歷延遲，對較慢的連接尤其如此。

對通過(guò)調制解調器發(fā)布短片段，順序流式傳輸顯得很實(shí)用，它允許用比調制解調器更高的數據速率創(chuàng )建視頻片段。盡管有延遲，畢竟可讓你發(fā)布較高質(zhì)量的視頻片段。

順序流式文件是放在標準HTTP 或 FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無(wú)關(guān)。順序流式傳輸不適合長(cháng)片段和有隨機訪(fǎng)問(wèn)要求的視頻，如：講座、演說(shuō)與演示。它也不支持現場(chǎng)廣播，嚴格說(shuō)來(lái)，它是一種點(diǎn)播技術(shù)。

實(shí)時(shí)流式傳輸

實(shí)時(shí)流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò )連接配匹，使媒體可被實(shí)時(shí)觀(guān)看到。實(shí)時(shí)流與HTTP流式傳輸不同，他需要專(zhuān)用的流媒體服務(wù)器與傳輸協(xié)議。

實(shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，特別適合現場(chǎng)事件，也支持隨機訪(fǎng)問(wèn)，用戶(hù)可快進(jìn)或后退以觀(guān)看前面或后面的內容。理論上，實(shí)時(shí)流一經(jīng)播放就可不停止，但實(shí)際上，可能發(fā)生周期暫停。

實(shí)時(shí)流式傳輸必須配匹連接帶寬，這意味著(zhù)在以調制解調器速度連接時(shí)圖象質(zhì)量較差。而且，由于出錯丟失的信息被忽略掉，網(wǎng)絡(luò )擁擠或出現問(wèn)題時(shí)，視頻質(zhì)量很差。如欲保證視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定服務(wù)器，如QuickTime Streaming Server、RealServer與Windows Media Server。這些服務(wù)器允許你對媒體發(fā)送進(jìn)行更多級別的控制，因而系統設置、管理比標準HTTP服務(wù)器更復雜。實(shí)時(shí)流式傳輸還需要特殊網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，如：RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。這些協(xié)議在有防火墻時(shí)有時(shí)會(huì )出現問(wèn)題，導致用戶(hù)不能看到一些地點(diǎn)的實(shí)時(shí)內容。

流媒體的傳輸協(xié)議

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP與RTCP

RTP（Real-timeTransportProtocol）是用于Internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現流同步。RTP通常使用UDP來(lái)傳送數據，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當應用程序開(kāi)始一個(gè)RTP會(huì )話(huà)時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給RTP，一個(gè)給RTCP。RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。通常RTP算法并不作為一個(gè)獨立的網(wǎng)絡(luò )層來(lái)實(shí)現，而是作為應用程序代碼的一部分。實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP。RTCP(Real-timeTransportControlProtocol)和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會(huì )話(huà)期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類(lèi)型。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷(xiāo)使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數據。

實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP

實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP(RealTimeStreamingProtocol)是由RealNetworks和Netscape共同提出的，該協(xié)議定義了一對多應用程序如何有效地通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送多媒體數據。RTSP在體系結構上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數據傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數據。HTTP請求由客戶(hù)機發(fā)出，服務(wù)器作出響應；使用RTSP時(shí)，客戶(hù)機和服務(wù)器都可以發(fā)出請求，即RTSP可以是雙向的。

資源預訂協(xié)議RSVP協(xié)議

由于音頻和視頻數據流比傳統數據對網(wǎng)絡(luò )的延時(shí)更敏感，要在網(wǎng)絡(luò )中傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻信息，除帶寬要求之外，還需其他更多的條件。RSVP(ResourceReserveProtocol)是正在開(kāi)發(fā)的Internet上的資源預訂協(xié)議，使用RSVP預留一部分網(wǎng)絡(luò )資源（即帶寬），能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。在某些試驗性的系統如網(wǎng)絡(luò )視頻會(huì )議工具vic中就集成了RSVP。

流媒體的播放方式

單播

在客戶(hù)端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個(gè)單獨的數據通道，從一臺服務(wù)器送出的每個(gè)數據包只能傳送給一個(gè)客戶(hù)機,這種傳送方式稱(chēng)為單播。每個(gè)用戶(hù)必須分別對媒體服務(wù)器發(fā)送單獨的查詢(xún),而媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶(hù)發(fā)送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務(wù)器沉重的負擔，響應需要很長(cháng)時(shí)間，甚至停止播放；管理人員也被迫購買(mǎi)硬件和帶寬來(lái)保證一定的服務(wù)質(zhì)量。

組播

ＩＰ組播技術(shù)構建一種具有組播能力的網(wǎng)絡(luò )，允許路由器一次將數據包復制到多個(gè)通道上。采用組播方式，單臺服務(wù)器能夠對幾十萬(wàn)臺客戶(hù)機同時(shí)發(fā)送連續數據流而無(wú)延時(shí)。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個(gè)信息包，而不是多個(gè)；所有發(fā)出請求的客戶(hù)端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶(hù)機，減少網(wǎng)絡(luò )上傳輸的信息包的總量。網(wǎng)絡(luò )利用效率大大提高，成本大為下降。

點(diǎn)播與廣播

點(diǎn)播連接是客戶(hù)端與服務(wù)器之間的主動(dòng)的連接。在點(diǎn)播連接中，用戶(hù)通過(guò)選擇內容項目來(lái)初始化客戶(hù)端連接。用戶(hù)可以開(kāi)始、停止、后退、快進(jìn)或暫停流。點(diǎn)播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個(gè)客戶(hù)端各自連接服務(wù)器，卻會(huì )迅速用完網(wǎng)絡(luò )帶寬。

廣播指的是用戶(hù)被動(dòng)接收流。在廣播過(guò)程中，客戶(hù)端接收流，但不能控制流。例如，用戶(hù)不能暫停、快進(jìn)或后退該流。廣播方式中數據包的單獨一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )上的所有用戶(hù)。使用單播發(fā)送時(shí)，需要將數據包復制多個(gè)拷貝，以多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶(hù)，而使用廣播方式發(fā)送，數據包的單獨一個(gè)拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )上的所有用戶(hù)，而不管用戶(hù)是否需要，上述兩種傳輸方式會(huì )非常浪費網(wǎng)絡(luò )帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長(cháng)處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點(diǎn)，將數據包的單獨一個(gè)拷貝發(fā)送給需要的那些客戶(hù)。組播不會(huì )復制數據包的多個(gè)拷貝傳輸到網(wǎng)絡(luò )上，也不會(huì )將數據包發(fā)送給不需要它的那些客戶(hù)，保證了網(wǎng)絡(luò )上多媒體應用占用網(wǎng)絡(luò )的最小帶寬。

摘自 賽迪網(wǎng)