流媒体技术
通院十班
学号B13011002 文馨贤
一、 流媒体产生和起源
近年来，网络技术、通信技术、多媒体技术的迅猛发展，对internet 产生了极大的影响和推动，联网方式变得多样、网络带宽大大拓展。现在，internet 可以提供更多的服务，不再局限于网络通信E-Mail 、简单的信息浏览、FTP\TELNET等，诸如电子商务、远程教育、视频点播等新的服务的应用入雨后春笋搬得出现。
在网络应用不断丰富的同时，流媒体技术的出现既改变了传统媒体的传播方式，也改变了传统的视频播放方式。传统的网络传输音视频等多媒体信息的方式是完全下载后再播放，下载常常要花数分钟甚至数小时。而采用流媒体，就可以实现流式传输，将声音、影像或动画由服务器向用户计算机进行连续不断地传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒的启动延时即可进行观看。当视频、音频文件等在用户的机器上播放时，文件的剩余部分还会从服务器上继续下载。
同时，流媒体技术的广泛运用也打破了广播、电视与网络之间的界限，网络既是广播电视的辅助者与延伸者，也将成为它们有力的竞争者。利用流媒体技术，网络将提供新的音频节目样式，也将形成新的经营模式，例如收费的点播服务。发挥传统媒体的优势，利用网络媒体的特长，保持媒体之间良好的竞争与合作，是未来传统媒体的发展之路。流媒体技术的应用只是一个开端，无数新的技术还在前面等着我们。
二、 流媒体主要内容和要点分析
流媒体简介
流媒体是一种可以使音频、视频和其他多媒体能在internet 及internet 上以实时的无需下载等待的方式进行播放的技术。
流媒体关键技术问题
为了在数据网络上传输媒体流，流媒体技术需要解决从音/视频源的编码/解码、存储，到网络端的媒体服务、媒体流传输，到用户端的播放一系列问题。
为了实现较好质量的流媒体实时播放，需要考虑媒体流传输的所有环节。其中，影响传输质量的三个最关键的因素是：编码和压缩的性能和效率；媒体服务器的性能；媒体流传输的质量控制。
（1）编码/压缩的性能
影响音/视频流的压缩/编码性能的因素很多，首先是压缩效率。压缩效率要求在保证一定音/视频质量的前提下，媒体流的码流速率尽量低。其次是编码的冗余性和可*性。与普通的多媒体文件压缩/编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输，因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。为了解决这个问题，采用了一些先进的编码技术，例如错误弹性编码(Error-Resilient Encoding)：在编码中通过适当的控制使得发生数据丢失后能够最大限度地减少对质量的影响。在Internet 环境下，最典型的方法是多描述编码（MDC ）。MDC 把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量。多个描述结合起来提供更好的质量。最后，媒体流的压缩/编码还需要考虑速率调节的能力，因为网络的拥塞状况是不断变化的，流媒体的编码必须能够适应网络速率的变化。一种方法是采用可扩展的层次编码，可扩展的压缩/编码生成多个子位流（Substream ），其中一个位流是基本位流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列，其他的子位流则起质量增强的作用，所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。相应的，仅有部分的子位流（必须包含基本子位流）则输出的视频在图像的质量或者图像的分辨率、图像播放的帧速率上较差。当网络速率变化时，可以通过调节流输出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。
（2）服务器性能
随着流媒体规模的扩大，流媒体服务器的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。流媒体服务器性能的关键指标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响流媒体服务器性能的因素很多，包括CPU 能力，I/O总线，存储带宽等。通常，单个流媒体服务器的并发数都在几百以内，因此，为了具有更好的性能，目前的高性能流媒体服务器都采用大规模并行处理的结构，例如采用超立方体的结构将各个流媒体服务单元连接起来。还有一种方法是采用简单的PC 集群的方式，这种方式下多个PC 流媒体服务器用局域网连接，前端采用内容交换/负载均衡器将流媒体服务的请求分布到各个PC 媒体服务单元。后一种方式性能较前一种方式低，但是成本很低，容易实现。
（3）媒体流传输的质量控制
这是制约流媒体性能的最重要的因素。由于流媒体传输对网络带宽、延迟、丢失率等都有很高的要求，而基于无连接的包交换IP 网络对带宽资源和服务质量的控制能力都比较弱，因此，在IP 网络上进行流媒体传输需要采用一些应用层的质量控制机制来解决传输中的问题。这些质量控制机制可以分为几个层次：最常用的方式是采用速率适应机制，基本的方法是通过一定的速率反馈机制，利用媒体流的速率层次编码能力，在媒体服务器端动态地调节流媒体的传输速率，保证客户端在网络可用带宽变化的时候也能够正常地收看流媒体内容。速率适应机制附以差错控制和冗余控制能够有效地保证流媒体的正常收看。目前流媒体的主流产品都具备应用层的速率适应能力。另外一种方法是采用内容分发网络（CDN ），采用CDN 传输流媒体的优点主要包括三个方面：第一是通过应用层的内容分发降低了主干网络的流媒体流量，并实现了基于应用层的组播仿真（即利用主机构建独立于网络层的逻辑组播树，并采用主机上的应用层软件进行组播
转发）。第二是通过分布在网络边缘的流媒体服务器，避免了拥塞链路，提高了流媒体传输的性能和响应时间。最后，通过CDN 能够有效地提高整个流媒体系统的扩展性，降低对每个流媒体服务器的性能要求。目前，利用CDN 传输流媒体是大规模流媒体应用的发展趋势。
三、 流媒体技术的主要应用
（1）电视点播
随着internet 网络的普及，使网络上传输的资料不仅仅限于文字和图形。有许多的internet 的视频应用需要在internet 网络上点播，它们都要求最大范围的让观众观看到高质量的节目，象电视一样达到宣传、广告或满足观众需求的目的。这就要求系统具备高传输速率、数据同步、数据流的分流、高稳定性等特性。实现网络的视、音频传输最好的解决方案就是流式媒体的传输方式。
realsystem系列产品是在流媒体方面最为成功的系统。它具有跨平台，稳定性高等特点，特别是对直播条件要求不高且非常容易实现在internet 网上进行视频直播。采用realserver 作为网络视频直播服务器端引擎，媒体内容制作工具realproducer 将现场信号传送给realserver 进行直播，也可以把其他的音频、视频及动画等多媒体文件转换成real 格式用于流式传输。客户端安装了播放软件realplayer 后，通过交换机向服务器发出请求，接收并回放从realserver 传输过来的媒体节目。
（2） 远程教育
知识经济时代的网上教育突破了传统“面授”教学的局限，为学习者提供了时间分散、资源共享、地域广阔、交互式的教学新方式。从技术上讲，远程教育系统是建立在现代传媒技术基础上的多媒体应用系统，它通过现代的通信网络将教师的图象、声音和电子教案传送给学生，也可以根据需要将学生的图象、声音回送给教师，从而模拟出学校教育的授课方式。概括地说，现代远程教育系统需要实现教学课件的点播（vod ），教学直播，网络课堂等功能。在ip 网上开展远程教学活动，需要解决两个基本问题：音频、视频流信息的传送以及它们与数据之间的同步。由于音频、视频信息的带宽比较宽，不可能让学生将所有的节目下载到本地计算机上后再播放，这样就必须要采用先进的网络技术，如流媒体，来实现边发送边播放。
四、 今后的技术和应用发展趋势
流媒体技术和市场前景已广泛受到业界的普遍关注，各大著名的公司，如microsoft 、康柏、intel 、ibm 等， 都在调整自己的战略方向，为使自己在流媒体市场中占取有利地位。另外，从用户的角度来看，根据收视率调查的权威机构尼尔逊发布的数字—单就1999年来看，在网上访问流式媒体内容的人数足足增加了65%，显示对丰富媒体的需求必定将推动整体架构的革新。报告指出，2000年11月访问流式内容的访客高达3500万人次，表示超过三分之一的互联网用户曾阅读过流式内容。预料在不久的将来，内容供应商将运用各种高新技术来满足网络用户日益挑剔的要求。而不同媒体之间汇集融合更有助于多方面接触大众，达成传播目标。可见，流式媒体的增长是必然的，它将成为驱动下一波互联网成长的主要力量。
目前还有很多的公司在开发流媒体的新技术，挖掘流媒体的新应用，例如，有的公司利用流媒体技术制作更具吸引力的商业广告，或者尝试流媒体在电子商务方面的应用等。可以预见，随着流式媒体的趋向成熟，厂商对流媒体技术的不断发展和完善，以及用户对流媒体需求的增加，流媒体技术定会更上层楼，流媒体市场将会越来越广阔，业务内容将更加丰富。
流媒体技术
通院十班
学号B13011002 文馨贤
一、 流媒体产生和起源
近年来，网络技术、通信技术、多媒体技术的迅猛发展，对internet 产生了极大的影响和推动，联网方式变得多样、网络带宽大大拓展。现在，internet 可以提供更多的服务，不再局限于网络通信E-Mail 、简单的信息浏览、FTP\TELNET等，诸如电子商务、远程教育、视频点播等新的服务的应用入雨后春笋搬得出现。
在网络应用不断丰富的同时，流媒体技术的出现既改变了传统媒体的传播方式，也改变了传统的视频播放方式。传统的网络传输音视频等多媒体信息的方式是完全下载后再播放，下载常常要花数分钟甚至数小时。而采用流媒体，就可以实现流式传输，将声音、影像或动画由服务器向用户计算机进行连续不断地传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒的启动延时即可进行观看。当视频、音频文件等在用户的机器上播放时，文件的剩余部分还会从服务器上继续下载。
同时，流媒体技术的广泛运用也打破了广播、电视与网络之间的界限，网络既是广播电视的辅助者与延伸者，也将成为它们有力的竞争者。利用流媒体技术，网络将提供新的音频节目样式，也将形成新的经营模式，例如收费的点播服务。发挥传统媒体的优势，利用网络媒体的特长，保持媒体之间良好的竞争与合作，是未来传统媒体的发展之路。流媒体技术的应用只是一个开端，无数新的技术还在前面等着我们。
二、 流媒体主要内容和要点分析
流媒体简介
流媒体是一种可以使音频、视频和其他多媒体能在internet 及internet 上以实时的无需下载等待的方式进行播放的技术。
流媒体关键技术问题
为了在数据网络上传输媒体流，流媒体技术需要解决从音/视频源的编码/解码、存储，到网络端的媒体服务、媒体流传输，到用户端的播放一系列问题。
为了实现较好质量的流媒体实时播放，需要考虑媒体流传输的所有环节。其中，影响传输质量的三个最关键的因素是：编码和压缩的性能和效率；媒体服务器的性能；媒体流传输的质量控制。
（1）编码/压缩的性能
影响音/视频流的压缩/编码性能的因素很多，首先是压缩效率。压缩效率要求在保证一定音/视频质量的前提下，媒体流的码流速率尽量低。其次是编码的冗余性和可*性。与普通的多媒体文件压缩/编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输，因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。为了解决这个问题，采用了一些先进的编码技术，例如错误弹性编码(Error-Resilient Encoding)：在编码中通过适当的控制使得发生数据丢失后能够最大限度地减少对质量的影响。在Internet 环境下，最典型的方法是多描述编码（MDC ）。MDC 把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量。多个描述结合起来提供更好的质量。最后，媒体流的压缩/编码还需要考虑速率调节的能力，因为网络的拥塞状况是不断变化的，流媒体的编码必须能够适应网络速率的变化。一种方法是采用可扩展的层次编码，可扩展的压缩/编码生成多个子位流（Substream ），其中一个位流是基本位流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列，其他的子位流则起质量增强的作用，所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。相应的，仅有部分的子位流（必须包含基本子位流）则输出的视频在图像的质量或者图像的分辨率、图像播放的帧速率上较差。当网络速率变化时，可以通过调节流输出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。
（2）服务器性能
随着流媒体规模的扩大，流媒体服务器的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。流媒体服务器性能的关键指标是流输出能力和能同时支持的并发请求数量。影响流媒体服务器性能的因素很多，包括CPU 能力，I/O总线，存储带宽等。通常，单个流媒体服务器的并发数都在几百以内，因此，为了具有更好的性能，目前的高性能流媒体服务器都采用大规模并行处理的结构，例如采用超立方体的结构将各个流媒体服务单元连接起来。还有一种方法是采用简单的PC 集群的方式，这种方式下多个PC 流媒体服务器用局域网连接，前端采用内容交换/负载均衡器将流媒体服务的请求分布到各个PC 媒体服务单元。后一种方式性能较前一种方式低，但是成本很低，容易实现。
（3）媒体流传输的质量控制
这是制约流媒体性能的最重要的因素。由于流媒体传输对网络带宽、延迟、丢失率等都有很高的要求，而基于无连接的包交换IP 网络对带宽资源和服务质量的控制能力都比较弱，因此，在IP 网络上进行流媒体传输需要采用一些应用层的质量控制机制来解决传输中的问题。这些质量控制机制可以分为几个层次：最常用的方式是采用速率适应机制，基本的方法是通过一定的速率反馈机制，利用媒体流的速率层次编码能力，在媒体服务器端动态地调节流媒体的传输速率，保证客户端在网络可用带宽变化的时候也能够正常地收看流媒体内容。速率适应机制附以差错控制和冗余控制能够有效地保证流媒体的正常收看。目前流媒体的主流产品都具备应用层的速率适应能力。另外一种方法是采用内容分发网络（CDN ），采用CDN 传输流媒体的优点主要包括三个方面：第一是通过应用层的内容分发降低了主干网络的流媒体流量，并实现了基于应用层的组播仿真（即利用主机构建独立于网络层的逻辑组播树，并采用主机上的应用层软件进行组播
转发）。第二是通过分布在网络边缘的流媒体服务器，避免了拥塞链路，提高了流媒体传输的性能和响应时间。最后，通过CDN 能够有效地提高整个流媒体系统的扩展性，降低对每个流媒体服务器的性能要求。目前，利用CDN 传输流媒体是大规模流媒体应用的发展趋势。
三、 流媒体技术的主要应用
（1）电视点播
随着internet 网络的普及，使网络上传输的资料不仅仅限于文字和图形。有许多的internet 的视频应用需要在internet 网络上点播，它们都要求最大范围的让观众观看到高质量的节目，象电视一样达到宣传、广告或满足观众需求的目的。这就要求系统具备高传输速率、数据同步、数据流的分流、高稳定性等特性。实现网络的视、音频传输最好的解决方案就是流式媒体的传输方式。
realsystem系列产品是在流媒体方面最为成功的系统。它具有跨平台，稳定性高等特点，特别是对直播条件要求不高且非常容易实现在internet 网上进行视频直播。采用realserver 作为网络视频直播服务器端引擎，媒体内容制作工具realproducer 将现场信号传送给realserver 进行直播，也可以把其他的音频、视频及动画等多媒体文件转换成real 格式用于流式传输。客户端安装了播放软件realplayer 后，通过交换机向服务器发出请求，接收并回放从realserver 传输过来的媒体节目。
（2） 远程教育
知识经济时代的网上教育突破了传统“面授”教学的局限，为学习者提供了时间分散、资源共享、地域广阔、交互式的教学新方式。从技术上讲，远程教育系统是建立在现代传媒技术基础上的多媒体应用系统，它通过现代的通信网络将教师的图象、声音和电子教案传送给学生，也可以根据需要将学生的图象、声音回送给教师，从而模拟出学校教育的授课方式。概括地说，现代远程教育系统需要实现教学课件的点播（vod ），教学直播，网络课堂等功能。在ip 网上开展远程教学活动，需要解决两个基本问题：音频、视频流信息的传送以及它们与数据之间的同步。由于音频、视频信息的带宽比较宽，不可能让学生将所有的节目下载到本地计算机上后再播放，这样就必须要采用先进的网络技术，如流媒体，来实现边发送边播放。
四、 今后的技术和应用发展趋势
流媒体技术和市场前景已广泛受到业界的普遍关注，各大著名的公司，如microsoft 、康柏、intel 、ibm 等， 都在调整自己的战略方向，为使自己在流媒体市场中占取有利地位。另外，从用户的角度来看，根据收视率调查的权威机构尼尔逊发布的数字—单就1999年来看，在网上访问流式媒体内容的人数足足增加了65%，显示对丰富媒体的需求必定将推动整体架构的革新。报告指出，2000年11月访问流式内容的访客高达3500万人次，表示超过三分之一的互联网用户曾阅读过流式内容。预料在不久的将来，内容供应商将运用各种高新技术来满足网络用户日益挑剔的要求。而不同媒体之间汇集融合更有助于多方面接触大众，达成传播目标。可见，流式媒体的增长是必然的，它将成为驱动下一波互联网成长的主要力量。
目前还有很多的公司在开发流媒体的新技术，挖掘流媒体的新应用，例如，有的公司利用流媒体技术制作更具吸引力的商业广告，或者尝试流媒体在电子商务方面的应用等。可以预见，随着流式媒体的趋向成熟，厂商对流媒体技术的不断发展和完善，以及用户对流媒体需求的增加，流媒体技术定会更上层楼，流媒体市场将会越来越广阔，业务内容将更加丰富。