宽带网应用的新技术——流媒体

秦尚（上海市电信公司 200040）
　　流媒体是一种应用流技术在网络上传输的多媒体文件。所谓的流技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放在网站服务器上，让用户边下载边观看、收听，而无需等整个压缩文件下载到自己的机器上后才可以观看的网络传输技术。流技术先在用户端的电脑上创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网络实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，以避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。有人形象地将流媒体比作淋浴，水是边洗边流，而不是等浴缸里放满了水以后再洗。

1 流媒体系统的实现与组成

　　一般而言，流媒体系统大致包括以下几个组件：转档／转码工具（Encoder），用于压缩转档；服务器（Server），管理并传送大量多媒体内容；编码器（Scripter），可整合多媒体，并以互动方式呈现；播放器（Player），在用户端的PC上呈现串流的内容。此外还有许多不同的多媒体制作工具。

　　当一个网站提供VOD的串流内容时，需要使用转档／转码工具，将一般的多媒体文件进行高品质、适合网络上串流的压缩，接着将转好的文件传送到服务器端放送出去；若网站要提供的是转播服务，则需要在空中将音频及视频内容截取后，直接传到服务器端井由服务器放送出去，而直播式的传送可以透过Unicast或Multicast来实现。

　　一个完整的流媒体平台主要包括以下几部分。

（1）流服务应用软件

　　它是系统中最重要的成分，要求流软件在最广的范围、多种连接速度的基础上提供性能最好的多媒体效果，并具有强有力的系统管理和可伸缩性能力，以及具有开放的、标准的和跨平台的架构。软件系统必须具有极高的压缩比和很好的传输能力，适合网络发布。服务器端软件应该具有强大的网络管理功能，支持广泛的媒体格式，支持最大量的互联网用户群与流媒体商业模式。

（2）集中分布式视频系统

　　系统必须拥有良好的可伸缩性。随着业务的增加和用户的增多，系统可以灵活地增加现场直播流的数量，并通过增加带宽集群。边缘流媒体服务器和并发用户的数量，以不断满足用户对系统的扩展要求。

（3）视频业务管理媒体发布系统

　　该系统包括广播和点播的管理，节目管理，创建、发布及计费认证服务，提供定时按需录制、直播、传送节目的解决方案，管理用户访问及多服务器系统负载均衡调度服务。

（4）视频采集制作系统

　　该系统利用媒体采集设备进行流的制作和生成。它包括一系列的工具，从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富的流媒体。这些工具产生的流文件可以存储为固定的格式，供发布服务器使用。视频采集制作系统可以实时地向发布服务器提供各种视频流，提供实时的多媒体信息发布服务。

（5）媒体内容自动索引检索系统

　　该系统能对媒体源进行标记，捕捉音频和视频文件并建立索引，建立高分辨率媒体的低分辨率代理文件，从而可以用于检索、视频节目的审查、基于媒体片段的自动发布，形成一套强大的数字媒体管理发布应用系统。

（6）媒体数字版权加密系统（DRM）

　　这是在互联网上以一种安全方式进行媒体内容加密的端到端的解决方案，它允许内容提供商在其发布的媒体或节目中对指定的时间段。观看次数及其内容进行加密和保护。

　　服务器鉴别和保护需要保护的内容，DRM认证服务器支持媒体灵活的访问权限（时间限制、区间限制、播放次数和各种组合），支持其他具有完整商业模型的DRM系统集成，包括订金、VOD、出租、所有权、B to B的多级内容分发版权管理领域等，是运营商保护内容和依靠内容赢利的关键技术保障。

（7）媒体存储系统

　　由于要存储大容量的影视资料，因此该系统必须配备大容量的磁盘阵列，具有高性能的数据读写能力，访问共享数据，高速传输外界请求数据，并具有高度的可扩展性、兼容性，支持标准的接口。这种系统配置能满足上千小时的视频数据的存储，实现大量片源的海量存储。

（8）客户端系统

　　该系统支持实时音频和视频直播、点播，可以嵌入到流行的例览器中，可播放多种流行的媒体格式，支持流媒体中的多种媒体形式，如文本、图片、Web页面、音频和视频等集成表现形式。在带宽充裕时，流媒体播放器可以自动侦测视频服务器的连接状态，选用更适合的视频，以获得更好的效果。目前应用最多的播放器有美国Real Networks公司的Real Player、微软公司的Media Player和苹果公司的Quicktime。

2 流媒体技术

　　实现流媒体的关键技术是流式传输。流式传输把声音、影像或动画等信息通过音视频服务器同用户计算机相连，进行实时传送，用户只需经过几秒或十几秒的启动延时即可观看，这不仅使启动延时大大缩短，而且还不需要大大的缓存容量。

（1）流式传输

　　流式传输目前有两种方法：顺序流式传输和定时流式传输。

·顺序流式传输（progressive streaming）

　　它是按前后次序下载，即用户只能看到下载的部分。这种方式很适合标准的HTTP服务器（包括FTP服务器），不需要特殊的传输协议，故也称为HTTP流式传输。其优点是播放质量高，传输途中元损耗，适合影视片的片头、广告或细节内容等高质量的短片段采用。但用户等待的时间稍长，尤其是连接速度慢的时候。

·实时流式传输（realtime streaming）

　　它采用流媒体服务器和专用的传输协议，保证媒体信号带宽与网络连接相匹配，实时传送节目，用户还可以像录像机那样用快进键或后退键重复观看前后的内容。实时流式传输很适合实况转播，它对带宽有一定要求，网络拥挤时视频质量难以得到保证。实时流式传输不但需要专用服务器，还需要特殊的网络传输协议。

（2）流媒体的网络协议

　　流式传输需要缓冲，以弥补Internet在包传输时带来的延时和抖动的影响，保证数据包的顺序正确，使媒体数据能够连续输出，不会因网络阻塞而使播放停顿。流媒体都需要采用高效的压缩算法，将庞大的多媒体文件压缩成适于流式传输的短小文件，经过流媒体服务器，修改MIME（Multipurpose Internet Mail Estension，通用电子邮件扩展）标识，通过各种网络实时协议传送。RTP（Realtime Transport Protocol，实时传输协议）和RTCP（Realtime Transport Control Protocol，实时传输控制协议）配合使用可有效地提供流量控制和阻塞控制服务，特别适合传送网上的实时数据。RTSP（Real Time Streaming Protocol，实时流协议）使多媒体数据能有效地通过IP网络传送。RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议）是预留一部分网络资源（即带宽），以减少音视频对网络延时的敏感度，从而为流媒体的传送提供一定的服务质量保证。

（3）流媒体的制作

　　流媒体传播形式有两种，一种是流媒体广播，另一种是用户点播（VOD）。不论是哪一种类型的流媒体，均包括如下过程：

（a）对人物、事件进行录制；

（b）编辑内容，井做数字化处理；

（c）将经过数字化处理的音视频内容进行编码，使之成为流媒体格式（.ram）；

（d）将其保存到安装了流媒体软件的宿主服务器中；

（e）服务器根据用户的需要来提供数字化内容；

（f）用户利用播放程序观看数字化音视频节目。

（4）流媒体类型识别技术

　　Web服务器和Web浏览器采用MIME技术来识别流媒体并进行相应的处理。它不仅用于电子邮件，还能用来标记在互联网上传输的任何文件类型。Web服务器和Web浏览器都基于HTTP协议，而HTTP都建有MIME。HTTP正是通过MIME标记Web上繁多的多媒体文件格式的。

（5）浏览器对流媒体的支持

　　首先，浏览器通过MIME来识别流媒体的类型，并调用相应的程序或Plug-in来处理；其次，IE和Netscape这两个最常用的浏览器都提供了丰富的内建流媒体支持。

（6）宽带瓶颈与高速缓冲存储技术

　　宽带网络因带宽提高虽然可以改进传送效率和内容质量，但终究有限，如不实施有效的网络优化与控制策略，服务质量将难以达到理想的目标。例如，在VOD环境下，一般用户需要500kbit/s带宽，如有10000个用户同时点击VOD，那么主干带宽至少需要5Gbit／s，这是目前任何网络和视频服务器都无法承受的，更何况用户和各种应用都在高速扩大，因此使用高速缓冲存储技术（Cache）是惟一有效的解决方案。

　　Cache是一种速度比随机存储器还要高得多的高速缓冲存储器。它利用一种算法事先估计中央处理机将要从随机存储器中获取什么信息，并把它提前从随机存储器中取出放入高速缓冲存储器。当中央处理机需要信息时，首先在Cache中查找。如果估计正确，这些信息就可以迅速传到中央处理机，从而极大地提高了计算机的运行速度。在实时流式传输时，Cache从用户流媒体请求中获取文件（如影片、音乐）的属性，然后将整个文件作为一个对象处理。在顺序流式传输时，Cache是被动地将服务器上传来的每个数据包进行缓存处理。其缺点是丢失的数据包无法恢复，不支持智能流（所谓智能流就是服务器可根据用户端的网络状况自动调节视频流文件的速度，使用户观看到满意的图像）。此外，Cache还能实现流媒体的分播和缓存。

　　目前，流媒体技术的主要应用在远程教育、宽带视频点播、在线影院和电视、互联网直播、视频录像和会议、音乐播放，在线电台、个人电视、交互式电视和电视上网。

3 如何通过流媒体让宽带“动”起来

　　流媒体将成为未来互联网上应用的主流，实现沟通和传播的多向性，使传播不再受到时间和空间的限制。要使流媒体应用获得成功，让宽带网随之“动”起来，运营商必须有良好的策略。

（1）技术策略

　　互联网上的很多应用无法保证服务质量，而运营商要想通过流媒体的应用实现宽带增值就必须保证它的服务质量。如为了保证传输质量，采用CDN（用户数据网）解决方案；为了保证视频显示的质量，采用先进的压缩技术并保证传输的带宽，此外，良好的网络管理策略也是成功的关键因素。

（2）内容策略

　　运营商不但要降低内容成本，而且还要提供丰富的内容，因此必须加强与内容提供商的多方合作与沟通，在与用户不断交互的过程中推出成本低、受欢迎的应用。

（3）用户策略

　　由于运营商面对的企业用户和家庭用户的需求是完全不同的，运营商必须针对不同类型的用户推出不同的应用。电信运营商关注的是：宽带接入的普及率、流媒体技术的成熟度、用户是否愿意付钱、是否支付得起、内容是否吸引人等。企业用户关注的是：应用是否成熟、观看感受是否好、安全问题、公司范围的宽带接入。企业用户希望的应用有：教育和培训、会议、员工之间通信、销售介绍和产品展示等。家庭用户关心的是：观看时是否比看电视舒适、内容是否有趣、宽带接入是否支付得起等。家庭用户希望的应用是：新闻、音乐、产品演示、体育比赛、电影、视频聊天和游戏等。运营商为了确保流媒体应用获得用户的青睐，必须整合各方的需求和利益，推出满足特定消费者群体的应用。

（4）资费策略

　　用户往往希望运营商提供灵活的资费模式，如每月预订与每次观看付费相结合的收费模式。对运营商而言，采取每月预订的收费模式最简单并且容易实现，但是为了吸引更多的消费者，运营商应该提供灵活的资费模式。

（5）扩大收入来源

　　运营商要想通过流媒体的应用来增加收入，则必须拓宽视野，多渠道、多方面增加收入来源，如除了用户每月的预订费用或每次观看付费外，还应该考虑来自广告的收入以及来自一些公司的赞助、消费者电子商务合同的佣金差额等。

（6）加强多方合作

　　围绕流媒体的应用将会涉及很多类型的公司，如内容提供商、IT公司、应用提供商、设备提供商和家电厂商等，在流媒体应用的开发过程中运营商需要与他们建立很好的合作关系，通过灵活周全的合作方式，最终实现多方赢利的目标。

　　总之，在流媒体应用中，电信运营商有着天然的优势，如电信运营商对网络的带宽拥有分配权，他们能使用自己的基础设施，以比其他竞争者低得多的价格传输高带宽的业务，他们有自己的客户群，可以将通信与业务捆绑在一起销售，如统一信息传递（客户的所有信息如语音邮件、电子邮件、传真、寻呼信息都放在一个邮箱中）或游戏门户接入（与游戏公司合作）等业务，并且几乎不需要额外的市场营销费用。电信运营商还可以向其他业务提供商出售其基础网络设施的接入权。

摘自《电信技术》