張鋒

（武漢大學(xué)軟件工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079）

1 前盲

現(xiàn)代圖書(shū)館的館藏除傳統(tǒng)的印刷型文獻(xiàn)外還收藏有大量的多媒體資源，其中VCD、DVD類(lèi)教育片占有相當(dāng)大的比重。傳統(tǒng)的VCD服務(wù)器能借助于VCD（DVD）播放機(jī)來(lái)播放，要受到場(chǎng)地和其它因素的限制，播放時(shí)必須獨(dú)占該資源而不能再被其它讀者使用，很顯然，這種服務(wù)方式已很難滿(mǎn)足要求。隨著電信的普及、互聯(lián)網(wǎng)的興起、多媒體技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，推動(dòng)了流媒體技術(shù)的迅速崛起.也為我們提供了解決多媒體服務(wù)的有效方法，流媒體技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代圖書(shū)館服務(wù)已成為必然。同時(shí)，在向數(shù)字化圖書(shū)館的發(fā)展過(guò)程中，流媒體技術(shù)也是多媒體資源數(shù)字化的最有效工具。

2 流媒體

（Streaming Media）是一種新興的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，它是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet播放的媒體格式，而流式傳輸方式則是將A/V（音頻/視頻）、3D等多媒體文件經(jīng)過(guò)特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包，由視頻服務(wù)器向用戶(hù)計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)地傳送。在采用流式傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶(hù)不必像采用下載方式那樣等到整個(gè)文件全部下載完畢，而是只需要經(jīng)過(guò)幾秒或幾十秒的啟動(dòng)延時(shí)即可在用戶(hù)的計(jì)算機(jī)上利用解壓設(shè)備（硬件或軟件）對(duì)壓縮的A/V（音頻/視頻）、3D等多媒體文件解壓后實(shí)時(shí)播放。因此，流媒體的一個(gè)重要特征是對(duì)時(shí)間的敏感性，這正是實(shí)時(shí)性要求應(yīng)用所必需的，所以這類(lèi)應(yīng)用與流媒體密不可分是十分自然的事情。流媒體的實(shí)現(xiàn)主要取決于網(wǎng)絡(luò)帶寬和壓縮算法的提高。今天，隨著網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的改善、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和壓縮技術(shù)的發(fā)展，流媒體的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)變得越來(lái)越容易了。因而，在圖書(shū)館尤其是高校圖書(shū)館的多媒體數(shù)字化建設(shè)中，流媒體技術(shù)可望被廣泛應(yīng)用而成為圖書(shū)館聲像資料數(shù)字化建設(shè)中的重要選項(xiàng)。

3 流媒體技術(shù)原理

流文件的傳輸實(shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，對(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)A/v源或存儲(chǔ)的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同，故到達(dá)客戶(hù)端的時(shí)間延遲也就小，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)的影響，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出并保證效果，而不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)哲時(shí)擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因?yàn)楦咚倬彺媸褂铆h(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù):通過(guò)丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容。流可以重新利用窄出的高速緩存空間來(lái)緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容，流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TOP需要較多的開(kāi)銷(xiāo)，故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，一般采用HTTPTCP來(lái)傳輸控制信息，而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)倪^(guò)程一般是這樣的:用戶(hù)選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器Web服務(wù)器之間使用IP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來(lái)，然后客戶(hù)機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/V Helper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類(lèi)型或與A/V搜索相關(guān)的服務(wù)器地址。A/V Helper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息，與CD播放機(jī)或VORS所提供的功能相似。RTSP提供了操縱播放、快進(jìn)、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶(hù)程序（一般可認(rèn)為客戶(hù)程序等同于Helper程序），一般A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶(hù)端，A/V客戶(hù)程序即可插放輸出。需要說(shuō)明的是，在流式傳輸中，使用RTP/UDP和RTSP/TOP兩種小同的通信協(xié)議與A/v服務(wù)器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務(wù)器的輸出到運(yùn)行-A/V Helper程序所在客戶(hù)機(jī)的目的地址。實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專(zhuān)用服務(wù)器和播放器。

4 流媒體播放方式

4.1 單播

在客戶(hù)端和媒體服務(wù)器之間需要建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從一臺(tái)服務(wù)器送出的每個(gè)數(shù)據(jù)包只能傳送給一個(gè)客戶(hù)機(jī)，這種傳送方式稱(chēng)為單播。每個(gè)用戶(hù)必須分別對(duì)媒體服務(wù)器發(fā)送單獨(dú)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(qǐng)的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務(wù)器沉重的負(fù)擔(dān)，響應(yīng)需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至停止播放；管理人員也被迫購(gòu)買(mǎi)硬件和帶寬來(lái)保證一定的服務(wù)質(zhì)量。

4.2 組播

IP組播技術(shù)構(gòu)建一種具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個(gè)通道上。采用組播方式，單臺(tái)服務(wù)器能夠?qū)资f(wàn)臺(tái)客戶(hù)機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)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(qǐng)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(jī)，減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭?。網(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。

4.3 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(nèi)容項(xiàng)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(duì)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(shù)據(jù)包的單獨(dú)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(shù)據(jù)包復(fù)制多個(gè)拷貝，以多個(gè)點(diǎn)對(duì)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(shù)據(jù)包的單獨(dú)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(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長(zhǎng)處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點(diǎn)，將數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝發(fā)送給需要的那些客戶(hù)。組播不會(huì)復(fù)制數(shù)據(jù)包的多個(gè)拷貝傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，也不會(huì)將數(shù)據(jù)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(yīng)用占用網(wǎng)絡(luò)的最小帶寬。

5 流媒體技術(shù)的解決方案

目前、技術(shù)較為先進(jìn)、產(chǎn)品已相當(dāng)成熟的流媒體系統(tǒng)主要有:RealNetworks公司的RealSystem、微軟公司的Windows Media、Apple公司的QuickTime.其中、微軟的Windows Media是目前選用較多的解決多媒體服務(wù)和數(shù)字化的方案，它包括:Windows Media Encoder（編碼器）、Windows Media Service（發(fā)布）、Windows Media Player（播放）三個(gè)部分。

5.1 Windows Media Encoder（編碼器）

其主要功能是將各種各樣的音視頻多媒體內(nèi)容轉(zhuǎn)換成ASF格式（Advanced Streaming Format，高級(jí)流格式）的流媒體文件，ASF是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，能以多種協(xié)議在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳送，它是專(zhuān)門(mén)為在IP網(wǎng)上傳遞有同步關(guān)系的多媒體數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，特別適合在IP網(wǎng)上傳輸。Encoder在工作中需處理大量的多媒體數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置有一定的要求，最好在一臺(tái)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，以防止系統(tǒng)被其它應(yīng)用軟件過(guò)多占用而影響編碼效果。

Encoder在編碼時(shí)間可根據(jù)客戶(hù)端的網(wǎng)絡(luò)條件選擇28.8 Kbps至3 Mbps之間的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)可對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如壓縮編碼算法、圖像尺寸大小、圖像幀數(shù)、聲音編碼算法等等。

5.2 windows Media services（發(fā)布）

在完成流媒體的編碼制作后，下一步的工作是流媒體文件在網(wǎng)上的發(fā)布。發(fā)布的模式有二種:一種是直接將ASF文件放在Web服務(wù)器上，用戶(hù)通過(guò)HTTP協(xié)議進(jìn)行下載或直接在線(xiàn)觀看；另一種則通過(guò)windows Media服務(wù)器進(jìn)行流媒體的播放，以實(shí)現(xiàn)實(shí)況發(fā)布、實(shí)時(shí)監(jiān)督等功能，不論哪種發(fā)布模式。都需要windows Media services的支持。windows Media services的任務(wù)是以單播或廣播的形式將音視頻文件發(fā)送到客戶(hù)端上，供客戶(hù)端播放，還可承擔(dān)視頻點(diǎn)播、轉(zhuǎn)播、實(shí)況直播等多種領(lǐng)域的應(yīng)用。windows Media services能用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在窄帶的22Kbps視頻流可以支持9000個(gè)用戶(hù)，在寬帶的100Kbps視頻流可支持2400個(gè)用戶(hù)。windows Media service集成在windows 2.00 server中可選安裝.如要使用必須要在windows、windows 2000 server上選擇添加安裝。

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