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        流媒體在圖書館聲像資料數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

        2010-08-15 00:55:42張鋒
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2010年7期
        關(guān)鍵詞:流式數(shù)據(jù)包客戶端

        張鋒

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

        1 前盲

        現(xiàn)代圖書館的館藏除傳統(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)來播放,要受到場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)代圖書館服務(wù)已成為必然。同時(shí),在向數(shù)字化圖書館的發(fā)展過程中,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)過幾秒或幾十秒的啟動(dòng)延時(shí)即可在用戶的計(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)變得越來越容易了。因而,在圖書館尤其是高校圖書館的多媒體數(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)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù):通過丟棄已經(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需要較多的開銷,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來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)倪^程一般是這樣的:用戶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,然后客戶機(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客戶程序(一般可認(rèn)為客戶程序等同于Helper程序),一般A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端,A/V客戶程序即可插放輸出。需要說明的是,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程序所在客戶機(jī)的目的地址。實(shí)現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務(wù)器和播放器。

        4 流媒體播放方式

        4.1 單播

        在客戶端和媒體服務(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)客戶機(jī),這種傳送方式稱為單播。每個(gè)用戶必須分別對(duì)媒體服務(wù)器發(fā)送單獨(dú)的查詢,而媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶發(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)需要很長時(shí)間,甚至停止播放;管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務(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臺(tái)客戶機(jī)同時(shí)發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時(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)求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機(jī),減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭俊>W(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)播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動(dòng)的連接。在點(diǎn)播連接中,用戶通過選擇內(nèi)容項(xiàng)目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、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。

        廣播指的是用戶被動(dòng)接收流。在廣播過程中,客戶端接收流,但不能控制流。例如,用戶不能暫停、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。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,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,而不管用戶是否需要,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。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,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,它是專門為在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)用軟件過多占用而影響編碼效果。

        Encoder在編碼時(shí)間可根據(jù)客戶端的網(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,用戶通過HTTP協(xié)議進(jìn)行下載或直接在線觀看;另一種則通過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)送到客戶端上,供客戶端播放,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,在寬帶的100Kbps視頻流可支持2400個(gè)用戶。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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