王健健

（寶雞文理學(xué)院 音樂系，陜西 寶雞 721013）

一種基于流媒體技術(shù)的民族音樂視頻管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王健健

（寶雞文理學(xué)院 音樂系，陜西 寶雞 721013）

針對流媒體技術(shù)的應(yīng)用和民族音樂的盛行，提出一種基于Andriod的流媒體自適應(yīng)方案的民族音樂視頻管理系統(tǒng)。根據(jù)客戶端反饋的帶寬、丟包率等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，采用AMID與碼率相結(jié)合的自適應(yīng)調(diào)整方案，從而動態(tài)調(diào)整服務(wù)器端民族音樂視頻發(fā)送的速率、視頻流，從而保障學(xué)生在對民族音樂學(xué)習(xí)中能流暢觀看。最后結(jié)合民族音樂學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，分別對客戶端和服務(wù)器端的功能進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)，并對自適應(yīng)調(diào)整方案進(jìn)行了測試，讓學(xué)生可通過無線網(wǎng)絡(luò)能流暢接收數(shù)據(jù)和解碼顯示。

流媒體；RTP/RTCP；自適應(yīng)；民族音樂；視頻流

隨著現(xiàn)代智能終端的普及和民族音樂浪潮在校園中的流行，學(xué)生們開始不滿足利用傳統(tǒng)的WEB頁面對民族音樂視頻進(jìn)行瀏覽，而采用更為方便和快捷的Andriod終端和無線網(wǎng)絡(luò)對民族音樂視頻進(jìn)行觀看和學(xué)習(xí)。但是對這種基于移動端的民族音樂流媒體系統(tǒng)，受到網(wǎng)絡(luò)丟包率、帶寬等因素的影響，導(dǎo)致學(xué)生在觀看民族音樂視頻中下載緩慢等問題，嚴(yán)重影響通過Andriod終端進(jìn)行觀看的質(zhì)量。因此如何處理帶寬給移動端民族音樂視頻帶來的問題，筆者提出一套基于自適應(yīng)的流媒體調(diào)整方案，并對系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

1 自適應(yīng)調(diào)整策略

當(dāng)前針對流媒體的傳輸協(xié)議主要包括UDP、TCP、RTCP、RTP等協(xié)議，其中TCP傳輸協(xié)議主要用于提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，具有很強(qiáng)大可靠性。但對于民族音樂視頻來講，傳輸?shù)膶?shí)時性要求超過可靠性。因此往往通過RTP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對音樂視頻的傳輸。RTP數(shù)據(jù)傳輸與控制是通過RTP與RTCP兩部分構(gòu)成，其中RTP協(xié)議通常只負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，其不能保證RTP數(shù)據(jù)包能順序到達(dá)，也不能保證QoS，因此，通常結(jié)合RTP和RTCP的各自優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)對視頻數(shù)據(jù)的傳輸。而在RTP和RTCP傳輸中要達(dá)到傳輸?shù)淖赃m應(yīng)調(diào)整，保障民族音樂傳輸?shù)膶?shí)時性，必須對客戶端的基本的參數(shù)情況進(jìn)行探測，從而了解客戶端具體的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，再根據(jù)參數(shù)評估當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境適當(dāng)?shù)膶?shù)據(jù)碼率或傳輸速率等進(jìn)行調(diào)整。因此，要解決該問題，必須要判斷客戶端中的緩沖區(qū)域內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)情況，如果在緩沖區(qū)的視頻數(shù)據(jù)比較很少的情況下，此時服務(wù)器端必須調(diào)整策略，保證在移動客戶端的視頻數(shù)據(jù)充足；如緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)較多的時候，此時調(diào)整視頻傳輸?shù)乃俾?，從而加快移動客戶端對視頻數(shù)據(jù)的消耗，減少移動端的緩沖存儲，使得播放器能夠非常流暢的解碼進(jìn)行播放。

其中，Bcurr表示某時刻在緩沖區(qū)的視頻數(shù)據(jù)量；Brecv表示客戶端所接收到的數(shù)據(jù)的速率。

服務(wù)器通過公式周期性的對客戶端的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，從而調(diào)整自己在下個周期發(fā)送的數(shù)據(jù)量。在對新的數(shù)據(jù)量進(jìn)行更新之后，需要對新的數(shù)據(jù)量進(jìn)行計(jì)算，從而防止客戶端的數(shù)據(jù)上溢或者下溢的問題。因此，必須對客戶端的上溢和下溢邊界進(jìn)行界定。其中，客戶端緩沖區(qū)上溢最大值：

客戶端緩沖區(qū)下溢最小值：

當(dāng)服務(wù)器在計(jì)算得到客戶端中緩沖區(qū)的數(shù)值后，如果得到的值Bcurr∈[0，Bmin]區(qū)間的時候，此時服務(wù)器端會直接降低視頻的碼率，熱增加在單位時間內(nèi)客戶端當(dāng)中解碼的時間，降低客戶端對數(shù)據(jù)的消耗；如Bcurr＞Bmax，此時服務(wù)器端則提高發(fā)送的碼率，并減少單位時間內(nèi)的解碼播放時間；而當(dāng)Bcurr∈[Bmin，Bmax]，則啟動自適應(yīng)調(diào)整方案。要啟動自適應(yīng)方案，必須要預(yù)測下一步的丟包率，從而確定下一步發(fā)送的碼率和速率。而根據(jù)丟包率的計(jì)算公式：

根據(jù)服務(wù)器的運(yùn)行，將服務(wù)器對數(shù)據(jù)的動態(tài)過程分為4個范圍：空閑、上切、保持和下切4個階段。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的lossmin，lossmid，lossmax，從而得到在不同的態(tài)勢情況下丟包率的調(diào)整值:

其中，Rnext表示為下一刻的發(fā)送的碼率；Rcurr表示為當(dāng)前服務(wù)器端所發(fā)送的碼率；Vnext表示服務(wù)器端在下一周期內(nèi)所傳送的速率。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對民族音樂視頻的分析，筆者結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)，將該民族音樂視頻管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)為如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

通過圖1看出，當(dāng)學(xué)生通過智能手機(jī)中的播放器在點(diǎn)播民族音樂視頻文件的時候，通過無線網(wǎng)絡(luò)接入流媒體服務(wù)器，從而讀取民族音樂的有關(guān)視頻，學(xué)生對音樂的學(xué)習(xí)。同時整體的架構(gòu)采用C/S訪問模式，將整體的架構(gòu)分為客戶端和服務(wù)器兩個部分，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)的要求。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

結(jié)合民族音樂學(xué)習(xí)的具體工作業(yè)務(wù)，將該系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)為如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的思路讓學(xué)生利用流媒體技術(shù)的點(diǎn)播功能對視頻進(jìn)行觀看。由此在客戶端方面的功能分為我的課程、學(xué)習(xí)交流、RTCP反饋與解碼、視頻管理、視頻點(diǎn)播。我的課程主要對學(xué)生學(xué)習(xí)民族音樂視頻的進(jìn)度、階段等進(jìn)行記錄；視頻管理分為教師和學(xué)生兩個使用群體，其中教師對民族音樂視頻進(jìn)行上傳、更新、刪除等；學(xué)生則對民族音樂視頻進(jìn)行下載管理，包括存儲位置、刪除等操作；視頻點(diǎn)播則通過自適應(yīng)調(diào)整算法對民族音樂視頻進(jìn)行觀看；RTCP反饋與解碼主要對視頻流進(jìn)行解碼，并對相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)反饋給服務(wù)器。

在服務(wù)器端方面，管理員對系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，同時通過自適應(yīng)調(diào)整模塊對視頻傳輸?shù)乃俾屎痛a率等進(jìn)行分析；權(quán)限分配則對教師和學(xué)生的不同功能進(jìn)行分配。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 開發(fā)環(huán)境部署

對該系統(tǒng)的開發(fā)分為兩個部分：客戶端和服務(wù)器端?？蛻舳说拈_發(fā)利用myeclipse 10作為開發(fā)工具，通過該工具的集成功能安裝SDK插件，實(shí)現(xiàn)對整體客戶端程序的開發(fā)。在服務(wù)器端方面則安裝MYSQL開源數(shù)據(jù)庫和Tomact服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器環(huán)境的布局。

4.2 流媒體服務(wù)器與客戶端通信實(shí)現(xiàn)

文中通過在視頻管理系統(tǒng)中嵌入播放器的方式，從而實(shí)現(xiàn)不同民族音樂視頻的播放。其具體的實(shí)現(xiàn)流程則如圖3所示。

圖3 Andriod手機(jī)與流媒體服務(wù)器通信流程

在該流程設(shè)計(jì)中，手機(jī)客戶端通過服務(wù)器方面的RTSP端口建立連接關(guān)系，通過客戶端向服務(wù)器端發(fā)送Play和Describe指令；再流媒體收到指令后，對其中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等做出一定的反饋；然后再根據(jù)反饋的情況向客戶端發(fā)送視頻流。其中對于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的反饋，其具體的處理流程則如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)反饋模塊流程

4.3 視頻點(diǎn)播實(shí)現(xiàn)

視頻點(diǎn)播作為民族音樂視頻重點(diǎn)，首先是學(xué)生通過用戶名和密碼進(jìn)行登錄，在登錄之后，點(diǎn)擊視頻點(diǎn)播界面，從而得到圖5的播放結(jié)果。

圖5 民族音樂視頻點(diǎn)播

5 系統(tǒng)測試

利用Debian Linux流媒體服務(wù)器和三星智能手機(jī)，同時構(gòu)建一個人工網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，設(shè)定不使用任何機(jī)制、對速率控制、綜合自適應(yīng)等三個方案，并在200～500 kbps等7種不同的碼率條件下進(jìn)行測試，得到如圖6的結(jié)果。

圖6 不同方案下的數(shù)據(jù)丟包率

6 結(jié)束語

通過對系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，得到本文設(shè)計(jì)方案的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟包率測試結(jié)果和圖5所示的民族音樂播放效果。通過圖6看出在自適應(yīng)調(diào)整算法下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸丟包率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他兩種方案，同時結(jié)合圖5看出，該系統(tǒng)在自適應(yīng)調(diào)整方案下對民族音樂學(xué)習(xí)具有很大的創(chuàng)新，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

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Design of national music video management system based on streaming media technology

WANG Jian-jian
（Department of Music，Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721013，China）

Aiming at the application of streaming media technology and the prevalence of folk music，a kind of national music video management system based on Andriod streaming media adaptive scheme is proposed.According to the network parameters such as bandwidth，packet loss rate and so on，the AMID is used to adjust the speed and video frequency of the server side，so as to protect the students in the learning process.In the end，the function of the client and server is realized in detail，and the adaptive adjustment scheme is tested，and the students can receive data and decode smoothly through wireless network.

streaming media；RTP/RTCP；adaptive；national music；video stream

TN99

A

1674－6236（2016）18-0149-03

2015-11-04 稿件編號：201511040

王健健（1981—），女，陜西寶雞人，碩士，講師。研究方向：高校音樂教學(xué)。