北京理工大学远程教育学院2002级计算机科学与技术孙敏
学号：2002323011022
【摘要】流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息的技术。近年来，随着宽带网络的发展和用户需求的驱动，流媒体技术和相关的应用得到越来越多的关注，其边下载边播放的特性深受教育、娱乐等行业的喜爱，被认为是未来高速宽带网络的主流应用之一。本文介绍了网络流媒体服务系统构架、组件及其流媒体技术的应用，并阐述了应用于流媒体系统的各种技术，包括传输质量控制、网络传输与控制协议等，最后对当前网络上流行的三种流媒体服务系统做了比较。 【关键字】流媒体传输协议视频会议
1．前言
在网络上传输音/视频(A/V)等多媒体信息，目前主要有下载和流式传输两种方案。一是采用下载方式，一般A/V文件都较大，所以需要用户的存储容量也较大。同时由于网络带宽的限制，下载常常要花数十分钟甚至数小时，所以这种处理方法延迟也很大；二是流式传输，表示声音、影像或动画等时基媒体由视频服务器向用户计算机的连续、实时传送。随着计算机硬件技术和宽带网络的快速发展，人们希望互联网
不再只有简单的网页浏览、文件下载等功能，更能承载实时的视、音频信息。因此，能满足“边下载边播放”的流媒体技术应运而生并且得到快速发展，流媒体业务也被认为是未来高速宽带网的主流业务。
流媒体（Streaming Media）是指视频、声音和数据通过实时传输协议以连续流方式顺序从源端向目的地传输，目的地只需接收到一定数据缓存后就可以立即播放的多媒体应用，流媒体实现的关键技术就是流式传输。通过流式技术进行传输，即使在网络非常拥挤或很差的拨号连接条件下，也能提供清晰、不中断的音影给观众，从而使窄带互联网传输多媒体视音频内容成为可能
2．流媒体系统结构
各个厂家的流媒体系统有其自己的特，叫法也不尽相同，但主要都可以分成四部分：媒体编码器、媒体文件存储器、媒体服务器和媒体播放器。四部分相互协作构成流媒体服务系统。系统架构及各部分关系如图1所示：
质量）？
为了支持尽可能多的并发用户数，同时避免大量的并发用户数带来的服务器负荷加大，QoS降低的情况，要求系统对网络流量和并发用户数进行管理和限定。与该问题相关的有三个技术指标，如下表所示：
表1 传输带宽指标
一般来说，上述三个指标值关系应满足：
（最大网络带宽）/（最大并发流数）<=（单流最大速率）不同厂家的流媒体产品对上述指标的确定方法不同。有些直接在服务器端设定，如微软最新的Media Services V9中，可以限定上述三个指标的值，也可以不做限定，依机器性能越高则相应指标越高；有些通过许可证机制设定，如RealSystemNerworks，通过购买License确定上述指标值的上限，但实际数值仍与机器性能有关。
流媒体业务是一种宽带业务，对于网络带宽、抖动、延迟和丢包率都有较高的要求。为了在只提供“尽力而为”服务的IP网络中能够提供较好的QoS，目前流媒体领域已发展了几种较为成熟的带宽适应和质量控制技术：智能流技术：所谓智能流技术，就是系统能够自动检测网络状况并将视、音频流的属性调整到最佳，使用户收到与其连接速度相符的媒体流，从而获得最佳的用户体验。智能流技术的实质是通过C/S应用层的速率反馈机制探测网络带宽变化，利用媒体流的多速率层次编码能力，在服务器端动态的调节媒体流的传输速率，以保证用户在网络带宽变化条件下仍能收到质量较好的媒体流。微软和RealSystem都提供智能流技术。
分流（splitting）技术：分流技术一般只在作网络直播时候使用。发送服务器通过UDP单播、UDP组播等方式将直播媒体流发送到分布在各地的多个接收服务器，客户端可以就近访问服务器获得较高质量的媒体流，同时减少带宽使用。发送服务器与接收服务器之间由高速链路连接。分流技术分推（push）和拉（pull）两种模式，目前微软Media Services和RealSystem都支持分流技术。
内容分发网络（CDN）技术：CDN是近几年才发展起来的新技术，它作为基础IP网络之上的一个内容叠加网，通过引入主动内容管理、全局负载均衡和内容缓存等技术，可以将用户请求的流媒体内容发布到距离用户最近的网络边缘，从
而提高用户访问的响应速度，并有效解决网络拥塞，最大限度的减轻骨干网络流量。CDN为在WAN或MAN范围开展流媒体业务提供了有效的QoS保证。
缓存（caching）技术：由于互联网是以断续的异步包传输为基础，一个实时媒体流或媒体文件在传输中将被分成多个包传输。由于网络的延时、抖动等因素，包到达客户端的顺序和延迟可能不一样，可能出现先发的包后到的情况，因此需要缓存系统来弥补网络延迟和抖动的影响，以保证数据包的顺序正确以及不会因为网络暂时拥塞而出现播放停顿的现象。缓存技术一般采用环形链表结构存储数据，丢弃已发送或已播放内容并利用空出的空间存储将要发送或将要播放的内容，所以一般缓存不会很大。目前主要用到的缓存技术有：正向缓存、反向缓存和透明代理缓存技术。微软Media Services和RealSystem都提供服务器端和播放器端的缓存设定。
当前互联网上主流的流媒体系统有微软Media Services，RealSystem和Cisco IP/TV三种。以下就笔者对三种系统的应用经验做一个简单的比较。
4．网络传输与控制协议
多媒体业务流由于其数据量大、实时等特点，对网络传输也提出相应的要求，主要表现在高带宽、低传输时延、同步和高可靠性几方面。为了保证好的QoS，必须考虑传输模式、协议栈和应用体系控制等问题。以下主要讨论应用于流媒体实时控制和传输的几种协议。
1)RTP/RTCP协议簇：
RTP/RTCP是端对端基于组播的应用层协议。其中RTP（Realtime Transfer Protocol）用于数据传输，RTCP（Realtime Transfer Control Protocol）用于统计、管理和控制RTP传输，两者协同工作，能够显著提高网络实时数据的传输效率。
RTP和RTCP都定义在RFC1889中。RTP用于在单播或多播情况下传输实时数据，通常工作在UDP上。RTP协议核心在于其数据包格式，它提供应用于多媒体的多个域，包括VOD，VOIP，电视会议等，并且不规定负载的大小，因此能够灵活应用于各媒体环境。但RTP协议本身不提供数据包的可靠传送和拥塞控制，必须依靠RTCP提供这些服务。RTCP的主要功能是为应用程序提供媒体质量信息。在RTP会话期间，每个参与者周期性地彼此发送RTCP控制包，包中封装了发送端或接收端的统计信息，包括发送包数、丢包数、包抖动等，这样发送端可以根据这些信息改变发送速率，接收端则可以判断包丢失等问题出在哪个网络段。总的来说，RTCP在流媒体传输中的作用有：QoS管理与控制、媒体同步和附加信息传递。
2)RSVP协议：
资源预留协议RSVP（Resource reSerVation Protocol）是针对IP网络传输层不能保证QoS和支持多点传输而提出的协议。RSVP在业务流传送前先预约一定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，从而保证每一业务流都有足够的“独享”带宽，因而能够克服网络的拥塞和丢包，提高QoS性能。
值得一提的是，RSVP是由接收方执行操作的协议。接收方决定预留资源的优先级，并对预留资源进行初始化和管理。在网络节点（如路由器）上被要求预留的资源包括缓冲区和带宽等，一般数据包通过位于网路节点上的“滤包器”使用预留资源，RSVP共有3种预留类型：无滤包器形式、固定滤包器形式和动态滤包器形式。
3）RTSP协议：
实时流协议（Real-Time Streaming Protocol）由RealNetworks和Netscape 共同提出，是工作在RTP之上的应用层协议。它的主要目标是为单播和多播提供可靠的播放性能。
RTSP的主要思想是提供控制多种应用数据传送的功能，即提供一种选择传送通道的方法，例如UDP、TCP、IP多播，同时提供基于RTP传送机制的方法。RTSP 控制通过单独协议发送的流，与控制通道无关，例如，RTSP控制可通过TCP连接，而数据流通过UDP。通过建立并控制一个或几个时间同步的连续流数据，其中可能包括控制流，RTSP能为服务器提供远程控制。另外，由于RTSP在语法和操作上与HTTP类似，RTSP请求可由标准 HTTP或MIME解析器解析，并且RTSP 请求可被代理、通道与缓存处理。与HTTP相比，RTSP是双向的，即客户机和服务器都可以发出RTSP请求。
实现RTSP的系统必须支持通过TCP传输RTSP ，并支持UDP。RTSP服务器的TCP和UDP缺省端口都是554。目前最新的微软Media Services V9和RealSystem 都支持RTSP协议。
5．主要流媒体系统
到目前为止，因特网上使用较多的流媒体格式主要有三种，它们是Real Networks公司的 Real Media，微软公司的 Windows Media ，苹果公司的 Quick Time。
1）Real Media
Real Media包括三类文件：Real Audio、Real Video及Real Flash。Real Audio用来传输CD音质的音频数据，Real Video用来传输连续视频数据，而Real Flash则是Real Networks公司与Macromedia公司新近推出的一种高压缩比的动画格式。作为最早的因特网流式技术，在视音频方面Real Media已成为网络视音频播放事实上的标准。
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