摘要   Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正变得日益流行。 流媒体技术广泛用于多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播（VOD）、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。为此特整理流媒体技术原理、系统结构、传输协议如下。
关键词   流媒体   技术原理   系统结构   传输协议

1.概述

流媒体是从英语Streaming Media中翻译过来，它是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。
与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式具有以下优点：
（1） 启动延时速度都大幅度地缩短。用户不用等待所有内容下载到硬盘上才开始浏览。我们曾经用10M到桌面的校园网络来浏览方舟中的猫头鹰剧场，无论是上班时间还是晚上，相当快，一般来说，一个45分钟的影片片段在一分钟以内就显示在客户端上，而且在播放过程一般不会出现断续的情况。另外，全屏播放对播放速度几乎无影响，但快进、快倒时需要时间等待。
（2） 对系统缓存容量的需求大大降低。由于Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输，数据被分解为许多包进行传输，动态变化的网络使各个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间延迟也就不同。所以，在客户端需要缓存系统来弥补延迟和抖动的影响和保证数据包传输顺序的正确，使媒体数据能连续输出，不会因网络暂时拥堵而使播放出现停顿。虽然流式传输仍需要缓存，但由于不需要把所有的动画、视音频内容都下载到缓存中，因此，对缓存的要求降低。
（3） 流式传输的实现有特定的实时传输协议采用RTSP等实时传输协议，更加适合动画、视音频在网上的流式实时传输。

2.流媒体技术基础

实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real-time streaming transport）和顺序流式传输（progressive streaming transport）。一般来说，如为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用实时流协议（RTSP）等， 即为实时流式传输。如使用超文本传输协议（HTTP）服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法可以根据需要进行选择。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。
2.1.实时流式传输
实时流式传输总是实时传送，特别适合现场广播，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看后面或前面的内容。但实时流式传输必须保证媒体信号带宽与网络连接匹配，以便传输的内容可被实时观看。这意味着在以调制解调器速度连接网络时图像质量较差。而且，如果因为网络拥塞或出现问题而导致出错和丢失的信息都被忽略掉，那么图像质量将很差。实时流式传输需要专用的流媒体服务器与传输协议。
2.2.顺序流式传输
顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线内容，在给定时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还未下载的部分。由于标准的HTTP服务器可发送顺序流式传输的文件，也不需要其他特殊协议，所以顺序流式传输经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于这种传输方式观看的部分是无损下载的，所以能够保证播放的最终质量。但这也意味着用户在观看前必须经历时延。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的情况，如讲座、 演说与演示；也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。

3.流媒体技术原理

流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP／TCP来传输控制信息，而用实时传输协议／用户数据报协议（RTP／UDP）来传输实时数据。流式传输的实现需要缓存。因为一个实时音视频源或存储的音视频文件在传输中被分解为许多数据包，而网络又是动态变化的，各个包选择的路由可能不相同，故到达客户端的时延也就不同，甚至先发的数据包有可能后到。为此，需要使用缓存系统来消除时延和抖动的影响，以保证数据包顺序正确，从而使媒体数据能够连续输出。通常高速缓存所需容量并不大，因为通过丢弃已经播放的内容可以重新利用空出的空间来缓存后续尚未播放的内容。
流式传输的过程一般如下：
①用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP／TCP交换控制信息，以便需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；
②Web浏览器启动音视频客户程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对音视频客户程序初始化，这些参数可能包括目录信息、音视频数据的编码类型或与音视频检索相关的服务器地址；
③音视频客户程序及音视频服务器运行实时流协议，以交换音视频传输所需的控制信息，实时流协议提供执行播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法；
④ 音视频服务器使用RTP／UDP协议将音视频数据传输给音视频客户程序，一旦音视频数据抵达客户端，音视频客户程序即可播放输出。
需要说明的是，在流式传输中，使用RTP／UDP和RTSP／TCP两种不同的通信协议与音视频服务器建立联系，目的是为了能够把服务器的输出重定向到一个非运行音视频客户程序的客户机的目的地址。另外，实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器。

4.媒体系统结构

现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其体系结构的本质是相近的。
流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播放器： 供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放器和ActiveX方式的插件）。

5.流媒体传输协议

流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。
5.1实时传输协议RTP与RTCP
RTP是用于Internet/Intranet针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP被定义为在一对一或一对多传输的情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RT户P，一个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。
5.2实时流协议RTS
实时流协议RTSP是由Real Networks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客机发出，服务器做出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。
5.3资源预订协议RSVP
由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质Media P layer则提供量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供Q o S。

6.流媒体发展现状

Internet/Intranet上使用较多的流媒体技术主要有Real Networks公司的Real System，Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的QuickTime，它们是流媒体传输系统的主流技术，在这里介绍前两种。
6.1Real System
Real System由媒体内容制作工具Real Producer、服务器端Real Server、客户端软件（Client Software）3部分组成，其流媒体文件包括RealAudio，Real Video，Real Presentation和RealFlash4类文件，分别用于传送不同的文件。Real System采用Sure Stream技术，自动地并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松实现视音频和三维动画的回放。Real流式文件采用Real Producer软件进行制作，首先把源文件或实时输入变为流式文件，再把流式文件传输到服务器上供用户点播。由于Real System的技术成熟、性能稳定，美国在线（AOL），ABC，AT&T，Sony等公司和网上主要电台都使用Real System向世界各地传送实时影音媒体信息以及实时的音乐广播。
6.2Windows Media Technology
Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案，旨在Internet和 Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。其核心是ASF（Advanced Stream Format）文件，ASF是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息的数据格式，通过分成一个个的网络数据包在Internet上传输，实现流式多媒体内容发布，因此，我们把在网络Windows Media Technology由Media Tools，Media Server和Media Player工具构成。Media Tools是整个方案的重要组成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流）； Media Server可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，同时具有多种文件发布形式和监控管理功能；强大的流信息的播放功能。

7.总结
流媒体技术已广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等，在企业一级的应用包括电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。随着多媒体技术和Internet的发展，流媒体技术会有更广泛的应用。




.参考文献：
<1>.  微软公司网站提供的有关 Windows Media Service的电子文档
<2>. 《因特网上的媒体流传输-媒体服务器》许耀昌（北京科技大学） 中国数据通讯网络 2000.3
<3>.《基于IP 网的视频会议系统》皮富涛等（华中理工大学）电子工程师2000.2
<4>.HTTP://www.c114.net网站
<5>.HTTP://www.chinabc.net网站
<6>.《基于IP 网的音频通信系统系统设计》朱利等 （西安交通大学）西安建筑科技大学学报 2000.6
<7>．《IP电话-基于分组的多媒体通信系统》[美]Olivier  Hersent .David  Gurle, Jean_ Pierre Petit 著；邝坚 等译 2001.6
<8>.曹功靖，王晖，吴玲达 Real流媒体技术及其在远程教学中的应用 计算机应用研究 2001.
<9>.罗建川，刘守印，胡君红，彭新生 实时传输协议RTP的研究及其应用 计算机工程与应用 2001.8.
<10>.邵晓芳，刘军辉 一个低成本流媒体服务系统的实现方案 网络与通信 2001.究 2000.8           
<11>.《网上飞流 — 流媒体技术综述》 软件世界 2000年02期 肖恺
<12>.吴国勇，邱学刚，万燕仔.流媒体技术与应用[M],北京邮电大学出版社，2001.
<13>.孙力、钱维营，流媒体技术与创作[M],中国青年出版社，2001.
<14>.曹功靖，杨征，王晖，吴玲达，Real与Media流媒体技术比较[J],计算机应用研究,2001,第6期.
<15>.卓建利，王普.个性化同步视频流课件[J]，中国远程教育，2000，第8期.
<16>.HTTP:// whatis.techtarget.com网站.