流媒体技术-流媒体技术及多媒体数据格式.ppt
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1、流媒体技术及多媒体数据格式,流媒体的含义,流媒体的广义与狭义之分一般来说,流媒体包含两种含义:广义上是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法和协议的总称,我们习惯上称之为流媒体系统;而狭义上的流是相对于传统的下载回放(Download-Playback)方式而言的一种媒体格式,它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流,客户可以边接收边播放,使时延大大减少。,流媒体的含义,StreamingMedia,是一种可以使音频、视频和其他多媒体能在Internet及Intrannet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。如优酷、土豆、56、爱奇艺、新浪播客,流
2、媒体的含义,推式传播to拉式传播,流媒体的含义,影响1:提高用户地位,使用户在传播中占据主导权;(自主时间,自主选择)影响2:用户的需求对媒体活动产生直接影响;,流媒体的特点,在网络上传输音视频(AV)等多媒体信息,目前主要有下载和流式传输两种方式。如果采用下载方式下载一个AV文件,常常要花数分钟甚至数小时。这主要是由于AV文件一般都较大,所需的存储容量也较大;再加上网络带宽的限制,所以这种方法延迟很大。流式传输则把声音、影像或动画等时基媒体通过音视频服务器向用户终端连续、实时地传送。采用这种方式时,用户不必等到整个文件全部下载完毕,而只需经过几秒或几十秒的启动延时即可进行播放和观看。此时多媒
3、体文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。与下载方式相比,流式传输大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的 需求。,流媒体的特点,1、启动延时大幅度缩短;2、对系统缓存容量的需求大大降低;3、流式传输的实现有特定的实时传输协议(RTSP);4、直播延迟声画不对位等问题;,流媒体的实现原理,由于目前的网络带宽还不能完全满足巨大的AV、3D等多媒体数据流量的要求,所以在流媒体通信技术中,应首先对AV、3D等多媒体文件数据进行预处理后才能进行流式传输。它主要包括降低质量和采用先进、高效的压缩算法两个方面。其次,与下载方式相比,尽管流式传输大大降低了对系统缓存容量的要求,但它的实现仍需要缓存,
4、这是因为Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输的。,流媒体的实现原理,流媒体的实现原理,数据在传输中要被分解为许多包,但网络又是动态变化的,各个包选择的路由可能不尽相同,故到达用户计算机的时间延迟也就不同。所以使用缓存系统来弥补延时和抖动的影响,并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出现播放停顿。在整个的传输和控制过程中,必须采用一定的网络协议来实现流式传输,为用户提供可靠服务质量保证。,流媒体的实现原理,1.预处理 多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输,这是因为目前的网络带宽相对多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面:一是
5、采用先进高效的压缩算法;二是加入一些附加信息把压缩媒体转为适合流式传输的文件格式。其技巧在于压缩原始的A/V内容,使其能够在窄带或宽带通道上以流的方式传给用户。预处理在编码器内完成。编码方式的选择可以是多种多样的。,流媒体的实现原理,Microsoft、RealNetworks、Apple Computer以及其他各方均提供关于编码、流式传送以及客户观看等方面的、享有专用权的方案。常规视频编码速度的范围从20 kb/s到目前的300 kb/s,并且有望达到1 Mb/s及以上的速度。音、视频编码器在功能上有相当大的差别。,流媒体的实现原理,最终的编码资料可以利用文本、图形、脚本形式进行多路传输,
6、并且放在能够实现流的方式的文件结构中。也就是意味着该文件有时间标记以及其他易于实现流的方式的特点,然后再在客户端进行解码。编码过程应该综合考虑不同编码速度的定制性能、包损失的容错性与网络的带宽波动、最低速度下好的A/V品质、编码流式传送的成本、流的控制以及其他方面。,网络带宽限制造成媒体流动不畅,流媒体的实现原理,制约带宽的三个因素:1、服务端接入带宽2、客户端接入带宽3、从服务端到客户端之间的带宽,流媒体的实现原理,网上视音频业务的技术难点大量高质量的服务在有限的带宽上传送 实时视频数据在IP网络上传送如何保证服务质量,流媒体的实现原理,2.支持流媒体传输的网络协议(1)实时传输协议(RTP
7、,Real-time Transport Protocol):在Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。(2)实时传输控制协议(RTCP,Real-time Transport Control Protocol):和RTP一起提供流量控制和拥塞控制的服务。(3)实时流协议(RTSP,Real-time Streaming Protocol):定义了一对多的应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。(4)资源预订协议(RSVP,Resource Reserve Protocol):Internet上的资源预订协议。为多媒体数据流传输预留一部分网络资源(即带宽),在一定程度上为流媒体
8、的传输提 供QOS。,流媒体的播放方式,传统方式弊端1)http、ftp下载使用标准的http、ftp协议,但由于多媒体信息容量巨大,下载多媒体文件需要几分钟或几个小时的时间,甚至几天,但下来之后很可能发现根本没用。2)这些被下载的文件还必须在下载前制作完成,放在网络服务器上,不可能观看网上现场直播。3)现场球赛直播的重要性,流媒体的播放方式,1.单播在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道,从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机,这种传送方式称为单播。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询,而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余会造成服务器的负
9、担沉重,响应的时间过长,甚至停止播放;管理人员为保证一定的服务质量,必须配置合适的硬件和带宽。,流媒体的播放方式,2.组播 IP组播技术构建一种具有组播能力的网络,允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式,单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包,而不是多个,所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机上,减少网络上传输信息包的总量。网络利用效率大大提高,成本大为下降。,流媒体的播放方式,3.点播与广播点播连接是客户端与服务器之间的主动连接。在点播连接中,用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止
10、、后退、快进或暂停流。点播连接提供了对流的最大控制,但这种方式由于每个客户端都各自连接服务器,因而会迅速用完网络带宽。广播指的是用户被动接收流。在广播过程中,客户端接收流,但不能控制流。例如,用户不能暂停、快进或后退流。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。,流媒体的播放方式,使用单播发送时,需要将数据包复制多个拷贝,以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户,而使用广播方式发送,数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户,而不管用户是否需要,上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。组播吸收了上述两种发送方式的长处,克服了上述两种发送方式的弱点,将数据包的单独一个拷贝发送给需
11、要的那些客户。组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上,也不会将数据包发送给不需要它的那些客户,保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。,流媒体系统的基本构成,流媒体系统的基本构成一般而言流媒体系统大致包括:媒体内容制作、媒体内容管理、用户管理、视频服务器和客户端播放系统。媒体内容制作包括媒体采集与编码。媒体内容管理主要完成媒体存储、查询及节目管理、创建和发布。用户管理涉及用户的登记、授权、计费和认证。视频服务器管理媒体内容的播放。客户端播放系统主要负责在用户端的PC上呈现比特流的内容。,流媒体系统的基本构成,流媒体系统的基本构成,1 媒体内容制作媒体内容制作模块可进行Stream的制作与生
12、成。它包括了从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富的流媒体的一系列的工具,这些工具产生的Stream文件可以存储为固定的格式,供发布服务器使用。它还可以利用视频采集设备,实时向媒体服务器提供各种视频流,提供实时的多媒体信息的发布服务。,流媒体系统的基本构成,转档/转码软件:可将普通格式的音频、视频或动画媒体文件通过压缩转换为流服务器进行流式传输的流格式文件,它是最基本的制作软件,实际也就是一个编码器(Encoders)。常见的软件有 Real Producer、Windows Media Encoder。流媒体编辑软件:对流媒体文件进行编辑,常与转档/转码软件捆绑在一起。合成软件:利用合
13、成软件,可以将各类图片、声音、文字、视频、幻灯片或网页同步,并合成为一个流媒体文件。常见的软件有RealSlidshow、RealPresenter、Windows Media Author等。,流媒体系统的基本构成,2 媒体内容管理媒体内容管理包括流媒体文件的存储、查询及节目管理、创建和发布。节目不多时可使用文件系统,当节目量大时,就必须使用数据库管理系统。1)视频业务管理媒体发布系统视频业务管理媒体发布系统包括广播和点播的管理,节目管理,创建、发布及计费认证服务,提供定时按需录制、直播、传送节目的解决方案,管理用户访问及多服务器系统负载均衡调度的服务。,流媒体系统的基本构成,2)媒体存储系
14、统由于要存储大容量的影视资料,因此媒体存储系统必须配备大容量的磁盘阵列,具有高性能的数据读写能力,访问共享数据,高速传输外界请求数据,并具有高度的可扩展性、兼容性,支持标准的接口。这种系统配置能满足上千小时的视频数据的存储,实现大量片源的海量存储。,流媒体系统的基本构成,3)媒体内容自动索引检索系统媒体内容自动索引检索系统能对媒体源进行标记,捕捉音频和视频文件并建立索引,建立高分辨率媒体的低分辨率代理文件,从而可以用于检索、视频节目的审查、基于媒体片段的自动发布,形成一套强大的数字媒体管理发布应用系统。索引和编码:允许同时索引和编码,使用先进的技术实时处理视频信号,而且可以根据内容自动地建立一
15、个视频数据库(或索引)。,流媒体系统的基本构成,媒体分析软件:可以实时地根据屏幕的文本来识别。实时语音识别可以用来鉴别口述单词、说话者的名字和声音类型,而且还可以感知出屏幕图像的变化,并把收到的信息归类成一个视频数据库。媒体分析软件还可以感知到视觉内容的变化,可以智能化地把这些视频分解成片段并产生一系列可以浏览的关键帧图像,也可以从视频信号中识别出标题文字或是语音文本,同时可以识别出视频中的人像。通过声音识别,该软件可以将声音信号中的话语、说话者的姓名、声音类型转换成可编辑的文本。用户使用这些信息索引还可以搜索想要的视频片段。使用一个标准的Web浏览器可以检索视频片段。,流媒体系统的基本构成,
16、3 用户管理用户管理主要进行用户的登记、授权、计费和认证。对商业应用来说,用户管理功能至关重要。用户身份验证:可以限制非法用户使用系统,只有合法用户才能访问系统。通常可根据不同的用户身份,提供对系统不同的访问控制功能。计费系统:根据用户访问的内容或时间进行相应的费用统计。,流媒体系统的基本构成,媒体数字版权加密系统(DRM):这是在互联网上以一种安全方式进行媒体内容加密的端到端的解决方案,它允许内容提供商在其发布的媒体或节目中对指定的时间段、观看次数及其内容进行加密和保护。服务器能鉴别和保护需要保护的内容,DRM认证服务器支持媒体灵活的访问权限(时间限制、区间限制、播放次数和各种组合),支持其
17、他具有完整商业模型的DRM系统集成。包括订金、VOD、出租、所有权、BtoB的多级内容分发版权管理领域等,是运营商保护内容和依靠内容赢利的关键技术保障。,流媒体系统的基本构成,4 视频服务器视频服务器是网络视频的核心,直接决定着流媒体系统的总体性能。为了能同时响应多个用户的服务要求,视频服务器一般采用时间片调度算法。视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流,其存储量要大,数据率要高,并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能,以确保用户请求在系统资源下的有效服务。存储设备多采用SCSI接口,以确保高速、并行、多重I/O总线的能力。,流媒体系统的基本构成,基于ATM的VOD系统
18、,采用的视频服务器是以MPSR(Multi Path Self-Routing:多路径自选路由选择开关)为中心的宽带视频服务器。这种结构的服务器可提供即时交互式视频点播(Interactive VOD with Instaneous Access,IVOD-I)和延时交互式视频点播(Interactive VOD with Delayed Access,IVOD-D)两种服务方式。在大量用户同时点播时,服务器的传输速率很高,同时要求其他相关设备也能支持这种高传输速率是很难实现的。,流媒体系统的基本构成,5.客户端系统流媒体客户端系统支持实时音频和视频直播和点播,可以嵌入到流行的浏览器中,可播放
19、多种流行的媒体格式,支持流媒体中的多种媒体形式,如文本、图片、Web页面、音频和视频等集成表现形式。在带宽充裕时,流式媒体播放器可以自动侦测视频服务器的连接状态,选用更适合的视频,以获得更好的效果。,流式技术的主要解决方案,目前主要有三大解决方案:Real Network的Real System微软的Windows Media Services苹果公司的Quick Time系列,流式技术的主要解决方案,1)RealPlayer RealNetworks公司在流媒体领域起步较早,其系统由三个部分构成:捕捉媒体文件并进行压缩编码的Real Producer或Real Encoder、服务器系统Re
20、al Server和客户端播放软件Real Player。,流式技术的主要解决方案,2)Windows Media Player Microsoft公司的Windows Media系统包括 Windows Media Server、Windows Media Tools和Windows Media Player三个部分。Windows Media Player(媒体播放器)是一款能提供较强的扩展性、灵活性和方便性的多媒体播放软件。它与Internet Explorer 5.0紧密集成,与Real表现Player的功能相差无几,可播放绝大部分的多媒体格式文件。,流式技术的主要解决方案,3)Qui
21、ckTime QuickTime是苹果公司推出的能在计算机上播放高品质视频图像的技术,是面向专业视频编辑、Web网站创建和CD-ROM内容制作开发的多媒体技术平台,是数字媒体领域事实上的工业标准,它可以通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能。QuickTime于1991年初次面世,它是创建3D动画、实时效果、虚拟现实、音频/视频和其他数字媒体流的重要基础。它由三个不同部分组成:QuickTime电影(Movie)文件格式、QuickTime媒体抽象层及QuickTime内置媒体服务系统。,流式技术的主要解决方案,QuickTime的主要特点:具有目前最高音频和视频播放
22、质量的播放器,内置Web浏览器插件(Plug-in)技术;支持IETF流标准以及RTP、RTSP、SDP、FTP和HTTP等网络协议;支持多种视频和动画格式。此外,其优秀的压缩技术,使操作更加简单。QuickTime 4.0主要由多媒体播放器(QuickTime Player)和图片浏览器(Picture Viewer)、Flash矢量动画以及MP3音乐支持等部分组成,它不仅提供了一个播放控制平台,还新増了一个类似于IE的收藏夹,QuickTime Player还支持多个窗口的同步播放。,媒体制作流程,常见的视频编辑软件,(1)Adobe After Effects(简称AE)Adobe 公司
23、推出的 Adobe After Effects 软件。Adobe After Effects 是制作动态影像设计不可或缺的辅助工具,是视频后期合成处理的专业非线性编辑软件。After Effects应用范围广泛,涵盖影片、电影、广告、多媒体以及网页等,时下最流行的一些电脑游戏,很多都使用它进行合成制作。功能强大,可开发之处太多,完全看个人发挥,给每个人有足够的发挥空间,是做特效的主要应用软件。,常见的视频编辑软件,(2)Adobe Premiere 软件用于Mac和PC平台,通过对数字视频编辑处理的改进(从采集视频到编辑,直到最终的项目输出),已经设计成专业人员使用的产品。它提供内置的跨平台支
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