時間：2023-05-29 17:45:47
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇rtsp協(xié)議，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：Gstreamer； 流媒體； rtsp； RTP/RTCP
中圖分類號：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）03-149-002
1．前言
流媒體技術(shù)以流的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸媒體，具有良好的實(shí)時性和交互性。隨著3G、4G等高速移動通信技術(shù)的發(fā)展成熟和多媒體智能移動設(shè)備的普及，流媒體技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。本文基于GStreamer架構(gòu)，采用RTP/RTCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)了一種流媒體播放器，處理芯片采用OMAP3430，操作系統(tǒng)為嵌入式Linux系統(tǒng)，借助高速網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的流媒體播放。
2．相關(guān)技術(shù)介紹
2.1流媒體技術(shù)。流媒體是指以流的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸音頻、視頻和多媒體文件的形式。流媒體文件格式是支持采用流式傳輸及播放的媒體格式。流式傳輸方式是將視頻和音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時傳送。用戶采用內(nèi)容緩存的方式，只需要進(jìn)行很短時間的緩沖，就可以一邊播放一邊下載，而不需要提前下載整個文件。
流媒體傳輸一般都是采用建立在udp協(xié)議上的rtp/rtsp實(shí)時傳輸協(xié)議。相對于注重傳輸質(zhì)量的tcp協(xié)議來說，udp協(xié)議更加注重傳輸速度，這種協(xié)議對于實(shí)時性要求很高的流媒體文件來說，無疑是更加合適的。
2.2Gstreamer概述。GStreamer是一種流媒體應(yīng)用框架，采用了基于插件（plugin）和管道（pipeline）的體系結(jié)構(gòu)，框架中的所有的功能模塊都被實(shí)現(xiàn)成可以插拔的組件（component），并且在需要的時候能夠很方便地安裝到任意一個管道上，由于所有插件都通過管道機(jī)制進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換，因此很容易利用已有的各種插件“組裝”出一個功能完善的多媒體應(yīng)用程序。其主要功能模塊包括元件、襯墊、箱柜等。
元件(Elements)是Gstreamer框架中所有可用組件的基礎(chǔ)，是組成管道的基本構(gòu)件。元件可以分為數(shù)據(jù)源元件、過濾器元件、接收器元件等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、處理和輸出等功能。
襯墊（pad）是元件（element）與外界的連接通道，每個襯墊都帶有特定的功能信息，通過將不同元件的襯墊依次連接起來構(gòu)成一條媒體處理管道，使數(shù)據(jù)在流經(jīng)管道的過程能夠被各個元件正常處理，最終就可以實(shí)現(xiàn)特定的多媒體功能。
箱柜(Bins):箱柜是一個可以裝載元件的容器，同時其自身也是一個GstElement對象，也能夠被用來容納其他的箱柜對象。
2.3實(shí)時傳輸協(xié)議（RTP/RTCP）。RTP/RTCP協(xié)議棧由兩個相互緊湊的協(xié)議組成，其中RTP協(xié)議負(fù)責(zé)傳送具有實(shí)時特征的多媒體數(shù)據(jù)，而RTCP協(xié)議負(fù)責(zé)反饋控制、監(jiān)測QoS、監(jiān)視和傳遞相關(guān)信息。由于流媒體數(shù)據(jù)傳輸對于傳輸實(shí)時性的要求遠(yuǎn)高于傳輸可靠性，RTP/RTCP數(shù)據(jù)通常采用UDP/IP封裝，它們共同完成網(wǎng)絡(luò)傳輸層的功能。
2.4實(shí)時流媒體協(xié)議（RTSP）。RTSP協(xié)議是一種對流媒體數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行控制的應(yīng)用級協(xié)議。通過RTSP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)音視頻的控制、點(diǎn)播等功能。
3．流媒體播放器的實(shí)現(xiàn)
本文設(shè)計(jì)的流媒體播放器，可以分為以下幾個模塊：用戶界面、RTSP控制模塊、RTP/RTCP傳輸模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、解碼模塊、視音頻輸出模塊。如圖1所示。用戶通過用戶界面與客戶端交互，RTSP模塊響應(yīng)用戶界面發(fā)送的命令，建立RTP數(shù)據(jù)傳輸會話，會話建立之后，由RTP/RTCP模塊循環(huán)接收RTP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行排序，然后轉(zhuǎn)換模塊對RTP數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，轉(zhuǎn)換成原始的音視頻數(shù)據(jù)，然后送入解碼模塊進(jìn)行解碼，最后通過音視頻輸出模塊將媒體展示給用戶。
圖1流媒體播放器架構(gòu)
用戶界面是客戶端跟用戶之間交互的界面，它包括兩部分內(nèi)容：一是媒體播放控制，比如暫停、快進(jìn)等；二是媒體內(nèi)容的展示，比如視頻畫面的顯示等。在Linux系統(tǒng)下，本文利用GTK+庫開發(fā)GUI框架。
RTSP模塊用于會話的建立和控制，它提供響應(yīng)界面操作的接口，直接響應(yīng)界面發(fā)送的命令。RTSP也提供互聯(lián)的雙方或多方的一個傳輸方式和編碼方式的協(xié)商操作，在網(wǎng)絡(luò)允許的情況下，建立一條最佳的傳輸通道。當(dāng)客戶端用戶選擇服務(wù)器上某項(xiàng)流媒體內(nèi)容的時候，播放器會通過RTSP協(xié)議，與服務(wù)器建立會話，通知服務(wù)器往本地RTP接收端口發(fā)送音視頻數(shù)據(jù)。
RTP/RTCP模塊為流媒體播放器的核心組成部分，當(dāng)RTSP建立傳輸會話之后，RTP和RTCP會各使用一個端口，RTP端口會循環(huán)接收RTP數(shù)據(jù)包,同時RTCP端口會周期性的發(fā)送RTCP報，RTCP包中包含已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)的改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP包由RTP包頭和RTP數(shù)據(jù)構(gòu)成，RTP包頭中包含了一些可以較好保證流數(shù)據(jù)連續(xù)性實(shí)時性的信息，如序列號、時間戳等。序列號可以保證到達(dá)客戶端的RTP包的連續(xù)，而時間戳可以同步音視頻包。根據(jù)包頭中的時間戳接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排序，然后傳送到轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理。
4．小結(jié)
本文采用Gstreamer架構(gòu)，對RTP/RTCP/RTSP協(xié)議進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了一種基于Linux系統(tǒng)的流媒體播放器，通過構(gòu)建RTP/RTCP流媒體傳輸插件，實(shí)現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和播放，在終端設(shè)備中可以取得良好的流媒體播放效果。
這種基于Gsreamer的媒體播放器具備良好的靈活性和可移植性，借助高速傳播網(wǎng)絡(luò)，特別適合在各種不同類型的智能終端實(shí)現(xiàn)流媒體的接收和播放等功能，在視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程會議、視頻教學(xué)、多媒體娛樂等多種不同場合都可以獲得廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫弼陽，李虹，王穎．移動流媒體業(yè)務(wù)的技術(shù)與應(yīng)用[J]現(xiàn)代電信科技，2008（06）：13-18
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[4]王蕊，劉衛(wèi)東，王金童．基于GStreamer的媒體播放研究[J]電子設(shè)計(jì)工程.2012(03):34-36
【關(guān)鍵詞】移動通信網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
移動終端不斷普及，臺式機(jī)、筆記本和移動終端的界限越來越模糊，很多功能都可以轉(zhuǎn)移到移動終端上，同時移動終端無論從聽說讀寫還是從感知方面都擁有電腦所沒有的優(yōu)勢。作為移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)之一，移動平臺的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，也開始逐漸發(fā)展起來。
1 移動通信Android平臺簡介
Android的系統(tǒng)架構(gòu)和其操作系統(tǒng)一樣，采用了分層的架構(gòu)。 Android結(jié)構(gòu)分為四個層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層和Linux內(nèi)核層。Android會同一系列核心應(yīng)用程序包一起，該應(yīng)用程序包包括客戶端，SMS短消息程序，日歷，地圖，瀏覽器，聯(lián)系人管理程序等。所有的應(yīng)用程序都是使用JAVA語言編寫的。Android系統(tǒng)既是一個完全開放的系統(tǒng)，也是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。
2 移動通信Android開發(fā)環(huán)境
2.1 安裝Java語言運(yùn)行環(huán)境
Android應(yīng)用程序采用Java代碼開發(fā)，在Win 7系統(tǒng)下，需要Java編譯器JDK，經(jīng)典版本是JDK1.6，安裝JDK之前要先安裝JRE，即Java運(yùn)行時環(huán)境，就是Java運(yùn)行虛擬機(jī)。
2.2 下載安裝Eclipse和Android SDK
為了更好地可視化地編譯Java代碼，還需要一個Java編譯的IDE，Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴(kuò)展開發(fā)平臺。Eclipse是編譯Java的優(yōu)秀的可擴(kuò)展的IDE，本文使用Eclipse環(huán)境結(jié)合Android SDK進(jìn)行Java代碼的開發(fā)。下載Eclipse并解壓到某一目錄，就能使用。AndrnidSDK的同樣只需到相應(yīng)網(wǎng)站下載，解壓即可"這里還需AndroidsDK。
2.3 更新Eelipse，安裝Android開發(fā)插件ADT
Google為Android定制了一個Eelipse插件，即AndroidDevelopment
Kit（ADT）"ADT插件專用于擴(kuò)展Eclipse的功能，為用戶能夠快速地開發(fā)Android項(xiàng)目提供方便"例如，快速建立Andro記項(xiàng)目，使用XML布局文件創(chuàng)建應(yīng)用程序界面等" 安裝好ADT后，安裝好ADT后，就能創(chuàng)建Android Project了。
3 移動通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)
該系統(tǒng)開發(fā)一個開放源碼的解決方案，能夠用很小的開銷在手機(jī)或者服務(wù)器上交換現(xiàn)場視頻。用戶只需要一個Android移動設(shè)備和通過WiFi或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。建立的網(wǎng)絡(luò)連接，就可以直接上傳或者播放現(xiàn)場視頻，達(dá)到實(shí)時監(jiān)控的目的。
3.2 系統(tǒng)編碼協(xié)議和實(shí)時傳輸協(xié)議
3.2.1 H.263
H.263是由ITU-T制定的網(wǎng)絡(luò)會議用的低碼率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，屬于網(wǎng)絡(luò)信息編解碼器。H.263最初設(shè)計(jì)為基于H.324的系統(tǒng)進(jìn)行傳輸（即基于公共交換電話網(wǎng)和其它基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)會議和網(wǎng)絡(luò)電話）。后來發(fā)現(xiàn)H.263也可以成功的應(yīng)用與H.323（基于RTP/IP 網(wǎng)絡(luò)的會議系統(tǒng)），H.320（基于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的會議系統(tǒng)），RTSP（流式媒體傳輸系統(tǒng)）和SIP（基于因特網(wǎng)的會議）。H.263在2010年和2012年調(diào)整為更高質(zhì)量的流。H.263從眾多類似的信息編碼/解碼標(biāo)準(zhǔn)中脫穎而出，因?yàn)樗还雀鐰ndroid操作系統(tǒng)所采用，因此目前市場上大多數(shù)的Android設(shè)備都支持。除了良好的兼容性，H.263是一種低帶寬流，使得能夠在第三代（3G）蜂窩網(wǎng)絡(luò)上工作。
3.2.2 實(shí)時傳輸協(xié)議（RTP）
實(shí)時傳輸協(xié)議（RTP），是定義了一種傳輸音頻和視頻的報文格式，這些音頻和視頻在互聯(lián)網(wǎng)或本地網(wǎng)絡(luò)上采用各種不同的編碼器類型進(jìn)行編碼。RTP通過UDP進(jìn)行傳輸，而不需要TCP確認(rèn)或TCP ACK數(shù)據(jù)包。UDP作為向服務(wù)器傳送的報文類型原因之一就是不需要ACK數(shù)據(jù)包。例如，如果發(fā)送視頻的設(shè)備或用戶進(jìn)入一個較差的蜂窩覆蓋區(qū)域，可能會導(dǎo)致沒有足夠的帶寬將所有的數(shù)據(jù)包及時地從服務(wù)器發(fā)送給用戶來觀看事件。這將會導(dǎo)致一個時斷時續(xù)的視頻，不過視頻仍在傳輸。最壞的情況是用戶進(jìn)入一個完全沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，在用戶端的播放裝置就會完全停止；直到設(shè)備到達(dá)了一個可以傳輸數(shù)據(jù)包的區(qū)域，播放器才能重新顯示。
3.2.3 實(shí)時流傳輸協(xié)議
實(shí)時流傳輸協(xié)議（RTSP）是用來控制播放RTP流。RTSP服務(wù)器允許播放器接收從設(shè)備發(fā)送的RTP數(shù)據(jù)包。播放器（例如VLC或ffmpeg）不能直接打開一個RTP流，因此，RTSP服務(wù)器需要提供其他的流信息并控制流數(shù)據(jù)包的開始和停止。RTSP服務(wù)器是基于RFC2326。它包含以下命令：選項(xiàng)，描述，宣布，設(shè)置，播放，暫停和拆卸?；赗FC4566的會話描述協(xié)議（SDP）與描述命令配合使用。
4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案
該系統(tǒng)將信息編解碼協(xié)議，RTP協(xié)議以及RTSP協(xié)議相互關(guān)聯(lián)并組成一個界面友好的、操作簡單的應(yīng)用程序。系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)由Android設(shè)備的獲取信息流，傳輸至信息服務(wù)器，并可以在基于WEB瀏覽器的終端網(wǎng)頁上的播放實(shí)時信息流。
服務(wù)器打開許多不同的偵聽端口接收傳入連接。端口使用的協(xié)議是TCP和UDP。服務(wù)器產(chǎn)生兩個監(jiān)聽器，一個用于客戶或播放器查看接收到的信息，另一個用于用戶或手機(jī)發(fā)送信息。每個新的TCP或UDP端口需要一個額外的線程。每產(chǎn)生一個新的線程類型就要增加一個新的Java類。一個并發(fā)哈希表將用于同步用戶觀看信息和手機(jī)線程之間的信息流。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】Android；視頻監(jiān)控；智能手機(jī)
1 移動流媒體技術(shù)
移動流媒體技術(shù)就是把連續(xù)的聲音影像信息經(jīng)過壓縮處理后傳送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，讓終端用戶能夠在下載的同時觀看收聽，而不需要等到全部的多媒體文件下載完成就可以即時觀看的技術(shù)。移動流媒體技術(shù)的出現(xiàn)是伴隨這移動通信技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)音視頻技術(shù)的進(jìn)步，其只要是關(guān)于流媒體數(shù)據(jù)從采集到播放整個過程中所需要的核心技術(shù)。流媒體播放技術(shù)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是能夠及時傳送隨時播放，缺點(diǎn)是由于網(wǎng)絡(luò)的速率不穩(wěn)定性，當(dāng)播放速率大于傳輸速率時，視頻播放將出現(xiàn)停滯，時斷時續(xù)的現(xiàn)象。
2 Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)
基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為五個模塊：依次為采集模塊、編碼模塊、視頻傳輸模塊、解碼模塊、顯示模塊，下面分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。
2.1 視頻采集模塊
Android攝像頭采集到的視頻格式為YUV420格式的視頻流。采集模塊的實(shí)現(xiàn)可以在Android的應(yīng)用層中通過編寫代碼來實(shí)現(xiàn)。
2.2 編碼模塊
數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)主要由兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織制定。MPEG制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4。ITU一T制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有H.261和H.263。為了促進(jìn)下一代多媒體通信的應(yīng)用， MPEG和VCEG共同成立了聯(lián)合視頻工作組（JVT），共同開發(fā)了視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264。H.264是目前最先進(jìn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。
H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是目前最新的技術(shù)，雖然H.264遵循了原來壓縮標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)，但是H.264具有一些新的特性，H.264標(biāo)準(zhǔn)分兩層結(jié)構(gòu)，包含網(wǎng)絡(luò)抽象層（NAL）和視頻編碼層（VCL）。網(wǎng)絡(luò)抽象層用于數(shù)據(jù)打包和傳輸，編碼層負(fù)責(zé)視頻壓縮編碼，這種分層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了傳輸和編碼的分離。由于H.264標(biāo)準(zhǔn)引入了數(shù)據(jù)分割等抗誤碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下的使用，可以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求。由于采用高度復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)算法，H.264是目前低碼率下壓縮率最高的編碼標(biāo)準(zhǔn)，在帶寬不穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)上有著無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
2.3 傳輸模塊
流媒體傳輸和控制協(xié)議在應(yīng)用層主要涉及到HTTP，RTSP，RTP和RTCP協(xié)議，在傳輸層有TCP和UDP協(xié)議。HTTP是建立在傳輸控制協(xié)議（TCP）之上的超文本傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是專為數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，能夠保證傳輸?shù)目煽啃?。RTP是在一對一或一對多的情況下針對流媒體數(shù)據(jù)流工作，不僅能夠提供時間信息而且可以保證數(shù)據(jù)流的同步。通常RTP建立在UDP之上，使用UDP傳輸數(shù)據(jù)。RTP本身沒有可靠的傳送機(jī)制，其流量控制和擁塞控制是由實(shí)時傳輸協(xié)議（RTCP）來提供的。RTP和RTCP共同協(xié)作才能完成流媒體的傳輸和控制。實(shí)時流協(xié)議（RTCP）是應(yīng)用層協(xié)議，位于RTP和RTCP協(xié)議層之上，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸多媒體數(shù)據(jù)，在傳輸機(jī)制上采用TCP和RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。RTSP用于控制實(shí)時數(shù)據(jù)的發(fā)送，提供用于音視頻流的VCR遠(yuǎn)程控制功能和用于控制流媒體的播放、暫停、記錄等操作。會話描述協(xié)議SDP，SDP是用來描述RTSP，以便說明一個流媒體會話的基本屬性。結(jié)合移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)對通信實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，本文采用RTP，RTSP，RTCP和HTTP協(xié)議完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的通信和遠(yuǎn)程控制。
一個最基本的流媒體系統(tǒng)包括編碼器，流媒體服務(wù)器和客戶端播放器三個部分。各個模塊之間的數(shù)據(jù)通信交換都是按照特定的協(xié)議。編碼器用來將原始的音視頻轉(zhuǎn)換成合適的流媒體格式文件，服務(wù)器用來接收和轉(zhuǎn)發(fā)編碼后的媒體流，客戶端則是負(fù)責(zé)解碼和播放接收到的流媒體數(shù)據(jù)。流媒體傳輸有兩種方式，一種是順序流式傳輸，一種是實(shí)時流式傳輸。
（1）順序流式傳輸。順序流式傳輸就是順序下載。用順序流式傳輸方法基于標(biāo)準(zhǔn)HTTP或FTP服務(wù)器來傳輸文件，通常容易管理，方便用戶的使用。整個下載過程是無損的，能夠保證視頻的高質(zhì)量，但是用于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的問題，一般需要等待較久的時間。順序流式傳輸常用于對視頻質(zhì)量要求較高的場合，對實(shí)時性，隨機(jī)訪問性要求較高的場合則不適用。
（2）實(shí)時流式傳輸。實(shí)時流式傳輸能夠保證信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接的匹配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時傳送，適合現(xiàn)場直播，支持隨機(jī)訪問，用戶可進(jìn)行快進(jìn)后退操作。實(shí)時流式傳輸需要傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和專用的流媒體服務(wù)器。由于這些協(xié)議與防火墻有關(guān)，在使用時一需經(jīng)過配置。系統(tǒng)設(shè)置，管理比順序流式傳輸復(fù)雜。由于必須匹配連接帶寬，在低速連接設(shè)備時或者網(wǎng)絡(luò)擁塞時，會出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，導(dǎo)致視頻質(zhì)量下降。
2.4 解碼模塊
解碼從性質(zhì)來來講，其實(shí)是編碼過程的逆過程。編碼采用H.264進(jìn)行編碼，所以該模塊也采用H.264進(jìn)行解碼。解碼器的整體設(shè)計(jì)可以分成兩部分，一部分是視頻數(shù)據(jù)的解碼部分，主要用C語言來實(shí)現(xiàn)，采用Android NDK+C的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。另外，一部分是視頻的顯示部分，主要采用Android提供的組件來實(shí)現(xiàn)，采用Android SDK+Java的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。而這兩部分的集合，則是通過java提供的jni機(jī)制來實(shí)現(xiàn)Java和C語言之間的通信。整個解碼流程可分為三個功能模塊：前段碼流處理、H.264解碼和后段視頻顯示。
（1）前段碼流處理：主要負(fù)責(zé)文件的讀取，從碼流中分隔出NAL然后交給底層進(jìn)行解碼處理。
（2）H.264解碼：整個解碼的核心部分，通過本地C語言的實(shí)現(xiàn)和解碼庫對碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成H.264解碼實(shí)現(xiàn)圖像重建。
（3）后端視頻顯示：接收H.264解碼模塊解碼后的視頻數(shù)據(jù)，在客戶端進(jìn)行顯示。
通過分析三個模塊的功能可知，H.264解碼模塊是最耗費(fèi)資源的。H.264視頻標(biāo)準(zhǔn)為了更好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶匦裕捎昧朔謱釉O(shè)計(jì)的思想既視頻編碼層VCL和網(wǎng)絡(luò)提取層NAL。
2.5 顯示模塊
通過調(diào)用Android自帶的顯示器，來顯示解碼后的本地數(shù)據(jù)流，從而達(dá)到實(shí)時視頻的顯示效果。
3 結(jié)束語
本文介紹了移動流媒體技術(shù)的概念及特點(diǎn)，考慮到網(wǎng)絡(luò)速率的不穩(wěn)定性帶來的一些列影響，設(shè)計(jì)了一個基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)分為五個模塊，依次為采集模塊、編碼模塊、視頻傳輸模塊、解碼模塊、顯示模塊，這種系統(tǒng)很好地解決了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、實(shí)時性和穩(wěn)定性等要求。
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關(guān)鍵詞：3G技術(shù)；J2ME；手機(jī)視頻監(jiān)控
中圖分類號：TP277
移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展給人們帶來了多樣化的網(wǎng)絡(luò)智能終端與互聯(lián)網(wǎng)功能，人們只需將所需的應(yīng)用程序安裝在手機(jī)上即可享受此程序所帶來的服務(wù)，人們完全能夠?qū)崿F(xiàn)在辦公和生活。并且隨著3G時代的來臨，手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會逐漸成為3G視頻應(yīng)用中的重點(diǎn)，在通過手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行道路管理、公安執(zhí)法、街道巡查以及事故應(yīng)急指揮等操作已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，而在手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中所采用的J2ME技術(shù)更是為手機(jī)客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻接收與查看提供了更為便捷的方式，J2ME技術(shù)通過服務(wù)端口進(jìn)行攝像和數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳送至中心服務(wù)器進(jìn)行視頻圖像壓縮，為用戶提供高清流暢的視頻資源，用戶只需通過手機(jī)即可對所需視頻進(jìn)行瀏覽。
1 關(guān)鍵技術(shù)
1.1 H.264技術(shù)
H.264是由ITU（國際電信聯(lián)盟）和ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）聯(lián)合組建的數(shù)字視頻壓縮格式，在ITU-T中其是以H.26x系列為名稱命名，在ISO/IEC中，它又被稱為MPEG-4高級視頻編碼。H.264技術(shù)的提出主要為了在現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行帶寬優(yōu)化，為相同帶寬下的使用者提供更為優(yōu)質(zhì)的視頻圖像。H.264不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┻B續(xù)性的流暢高質(zhì)量視頻圖像，還具有極強(qiáng)的容錯能力，讓使用者在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定的情況下避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。采用先進(jìn)整數(shù)變換、幀間預(yù)測與幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)的H.264系統(tǒng)技術(shù)具有超高的數(shù)據(jù)壓縮比率，能夠使高清流暢的視頻圖像順利傳送至用戶接收端口，在傳輸過程中實(shí)現(xiàn)帶寬減少，節(jié)約數(shù)據(jù)資源。
1.2 J2ME技術(shù)
J2ME又稱Java ME，其包括JVM規(guī)范與API規(guī)范技術(shù)，是通過JCP制定、與Java SE、Java EE并稱Java技術(shù)的三大版本。J2ME的虛擬機(jī)技術(shù)可以為用戶提供無線和有線連接，使用戶能夠隨需進(jìn)行應(yīng)用程序的使用。J2ME采用了JAVA虛擬機(jī)技術(shù)為各類的嵌入式消費(fèi)電子設(shè)備提供JAVA語言平臺，是一種高度優(yōu)化下的JAVA運(yùn)行環(huán)境，其運(yùn)行目標(biāo)多樣化，能夠滿足各方面的用戶需求。
1.3 RTSP協(xié)議
RTSP不僅是一種實(shí)時流傳輸協(xié)議，同時也是TCP/IP系統(tǒng)中的一項(xiàng)應(yīng)用層協(xié)議，其可以有效控制流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行有線或無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳送，還能夠?yàn)橛脩籼峁┮曨l模式的遠(yuǎn)程控制功能，包括對視頻圖像進(jìn)行快進(jìn)、后退、停止和定位等基本操作，RTSP還允許用戶進(jìn)行同時多個串流需求控制，在服務(wù)器端口可根據(jù)需求選擇是否使用TCP或UDP來進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容的串流傳送。除此之外，RTSP還可根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行服務(wù)器轉(zhuǎn)換和重新導(dǎo)向加載功能，避免數(shù)據(jù)負(fù)載造成服務(wù)器延遲，并通過與低層協(xié)議結(jié)合為基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸提供流化服務(wù)。
2 基于J2ME的手機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端采集、中心服務(wù)器和客戶終端構(gòu)成，通過前端采集視頻圖像，并在監(jiān)控中間的服務(wù)器中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、整理并壓縮，最后通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸至客戶終端進(jìn)行視頻圖像的釋放。
2.2 客戶端
監(jiān)控系統(tǒng)客戶端口通過了J2ME平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要用于滿足用戶登錄需求與信息的收發(fā)，客戶端讀取服務(wù)器響應(yīng)信息后自動選擇視頻數(shù)據(jù)源來接收圖像并實(shí)現(xiàn)實(shí)時播放，同時可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行視頻切換、屏幕圖案捕捉、保存視頻信息等處理，用戶只需通過服務(wù)器登陸并進(jìn)行驗(yàn)證，在通過驗(yàn)證后從服務(wù)器發(fā)送的視頻設(shè)備列表中提取需要的視頻源，選擇接收視頻圖像即可，在視頻播放期間還可進(jìn)行各種基本的簡易操作。
2.3 視頻服務(wù)器
該系統(tǒng)既要向終端提供和傳輸圖像，還要給客戶提供可在web端口進(jìn)行瀏覽的視頻數(shù)據(jù)，這就要求J2ME系統(tǒng)必須滿足不同客戶端口的數(shù)據(jù)傳輸要求，設(shè)置不同規(guī)格的視頻壓縮模式?？刹捎玫痛a流、高質(zhì)量圖像的H.264來進(jìn)行視頻壓縮。H.264的轉(zhuǎn)碼模塊主要由核心轉(zhuǎn)碼器、接收和發(fā)送模塊構(gòu)成，接收模塊與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相連，為用戶提供調(diào)用指令，同時接收和提取來自監(jiān)控端口的格式編碼、幀率、分辨率和碼率等視頻流，核心轉(zhuǎn)碼器將視頻流信息轉(zhuǎn)換成H.264視頻格式，并同步用戶選擇來修改視頻分辨率，轉(zhuǎn)碼后進(jìn)行TS/ES流分裝，最后通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供視頻數(shù)據(jù)。
3 基于J2ME的手機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 服務(wù)器端
服務(wù)器開發(fā)工具為VC6.0，采用了Windows 2003 sever操作系統(tǒng)，是一款微軟制作的C++編譯器。在操作過程中，先采用InitStreamClientLib函數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，同時利用StartServer函數(shù)初始化服務(wù)器，接著啟動流媒體服務(wù)器，設(shè)置本地文件路徑，再啟用Run Server函數(shù)啟動服務(wù)器端口，如果需要結(jié)束服務(wù)端軟件，調(diào)用停止服務(wù)系統(tǒng)，再關(guān)閉系統(tǒng)服務(wù)即可。當(dāng)服務(wù)端口接收到用戶需求信息時會自動開啟獨(dú)立數(shù)據(jù)傳輸與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，然后利用圖像捕捉系統(tǒng)進(jìn)行圖像捕捉并壓縮，最后將經(jīng)過處理的圖像以JPEG的格式發(fā)送至用戶的手機(jī)接收端口。
3.2 手機(jī)客戶端
手機(jī)系統(tǒng)客戶端是一種方式移動信息設(shè)備程序，支持用戶在MIDP設(shè)備上運(yùn)行MIDP應(yīng)用并利用僅利用MIDP規(guī)范各種API的運(yùn)行。其中WTK（Sun J2ME Wireless Toolkit）是Sun開發(fā)者研制的一款無線開發(fā)工具包，目的在于幫助開放人員更為便捷的進(jìn)行J2ME的開發(fā)。而Eclipse（集成開發(fā)環(huán)境）則為無線開發(fā)者提供了一個全新的框架服務(wù)，并通過插件組件為使用者構(gòu)建一個統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。手機(jī)系統(tǒng)客戶端利用多樣化線程為用戶進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的傳輸與存儲，同時調(diào)用socket來與服務(wù)器端口進(jìn)行通訊，為了給使用者一個更好的用戶體現(xiàn)，手機(jī)系統(tǒng)客戶端界面選用了MIDP（移動信息設(shè)備配置文件）來顯示用戶圖形界面，其主要運(yùn)用程序包括Choice Group、Alert、Item、Form、Text Field、List等。在系統(tǒng)線程中主要使用的網(wǎng)絡(luò)連接主要通過Java.lang.Thread來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并未用戶提供Socket UDPDatagram Connection、Connection、ServerSocketConnection數(shù)據(jù)源接口，使MIDlet在TCP/IP層能夠通過socket作為BSD UNIX的進(jìn)程通信機(jī)制來描述端口和IP地址。
4 結(jié)語
綜上所述，基于J2ME的手機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在近些年來已經(jīng)逐漸成為3G時代下視頻應(yīng)用的重要組成部分，使用者通過手機(jī)客戶端對服務(wù)器端所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來對視頻進(jìn)行瀏覽和查看，為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳播提供了多元化的方式。且隨著J2ME系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，J2ME手機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)將會為人們的生活提供更多的便捷服務(wù)，其在未來必然會擁有廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞:VOD;客戶端軟件;流媒體流量均衡裝置;ip filter driver hook
中圖分類號:TN919.85文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)20-100-03
Implementation of Client End Software for New VOD Scheme
YANG Zhenlun,JIANG Yajun,HUANG Zhongwei
(Guangzhou Panyu Polytechnic College,Guangzhou,511483,China)
Abstract:Based on VOD scheme of load balancing equipments in stream medium,a new client end software is proposed.The client end software is developed under ip filter driver hook and raw socket.It redirects the users′ VOD demand in the way of network drivers operation.Cooperating with the advanced graded application structure of load balancing equipments of stream medium,it optimizes the application structure of VOD scheme and decreases the additional load of load balancing equipments of stream medium,improves the flexibility,efficiency and application prospects of VOD scheme.
Keywords:VOD;client end software;load balancing equipments of stream medium;ip filter driver hook
0 引 言
針對中小型園區(qū)網(wǎng)VOD應(yīng)用中因網(wǎng)絡(luò)帶寬及點(diǎn)播服務(wù)器I/O帶寬不足導(dǎo)致的系統(tǒng)阻塞問題,作者前期的研究成果提出了一種新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備流媒體流量均衡裝置(以下簡稱流量均衡裝置),基于該裝置的VOD方案通過在VOD系統(tǒng)中添加多個流量均衡裝置,從而減輕點(diǎn)播服務(wù)器和主干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載,解決系統(tǒng)阻塞問題[1]。
該方案依賴流量均衡裝置內(nèi)部的均衡策略,通過各個單點(diǎn)設(shè)備之間的協(xié)同來實(shí)現(xiàn)全局流量均衡,而由于每個單點(diǎn)設(shè)備只能獲取對應(yīng)區(qū)域的點(diǎn)播狀況,因此實(shí)現(xiàn)全局均衡則需要各個設(shè)備進(jìn)行頻繁且大量的信息交換,增加了每個單點(diǎn)設(shè)備的負(fù)載,也導(dǎo)致全局流量均衡收斂時間的延長,并且新的流量均衡設(shè)備加入后,需要一段時間才能融合到系統(tǒng)中,這限制了該VOD優(yōu)化方案的應(yīng)用。
為解決該問題,在此提出一種應(yīng)用于該VOD方案的客戶端軟件,前述的VOD應(yīng)用方案在引入了該客戶端軟件后,能進(jìn)一步優(yōu)化VOD應(yīng)用結(jié)構(gòu),提高運(yùn)行效率,增強(qiáng)該方案的實(shí)用性。
這里將分別對改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)以及客戶端軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。
1 改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)
通常的VOD系統(tǒng)都配有Web服務(wù)器,以提供節(jié)目列表[2],原來基于流量均衡裝置的VOD應(yīng)用方案的點(diǎn)播需要Web服務(wù)器修改客戶機(jī)上網(wǎng)頁插件的屬性,使得用戶的點(diǎn)播請求重定向到每個區(qū)域指定的流量均衡裝置中,再由流量均衡裝置為之提供服務(wù)。由于目前VOD系統(tǒng)有若干種主流的點(diǎn)播軟件方案,用戶可能使用Real player,Media player或QuickTime player等幾種客戶端中的一種[3]。該方式需要根據(jù)客戶機(jī)上的不同點(diǎn)播軟件提供不同的配置方式,而實(shí)現(xiàn)全局流量均衡需要各個單點(diǎn)的流量均衡裝置之間的交互來獲知整個園區(qū)網(wǎng)的點(diǎn)播狀況,為了達(dá)到較快的全局均衡收斂速度,這種信息交互的頻率較高,這給資源相對有限的流量均衡裝置帶來一定的額外負(fù)載。如果降低信息交互的頻率,則會導(dǎo)致收斂性能的降低。
改進(jìn)的VOD應(yīng)用方案主要是在點(diǎn)播的客戶機(jī)上添加了一個與流量均衡裝置配合的客戶端軟件,該軟件除了能實(shí)現(xiàn)將客戶機(jī)的點(diǎn)播請求轉(zhuǎn)發(fā)到某個流量均衡裝置,實(shí)現(xiàn)各種點(diǎn)播軟件對流媒體流量均衡裝置的透明使用外,主要還提供一個額外的通信接口,流量均衡裝置可以通過該通信接口修改相應(yīng)點(diǎn)播客戶機(jī)的點(diǎn)播請求轉(zhuǎn)發(fā)方向。在這種情況下,全局流量均衡主要是通過將點(diǎn)播客戶機(jī)的點(diǎn)播請求,依據(jù)全局網(wǎng)絡(luò)狀況轉(zhuǎn)發(fā)到最合適的流量均衡裝置處而得到實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)這個目的,對VOD應(yīng)用方案進(jìn)行微調(diào),根據(jù)具體數(shù)量將網(wǎng)絡(luò)中的流量均衡裝置分為兩級或者三級,每一級的下一層流量均衡裝置將所屬區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)到上一層的流量均衡裝置中。最終匯總到一個事先指定的主控流量均衡裝置中,該流量均衡裝置根據(jù)全局流量均衡策略以及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀況控制所有點(diǎn)播客戶機(jī)上客戶端軟件的點(diǎn)播轉(zhuǎn)發(fā)方向,如圖1所示。
2 客戶端軟件設(shè)計(jì)
該改進(jìn)方案的關(guān)鍵在于客戶端軟件?？蛻舳塑浖枰獙?shí)現(xiàn)的最主要功能是將客戶機(jī)的點(diǎn)播請求重定向到流量均衡裝置中,并且引導(dǎo)服務(wù)器將流媒體數(shù)據(jù)發(fā)送到流量均衡裝置中。由于目前主流流媒體協(xié)議RTSP協(xié)議簇在發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)前,必須在服務(wù)器及客戶端之間經(jīng)過多次RTSP協(xié)商,確定具體參數(shù),而后續(xù)的操作則根據(jù)RTSP協(xié)商的結(jié)果進(jìn)行。如果在客戶機(jī)對點(diǎn)播軟件發(fā)起的RTSP協(xié)商過程進(jìn)行干預(yù)時,則完全可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播全過程的重定向。本文客戶端軟件的設(shè)計(jì)思想正是基于這一點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)RTSP協(xié)商數(shù)據(jù)包的重定向?qū)嵸|(zhì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的截獲、修改和轉(zhuǎn)發(fā),在客戶端發(fā)起連接時,從網(wǎng)絡(luò)底層將請求數(shù)據(jù)包攔截,并根據(jù)接收到的命令將其目的IP地址修改再發(fā)出去,接收到回復(fù)包再進(jìn)行反向的處理,而這一切對于客戶機(jī)的點(diǎn)播軟件都是透明的。
由于目前VOD系統(tǒng)中的用戶端以采用Windows操作系統(tǒng)的微機(jī)為主,該客戶端軟件的設(shè)計(jì)面向Windows。在Windows下實(shí)現(xiàn)這些功能需要使用內(nèi)核模式驅(qū)動程序[4]。目前適用于該客戶端要求的可選內(nèi)核模式驅(qū)動模式包括:微端口NIC 驅(qū)動程序(Miniport NIC Drivers) 、中間層驅(qū)動程序( Intermediate Drivers) 、協(xié)議驅(qū)動程序(Protocol Drivers)以及過濾器鉤子驅(qū)動程序(IP Filter Driver Hook)等[5-7]。相比較而言,過濾器鉤子驅(qū)動程序具有處理流程簡單,效率較高的特點(diǎn)[8],并且從功能上能很好地滿足要求。該方案采用過濾器鉤子驅(qū)動程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。
過濾器鉤子驅(qū)動程序依賴于Microsoft 提供的IP 協(xié)議過濾驅(qū)動程序,在Windows 2000/XP 系統(tǒng)中,System 32\\drivers目錄下的ipfltdrv.sys是Microsoft 提供的IP 協(xié)議過濾驅(qū)動程序,它允許用戶注冊自己的IP 數(shù)據(jù)包處理函數(shù),即過濾器鉤子函數(shù)[9]。本機(jī)所有進(jìn)出的IP包都經(jīng)操作系統(tǒng)的IP過濾驅(qū)動程序處理,而IP過濾驅(qū)動程序調(diào)用用戶定義的過濾器鉤子函數(shù)進(jìn)行處理,確定是丟棄或者傳送。
該客戶端軟件由處于內(nèi)核態(tài)的過濾器鉤子驅(qū)動程序和處于用戶態(tài)的應(yīng)用程序組成,應(yīng)用程序包括接收主控流量均衡裝置命令的監(jiān)聽線程和配合驅(qū)動程序工作的服務(wù)線程,如圖2所示。
圖1 改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 客戶端軟件結(jié)構(gòu)圖
過濾器鉤子驅(qū)動程序中設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行過濾鉤子函數(shù)的編寫。該客戶端軟件過濾器鉤子驅(qū)動程序的鉤子函數(shù)完成的工作主要是比較本機(jī)進(jìn)出的數(shù)據(jù)包是否符合設(shè)定的轉(zhuǎn)發(fā)方向設(shè)置,如果符合則攔截,進(jìn)行改寫后傳送,具體流程如圖3所示。
圖3 過濾器鉤子驅(qū)動程序流程圖
過濾器鉤子驅(qū)動程序工作在IP層,只能改寫IP包的內(nèi)容,對于本機(jī)發(fā)送到其他機(jī)器的包,由于其MAC地址已經(jīng)設(shè)定好,只改寫IP地址不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的重定向。為解決該問題,驅(qū)動程序修改目標(biāo)IP為本機(jī)IP,端口號為約定傳送端口后傳送數(shù)據(jù)包。由于基于原始套接字能實(shí)現(xiàn)自由收發(fā)TCP包的功能[10]。應(yīng)用程序中的服務(wù)線程采用原始套接字方式與驅(qū)動程序配合進(jìn)行二次處理:在約定的傳送端口進(jìn)行監(jiān)聽,獲取驅(qū)動程序發(fā)送的需要,重定向的IP包,根據(jù)設(shè)定的規(guī)則改寫對應(yīng)IP地址及端口號,再通過原始套接字轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的流量均衡裝置,其流程圖如圖4所示。
命令監(jiān)聽線程等待主控流量均衡裝置發(fā)送的命令,一旦接收到命令,則通過修改程序的配置來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)方向的更改,具體流程如圖5所示。
圖4 應(yīng)用程序服務(wù)線程流程圖
圖5 應(yīng)用程序命令監(jiān)聽線程流程圖
3 結(jié) 語
本文在前期的研究成果即基于流媒體流量均衡裝置的VOD方案基礎(chǔ)上,提出一種改進(jìn)方法。在點(diǎn)播的用戶計(jì)算機(jī)上添加一個客戶端軟件,減少了流量均衡裝置間的信息交互,降低了流量均衡裝置的負(fù)載,并且該軟件直接對用戶發(fā)送的點(diǎn)播請求網(wǎng)絡(luò)包進(jìn)行攔截和改寫,能與各種不同的VOD客戶端配合使用,具有較高的靈活性和適用性,從而拓展了該新型VOD方案的應(yīng)用前景。
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關(guān)鍵詞：小型局域網(wǎng)；多媒體中心；MIPS；Linux；Darwin streaming server
0 引言
在小型網(wǎng)絡(luò)中一般沒有專用的多媒體點(diǎn)播服務(wù)器，而相當(dāng)多的網(wǎng)絡(luò)用戶都有音樂和視頻節(jié)目的視聽需要，每個用戶都保存一份音樂及視頻文件拷貝的方式，這不但浪費(fèi)空間，也不利于節(jié)目的共享。應(yīng)用系統(tǒng)若采用個人計(jì)算機(jī)PC實(shí)現(xiàn)小型多媒體服務(wù)，則在功耗，穩(wěn)定性等各方面又存在問題。小型網(wǎng)絡(luò)多媒體中心(small-sized network multimedia center，簡稱SNMC)正是針對以上問題而設(shè)計(jì)的一種新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
SNMC一般獨(dú)立接入局域網(wǎng)運(yùn)行，圖1是一種常見的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。SNMC采用嵌入式架構(gòu)，提供海量的多媒體節(jié)目存儲空間，提供擴(kuò)展存儲空間的接口，提供MP3音樂和視頻節(jié)目的點(diǎn)播，提供Web管理界面。除了提供多媒體服務(wù)外，SNMC還可以同時作為NAS(網(wǎng)絡(luò)附加存儲)設(shè)備及打印服務(wù)器等。它在各種小型局域網(wǎng)，如小型企業(yè)，家庭，高校學(xué)生宿舍等場合具有廣闊的應(yīng)用前景。
1 硬件設(shè)計(jì)
SNMC的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。其硬件設(shè)計(jì)基于MIPS架構(gòu)的CPU－BCM1122。MIPS是業(yè)界領(lǐng)先的一種高效精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)體系結(jié)構(gòu)，具有低功耗，高性能的特點(diǎn)u’，目前在各種嵌入式應(yīng)用尤其是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備及家庭娛樂應(yīng)用等方面得到廣泛的應(yīng)用。BroadCom公司的BCM1122是一款低功耗、高性能的通信處理器，基于MIPS64內(nèi)核，主頻400MHz，處理能力達(dá)到880 Dhrystone MIPS，并且功耗低至4W；片上集成了一個G比特以太網(wǎng)控制器及一個快速以太網(wǎng)控制器，具有兼容PCI2.2標(biāo)準(zhǔn)，可配置為HOST模式的PCI總線接口，非常適合于SNMC的設(shè)計(jì)。
工作在園區(qū)網(wǎng)環(huán)境下，SNMC需要以太網(wǎng)接口，使用BCM1122片上集成的快速以太網(wǎng)控制器加外接物理層芯片即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口。同時SNMC需要廉價的大容量的存儲空間作為VOD節(jié)目緩存。而目前常規(guī)應(yīng)用的海量存儲主流方向已經(jīng)由IDE硬盤向SATA硬盤轉(zhuǎn)變，SATA硬盤具有容量大，速度快和價格低等優(yōu)勢。BCM1122芯片上集成了PCI HOST控制器，直接擴(kuò)展SATA控制器后可連接多個SATA硬盤。另外SNMC還提供了擴(kuò)展存儲空間以及外接打印機(jī)的USB HOST接口，可采用外接USB控制器的方式實(shí)現(xiàn)。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中MEM29PL64LM是8MB的FLASH存儲器，MT46V64M16是128MB的DDR SDRAM，CH375是USB控制器，RTL8201BL是網(wǎng)絡(luò)物理層芯片，SiI3512是SATA控制器。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SNMC是功能較為復(fù)雜的設(shè)備，需要操作系統(tǒng)支持。基于嵌入式Linux進(jìn)行SNMC的軟件系統(tǒng)開發(fā)具有以下可行性及優(yōu)點(diǎn)：①Linux開放源碼，具有很好的可裁減性及可配置性；②Linux具有強(qiáng)大的硬件驅(qū)動支持；③Linux的網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大。
開源社區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MIPS體系結(jié)構(gòu)的Linux移植，可直接獲取源碼包并根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件添加相應(yīng)驅(qū)動程序并進(jìn)行配置編譯即可。
Linux提供了多種服務(wù)軟件包，如ftp server，samba服務(wù)器等，這些服務(wù)軟件包都能為實(shí)現(xiàn)SNMC的功能提供支持。另外SNMC需要提供視音頻的點(diǎn)播服務(wù)器以及基于Web的管理界面。基于Linux實(shí)現(xiàn)SNMC軟件系統(tǒng)的方案如圖3所示。
2.2 視音頻點(diǎn)播服務(wù)模塊
目前視音頻點(diǎn)播服務(wù)系統(tǒng)主要包括三種：第一是Real公司的Helix Server，第二是微軟公司的Windows Media Server，第三種是Apple公司的Darwin Streaming Server，其中HelixServer和Darwin Streaming Server采用的是標(biāo)準(zhǔn)的RTSP協(xié)議，而Windows Media Server采用微軟內(nèi)部的協(xié)議。目前基于標(biāo)準(zhǔn)RTSP的兩種方案由于采
用了開源策略，可擴(kuò)展性和靈活性都較高，占據(jù)較大的市場份額。基于該原因，SNMC的視音頻點(diǎn)播服務(wù)模塊采用基于RTSP的方案。其具體實(shí)現(xiàn)可采用多種方式：自主研發(fā)周期長，穩(wěn)定性難以保證，升級需要不斷投入；而現(xiàn)有的有蘋果公司的Darwin streaming server，具有開源，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，并且apple公司有固定的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對之進(jìn)行維護(hù)更新，在遵循APPLE公司的APSL協(xié)議的基礎(chǔ)上能自由地對Darwin streaming server進(jìn)行修改，公布和。所以本方案直接采用蘋果公司的Darwin streaming server。獲取源碼包后采用面向MIPS處理器的GCC編譯工具編譯后即可使用。
2.3 Web管理模塊
視音頻點(diǎn)播服務(wù)模塊只實(shí)現(xiàn)了SNMC的基本功能，SNMC還需要提供用戶管理(包括分別對點(diǎn)播用戶，文件管理用戶的權(quán)限以及密碼進(jìn)行管理等)，多媒體文件管理(包括對文件進(jìn)行上傳／下載，歸類等操作)，系統(tǒng)管理(包括時間設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，磁盤管理等)等功能。在SNMC中采用Web來實(shí)現(xiàn)這些管理功能，其框圖如圖4所示。
SNMC中的Web管理模塊的實(shí)現(xiàn)主要基于CGI接口，采用PERL編寫的相應(yīng)的腳本，運(yùn)行在輕量級的Web服務(wù)器程序THTTPD上，具有消耗系統(tǒng)資源少，便于配置使用的特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】 SIP 融合通信客戶端 軟件體系架構(gòu)
一、引言
目前，現(xiàn)代電力企業(yè)員工日常辦公活動中，溝通交流越來越重要。而隨著技術(shù)的發(fā)展，利用先進(jìn)的技術(shù)打破當(dāng)前通信手段（如電話、短信、電子郵件和多媒體會議等）中以設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)為中心的限制，實(shí)現(xiàn)只要通過最常使用的通信工具和應(yīng)用，就可以便捷高效地與上級、同事、客戶及合作伙伴保持聯(lián)系，這是人們一直以來期望的目標(biāo)，而移動性和統(tǒng)一通信的結(jié)合可以達(dá)成這個目標(biāo)。本文將結(jié)合移動設(shè)備自有的特性，討論統(tǒng)一通信移動終端的融合技術(shù)。
二、融合通信移動終端設(shè)計(jì)架構(gòu)
2.1 融合通信移動終端概述
融合通信通常是指把計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)融合一體的新通信模式，融合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上，實(shí)現(xiàn)電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、音視頻會議、呼叫中心、即時通信等眾多應(yīng)用服務(wù)。隨著移動互聯(lián)的快速發(fā)展，特別是是近幾年iPhone、Android等智能手機(jī)的快速普及，越來越多的移動設(shè)備開始進(jìn)入企業(yè)IT環(huán)境當(dāng)中。
2.2 融合通信移動終端面臨的問題
融合通信移動終端設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)在任何地方、利用任何設(shè)備，與任何通信實(shí)體進(jìn)行跨平臺、跨地域、跨設(shè)備的透明通信，且能夠保證網(wǎng)絡(luò)安全通暢，這使得客戶端設(shè)計(jì)面臨以下的主要問題：（1）統(tǒng)一通信平臺的多樣化，如市場上擁有成熟統(tǒng)一通信產(chǎn)品的就有思科、華為、中興、西門子、微軟、IBM等等，如何保證客戶端都能夠和這些廠商產(chǎn)品兼容；（2）終端系統(tǒng)種類和運(yùn)行環(huán)境多樣化，如市面常見的就有iOS、Android和Windows Phone等；（3）移動網(wǎng)絡(luò)多樣性和復(fù)雜性，而企業(yè)出于安全性考慮，使得移動客戶端接入需要考慮的問題變得復(fù)雜化；（4）業(yè)務(wù)功能的可靠性。如語音、視頻等實(shí)時性業(yè)務(wù)對IP承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求很高，而移動設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)一般都沒有達(dá)到這么高的帶寬，如何保證音頻/視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量。
2.3 融合通信移動終端總體架構(gòu)
2.3.1 功能架構(gòu)
結(jié)合融合通信的功能要求和所面臨的問題，我們設(shè)計(jì)的功能框架圖如圖1所示：
移動終端：融合通信平臺的用戶側(cè)最終呈現(xiàn)的應(yīng)用。該客戶端安裝在企業(yè)工作人員或者顧客的手機(jī)上。
管道側(cè)：用來為平臺側(cè)與終端側(cè)傳輸數(shù)據(jù)。
服務(wù)端：平臺側(cè)依據(jù)SOA框架搭建，包括框架管理界面、邏輯處理層、接口層和數(shù)據(jù)層。平臺側(cè)為終端上的服務(wù)能力提供支持，其服務(wù)能力能夠利用接口進(jìn)行添加和擴(kuò)展。
2.3.2 設(shè)計(jì)體系架構(gòu)
為了解決移動終端開發(fā)所面臨的問題，我們提出了基于中間件的開發(fā)模式，即把所有除實(shí)時音視頻業(yè)務(wù)外的所有其他業(yè)務(wù)統(tǒng)一封裝整合（如基于SOAP協(xié)議的Webservice），而對于實(shí)時性的音視頻業(yè)務(wù)，采用通用的SIP協(xié)議和RTP/RTSP協(xié)議結(jié)合的方式處理。結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示：
實(shí)現(xiàn)原理：（1）所有非實(shí)時音視頻業(yè)務(wù)全部通過中間件適配形成統(tǒng)一的WebService接口提供給客戶端；這樣可解決多種統(tǒng)一通信平臺接入、多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入的問題；所有協(xié)議使用Https協(xié)議進(jìn)行傳輸，內(nèi)容通過3DES加密和GZIP壓縮，保證傳輸?shù)陌踩裕唬?）而所有實(shí)時音視頻業(yè)務(wù)則通過SIP會話進(jìn)行控制，具體協(xié)商通過SDP實(shí)現(xiàn)，所有業(yè)務(wù)添加對Qos質(zhì)量控制支持，確保業(yè)務(wù)功能的可靠性；（3）實(shí)時音視頻業(yè)務(wù)會話協(xié)商完成后，音視頻數(shù)據(jù)流通過RTP/SRTP協(xié)議直接與統(tǒng)一通信對應(yīng)的音視頻服務(wù)器進(jìn)行對接，確保通用性。
三、移動終端統(tǒng)一通信融合的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 SIP協(xié)議
SIP由IETF RFC定義，用于多方多媒體通信。按照IETFRFC2543的定義，SIP是一個基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，獨(dú)立于底層傳輸協(xié)議TCP/UDP/SCTP，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會話。SIP協(xié)議借鑒了HTTP、SMTP等協(xié)議，支持、重定向及登記定位用戶等功能，支持用戶移動。通過與RTP/RTCP、SDP、RTSP等協(xié)議及DNS配合，SIP支持語音、視頻、數(shù)據(jù)、E-mail、狀態(tài)、IM、聊天、游戲等。SIP協(xié)議可在TCP或UDP之上傳送，由于SIP本身具有握手機(jī)制，可首選UDP。
3.2 視頻編解碼
因?yàn)橐曨l內(nèi)容傳輸需要消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，采用合適的視頻編碼技術(shù)也是系統(tǒng)的關(guān)鍵。根據(jù)已有的編碼標(biāo)準(zhǔn)來看，能夠適合碼流在1M到2M，同時又能保證高清的圖像質(zhì)量，比較好的標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-4、 H.264、VC-1和AVS幾種。H.264屬于下一代編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是所有壓縮技術(shù)里面壓縮率最高的，在支持實(shí)時標(biāo)清電視節(jié)目時只需要1.5Mbit/s帶寬、點(diǎn)播電視只需要1.2Mbit/s帶寬，其畫質(zhì)就可以達(dá)到DVD效果，這顯然有利于未來通信與娛樂、有線與無線的業(yè)務(wù)開展。因此，從技術(shù)的演進(jìn)來看， H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是下一階段的必然選擇。因此，本系統(tǒng)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)編碼H.264。
3.3 業(yè)務(wù)質(zhì)量控制
語音、視頻等實(shí)時性業(yè)務(wù)對IP承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求很高，為了保障語音、視頻業(yè)務(wù)QoS質(zhì)量，在局域網(wǎng)中將語音、視頻業(yè)務(wù)與OA等信息數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采取不同的VLAN進(jìn)行隔離，要求在交換機(jī)上作配置相應(yīng)QoS策略，實(shí)現(xiàn)對語音、視頻等實(shí)時業(yè)務(wù)媒體流優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。
四、結(jié)果展示
通過以上的技術(shù)研究，搭建起一臺中間件服務(wù)器，作為與即時消息服務(wù)器、UC服務(wù)器和信息系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g平臺，使用這些服務(wù)器提供的開發(fā)開發(fā)接口開發(fā)所需要的功能。
同時，在蘋果iOS系統(tǒng)上開發(fā)完成了“融合通信移動客戶端”，主要功能包括以下功能：（1）移動應(yīng)用門戶：融合門戶、OA等信息系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的移動應(yīng)用門戶；（2）SSO單點(diǎn)登錄：為所有移動化信息系統(tǒng)提供統(tǒng)一的認(rèn)證功能；（3）通訊功能：個人通訊錄、企業(yè)通訊錄、群組、短信群發(fā)、智能搜索、快速定位、點(diǎn)擊撥號、一號通、語音會議等業(yè)務(wù)功能；（4）即時消息：融合騰訊通即時消息功能，可與騰訊通PC版進(jìn)行互通。
關(guān)鍵詞： FMS； 流媒體； 流媒體傳輸協(xié)議； RTP； RTSP； RTMP； MMS； 寬帶網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228(2012)07-67-02
0 引言
互聯(lián)網(wǎng)在過去的數(shù)十年中發(fā)生了翻天覆地的變化。在互聯(lián)網(wǎng)普及的早期階段，我們不得不適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸時延引起的“World Wide Waiting”，但是，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度讓我們震驚——從最初的調(diào)制解調(diào)器帶給我們數(shù)十Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，到ADSL 512K、1M、2M、4M、再到3G時代的悄然來臨，移動互聯(lián)網(wǎng)登上舞臺，也就用了10余年的時間。人們從最初在網(wǎng)上玩文字MUD游戲，看簡單的文字圖片信息，到后來上QQ聊天、開立空間、建設(shè)博客，玩大型的網(wǎng)絡(luò)游戲，再到后來在PC上或拿著iPad看電影……。互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展已為我們的生活帶來了層出不窮的新鮮體驗(yàn)。
與此同時，我們教育工作者關(guān)注到，教育漸漸不依賴“固定時間”、“固定地點(diǎn)”的模式，而隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展走到了校園外。學(xué)生們只要有臺PC，能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)，就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)。這就是我們所看到的遠(yuǎn)程教育，它的出現(xiàn)和普及，也在對現(xiàn)有的教育模式進(jìn)行著一場革命。
遠(yuǎn)程教育的技術(shù)平臺隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的升級，時時在經(jīng)歷著更新變化。我們曾經(jīng)花費(fèi)很多時間和精力去研究基于窄帶網(wǎng)絡(luò)的視頻數(shù)據(jù)的傳輸效率，對視頻信息壓縮算法及格式的選擇、以及對采用什么瀏覽器端視頻播放器軟件的論證和實(shí)驗(yàn)等繁復(fù)的工作之后，我們又欣然看到流媒體服務(wù)器軟件的出現(xiàn)，世界進(jìn)入了視頻的流媒體時代。
1 早期的流媒體技術(shù)及方案
Microsoft和Real，作為在當(dāng)時非常重要的流媒體軟件提供商，占據(jù)著早期流媒體技術(shù)市場的大多數(shù)份額。在這里我們有必要簡單回顧一下兩款曾非常流行的視頻流媒體服務(wù)器軟件。
⑴ WMS（Windows Media Service）
WMS是當(dāng)時在Windows服務(wù)器平臺上構(gòu)建流媒體服務(wù)的重要選擇之一。WMS為微軟的Windows媒體播放器（Windows Media Player）提供基于MMS（Microsoft Media Server）協(xié)議的流媒體視頻點(diǎn)播及直播服務(wù)。MMS是一種流媒體的傳輸協(xié)議，用來訪問并流式接收Windows Media服務(wù)器中以ASF文件的URL所標(biāo)識的視頻源。觀眾可以在瀏覽器中直接輸入其URL，但協(xié)議必須為MMS，即以MMS://開始。
WMS的實(shí)施需要用戶在瀏覽器端安裝并激活Windows Media Player的插件。在服務(wù)器端，需要使用Microsoft Windows Server系列服務(wù)器操作系統(tǒng)，這在當(dāng)時Windows服務(wù)器系統(tǒng)占優(yōu)勢的情況下是很容易被大范圍應(yīng)用的。但隨著Linux主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器操作系統(tǒng)快速搶占了大部分市場份額，以及Real Player伴隨著rm、rmvb等新的視頻格式出現(xiàn)并成為了多數(shù)用戶視頻回放的主要選擇，很多流媒體內(nèi)容者寧愿選擇跨平臺的另一套解決方案：Real Server。
⑵ Real Server
Real Server的成功是借助了其流行的視頻壓縮格式-rm、rmvb流媒體服務(wù)端軟件，它以流暢的播放效果吸引了眾多用戶。Real Server使用RTSP（Real Time Streaming Protocol）協(xié)議進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳輸。它是由哥倫比亞大學(xué)、網(wǎng)景公司和Real Networks公司所提交的，更易于擴(kuò)展、更適配于HTTP協(xié)議、更安全的流媒體傳輸協(xié)議。Real Server曾經(jīng)成為很多遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)、電視臺及獨(dú)立流媒體內(nèi)容商的重要選擇。
但Real Server同樣存在對用戶端插件的依賴。在Windows Media Player，Real Player及Quick Time的多年搶占市場份額的混戰(zhàn)中，人們急需一種更統(tǒng)一、更簡單，更方便的互聯(lián)網(wǎng)視頻播放方式。這個時候，F(xiàn)lash依托其廣泛安裝的Flas播放插件，作為新的視頻播放軟件競爭者，浮出了水面。
2 新的流媒體服務(wù)器軟件-FMS
Adobe公司不惜重金收購了MacroMedia，將Flash技術(shù)收入囊中。這一頗具前瞻性的戰(zhàn)略舉動，奠定了Adobe公司作為新的視頻流媒體技術(shù)提供商堅(jiān)實(shí)的市場地位。Flash Player憑借其壟斷性的裝機(jī)率，很容易就把一種新型的視頻播放方式帶到了用戶面前，那就是在Flash Player中集成了視頻播放功能。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)用戶幾乎人人都會安裝Flash Player插件，這使嵌于網(wǎng)頁中的視頻播放器在很短的時間被Flash所統(tǒng)一，占據(jù)了90％以上的份額。
Adobe將其視頻領(lǐng)域的產(chǎn)品線視作其互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重頭戲，適時推出了Adobe Flash Media Server，就是我們所說的FMS。FMS與用戶端瀏覽器中的Flash Player以RTMP協(xié)議進(jìn)行通信，更高效地傳輸視頻流數(shù)據(jù)及控制指令，并以眾多優(yōu)點(diǎn)成為流媒體者的首選。其推出的新的FLV視頻格式，也很快成為網(wǎng)絡(luò)視頻文件的重要格式選擇。下面，我們分析一下這些集合式的優(yōu)勢如何被我們應(yīng)用到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中。
3 FMS的優(yōu)勢在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用
我們可以看到，F(xiàn)MS流媒體技術(shù)框架有著諸多優(yōu)勢，是非常適合應(yīng)用在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的。
【摘要】為了提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，分析現(xiàn)階段的實(shí)時視頻傳輸協(xié)議，提出了一種流媒體服務(wù)器與終端播放器間心跳機(jī)
>> 一種網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 撥號上網(wǎng)環(huán)境下的一種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方法 一種基于ARM處理器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 一種輸電線路防外破視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一種基于Docker的數(shù)據(jù)中心云平臺實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng) 一種基于網(wǎng)絡(luò)的銀行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 一種移動視頻監(jiān)控及定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一種移動多點(diǎn)遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一種適用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的快速模式選擇算法 一種基于智能圖像識別的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 一種改進(jìn)的從交通監(jiān)控視頻中提取關(guān)鍵幀的方法 一種基于網(wǎng)絡(luò)的家用視頻監(jiān)控方案 一種基于數(shù)據(jù)中心的集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一種IP網(wǎng)絡(luò)的視頻會議系統(tǒng)的開發(fā)及實(shí)現(xiàn) 一種基于P2P的視頻共享系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) 一種軟件實(shí)現(xiàn)的音視頻通信系統(tǒng) 一種數(shù)字視頻廣播通用接口轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)方法 一種新型污水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一種基于SQLite內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一種網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：l.
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本文在引言部分闡述了流媒體技術(shù)的基礎(chǔ)：流媒體的一般概念及相關(guān)的概念。在正文部分介紹了流媒體技術(shù)的原理以及媒體服務(wù)器的硬件平臺。最后主要的介紹了流媒體技術(shù)了兩種教育應(yīng)用：校園網(wǎng)視頻系統(tǒng)的解決方案和遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)方案。
關(guān)鍵字: 流媒體 流式傳輸 媒體服務(wù)器 校園網(wǎng)視頻系統(tǒng) 遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)
一、引言
在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音／視頻等多媒體信息目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大，所以需要的存儲容量也較大；同時由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，下載常常要花數(shù)分鐘甚至數(shù)小時，所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時，聲音、影像或動畫等時基媒體由音視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)的連續(xù)、實(shí)時傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或十?dāng)?shù)秒的啟動延時即可進(jìn)行觀看。當(dāng)聲音等時基媒體在客戶機(jī)上播放時，文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。流式不僅使啟動延時成十倍、百倍地縮短，而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點(diǎn)。
流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存，流式媒體的數(shù)據(jù)流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。
在這篇文章中，主要是討論流媒體的技術(shù)基礎(chǔ)，以及流媒體技術(shù)在教育中的應(yīng)用。
二、流媒體技術(shù)基礎(chǔ)
1、 流媒體技術(shù)的原理
流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)镮nternet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，對一個實(shí)時A/V源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，故到達(dá)客戶端的時間延遲也就不等，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)延遲和抖動的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出，而不會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)暫時擁塞使播放出現(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)來存儲數(shù)據(jù)：通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空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)倪^程一般是這樣的：用戶選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時數(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A/VHelper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對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檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。
A/VHelper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息。與CD播放機(jī)或VCRs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），一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端，A/V客戶程序即可播放輸出。
需要說明的是，在流式傳輸中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP兩種不同的通信協(xié)議與A/V服務(wù)器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個不同于運(yùn)行A/VHelper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，其基本原理如圖1所示。
圖1.流式傳輸?shù)幕驹?/p>
2、 媒體服務(wù)器硬件平臺
視頻服務(wù)器把存儲在存儲系統(tǒng)中的視頻信息以視頻流的形式通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給相應(yīng)的客戶，響應(yīng)客戶的交互請求，保證視頻流的連續(xù)輸出。視頻信息具有同步性要求，一方面必須以恒定的速率播放，否則引起畫面的抖動，如MPEG-1視頻標(biāo)準(zhǔn)要求以1.5Mb/s左右的速度播放視頻流。另一方面，在視頻流中包含的多種信號必須保持同步，如畫面的配音必須和口型相一致。另外，視頻具有數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，一個經(jīng)MPEG-1壓縮的90 min的電影，長度約為1GB，它在存儲系統(tǒng)上的存放方式，直接影響視頻服務(wù)器提供的交互服務(wù)，如快進(jìn)和快倒等功能的實(shí)現(xiàn)。視頻服務(wù)器必須解決視頻流特性提出的要求。
視頻服務(wù)器的工作模式是當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)客戶的視頻流后，從存儲系統(tǒng)讀入一部分視頻數(shù)據(jù)到對應(yīng)于這個視頻流的特定的緩存中，然后此緩存中的內(nèi)容送入網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到客戶。當(dāng)一個新的客戶請求視頻服務(wù)時，服務(wù)器根據(jù)系統(tǒng)資源的使用情況，決定是否響應(yīng)此請求。系統(tǒng)的資源包括存儲I/O的帶寬、網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)存大小和CPU的使用率。
三、流媒體技術(shù)的應(yīng)用
互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和普及為流媒體業(yè)務(wù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的市場動力，流媒體業(yè)務(wù)正變得日益流行。 流媒體技術(shù)廣泛用于多媒體新聞、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、 實(shí)時視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。流媒體技術(shù)的應(yīng)用將為網(wǎng)絡(luò)信息交流帶來革命性的變化，對人們的工作和生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
一個完整的流媒體解決方案應(yīng)是相關(guān)軟硬件的完美集成，它大致包括下面幾個方面的內(nèi)容： 內(nèi)容采集、 視音頻捕獲和壓縮編碼、內(nèi)容編輯、內(nèi)容存儲和播放、應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)容管理及用戶管理等。
下面就介紹流媒體技術(shù)在教育上的兩個具體的應(yīng)用方案。
1、 校園網(wǎng)視頻系統(tǒng)
校園網(wǎng)的建設(shè)隨著教育產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展也逐漸呈現(xiàn)出蓬勃向上的態(tài)勢。隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是多媒體傳輸技術(shù)的突破，使網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多的成熟的產(chǎn)品可以用來組建網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)的解決方案。
一般一個校園網(wǎng)視頻系統(tǒng)的要求有：
（1）通過校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)音、視頻實(shí)況轉(zhuǎn)播、視頻預(yù)訂，制作并存儲節(jié)目。
（2）在校園網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)VOD教學(xué)。
圖2.校園網(wǎng)系統(tǒng)方案
每個教室安裝相應(yīng)的軟件及視頻卡，攝像頭，麥克風(fēng)，可以把教室實(shí)時的聲音和圖象通過校園網(wǎng)傳到監(jiān)控中心。在存儲服務(wù)器安裝SERVER軟件，可以存貯傳輸過來的實(shí)時圖象。在點(diǎn)播服務(wù)器安裝SERVER軟件，存儲視頻節(jié)目。
雖然現(xiàn)在校園網(wǎng)絡(luò)硬件水平和質(zhì)量現(xiàn)在都非常高，但是，困惑也隨之而來，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：
A、校園網(wǎng)投入大，但沒有用在教育主業(yè)上。
B、網(wǎng)絡(luò)僅用在辦公自動化中，投資效益低。
C、無法實(shí)現(xiàn)充分共享。即享受好的教育資源的學(xué)生很有限；同樣的課程需要年復(fù)一年的教授；同樣的問題需要一次次重復(fù)回答；材質(zhì)差異明顯的學(xué)生按同一模式接受教育，做不到因材施教。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教育產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和由此產(chǎn)生的問題引起了教育界和計(jì)算機(jī)界對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)條件下教學(xué)模式的思考。教學(xué)模式在網(wǎng)絡(luò)條件下最終會變化成什么樣子？目前和將來一段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到底能導(dǎo)致產(chǎn)生哪些更富成效的教育手段，逐步推動教學(xué)模式的改變？
2、 遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)
知識經(jīng)濟(jì)的時代需要人們不斷的學(xué)習(xí)新的知識、技能，才能跟上時代的步伐。學(xué)習(xí)必須轉(zhuǎn)變成一個伴隨每個人一生的過程。網(wǎng)上教育突破了傳統(tǒng)"面授"教學(xué)的局限，為求知者提供了時間分散、資源共享、地域廣闊、交互式的教學(xué)新方式，因而廣受人們觀注。
從遠(yuǎn)程教育的定義可以看出它有下列三方面的內(nèi)涵:學(xué)生與教師的分離，學(xué)生與學(xué)生的分離，利用傳播媒體和傳輸系統(tǒng)組織教學(xué)。從技術(shù)上講，遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)是建立在現(xiàn)代傳媒技術(shù)基礎(chǔ)上的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，它通過現(xiàn)代的通信網(wǎng)絡(luò)將教師的圖象、聲音和電子教案傳送給學(xué)生，也可以根據(jù)需要將學(xué)生的圖象、聲音回送給教師，從而模擬出學(xué)校教育的授課方式；同時還可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件建立虛擬的班級，加強(qiáng)學(xué)生之間的交流。
鑒于遠(yuǎn)程教育的深遠(yuǎn)意義，我們的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能有：實(shí)現(xiàn)教學(xué)課件的點(diǎn)播（VOD），教學(xué)直播，網(wǎng)絡(luò)課堂等等。
在IP網(wǎng)上開展遠(yuǎn)程教學(xué)活動，需要解決兩個基本問題：音頻、視頻流信息的傳送以及它們與數(shù)據(jù)之間的同步。由于音頻、視頻信息的帶寬比較寬，不可能讓學(xué)生將所有的節(jié)目下載到本地計(jì)算機(jī)上后再播放，必須要采用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)播放技術(shù)來實(shí)現(xiàn)邊發(fā)送邊播放。此外，由于在教學(xué)過程中教師會經(jīng)常使用電子教案來輔助教學(xué)，比如用PowerPoint，而電子教案的展示與音頻、視頻流之間有嚴(yán)格的時間同步關(guān)系，這就要求在傳輸過程中我們?nèi)匀灰３炙鼈冎g的同步關(guān)系。
圖3.遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的工作過程如下：輸入的視頻和音頻信號將送給MPEG4的編碼器進(jìn)行編碼，編碼器輸出的節(jié)目流既可以存入存儲設(shè)備也可以直接送給MediaServer，MediaServer的主要功能是完成節(jié)目流的播出。MediaServer播出的節(jié)目有三個來源，它可能是保存在存儲設(shè)備中的ASF文件，也可以是編碼器實(shí)時傳送來的節(jié)目，它播出的節(jié)目還可以從其它的MediaServer上獲取。普通的用戶可以通過LAN或通過無線網(wǎng)絡(luò)接入到該系統(tǒng)之中。
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關(guān)鍵詞：P2P；流媒體；流式傳輸
中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)15-2pppp-0c
Abstract:Network has been changing our life.More and more people watch TV programes through network,so that people could have more choices,now.Basic on p2p stream media player software are emerge in an endless.This passage will introduce p2p stream media technology,include p2p's protocol and how to transport in real time..At last this passage will introduce in the architecture of streammedia, briefly.
Key word:P2P;Stream media;Stream transmission
1 流媒體技術(shù)
目前，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸音、視頻等多媒體信息有兩種解決方案：Http (或Ftp) 以及流式傳輸(流媒體傳輸)。Http傳輸使用標(biāo)準(zhǔn)的Http協(xié)議。一般多媒體信息文件都很大，下載一個多媒體文件時間，可能比整個視頻的時間更長。這樣造成的情況很可能是：網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷提高，人們下載的等待時間越來越少，但最終還是不能觀看網(wǎng)上現(xiàn)場直播。
流式傳輸時，聲音、影像或動畫等多媒體信息，由流媒體服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)提供連續(xù)、實(shí)時傳送。它首先在客戶端的電腦上創(chuàng)建一個緩沖區(qū)，在播放前預(yù)先下載一段作為緩沖，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或數(shù)十秒的啟動延時即可進(jìn)行觀看。當(dāng)多媒體信息在客戶端播放時，文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器上繼續(xù)下載。如果網(wǎng)絡(luò)連接速度小于播放的多媒體信息需要的速度時，播放程序就會取用先前建立的一小段緩沖區(qū)內(nèi)的資料，避免播放的中斷，使得播放品質(zhì)得以維持。
流式傳輸除了能夠發(fā)送已經(jīng)制作完成的文件外，還可以通過采集服務(wù)器實(shí)時采集現(xiàn)場音、視頻，送到流媒體服務(wù)器端，實(shí)時提供給用戶。因此流媒體除了能夠更好的承擔(dān)如下載一樣的多媒體點(diǎn)播服務(wù)外，更能夠應(yīng)用在現(xiàn)場直播、電視轉(zhuǎn)播、突發(fā)事件報道等多種對實(shí)時性傳輸要求較高的領(lǐng)域。
2 P2P技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是要實(shí)現(xiàn)信息交流與資源共享，因此，它應(yīng)該是自由、互動和無中心的，就是說互聯(lián)網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)是無中心化。然而，當(dāng)前各大網(wǎng)站確立了在互聯(lián)網(wǎng)中的中心位置，用戶端只是被動地由一個地方鏈接到另一個地方去瀏覽信息，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展偏離了最初設(shè)想的軌道。隨著計(jì)算機(jī)等數(shù)字終端不斷普及和用戶需求的不斷增強(qiáng)，通過更直接的共享方式來提高溝通效率、減少資源浪費(fèi)并保障信息服務(wù)安全將為信息社會帶來新一輪的發(fā)展。P2P技術(shù)的出現(xiàn)就打破了這種網(wǎng)站占據(jù)中心控制信息流動的局面。
P2P意為“點(diǎn)對點(diǎn)”、“端對端”，強(qiáng)調(diào)人與人之間的直接交流與溝通，是一種用于不同PC用戶之間直接交換數(shù)據(jù)或服務(wù)的技術(shù)，它打破了傳統(tǒng)的網(wǎng)站在互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)中心位置的C/S (客戶/服務(wù)器)模式，即在P2P網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的地位都相同，具有客戶端和服務(wù)器雙重特性，可以同時作為服務(wù)使用者和提供者，重返互聯(lián)網(wǎng)最初的無中心化，體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。
主要的P2P模式變化經(jīng)歷了集中式、分布式和混合式3個階段。
第1代集中式P2P模式中有一個中心服務(wù)器來負(fù)責(zé)記錄共享信息以及回答對這些信息的查詢，主要缺點(diǎn)是：中央服務(wù)器的癱瘓容易導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的崩潰；可靠性和安全性較低；缺乏有效的強(qiáng)制共享機(jī)制，資源可用性差。
第2代P2P是分布式對等網(wǎng)絡(luò)。其中，對等機(jī)通過與相鄰對等機(jī)之間的連接遍歷整個網(wǎng)絡(luò)體系，每個對等機(jī)在功能上都是相似的，沒有專門的服務(wù)器。對等機(jī)必須依靠它們所在的分布網(wǎng)絡(luò)來查找文件和定位其他對等機(jī)。這種無中心、純分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)是：不再是簡單的點(diǎn)到點(diǎn)通信。而是更高效、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信，在一定程度上避免了第1代P2P服務(wù)器管理帶來的隨意性和低效率。主要缺點(diǎn)是：占用很多帶寬，花費(fèi)時間長，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不好，安全性不高，易遭受惡意攻擊。
第3代混合P2P 模式結(jié)合了集中式P2P 模式和分布式P2P模式的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)思想和處理能力上都得到優(yōu)化。克服了集中式模式容易遭到直接攻擊和分布式P2P缺乏快速搜索和可擴(kuò)展性的缺點(diǎn)。在分布式模式基礎(chǔ)上，將用戶節(jié)點(diǎn)按能力進(jìn)行分類，使某些節(jié)點(diǎn)擔(dān)任特殊的任務(wù)。其速度要比純P2P模式快得多。
3 基于p2p平臺的流媒體技術(shù)
P2P 流媒體播放系統(tǒng)原理是：多個媒體服務(wù)器按同一規(guī)則：將本機(jī)上的、對應(yīng)播放系統(tǒng)中同一個節(jié)目的媒體文件分塊成很多個數(shù)據(jù)包播發(fā)；媒體播放器多點(diǎn)下載這些數(shù)據(jù)包重組成實(shí)時節(jié)目流。 通俗地說，多個服務(wù)器同時為一個客戶服務(wù)：平攤到每個服務(wù)器上的負(fù)擔(dān)減輕了，客戶得到的服務(wù)質(zhì)量也提高了。
3.1 流媒體的傳輸協(xié)議
大家在觀看網(wǎng)上視頻時， 一般都會注意到這些文件的連接都不是用Http (或Ftp )開頭，而是一些rtsp 或者mm s開頭的東西。為什么呢？實(shí)際上，這些和http、ftp一樣, 都是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膮f(xié)議，只是它們是專門用來傳輸流式媒體的協(xié)議而已。下面，讓我們來看一下現(xiàn)在使用的主要的流媒體協(xié)議：
實(shí)時流協(xié)議RTSP（real-time streaming protocol）該協(xié)議定義了一對多應(yīng)用程序如何有效地通過ip網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。(下圖是播放軟件“影音風(fēng)波”中對播放流媒體的設(shè)置)
MMS (Microsoft Media Server protocol) , 這是微軟的流媒體服務(wù)器協(xié)議,MMS 是連接Windows Media單播服務(wù)的默認(rèn)方法。
實(shí)時傳輸協(xié)議RTP（real-time transport protocol）是用于internet上針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。rtp被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。rtp通常使用udp來傳送數(shù)據(jù)，但也可以在tcp協(xié)議之上工作。
實(shí)時傳輸控制協(xié)議RTCP（real-time transport control protocol）和rtp一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在rtp會話期間，各參與者周期性地傳送rtcp包。rtcp包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。rtp和rtcp配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時數(shù)據(jù)。
3.2 P2P 流媒體實(shí)時傳送的原理
比如說我們在收看一個p2p 流媒體軟件上正在播放的電視節(jié)目，這個節(jié)目信號是由服務(wù)器發(fā)出的， 服務(wù)器的信號來自于電視卡，電視卡的信號來自電視臺， 那么這里就有個問題了，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時接受與實(shí)時發(fā)送呢？怎么我們就可以在網(wǎng)絡(luò)上看到基本同步了的電視信號呢？
首先，剛剛開始我們說過，客戶端把數(shù)據(jù)不斷接受的數(shù)據(jù)放到到緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)滿了，下一塊數(shù)據(jù)又進(jìn)來了，使得緩沖區(qū)內(nèi)第一塊數(shù)據(jù)被頂出了緩沖區(qū)。最后開始被視頻程序解碼，開始播放。就這樣我們在客戶端上看到了和現(xiàn)場基本同步了的視頻了。
當(dāng)有熱門節(jié)目時，觀看的用戶必然很多，那么，P2P 流媒體是如何實(shí)現(xiàn)觀看人數(shù)眾多而不卡、觀看人數(shù)越多速度越快的呢？
在傳統(tǒng)C/S 模式的流媒體服務(wù)系統(tǒng)中， 服務(wù)器S 若要同時為A、B、C 三個客戶提供相同的媒體流，則服務(wù)器S 要發(fā)送3份相同的數(shù)據(jù)，最極端的情況就是A、B、C 處于同一個子網(wǎng)內(nèi)，3份數(shù)據(jù)的路由路徑相同，這造成服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的極大浪費(fèi)。P2P網(wǎng)絡(luò)可以不通過服務(wù)器而在兩節(jié)點(diǎn)間直接傳遞數(shù)據(jù)的特點(diǎn)就促使我們設(shè)想，如果讓A緩存收到的數(shù)據(jù)，然后提供給B 和C 使用，則服務(wù)器S 只需向A發(fā)送一份數(shù)據(jù)就可以使A、B、C 都能得到服務(wù)。顯然, C/S 模式只使用服務(wù)器的資源為客戶提供服務(wù)，因此服務(wù)質(zhì)量和容量受到服務(wù)器性能和服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制。而引入P2P后，不僅可以使用服務(wù)器的資源，而且可以充分利用客戶計(jì)算機(jī)的資源，客戶在享受流媒體節(jié)目的同時，也在利用自身計(jì)算機(jī)的資源為其他客戶提供服務(wù)。整個系統(tǒng)的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源隨客戶數(shù)的增多而增多。
理論上，基于P2P的流媒體服務(wù)系統(tǒng)的客戶數(shù)可以達(dá)到無限大，而且在建立系統(tǒng)時不用增加服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。通過上面的分析可知，基于P2P 的流媒體服務(wù)系統(tǒng)并不改變現(xiàn)有的流媒體服務(wù)架構(gòu), 只是在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)模式下的服務(wù)方式和數(shù)據(jù)傳輸路徑，使請求同一媒體流的客戶端組成一個P2P網(wǎng)絡(luò)，使服務(wù)器只須向這個P2P 網(wǎng)絡(luò)中的少數(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，而這些節(jié)點(diǎn)可以把得到的數(shù)據(jù)共享給其余的節(jié)點(diǎn)。
3.3 P2P 流媒體網(wǎng)絡(luò)模型
流媒體服務(wù)系統(tǒng)中的P2P在其組織上有別于一般的P2P下載。我們把它組織成樹型結(jié)構(gòu)，稱為多播樹，服務(wù)器是樹的根，樹的第一層節(jié)點(diǎn)直接從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，樹的第二層節(jié)點(diǎn)從第一層節(jié)點(diǎn)那里獲取數(shù)據(jù)，依次類推。多播樹可以在節(jié)點(diǎn)的不斷加入過程中建立起來。由于多播樹中一般的節(jié)點(diǎn)的服務(wù)能力有限，其所帶的子節(jié)點(diǎn)不能太多，一般為幾個，另外因流媒體對時延的要求較高，所以節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器之間的路徑不能太長，否則流的時延太大，即樹的高度受限。因此，服務(wù)器需要維護(hù)一些信息, 如當(dāng)前樹中哪些是非飽和(指有剩余帶寬資源，可以接納新節(jié)點(diǎn)) 節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的IP 地址等信息。下面描述節(jié)點(diǎn)加入時建立多播樹的算法。如圖當(dāng)新節(jié)點(diǎn)P 加入時，步驟如下：
(1)P向服務(wù)器S提出請求，如圖步驟①。
(2)服務(wù)器S接受請求后，根據(jù)自己保存的信息，選擇與P 物理拓?fù)浣咏姆秋柡凸?jié)點(diǎn)的集合I發(fā)送給P，如圖步驟②。
(3)P從中選擇一個與自己連接狀況好的節(jié)點(diǎn)，如圖步驟③，P選擇P3。
(4)P向P3直接請求連接，P3同意后開始向P發(fā)送數(shù)據(jù)。P 加入多播樹。如圖步驟④。
(5)P3向服務(wù)器S 要求更新信息，P3連接數(shù)加1，如圖步驟⑤。
(6)P向服務(wù)器S 要求更新信息，P可以向其它節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)了，如圖步驟⑥。
由于P2P 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的行為具有Ad2hoc 性質(zhì)，一個節(jié)點(diǎn)可以隨時退出某節(jié)目的觀看而導(dǎo)致不能再為其它節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。如何保證一個節(jié)點(diǎn)的退出不影響其它節(jié)點(diǎn)用戶的收呢? 一種方法是采用重定向機(jī)制。假設(shè)退出的節(jié)點(diǎn)向其父節(jié)點(diǎn)注銷，并向所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)重定向(Redirect) 消息， 重定向的目的為父節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器S。若節(jié)點(diǎn)失效(掉電等原因)， 則子節(jié)點(diǎn)需重新向服務(wù)器發(fā)起加入請求。這種方式的最大問題是一旦父節(jié)點(diǎn)失效，其子節(jié)點(diǎn)將成為孤兒節(jié)點(diǎn)，需向服務(wù)器重新發(fā)起加入請求過程，從而可能導(dǎo)致服務(wù)服務(wù)中斷的時間太長。
另一種方法是可以采用冗余數(shù)據(jù)鏈路，就是某節(jié)點(diǎn)加入多播樹后，通過在樹中傳播查詢消息，找到一個備用的父節(jié)點(diǎn)，一旦當(dāng)前的父節(jié)點(diǎn)退出或失效，可以迅速通過備用父節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。但這種方法要求多播樹中每個節(jié)點(diǎn)要經(jīng)常性的在樹中傳播查詢消息，以維持一個有效的父節(jié)點(diǎn)。
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【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育;流媒體技術(shù);多媒體數(shù)據(jù);協(xié)議
【Abstract】Along with Internet education of thorough development， big data quantity multimedia the teaching resources is on the net of deliver to seem to be more and more importance with have to， how application new technique is network education resources construction and application service have become the topic pay attention to by people.This text elaborated to flow medium technique of foundation， flow medium system of constitute， flow the main technique project of medium and flow the resources development of the medium teaching and flow a medium technique in modern long range education of application way， with period to medium technique at modern long range education of application make some first step study.
【Key words】Modern long range education;Flow a medium technique;Multimedia data; Agreement
多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展對Internet產(chǎn)生了極大影響，教育、商務(wù)、娛樂已成為網(wǎng)絡(luò)近期增長最快的三大應(yīng)用領(lǐng)域。基于Internet的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，即在教育領(lǐng)域建立互聯(lián)網(wǎng)平臺，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種全新的教育方式。然而，當(dāng)前的遠(yuǎn)程教育資源建設(shè)卻依然存在一對矛盾。一方面是網(wǎng)上多媒體教學(xué)資源嚴(yán)重匱乏，另一方面是眾多的多媒體教學(xué)資源無法上網(wǎng)，究其原因可以歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)帶寬始終有限。面對有限的帶寬，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育視頻、音頻、動畫、多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)課程傳輸?shù)淖罴呀鉀Q方案就是流媒體技術(shù)的應(yīng)用。
1.流媒體的基本特征與結(jié)構(gòu)
1.1流媒體的基本概念。
流媒體(Streaming Media)是一種可以使音頻、視頻和其它多媒體在Internet及Intranet上以實(shí)時的、無需下載等待的方式進(jìn)行播放的技術(shù)。一般來說，流媒體包含廣義和狹義兩種含義。廣義上的流媒體是使音頻和視頻形成穩(wěn)定和連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、方法和協(xié)議的總稱，我們習(xí)慣上稱之為流媒體系統(tǒng)。狹義上的流媒體是相對于傳統(tǒng)的下載--回放(Download Playback)方式而言的一種媒體格式，能從Internet上獲取音頻和視頻等連續(xù)的多媒體流，客戶可以邊接收邊播放，使延時顯著縮短。
1.2流媒體的基本特點(diǎn)。
流媒體文件格式是支持采用流媒體傳輸及播放的媒體格式。流媒體傳輸方式是將動畫、視音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)地、實(shí)時地傳送信息。在采用流媒體傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶不必像常規(guī)視頻文件播放那樣等到整個文件全部下載完畢后才能看到其中的內(nèi)容，而只需經(jīng)過幾秒或幾十秒的啟動延時即可在用戶計(jì)算機(jī)上利用相應(yīng)的播放器或其它的硬件、軟件對壓縮的動畫、視音頻等流媒體多媒體文件解壓后進(jìn)行播放和觀看，多媒體文件的剩余部分將在后臺的服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。與傳統(tǒng)的下載--回放方式相比，這種邊下載邊播放的流媒體傳輸方式具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):
--啟動延時大幅度地縮短 用戶不用等待所有內(nèi)容下載到本地才開始瀏覽，而是采取一邊下載一邊播放的策略，所以大幅度縮短了等待時間。
--對系統(tǒng)緩存容量的需求明顯降低 雖然流媒體傳輸仍需要緩存，但由于不需要把所有內(nèi)容全都下載到緩存中，因此對緩存的要求大大降低。
--以特定的實(shí)時傳輸協(xié)議 采用了RTSP等協(xié)議，更加適合動畫、視音頻在網(wǎng)上的實(shí)時傳輸。
1.3流媒體系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。
流媒體系統(tǒng)由以下六個方面構(gòu)成:
①前端編碼壓縮工具包:用于創(chuàng)建、捕捉和編輯多媒體數(shù)據(jù)，形成流媒體數(shù)據(jù)格式。
②流媒體數(shù)據(jù):流媒體數(shù)據(jù)實(shí)體。
③流媒體服務(wù)器:存放和控制流媒體數(shù)據(jù)的硬件及軟件平臺。
④傳輸網(wǎng)絡(luò):適合多媒體傳輸協(xié)議甚至是實(shí)時傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。
⑤客戶端播放器:供客戶端播放、瀏覽流媒體文件的應(yīng)用程序。
⑥流媒體傳輸協(xié)議:幾種主要支持流媒體傳輸?shù)膮f(xié)議有，針對多媒體數(shù)據(jù)流的實(shí)時傳輸協(xié)議RTP(Real-time Transport Protocol)、與RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)的實(shí)時傳輸控制協(xié)議RTCP(Real-time Transport Control Protocol)，以及定義了"一對多"的應(yīng)用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時流式協(xié)議RTSP(Real-time Streaming Protocol)。
2.流媒體技術(shù)的主要解決方案
到目前為止，Real Networks公司的Real System、Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的Quick Time仍然是網(wǎng)上流媒體系統(tǒng)的三大主力。
2.1Real System。
Real System由媒體內(nèi)容制作工具Real Producer、服務(wù)器Real Server、客戶端Real Player三部分組成。其流媒體文件包括Real Audio、Real Video、Real Presentation和Real Flash四類文件，分別用于傳送不同的文件。Real System采用Sure Stream技術(shù)，自動、持續(xù)地調(diào)整數(shù)據(jù)流的流量以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬，輕松在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)視音頻和三維動畫的回放。
Real流媒體文件采用Real Producer軟件進(jìn)行制作，首先把源文件或?qū)崟r輸入變?yōu)榱髅襟w文件，再把流媒體文件傳輸?shù)椒?wù)器上供用戶點(diǎn)播。
由于其成熟、穩(wěn)定的技術(shù)性能，互聯(lián)網(wǎng)巨人--美國在線、ABC、AT&T、Sony和Time Life等公司和網(wǎng)上主要電臺都使用Real System向世界各地傳送實(shí)時影音媒體信息以及實(shí)時的音樂廣播。在我國，CCTV春節(jié)聯(lián)歡晚會、昆明世博會開幕式和大量的影視、音樂點(diǎn)播的網(wǎng)上直播都采用了Real System系統(tǒng)。
2.2Windows Media Technology
Windows Media Technology 是Microsoft提出的流媒體技術(shù)應(yīng)用解決方案。目前，我國較多的高校和中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)均采用這種方案。Windows Media Technology的核心是ASF(Advanced Stream Format)文件。ASF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)格式，通過分成一個個的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在Internet上傳輸，實(shí)現(xiàn)流媒體多媒體內(nèi)容。因此，我們把在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膬?nèi)容就稱為ASF流。
Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player等軟件構(gòu)成。Media Tools是整個方案的重要組成部分，它提供了一系列的工具軟件以幫助用戶生成ASF格式的多媒體數(shù)據(jù)流。Media Tools按照功能的不同分為創(chuàng)建工具和編輯工具兩種:創(chuàng)建工具和編輯工具。創(chuàng)建工具主要用于生成ASF格式的多媒體流，而編輯工具主要對ASF格式的多媒體流信息進(jìn)行編輯與管理。
眾多的工具形成的工具集是Windows Media Technology的一大優(yōu)點(diǎn)，這些工具對于流媒體文件產(chǎn)生很大的擴(kuò)展功能。由于它所獨(dú)特的各種優(yōu)點(diǎn)，HP、TI、General Instruments等公司和組織均表示加入Microsoft的Windows Media Broadband Jumpstart Initiative方案。
2.3Apple Quick Time。
Apple公司于1991年開始Quick Time，它幾乎支持所有主流的個人計(jì)算平臺和各種格式的靜態(tài)圖像文件、視頻和動畫格式。QuickTime包括服務(wù)器QuickTime Streaming Server、帶編輯功能的播放器QuickTime Player、制作工具QuickTime 4 Pro、圖像瀏覽器PictureViewer，以及使Internet瀏覽器能夠播放QuickTime影片的QuickTime插件。QuickTime 4支持兩種類型的流:實(shí)時流和快速啟動流。目前，F(xiàn)OX新聞在線、FOX體育在線、BBC World、氣象頻道(Weather Channel)等機(jī)構(gòu)都加入QuickTime內(nèi)容供應(yīng)商行列，使用其技術(shù)制作實(shí)況轉(zhuǎn)播節(jié)目。
除了上述流媒體技術(shù)的三種主要格式外，在多媒體課件和動畫方面的流媒體技術(shù)還有Macromedia的Shockwave技術(shù)和MeataCreation公司的Meta Stream技術(shù)。
3.遠(yuǎn)程教育中流式教學(xué)資源的開發(fā)
流媒體在傳輸過程中是分段傳送，用戶不必等待整個內(nèi)容傳送完畢，就可以觀看到即時的連續(xù)的內(nèi)容。但由于不同的公司發(fā)展的文件格式不同，傳送的方式也有所差異。下面是遠(yuǎn)程教育中利用流媒體技術(shù)開發(fā)的幾種常見的流式教學(xué)資源。
3.1Real的.rm視頻資源和.ra的音頻資源。
.rm和.ra格式分別是RealNetworks公司所開發(fā)的一種流式視頻和流式音頻文件格式，主要用來在低速率的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時傳輸視、音頻信息。它可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬而采用不同的壓縮比率，在數(shù)據(jù)傳輸過程中邊下載邊播放視頻影像，從而實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的實(shí)時傳送和播放?？蛻舳送ㄟ^Real Player播放器進(jìn)行播放。
3.2Microsoft的.asf視音頻資源。
Microsoft的ASF也是一種網(wǎng)上流媒體格式，在遠(yuǎn)程教育中頗受歡迎。這種流媒體文件的使用與windows操作系統(tǒng)是分不開的，使用的播放器是Microsoft Media Player。目前Microsoft還提出了wmv等新的流媒體文件格式。
3.3Apple QuickTime的.qt動態(tài)影像資源。
.qt格式是Apple公司開發(fā)的一種音頻、視頻文件格式，用于保存音頻和視頻信息，具有較為先進(jìn)的音視頻功能，得到包括Apple Mac OS、Microsoft Windows95/98/NT/2000在內(nèi)的所有主流計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的支持。其客戶端使用QuickTime player播放。
3.4Macromedia Flash的.swf動畫資源。
SWF是基于Macromedia公司Shockwave技術(shù)的流媒體動畫格式，是用Flash軟件制作的一種格式，源文件為.fla格式。由于其體積小、功能強(qiáng)、交互能力好、支持多個層和時間線程等特點(diǎn)，故越來越多地應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)動畫中。SWF文件是Flash的其中一種格式，已廣泛用于Internet上，客戶端安裝Shockwave的插件即可播放。
4.流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教育的應(yīng)用方式
我國現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育所面臨的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是發(fā)展規(guī)劃和相應(yīng)的政策、法律、法規(guī)比較薄弱;二是教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)課程嚴(yán)重匱乏;三是教學(xué)模式陳舊落后，不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的需求。
在三個方面的問題中，尤以第二個問題為最現(xiàn)實(shí)和迫切。資源建設(shè)雖然被列為教育部重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目已多年，但仍然存在一方面網(wǎng)上多媒體教學(xué)資源嚴(yán)重匱乏而另一方面是眾多的多媒體教學(xué)資源無法上網(wǎng)的突出矛盾。我們認(rèn)為，應(yīng)用當(dāng)前業(yè)已成熟的流媒體技術(shù)解決這一矛盾將是一個重要的方向。
在許多學(xué)校特別是高校里，現(xiàn)代教育技術(shù)一線的教師們對遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域資源建設(shè)作了一些嘗試，取得了較好的教學(xué)效果:
①開發(fā)視頻、音頻、動畫等多媒體教學(xué)資源，充實(shí)高校遠(yuǎn)程教育學(xué)科多媒體教學(xué)資源庫，并開展基于網(wǎng)絡(luò)資源的學(xué)科協(xié)作學(xué)習(xí)試驗(yàn)研究;
②用流媒體技術(shù)制作遠(yuǎn)程教育視頻點(diǎn)播和音頻點(diǎn)播資源庫，供網(wǎng)絡(luò)在線點(diǎn)播;
③實(shí)現(xiàn)教學(xué)視頻、音頻在線直播;
④實(shí)現(xiàn)教學(xué)視頻的仿真在線直播;
⑤開發(fā)在線式多媒體交互型課件;
⑥開發(fā)各種類型的網(wǎng)絡(luò)課程。
流媒體技術(shù)已經(jīng)成為影響Internet教育應(yīng)用的重要技術(shù)之一。在學(xué)習(xí)和研究的基礎(chǔ)上，我們可以開發(fā)出各種適于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)課程，進(jìn)一步推動基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的新型教學(xué)模式改革與發(fā)展。一旦如愿，新技術(shù)應(yīng)用所帶來的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育變革成果就會展現(xiàn)在我們的面前。
參考文獻(xiàn)
