毕 业 设 计

题目：浅谈网络流媒体技术

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学　      号：                        

学        院： 北京市西城经济科学大学 

专        业：  计算机网络与安全管理  

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协助指导教师：                        

2010年3月10日

本 人 声 明

我声明，本设计及其研究工作是由本人在导师指导下完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

王伟

2010年3月10日

摘要

随着互联网大 发展 的时代到来，我国的互联网技术飞速发展和普及，以 网络 作为传播平台的媒体中独特的一种媒体“流媒体”凭借其体积小、信息量大等特点已经日益流行。本文就流媒体技术的应用和研究现状进行了阐述、对流媒体的发展前景进行了展望。 

关键词：流媒体  流技术  网络传输

第一章 序言

1.1  流媒体的兴起

随着有线和无线宽带演进的高速发展，Internet的基础架构正日益完善，尤其是所谓”最后一公里”接人的逐步完成，许多城市的城域网从接人到核心各个部分都实现了宽带化，架构了以IP为基础的无阻塞数据承载平台。同时随着现代网络技术的发展，网络的媒体效应逐渐凸现，作为第四媒体的网络开始带给人们更多的信息模式。从在网络上出现第一张图片，到现在各种形式的网络视频、三维动画，人们的视听觉感官在网络上得到了很大的满足。

1.2 流媒体的发展

流媒体技术的发展依赖于网络的传输条件、媒体文件的传输控制、媒体文件的编码压缩效率及客户端的解码等几个重要因素。其中任何一个因素都会影响流媒体技术的发展和应用。早期的流媒体主要是在窄带互联网上应用，因为受带宽条件的制约，1999年，人们在网上仅仅可以看到一个很小的视频播放窗口。在具备一定带宽的局域网上，人们很难欣赏到高画质的影音节目，原因很简单，网络带宽不足、音视频编码压缩算法不够先进、客户端计算机解码运算速度不够高。 

    随着互联网的飞速发展，流媒体技术的应用越来越普及。在1999年底结束的Streaming Media West'99展会中，Microsoft、Intel、Apple、Real Networks等公司就流媒体技术的发展和应用展开了激烈的竞争。同年，与会专家预计，未来3年内，多数的互联网用户（包括企业和个人用户）将更多地使用流媒体技术。 

2000年下半年，随着全球范围的互联网升温，宽带IP网不再是梦想，越来越多的网络运营商投入到新一轮的宽带互联网的建设项目中。作为流媒体技术倡导发起者的美国Real Networks、Microsoft、Apple等公司几乎同时向世界宣布了他们最新的流媒体技术的宽带解决方案。这表明，在短短的一年里，流媒体技术有了飞跃发展。如今，人们在互联网上看到的是可以和VHS、DVD画质相媲美的数字流媒体，从数字压缩到媒体传输控制，再到客户端的回放效果，比以前都有了质的飞跃。另外，在产品设计和技术上，流媒体应用也体现出越来越成熟的商业模式。 

流媒体在中国的宽带建设中被列为最主要的应用之一，越来越多提供网络在线服务的运营商开始采用网络视频媒体服务解决方案，以增强在网络服务上的优势。互联网在这一点上的进步，与从传统的广播电台到电视节目的进步十分相似。 

    人们普遍看好流媒体技术未来的发展，网站公司巨头杨致远曾指出，鉴于宽带网络用户数量日益增加，企业高度重视流媒体技术的时候到了。他说：“从早期发展向大规模应用的过渡已基本完成。我们相信，通过网络传播多媒体信息的条件已经成熟，流媒体技术腾飞的时刻即将到来。”同时，软件巨人微软公司的一举一动不能不引起人们的关注，微软的Windows 2000中就集成了Media Server，其目的十分明显，微软已经开始行动。 

    以目前国内多家电信运营商为例，从前电信系统主要是向用户提供网络接入服务、主机托管等基础网络租赁业务模式，业务模式相对单一，技术要求也比较简单。但随着宽带网络互联时代的到来，新一轮的商业竞争已经开始，面对电信、广电、联通、网通等多家宽带业务商家更为激烈的竞争，电信企业只有充分利用得天独厚的网络基础设施的优势，大力开展宽带增值业务，才能获得更大的发展。 

第二章 流媒体系统概述

2.1流媒体概念

流媒体（Streaming）技术是指在发送端和接收端之间以于网络负载的以给定速率传输音频、视频信息的一种传输技术。流媒体具有隐含的时间维、传输的实时性和等时性、高吞吐量等特点。目前因特网由于存在带宽不足、服务质量控制机制较弱等局限性，难以满足流媒体的实时性要求，为此因特网工程任务组（IETF）制定了一系列支持流媒体实时传输和服务质量控制的协议，如 RTP、RSVP、RTCP等。其中，RTP是所有这些协议的基础。在网络上传输音频或视频等多媒体信息，目前主要有下载回放和流式传输两种方案。下载回放方式时间长、占的内存多，要求用户等到整个文件全部下载完毕才能回放。流式传输中声音、影像等通过网络向用户计算机进行连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十几秒的启动延时即可进行观看。

流媒体技术是一种使用流式传输连续的时基媒体的技术。流式传输方式是将视频、音频等其他媒体压缩为一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送，只需要在用户端缓存足够可播放的视频容量就可以开始播放。

2.2流媒体技术的组成

在多媒体系统中的多媒体数据主要是通过网络来传输给用户，而流媒体的出现解决了用户不需要花费很长时间将多媒体数据全部下载到本地后才能播放，而作为一个完善的流媒体系统包含了媒体内容制作、媒体内容存储管理、用户管理、视频点播服务和客户端五大部分：

　2.2.1用户管理子系统

　  管理系统支持灵活丰富的计费策略和计费接口，可实现按包月制计费，按点播次数计费，定时折扣优惠等多种功能和策略设置有完善的用户登记、授权、计费和认证管理。支持用户多级别的身份认证管理，对不同的用户身份，系统可提供不同的访问控制功能。

2.2.2 节目制作子系统

　 节目制作子系统可以对对节目进行初步的编辑或合成。而流媒体采集制作子系统，由节目采集压缩、批量编码、编目工作站和相应的模块组成。其中，采集压缩工作站主要负责将原始的音、视频、图片、文字等素材进行MPEG-4压缩编码数字化，组成适合网络传输的流媒体(一般为350kbps-1mbps)格式，然后存储到VOD点播服务器，供用户点播。

2.2.3  点播服务子系统

　　点播服务子系统主要功能是，应接收系统和节目管理系统的节目点播请求，找到存储在硬盘上的节目，并控制节目以流的形式传输到终端PC机。其性能直接决定流媒体系统的总体性能。整个系统支持多通道SCSI接口，实现高速、并行、多重I/O总线能力，支持多用户对同节目的并发点播。支持对用户的接纳控制，请求处理，数据检索，按流传送多种功能。支持多服务器间的域管理，实现服务器的分布设置、集中管理、负载均衡、协同工作，具有极大的扩展灵活性

2.2.4  内容管理子系统

　　因为在节目码流为350kbps时能同时容纳800个用户的并发点播。管理员可以在任何一台PC机上，通过浏览器连接到点播服务器，利用Web页面提供的各种功能向服务器远程加入节目，修改节目信息，删除节目和浏览节目。并将新节目放到主页或通过排行榜动态地将点播率高的节目自动排放到主页上。管理员可以查看当前用户的点播情况，可监控用户名、用户IP地址、用户正在点播的视频文件名称等信息。具有组成服务器域管理功能，从而可以实现服务器的分布设置，集中管理，负载均衡。

2.2.5   客户端子系统

　　流媒体系统提供的所有实时的多媒体服务，最终都需要通过客户端在用户的PC机重现。也就是不同的用户，通过客户端能远程登陆点播页面，并能够顺利地完成浏览、查询和点播节目或者接收在线直播节目。

2.3流媒体的传输协议

流媒体协议是流媒体技术的一个重要组成部分，也是基础组成部分。因特网工程任务组的主要工作是设计各种协议来规范与发展世界标准化组织，现已设计出几种支持流媒体的传输协议。

1、RSVP（资源预留协议）。该协议促使流数据的接收者主动请求数据流路径上的路由器，并为该数据流保留一定的资源（即带宽），从而保证一定的服务质量。RSVP是一个在IP上承载的信令协议，它允许路由器网络任何一端上终端系统或主机在彼此之间建立保留带宽路径，为网络上的数据传输预定和保证服务质量。

（1）RSVP协议中涉及到发送者和接收者的概念，这两个概念是在逻辑上进行区分的。发送者指发送路径消息的进程，而接收者是指发送预留消息的进程，同一个进程可以同时发送这两种消息，因此既可以是发送者也可以是接收者。

（2）资源预留的分类。专用预留：它所要求的预留资源只用于一个发送者，即在同一会话中的不同发送者分别占用不同的预留资源。共享预留：它所要求的预留资源用于一个或多个发送者，即在同一会话中的多个发送者共享预留资源。

（3）RSVP提供两种发送者选择方式。通配符方式：默认所有发送者，并通过预留消息中所携带的源端地址列表来通配符滤波器。显式指定方式：滤波器明确指定一个或多个发送者来进行预留。

2、RTP（实时传输协议）。用于Internet上针对多媒体数据流的传输。RTP协议为数据提供了具有实时特征的端对端传送服务，如在组播或单播网络服务下的交互式视频音频或模拟数据。应用程序通常在UDP上运行RTP以便使用其多路结点和校验服务。RTP可以与其他适合的底层网络或传输协议一起使用。如果底层网络提供组播方式，那么RTP可以使用该组播表传输数据到多个目的地。

3、RTCP（实时传输控制协议）。实现通过客户端对服务器上的音视频流做播放、录制等操作请求。该协议通过RTSP协议实现了在客户端应用程序中对流式多媒体内容的播放、暂停、快进、录制和定位等操作。RTP和RTCP一起提供流量控制和拥塞控制服务。

4、RTSP（实时流协议）。建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体，如音频和视频。尽管连续媒体流与控制流交叉是可能的，但RTSP 本身并不发送连续流，换言之，RTSP充当多媒体服务器的网络远程控制。RTSP 提供了一个可扩展框架，实现实时数据（如音频与视频）的受控、按需传送。数据源包括实况数据与存储的剪辑。RTSP 用于控制多个数据发送会话，提供了选择发送通道（如UDP、组播UDP与TCP等）的方式，并提供了选择基于RTP的发送机制的方法。

2.4网络实时视频流传输系统

一般实时视频系统可以分为4 大模块：采集子系统、编码压缩子系统、传输控制子系统和输出子系统。整个实时视频系统的组织如图1 所示。

采集子系统主要指用于视频捕捉的视频捕捉卡。视频捕捉卡的接口，可以是以PCI 或AGP 的方式插入PC 机箱，也可以直接以USB接口的方式外挂；还有就是通过1394 接口与PC机相连的数码摄像机等。编码子系统有两种形式，一种是纯软件的Codec，由操作系统提供或者用户安装第3 方Codec，其编码压缩处理全部依靠用户计算机的处理器CPU 来处理，因此对于用户计算机的性能要求比较高，特别是在多路视频的情况下，对于一般的用户计算机更是严峻的考验。另一种解决方案就是把编码部分直接固化入嵌入式芯片或者单片机之中，可以使用也可以和视频捕捉卡集成，形成功能强大的多功能视频捕捉编码设备。输出子系统包含对视频的解码和视频图像的显示。传输控制子系统是实时视频流的一项关键核心技术。当前网络条件仍然不是非常理想，拥塞和延迟等问题仍然严重，因此在当前的网络条件下，传输实时流媒体信息不能简单地按照顺序发送媒体流数据，而是要充分考虑网络分包发送数据的特点。

第三章 流媒体传输质量的控制

3.1 智能(intelligence and ability)流技术 

　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。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。 

3.2 分流(splitting)技术 

分流技术一般只在作网络直播时使用。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。 

3.3 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。

 3.4 缓存(caching)技术 

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。

第四章  流媒体技术的应用

Internet的不断发展决定了流媒体应用广阔的市场前景。流媒体技术及其相关产品将广泛用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等。流媒体技术在企业一级的可能应用包括电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。下面对一些主要的流媒体应用作简要的介绍。 

4.1宽带网视频点播

在前面的远程教育中曾经提到过VOD（Video On Demand）--视频点播，视频点播技术已经不是什么新鲜的概念了，最初的VOD应用于卡拉ok点播，当时的VOD系统是半自动的需要人工参与。随着计算机的发展，VOD技术逐渐应用于局域网及有线电视网中，此时的VOD技术趋于完善，但有一个困难阻碍了VOD技术的发展，那就是音视频信息的庞大容量。 

这样服务器端不仅需要大量的存储系统，同时还要负荷大量的数据传输，导致服务器根本无法进行大规模的点播。同时由于局域网中的视频点播覆盖范围小，用户也无法通过互联网等网络媒介收听或观看局域网内的节目。 

此时流媒体技术出现了，在视频点播方面我们完全可以遗弃局域网而使用互联网，由于流媒体经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输。客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护。由于采用了先进的机群技术，可对大规模的并发点播请求进行分布式处理，使其能适应大规模的点播环境。 

随着宽带网和信息家电的发展，流媒体技术会越来越广泛的应用于视频点播系统，也许有一天你也可以在自己的家中欣赏到与电视节目相当的流式视频节目。就当前而言，很多大型的新闻娱乐媒体都在Internet上提供基于流技术的音视频节目，如国外的CNN、CBS以及我国的电视台、北京电视台等，有人将这种Internet上的播放节目称之为"webcast"。图1-3为CCTV网站的视听在线栏目。 

4.2 远程教学(Remote seminar) 

电脑的普及、多媒体技术的发展以及互联网的迅速崛起，给远程教育带来了新的机遇。世界各国都正大力开展包括网络教育在内的远程教育。 

在远程教学过程中，最基本的要求是将信息从教师端传递到远程的学生端，需要传递的信息可能是多元化的，这其中包括各种类型的数据：如视频、音频、文本、图片等。将这些资料从一端传递到另一端是远程教学需要解决的问题，而如何将这些信息资料有效的组合起来以达到更好的教学效果更是我们思考的重要方面。 

由于当前网络带宽的，流式媒体无疑是最佳的选择，学生可以在家通过一台计算机、一条电话线、一只Modem就可以参加到远程教学当中来。对于教师来讲，也无须做过多的准备，授课方法基本与传统授课方法相同，只不过面对的是摄像头和计算机而已。 

就目前来讲，能够在互联网上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体，像Real System、Flash、Shockwave等技术就经常应用到网络教学中。远程教育是对传统教育模式的一次。它能够集教学和管理于一体，突破了传统"面授"的局限，为学习者在空间和时间上都提供了便利。 

除去实时教学以外，使用流媒体中的VOD（视频点播）技术，更可以达到因材施教、交互式的教学目的。学生也可以通过网络共享自己的学习经验和成果。大型企业可以利用基于流技术的远程教育系统作为对员工进行培训的手段，这里不仅可以利用视频和音频，计算机屏幕的图形捕捉也可以被用流的方式传送给学员。现在微软公司自己内部就大量使用了其自己的流技术产品作为其全球各分公司间员工培训和交流的手段。 

随着网络及流媒体技术的发展，越来越多的远程教育网站开始采用流媒体作为主要的网络教学方式。 

4.3 互联网直播 

也许大家只听说过现场直播、卫星转播之类的名词，对于互联网直播（或称为网络直播）的概念还并不太熟悉，随着互联网的普及网民越来越多，从互联网上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览成为很多网民的愿望。而很多厂商希望借助网上直播的形式将自己的产品和活动传遍全世界，这也许是任何一种媒体都不能达到的。这一切都促成了互联网直播的形成。 

但是网络带宽问题一直困扰着互联网直播的发展，不过随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播已经从实验阶段走向了实用阶段，并能够提供较满意的音、视频效果。 

流媒体技术在互联网直播中充当着重要的角色，首先流媒体实现了在低带宽的环境下提供高质量的影音。其次，像Real公司的SureStream这样的智能流技术可以保证不同连接速率下的用户可以得到不同质量的影音效果。此外，流媒体的Multicast（多址广播）技术可以大大减少服务器端的负荷，同时最大限度的节省了带宽。 

无论从技术上还是从市场上考虑，现在互联网直播是流媒体众多应用中最成熟的一个。已经有很多公司提供网上直播服务，每年一度的《春节晚会》就提供网上现场直播。图1-4为使用Windows Media Player观看的现场直播节目。 

4.4 视频会议(Video Conference) 

　  市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本都支持TCP/IP网络协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不占多数。视频会议技术上涉及到数据采集、数据压缩、网络传输等多项技术。 

流媒体并不是视频会议必须的选择，但是流媒体技术的出现为视频会议的发展起了很重要的作用。采用流媒体格式传数影音，使用者不必等待整个影片传送完毕，就可以实时的连续不断的观看，这样不但改善观看前的等待问题，也可以达到即时的效果。虽然我们损失了一些画面质量，但就视频会议来讲，并不需要很高的音视频质量。 

视频会议是流媒体的一个商业用途，通过流媒体我们还可以进行点对点的通信，最常见的例子就是可视电话。只要我们有一台已经接入互联网的电脑和一个摄像头，就可以与世界任何地点的人进行音视频的通信，是不是很便捷？此外，大型企业可以利用基于流技术的视频会议系统来组织跨地区的会议和讨论，从而节省大量的开支。一个实际的例子是美国第二大证券交易商从1998年开始，采用Starlight Network公司提供的流技术方案，为其分布在全球500多个城市和地区的分公司经纪人和投资咨询员实时提供到桌面的财经新闻，使他们的客户获取更多的投资利润。

结束语

在网络应用中一般采取两种加密形式: 秘密密钥和公开密钥, 采用何种加密算法则要结合具体应用环境和系统, 而不能简单地根据其加密强度来做出判断。因为除了加密算法本身之外, 密钥合理分配、加密效率与现有系统的结合性以及投入产出分析都应在实际环境中具体考虑。加密技术随着网络的发展更新,将有更安全更易于实现的算法不断产生, 为信息安全提供更有力的保障。

致谢

    提及“致谢”，相信任何人都会有所感慨，但对于即将毕业的我们，更是别有一番滋味在心头。因为，这意味着人生中重要的一段到了结束（或者说收获）的时候。

    我的这篇毕业论文的完成，首先应当归功于指导老师张学青。在论文的撰写等各个方面都给予了大量的指导和帮助，令我不但完成了论文，也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，特致以深深的感谢。

参考文献

[1] 白煜,辛向晖.新东方IT教育,教材研发室,Windows Media与Real网络流媒体案例教程[M].北京:清华大学出版社,2004. 

　　[2] 唐天虹,冯宝坤,胡晓鹏.实战流媒体[M].北京:科学出版社,2003. 

　　[3] 车军. 基于P2P的流媒体技术研究[J]. 计算机与信息技术, 2007,(09). 

　　[4] 王恒,林玲,钟宝荣. 基于P2P的流媒体技术[J]. 电脑知识与技术(学术交流), 2007,(02). 

　　[5] 陈大伟,张栋. 混合P2P网络模型研究与设计[J]. 计算机与信息技术, 2006,(09).下载本文