碩士學(xué)位論文-基于流媒體技術(shù)校園網(wǎng)視頻點(diǎn)播服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 摘要 多媒體交互是用戶交流信息方式的必然進(jìn)化。多媒體服務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣 泛， 其中 視頻點(diǎn) 播 郎d e o o n d e m a n d , v b d ) 應(yīng)用最為 廣泛。 視頻點(diǎn) 播技術(shù)是隨 著計(jì) 算 機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、電視技術(shù)而迅速新 興的一門綜合性技術(shù)。它利用了網(wǎng)絡(luò)和視頻技術(shù)的優(yōu)勢， 徹底改變了過去收看節(jié)目 的被動方式，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目的按需收看和任意播放，是為用戶提供實(shí)時(shí)、交互、按需 點(diǎn)播服務(wù)的系統(tǒng)。 視頻服務(wù)器是視頻服務(wù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和性能質(zhì)量保證的核心， 因此也成為整個 視頻服務(wù)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。視頻服務(wù)不僅要求保證端到端的播放質(zhì)量，同時(shí)也要考 察系統(tǒng)的整體性能。 整體性能常用最大并發(fā)用戶數(shù)這一參數(shù)來評價(jià)。 為使這一指標(biāo) 盡可能高， 需要從很多方面解決視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。 其關(guān)鍵問題主要集中 在以下幾個方面:視頻流編碼壓縮及傳輸技術(shù)、存儲和i / o調(diào)度策略、視頻流調(diào)度 技術(shù)、流量控制與差錯控制等。 在分析這些關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上， 將重點(diǎn)放在構(gòu)建一個基本的流媒體視頻服務(wù)器 問 題和節(jié)目 流調(diào)度問題上。通過研究實(shí)現(xiàn)流媒體傳輸?shù)膬蓚€基本協(xié)議 r t p / r t c p , 構(gòu)建一個基本的流媒體視頻服務(wù)器; 另一個重點(diǎn)是研究了了 對視頻服務(wù)整體性能有 著重大提升作用的視頻流調(diào)度策略， 在應(yīng)用多播技術(shù)的前提下， 通過各種現(xiàn)有解決 方案優(yōu)劣的比 較，采用以補(bǔ)丁算法為基礎(chǔ)的一種支持零延遲交互式操作的調(diào)度方 法，并實(shí)驗(yàn)證明了這種方法在用戶延遲、帶寬消耗等方面的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞:視頻點(diǎn)播視頻服務(wù)器 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 流媒體流調(diào)度實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 ab s t r a c t i n t e r a c t i n g b y m u l t i m e d i a i s c o n s e q u e n t i a l l y e v o l u t i o n o f p e o p l e i n t e r a c t i o n m a n n e r . a p p l i c a t i o n o f m u l t i m e d i a s e r v i c e i s v e r y b r o a d , a n d v i d e o - o n - d e m a n d o f w h i c h i s t h e m o s t f r e q u e n t l y u s e d o n e . v i d e o - o n - d e m a n d t e c h n o l o g y w a s d e v e l o p e d a l o n g w i t h d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y a n d n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n , w h i c h i s s y n t h e s i s o f c o m p u t e r、c o m m u n i c a t i o n a n d t e l e v i s i o n t e c h n o l o g y . i t t a k e s m o s t a d v a n t a g e o f n e t w o r k a n d v id e o t e c h n o l o g y , w h i c h t o t a l l y m o d i f i e s t h e p a s s i v e s t y l e o f r e c e i v e t v p r o g r a m a n d r e a l i z e s v i d e o r e c e i v e d o n d e m a n d a n d p l a y o n w i l l . v i d e o s e r v e r i s c o r e o f i m p l e m e n t f u n c t i o n o f v i d e o s e r v i c e s y s t e m a n d g u a r a n t e e o f p e r f o r m a n c e a n d q u a l i t y , s o i t b e c o m e s t h e c o r e o f w h o l e v i d e o s y s t e m . v i d e o s e r v e r r e q u i r e s n o t o n l y g u a r a n t e e i n g q u a l i t y o f e n d - t o - e n d s e r v i c e , a l s o t a k i n g i n t e g r a l s y s t e m p e r f o r m a n c e i n t o a c c o u n t . t h e i n t e g r a l p e r f o r m a n c e i s o f t e n e v a l u a t e d b y p a r a m e t e r m a x p a r a l l e l u s e r q u a n t it y . i n o r d e r t o m a x i m i z e t h e m p u q , m a n y k e y i s s u e s o f d e s i g n n e e d t o b e s e t t l e d . ma i n c o n t e n t o f t h i s p a p e r c o n t a i n s a n a l y z i n g c l e a r w h a t a r e t h e k e y i s s u e s o f d e s i g n v i d e o s e r v e r t o i m p r o v e s y s t e m p e r f o rma n c e , d e e p r e s e a r c h i n t o t h e s e k e y is s u e s a n d b r i n g i n g f o r w a r d n e w r e s o l v e o r d e v e l o p m e n t m e th o d . t h e k e y i s s u e s f o c u s o n f o l l o w i n g a s p e c t s : v i d e o c o d i n g a n d d e c o d i n g t e c h n o l o g y , s t o r a g e a n d i / o s c h e d u l i n g p o l i c y , v i d e o s t r e a m s c h e d u l i n g t e c h n o l o g y , fl o w c o n t r o l a n d e r r o r c o n t r o l . o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e s e k e y i s s u e s , a u t h o r l a y a s t r o n g e m p h a s i s o n t h e s t u d y o f i n t r o d u c e s a b a s i c v i d e o s e r v e r a n d v i d e o s t r e a m s c h e d u l i n g p o l i c y . o n t h e b a s i s o f r e s e a r c h e s t h e t w o b a s i c p r o t o c o l s r t p / r t c p th a t f o r t h e tr a n s m i s s i o n o f s t r e a m i n g m e d i a , a u t h o r i n t r o d u c e s a b a s i c v i d e o s e r v e r , a u t h o r a l s o s t u d i e s t h e v i d e o s t r e a m s c h e d u l i n g p o l i c y , w h i c h c o n t ri b u t e s g r e a t l y t o s y s t e m i n t e g ra l p e r f o r m a n c e . b y s t u d i e s s e v e r a l s c h e d u li n g te c h n i q u e s a n d a n a l y z e s t h e i r a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s , t h e n a p p l y a n e w p a t c h i n g b as e d s c h e m e w h i c h c a n s u p p o rt z e r o d e l a y v c r r e p l a y . 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 s i m u l a ti o n v e r i ti e s i ts p e r f o r m a n c e s w e l l i n u s e r d e l a y a n d b a n d w i d t h u s e . k e y wo r d s : v i d e o - o n - d e m a n d v i d e o s e r v e r s t r e a m me d i a s t r e a m s c h e d u l i n g r t p r t c p 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈 交的學(xué) 位論文是我個 人在導(dǎo) 師指導(dǎo)下 進(jìn)行的 研究工作及取得的 研究 成果。 盡我 所知， 除文中己 經(jīng)標(biāo)明 引 用的內(nèi) 容外， 本論 文不包含 任何其 他個 人 或集體已 經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 對本文的 研究做出 貢獻(xiàn)的個人和集體， 均已 在文中以明 確方式標(biāo)明。本人完全意識到， 本聲明的 法律結(jié)果由 本人承擔(dān)。 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 : 農(nóng)4 e 日 期 : 3 4 年廣 月聲 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué) 位論文作者完 全了 解學(xué) 校 有關(guān) 保留、 使用學(xué) 位論 文的 規(guī)定， 即: 學(xué) 校 有 權(quán) 保留并向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和電 子版， 允許論文被查閱和借 閱。 本人授權(quán)華中 科技大學(xué)可以 將本學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn) 行檢索，可以 采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 在年解密后適用本授權(quán)書。 本論文屬于 ( 請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 “ 礦“ ) 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 : 渝 ，碌 日 期 : 何年 、 月 聲 日 * 4 919 “ , 1 4 a : 2 8 0s if y a r 0 日 s 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 1 緒論 1 . 1視頻點(diǎn)播技術(shù)簡介 v o l ) ( v i d e o o n d e m a n d ) 是視頻點(diǎn)播技術(shù)的 簡稱， 也稱為交互式電 視點(diǎn)播系統(tǒng)， 意即根據(jù)用戶的需要播放相應(yīng)的視頻節(jié)目， 從根本上改變了 用戶過去被動式看電視 的不足。 放眼寬帶網(wǎng) 絡(luò)的應(yīng)用， v o l ) 最貼近百姓生活， 不過它的技術(shù)難度也最大。 v o l ) 技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、電 視技術(shù)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等多學(xué) 科、多領(lǐng)域融合交叉的產(chǎn)物。目 前， 根據(jù)不同的功能需求和應(yīng)用場景， 主要有三種 v o l ) 系 統(tǒng): n v o d , t v o d , i v o d i . n v o d ( n e a r v i d e o - o n - d e m a n d ):準(zhǔn)點(diǎn)播系統(tǒng)，或稱其為就近式點(diǎn)播系統(tǒng)。 這種點(diǎn)播系統(tǒng)的方式是:多個視頻流依次間隔一定的時(shí)間啟動發(fā)送同樣的內(nèi)容。比 如， 十二個視頻流每隔十分鐘啟動一個發(fā)送同樣的兩小時(shí)的系統(tǒng)節(jié)目 。 如果用戶想 看這個系統(tǒng)節(jié)目 可能需要等待， 但最長不會超過十分鐘， 他們會選擇距他們最近的 某個時(shí)間起點(diǎn)進(jìn)行收看。 在這種方式下，一個視頻流可能為許多用戶共享。 其方式 是多個視頻流依次間隔一定的時(shí)間啟動，并發(fā)送同 樣的內(nèi) 容。 t v o d ( t r u e v i d e o - o n - d e m a n d ):真點(diǎn)播系統(tǒng)，它真正支持即點(diǎn)即放。當(dāng)用 戶提出請求時(shí)，視頻服務(wù)器將會立即傳送用戶所要的視頻內(nèi)容。若有另一個用戶提 出同樣的需求， 視頻服務(wù)器就會立即為他再啟動另一個傳輸同樣內(nèi) 容的視頻流。 不 過，一旦視頻流開始播放，就要連續(xù)不斷的播放下去，直到結(jié)束。這種方式下，每 個視頻流轉(zhuǎn)為某個用戶服務(wù)。 i v o d ( i n t e r a c t i v e v i d e o - o n - d e m a n d ):交互式點(diǎn)播系統(tǒng)。 它比前兩種方式有 很大程度上的改進(jìn)。 它不僅可以支持即點(diǎn)即放， 而且還可以讓用戶對視頻流進(jìn)行交 互式的控制。 這時(shí)， 用戶就可以 象操作傳統(tǒng)的錄像機(jī)一樣， 實(shí)現(xiàn)節(jié)目 的播放、 暫停、 倒回、快進(jìn)和自 動搜索等。 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 存取視頻數(shù)據(jù)的方式是衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的 基礎(chǔ);基于此， 人們又將v o d系 統(tǒng) 劃分為“ 文件 共享方式” 、“ 下載方式” 和“ 流式” 三 種- 以“ 文件共享方式” 為基礎(chǔ)的 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)又稱為最簡單的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)， 這 種系統(tǒng)可以 不配備額外的應(yīng)用軟件， 也可設(shè)計(jì)專門的客戶、服務(wù)器應(yīng)用軟件，以 方 便用戶選擇和點(diǎn)播節(jié)目。 這種系統(tǒng)屬于非流式系統(tǒng)，與流式視頻點(diǎn)播系統(tǒng)有本質(zhì)的 區(qū)別， 因?yàn)橛脩粼谶M(jìn)行視頻播放時(shí)， 實(shí)際上是通過操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)來直接訪問 服務(wù)器上的共享視頻文件的。由于它沒有任何特殊的機(jī)制保證視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí) 性，因此要求網(wǎng)絡(luò)有足夠的帶寬、服務(wù)器磁盤有充分的1 / 0速率來保證視頻數(shù)據(jù)傳 輸。同時(shí)，由 于這種點(diǎn)播系統(tǒng)以文件操作為基礎(chǔ)，因而系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)跨平臺和擴(kuò)大 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的目 標(biāo);此外，由于要求服務(wù)器共享視頻文件，增加了 節(jié)目 管理的難度、 降低了系統(tǒng)的安全性。 真正的視頻服務(wù)要求通過服務(wù)器把視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。目 前， 有兩個通用 的傳輸方案可供使用“ 下載” 和 “ 流”?！?下載”的意思是: 通過網(wǎng)絡(luò)傳輸整 個視頻文件， 把數(shù)據(jù)存儲到用戶終端的存儲設(shè)各中。由于在全部內(nèi)容到達(dá)用戶端以 前，不能播放視頻節(jié)目，因此它也屬于非流式系統(tǒng)?！?下載” 機(jī)制能夠較好地滿足 一些低質(zhì)量和時(shí)間短的視頻片段點(diǎn)播應(yīng)用， 但對于要求播放啟動延遲短和視頻質(zhì)量 高的 應(yīng) 用，“ 下載” 就不能 很 好地 工作。 例如， 傳 送1 0 分 鐘長、 要求1 .5 m b p s 網(wǎng) 絡(luò)帶寬的m p e g - 1 視頻片段， 通過i o b a s e - t以 太網(wǎng) 連接， 啟動延遲時(shí)間至少為1 .5 分鐘，同時(shí)要求用戶端大約有1 1 0 m b的空余存儲空間。在播放更高質(zhì)量或更長時(shí) 間的視頻節(jié)目 時(shí)， 情況將變得更為嚴(yán)重。 系統(tǒng)采用“ 流式”技術(shù)后， 一旦用戶端可利用的數(shù)據(jù)量足夠大， 就自 動播放所 選擇的節(jié)目。播放延時(shí)通常在幾秒到2 0 秒之間，通過釋放已 經(jīng)播放的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù) 流可以重新利用空出的緩存空間，因而解決了 “ 下載” 機(jī)制帶來的問題。 現(xiàn)有的多 種 視 頻 傳 輸 系 統(tǒng)， 如m i c r o s o f t n e t s h o w , r e a l p l a y e r 都 使 用“ 流 式” 的 技 術(shù) 3 。系 統(tǒng)不僅支持將上百個高品質(zhì)視頻節(jié)目 傳送給網(wǎng)絡(luò)客戶， 而且能夠動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)中眾 多用戶終端和多個服務(wù)器的工作狀態(tài)，以克服網(wǎng)絡(luò)擁擠和存儲設(shè)備的1/ o瓶頸，以 保證客戶端平滑的視頻輸出。 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 1 .2 v o d系統(tǒng)特征及關(guān)鍵技術(shù) 1 ) 信息流向的不對稱性 對于大多 數(shù)雙向 通信系統(tǒng)來說， 信息通路兩個方向 上的 信息流量是對稱的， 系 統(tǒng)要為通信的 雙方提供同等的通信能力;而 v o l ) 采用不對稱的雙向 傳輸網(wǎng)絡(luò)將信 息提供者與用戶連接起來， 用戶信息通過窄帶的上行信道傳到信息中心， 而由 信息 中心到用戶的下行信道則是具有視頻音頻傳輸能力的寬帶信道。 這是一種非對稱雙 工形式的多媒體通信技術(shù)，與多媒體信息檢索業(yè)務(wù)的 特點(diǎn)是一致的 4 1 2 )播信息內(nèi)容和點(diǎn)播時(shí)間的集中性 對于v o l ) 系統(tǒng)的廣大用戶， 點(diǎn)播的信息內(nèi)容往往集中在信息中的很小一部分， 同時(shí)用戶點(diǎn)播信息的時(shí)間分布也是不均勻的，這正是造成信息流量突發(fā)的根本原 因。 3 )信息發(fā)送以 及重現(xiàn)的實(shí)時(shí)性與同步要求 v o d系統(tǒng)的信息發(fā)送以 及重現(xiàn)的實(shí)時(shí)性與同步要求都較其它信息檢索系統(tǒng)高， 特別是對視頻音頻信息的點(diǎn)播必須保證視頻媒體與音頻媒體內(nèi)部的自 同步以及媒 體間的同步，這對系統(tǒng)的延時(shí)及抖動特性均提出了較高要求。 v o l ) 系統(tǒng)具有三大關(guān)鍵技術(shù)，即多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、多媒體網(wǎng) 絡(luò)傳輸技術(shù)、 多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)5 1 1 )多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是多媒體技術(shù)中最為關(guān)鍵的核心技術(shù)，其研究課題包括: 數(shù)據(jù) 壓縮比 、 壓縮 / 解壓縮速 度以 及簡捷快速的 壓 縮算法 6 1 。 以 壓 縮 / 解 壓 縮后的 數(shù)據(jù) 是否與壓縮前的原始數(shù)據(jù)完全一致作為標(biāo)準(zhǔn)，可將數(shù)據(jù)壓縮方法劃分為無損壓縮 ( 可逆壓縮) 和有損壓縮 ( 不可逆壓縮)兩類。 數(shù)據(jù)壓縮中 視頻壓縮占 有重要地位， 其標(biāo)準(zhǔn)主要由i t u 一和 i s o / i e c開發(fā)。 i t u - t發(fā)布的視頻會議標(biāo)準(zhǔn)有 h .2 6 1 , h .2 6 2 , h .2 6 3 , h .2 6 3 + , h .2 6 3 + + , h .2 6 4 . i s o a e c公布的m p e g系列標(biāo)準(zhǔn)有mp e g - 1 , m p e g - 2 , m p e g - 4 和m p e g - 7 ， 并且 計(jì)劃公布m p e g - 2 1 17 1 . 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼可分為三類方法: 考慮圖 像信源的 統(tǒng)計(jì)特性， 采用預(yù)測編碼、 變換編碼、 矢量量化編碼、 神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)編碼等，均以仙農(nóng)信息論為基礎(chǔ); 采用基于方向?yàn)V波的圖像編碼、 基于圖像輪廓一 紋理編碼， 這利用人眼視覺特性， 充分考慮了 信息接受者的主 觀特性; 采用分形編碼、 基于 模型的編碼， 這是考慮了圖 像傳遞的景物特征， 它代表著 新一代的壓縮編碼方向， 是目 前最為活躍的研究領(lǐng)域。 j p e g , h .2 6 1 , h . 2 6 3 , m p e g - 1 , m p e g - 2主要采用了以 仙農(nóng)信息論為基礎(chǔ)的 第一代數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)， 其中mp e g標(biāo)準(zhǔn)在高壓縮比的情況下， 仍能保證高質(zhì)量 畫面， 最適于視 頻v o d的 存 儲、 點(diǎn) 播和網(wǎng) 上傳輸8 1目 前m p e g己 成為工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)， 對于v o d的產(chǎn)生和發(fā)展有重要作用。這里需要強(qiáng)調(diào)的是mp e g - 4 標(biāo)準(zhǔn)，它是一種 面向?qū)ο?、基于?nèi)容的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)， 側(cè)重于對多媒體信息內(nèi)容的訪問以及更加注 重多 媒體系統(tǒng)的 交互 性和靈 活 性 i . m p e g - 4可根據(jù) 應(yīng)用的 不同 要求 現(xiàn)場配置 解碼 器， 通過引 入a v對象 ( a u d i o ni s u a l o b j e c t s )， 使更多的交互操作成為可能， 這 為多媒體數(shù)據(jù)壓縮提供了廣闊的發(fā)展平臺。 2 )多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) 高速接入網(wǎng)和高速互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是v o d系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的有力保障. v o d中的 視頻音頻數(shù)據(jù)時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)，對網(wǎng)絡(luò)的延遲特別敏感， 帶寬和實(shí)時(shí)性要求尤為突 出。因此應(yīng)保證在任意的網(wǎng)絡(luò)交換能力下提供給用戶可靠穩(wěn)定的帶寬及高傳輸速 率，具備合理動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬以 適應(yīng)多媒體數(shù)據(jù)高速率和突發(fā)性傳輸?shù)囊螅?保證實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、平滑和動態(tài)視頻的多媒體數(shù)據(jù)流傳輸。主要研究課題包括: i p 新技術(shù) ( 下一代網(wǎng)際協(xié)議】 p v 6 , i p 傳輸新技術(shù)、 流媒體技術(shù)) 、 寬帶接入網(wǎng)( h f c , d s l 、快速以太網(wǎng)、 無線接入、光纖接入)、機(jī)頂盒技術(shù)、媒體傳輸協(xié)議。 3 )多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù) 多媒體數(shù)據(jù)量非常巨 大， 隨著應(yīng)用的擴(kuò)展， 系統(tǒng)會積累大量的多媒體數(shù)據(jù)。 v o d 的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須保證用戶能迅速方便地找到所需的素材， 有效地完成對素材 的各種管理任務(wù)。因此在v o d系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須采用優(yōu)化策略，可以利用數(shù) 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 字圖 書館技術(shù)，使v o l ) 系統(tǒng)中的多媒體存儲部分與 信息處理部分在邏輯上分開實(shí) 現(xiàn)，以改善系統(tǒng)性能。 1 .3國內(nèi)外研究概況 視頻點(diǎn)播起源于上世紀(jì)7 0 年代， 最初用于賓 館、 飯店等娛樂場所的卡拉o k 點(diǎn)歌，當(dāng)時(shí)點(diǎn)播要靠操作員操作控制中心的磁帶機(jī)完成。 隨著計(jì)算機(jī)和電信技術(shù)的 發(fā)展， v o l ) 在窄帶i s d n和a t m都有了 應(yīng)用， 但由 于當(dāng)時(shí)網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境和技術(shù)水平所 限，用戶要經(jīng)過漫長的等待， 將點(diǎn)播的內(nèi) 容全部下載到本地后，再播放。1 9 9 5 年， 世界上首次推出了互聯(lián)網(wǎng)視頻播放器， 使用流媒體技術(shù)改變了傳統(tǒng)先下載再播放的 方式， 利用流的編碼格式實(shí)時(shí)傳送媒體數(shù)據(jù)， 用戶只需在播放前下載一小段前綴內(nèi) 容， 就可以開始播放， 后續(xù)內(nèi) 容邊下載邊播放。 采用流媒體技術(shù)可以大量節(jié)省緩存 空間和內(nèi)容下載時(shí)的等候時(shí)間。 v o l ) 綜合采用計(jì)算機(jī)、 通信、電視等技術(shù)， 利用了 網(wǎng)絡(luò)和視頻技術(shù)的優(yōu)勢， 徹底改變了 過去收看節(jié)目的 被動方式， 實(shí)現(xiàn)了節(jié)目 的按需 收看和任意播放，集動態(tài)影視圖像、 靜態(tài)圖片、聲音、 文字等信息為一體，為用戶 提供實(shí)時(shí)、 交互、 按需點(diǎn) 播服務(wù)的系統(tǒng) i o j v o l ) 技術(shù)的出現(xiàn)， 在某種意義上講是視頻信息技術(shù)領(lǐng)域的一場革命， 其巨大的 潛在市場，使世界主要發(fā)達(dá)國家都投入了大量的資金，加速開發(fā)和完菩這一系統(tǒng)。 v o d巨大的發(fā)展?jié)摿εc廣闊的應(yīng)用前景確是十分誘人的。 在當(dāng)今社會向高度信息化 邁進(jìn)的時(shí)代，v o l ) 作為最形象、最直接、最合乎用戶需求的信息服務(wù)手段之一，必 將在今后的信息高速公路上傳送最多的信息， 對社會產(chǎn)生重大的影響， 給人們帶來 巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 對這一新興的產(chǎn)業(yè)，我們應(yīng)給予足夠的關(guān)注和支持， 并推動這項(xiàng) 業(yè)務(wù)在中國的發(fā)展 i i 目 前， 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)還處于試驗(yàn)階段。國內(nèi) 外許多計(jì)算機(jī)公司和研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 和開發(fā)了各種服務(wù)器、 機(jī)頂盒等v o l ) / i t v關(guān)鍵設(shè)備， 進(jìn)行了各種形式的交互服務(wù) 原型的研究，新設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的原型中的信息存取方式可以 提供i n t e rn e t 中瀏覽器形 式的接口 和基于內(nèi)容檢索的點(diǎn)播接口， 使得對大規(guī)模視頻信息的存取變得更容易和 更方便。 這些v o d/ i t v產(chǎn)品的推出和原型系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)使人們己經(jīng)看到，在不久的 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 將來視頻點(diǎn)播/ 交互電 視系統(tǒng)將像電 話和電 視那樣普遍應(yīng)用， 通過信息的交互， 人 們將獲得更方便、內(nèi)容更豐富的服務(wù)。 我國目 前v o d建設(shè)還處在發(fā)展初期， 在我國 一些城市小范圍內(nèi)己 有實(shí)驗(yàn)性的 視 頻點(diǎn)播系統(tǒng)，但大多數(shù)應(yīng)用仍以 大型企業(yè)、教育機(jī)構(gòu)、高檔酒店、 大型寫字樓、高 檔生活小區(qū)等局域網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用為主。 雖然， v o d的最初出現(xiàn)是為了更好的滿足用戶對自 主收看視頻節(jié)目 的需求， 但 是隨 著v o d技術(shù)的不斷進(jìn)步， 其廣泛的應(yīng)用對大眾文化和商業(yè)運(yùn)作模式都將產(chǎn)生強(qiáng) 烈的影響。 v o d不僅可以為終端用戶提供多 樣化的媒體信息流， 來擴(kuò)大人們的 信 息渠道， 豐富人們的精神生活; 而且在遠(yuǎn)程教育、 醫(yī)院、 賓館、 飛機(jī)等場所的娛樂， 公司的職員培訓(xùn)、 遠(yuǎn)距離市場調(diào)查、 公司的廣告業(yè)務(wù)等領(lǐng)域?qū)⒅饾u充斥著v o d技術(shù) 的 全 新 應(yīng) 用 ( 1 z ) 1 . 4本文的主要研究工作 目 前隨著我國高等教育人才培養(yǎng)模式改革和開放教育試點(diǎn)的不斷深化， 學(xué)生通 過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)觀看教師制作的多媒體課件自 主學(xué)習(xí)成為新的有效學(xué)習(xí)形式， 于是產(chǎn) 生了 建立并有效管理校園網(wǎng) 視頻點(diǎn)播服務(wù)器的課題。 同時(shí)我國寬帶網(wǎng) 絡(luò)的發(fā)展， 為 視頻點(diǎn)播服務(wù)器提供了客觀條件。 從外國市場觀察， v o d發(fā)展最成功的領(lǐng)域應(yīng)該是 在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行教育和培訓(xùn)。在外國，比較高級的大學(xué)校園網(wǎng)和軍隊(duì)培訓(xùn)網(wǎng)都有 v o d 。 教育界已 經(jīng)公認(rèn)視頻是極好的教育工具， 而v o d允許學(xué)生在任何時(shí)候以 他本 人的 學(xué)習(xí)能力 根 據(jù)他習(xí) 慣的 學(xué)習(xí) 速度在網(wǎng) 絡(luò)上完成 他的 課程 1 3 。 校園網(wǎng)v o d不是 商業(yè)行為，學(xué)校之間還可以互相交換v o d課件，增加內(nèi)容，吸引學(xué)生使用v o d課 件學(xué)習(xí)。 一位資深教授只能教三四十名學(xué)生， 但要是把他一學(xué)期的課都錄下來， 通 過v o d課 件就能 讓成千上 萬的 學(xué)生得益 1 4 1 本課題研究的內(nèi)容是基于流媒體技術(shù)的校園網(wǎng)視頻點(diǎn)播服務(wù)器， 是根據(jù)湖北廣 播電視大學(xué)校園網(wǎng)升級改造， 組建視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的工程實(shí)際提出的， 是該校網(wǎng)絡(luò)建 設(shè)的重要組成部分。 全文共由六章組成。各章內(nèi)容組織如下: 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 第一章: 緒論。 闡述了 視頻點(diǎn)播的技術(shù)背景和發(fā)展現(xiàn)狀， 分析了v o d關(guān)鍵技術(shù)， 對相關(guān)研究工作和文獻(xiàn)進(jìn)行了 綜述，并歸納了本文所要研究的主要的內(nèi)容。 第二章: 根據(jù)湖北廣播電 視大學(xué)的校園網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ)， 結(jié)合該校視頻點(diǎn) 播的具體要 求， 通過對r t p / r t c p 協(xié)議的研究， 分析流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器的一般功能和結(jié)構(gòu)， 構(gòu)建一個基本的流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)方案。 第三章: 本章主要分析了視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)中應(yīng)注意解決媒體同步、 媒體數(shù)據(jù)發(fā) 送速度控制以及有關(guān)技術(shù)瓶頸的問題。 第四章: 視頻流調(diào)度策略的 研究。 視頻流調(diào)度策略是視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中 有效使用 存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源的關(guān)鍵技術(shù)。 該文研究了己有的多種流調(diào)度技術(shù)并分析了各種 調(diào)度方法的優(yōu)劣， 在此基礎(chǔ)上以補(bǔ)丁算法為基礎(chǔ)應(yīng)用了一種支持零延遲交互式操作 的調(diào)度方法，并實(shí)驗(yàn)證明了這種方法在用戶延遲、帶寬消耗等方面的優(yōu)越性。 第五章: 根據(jù)有關(guān)條件， 提出了滿足應(yīng)用要求的視頻點(diǎn)播解決方案， 在分析網(wǎng) 絡(luò)規(guī)模后，利用通用p c組建了一臺視頻服務(wù)器，并對不同應(yīng)用環(huán)境中的服務(wù)質(zhì)量 動態(tài)監(jiān)控的效果進(jìn)行了比 較，為以 后的 進(jìn)一步研究工作積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。 第六章:全文總結(jié)。 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 究竟采用哪種流媒體技術(shù)， 用戶可以 通過比較， 選擇最適合自己實(shí)際的流媒體 技術(shù)。 2 .3流媒體視頻服務(wù)器的基本功能和服務(wù)方式 2 .3 . 1流媒體視頻服務(wù)器的主要功能 1 )響應(yīng)客戶的請求，把媒體數(shù)據(jù)傳送給客戶。流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器在流媒 體傳送期間必須與客戶的播放器保持雙向通信 ( 這種通信是必需的，因?yàn)榭蛻艨赡?隨時(shí)暫?；蚩旆乓粋€文件) 。 2 )響應(yīng)廣播的同時(shí)能夠及時(shí)處理新接收的實(shí)時(shí)廣播數(shù)據(jù)，并將其編碼。 3 ) 可提供其他額外功能，如: 數(shù)字權(quán)限管理 ( d r m) ，插播廣告，分割或鏡像 其他服務(wù)器的流，還有組播。 2 .3 .2流媒體視頻服務(wù)器的服務(wù)方式 1 )單播。在客戶端與媒體服務(wù)器之間建立一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)通道，從 1臺服務(wù) 器送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給1 個客戶機(jī)。 2 )組播。在以組播技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)上，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個 通道上。 3 )點(diǎn)播與廣播。點(diǎn)播連接是客戶端與服務(wù)器之間的主動的連接， 在點(diǎn)播連接 中， 用戶通過選擇內(nèi) 容項(xiàng)目 來初始化客戶端連接，用戶可以開始、停止、 后退、快 進(jìn)或暫 停流2 0 1 。 廣播指的 是 用戶被動 地接收流， 在廣播過 程中， 數(shù) 據(jù)包的 單獨(dú) 一 個 拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶，客戶端接收流，但不能控制流。 2 .4構(gòu)建流媒體視頻服務(wù)器 2 .4 . 1 r t p i r t c p 協(xié)議簡介 實(shí)時(shí) 傳 輸協(xié)議r t p ( r e a l - t i m e t r a n s p o rt p r o t o c o l ) : 是 針對i n t e rn e t 上多 媒 體數(shù) 據(jù)流的 一 個傳輸協(xié)議， 由i e t f ( i n t e rn e t 工程 任務(wù) 組 ) 作為r f c 1 8 8 9 發(fā) 布。 r t p 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(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 r t p的典型應(yīng)用建立在u d p上，但也可以在t c p 或a t m等其他協(xié)議之上工作。 r t p本身只保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī) 制，也不提供流量控制或擁塞控制， 它依靠r t c p 提供這些服務(wù)2 1 實(shí)時(shí) 傳 輸控制協(xié)議r t c p ( r e a l - t i m e t r a n s p o rt c o n t r o l p r o t o c o l ) : 負(fù)責(zé) 管理 傳輸 質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息。 在r t p 會話期間， 各參與者周期性地傳送 r t c p包，包中含有己 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。r t p 和r t c p 配合使用，能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，故特別適合 傳 送網(wǎng) 上的 實(shí) 時(shí) 數(shù)據(jù) 2 2 1 r t c p 主要有4 個功能: ( 1 )用反饋信息的方法來提供分配數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量，這種反饋可以 用來進(jìn)行 流量的擁塞控制，也 可以 用來監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)和用來診斷網(wǎng)絡(luò)中的問 題; ( 2 )為 r t p源提供一個永久性的c n a me( 規(guī)范性名字)的傳送層標(biāo)志，因 為 在發(fā) 現(xiàn)沖突 或者程序更新重啟時(shí)s s r c ( 同 步 源標(biāo)識 ) 會變， 需 要一 個運(yùn)作痕 跡， 在 一組相關(guān)的會話中接收方也要用c n a m e 來從一個指定的與會者得到相聯(lián)系的數(shù)據(jù) 流 ( 如音頻和視頻) : ( 3 ) 根據(jù)與會者的數(shù)量來調(diào)整r t c p 包的發(fā)送率; ( 4 ) 傳送會話控制信息， 如可在用戶接口 顯示與會者的標(biāo)識， 這是可選功能。 2 . 4 . 2 r t p / r t c p工作過程 工作時(shí)， r t p協(xié)議從上層接收流媒體信息碼流 ( 如h .2 6 3 ) ， 裝配成r t p數(shù)據(jù) 包發(fā)送給下層，下層協(xié)議提供r t p 和r t c p的分流。如在u d p中， r t p 使用一個 偶數(shù)號端口，則相應(yīng)的r t c p 使用其后的奇數(shù)號端口。r t p數(shù)據(jù)包沒有長度限制， 它的 最大包長 只受下 層協(xié)議的限 制2 3 1 2 . 4 .3服務(wù)器的算法 服務(wù) 器軟 件模型主要有兩 種， 即 并發(fā) 服務(wù) 器和循環(huán)服務(wù) 器。 循環(huán)服務(wù) 器 ( i t e r a t i v e s e r v e r ) 是指 在一 個時(shí) 刻只處理一 個請求的 服務(wù)器。 并 發(fā)服務(wù) 器( c o n c u r r e n t s e r v e r ) 是 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 指在一個時(shí) 刻可以 處理多個請求的服務(wù)器。 事實(shí)上， 多數(shù)服務(wù)器沒有用于同時(shí)處理 多個請求的 冗余設(shè)備，而是提供一種表面上的并 發(fā)性， 方法是依靠執(zhí)行多個線程， 每個線程處理一個請求， 從客戶的角度看， 服務(wù)器就像在并發(fā)地與多個客戶通信18 1 由于流媒體服務(wù)時(shí)間的不定性和數(shù)據(jù)交互實(shí)時(shí)性的請求， 流媒體服務(wù)器一般采 用并 發(fā) 服務(wù) 器 算法12 4 1 。 本章設(shè) 計(jì)了 一 個基本的 流媒 體服務(wù) 器， 能 夠同時(shí) 響 應(yīng)多 個用 戶的請求，把本地硬盤流媒體文件或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)流 ( h .2 6 3格式)發(fā)送給用戶。 在應(yīng) 用中， 把客戶分為請求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)客戶和請求文件數(shù)據(jù)的文件客戶兩類。 主要 算法為: ( 1 )打開設(shè)備，分配資源。當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好時(shí)， 創(chuàng)建一個r t p實(shí)時(shí)服務(wù)線程和 一個r t c p實(shí)時(shí)服務(wù)線程。 ( 2 )創(chuàng)建一個u d p 套接字并將其綁定到所提供服務(wù)的地址之上。 ( 3 )反復(fù)調(diào)用接收模塊，接收來自 客戶的r t c p 報(bào)告， 根據(jù)其類型做出響應(yīng)。 對新實(shí)時(shí)客戶的請求， 把客戶地址添加到實(shí)時(shí)服務(wù)的客戶列表中， 對新文件客戶的 請求， 則創(chuàng)建一個新r t p文件服務(wù)線程和一個新r t c p 文件服務(wù)線程; 對已 經(jīng)在服 務(wù)中的客戶則根據(jù)r t c p報(bào)告的內(nèi)容調(diào)整服務(wù)。 r t p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程1 :初始化客戶列表和rip首部。 r t p 實(shí)時(shí) 服務(wù)線程2 : 從設(shè)備讀取媒體數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給實(shí)時(shí)服務(wù)列表中的 客戶。 r t p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程3 :更新r t p 首部和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 r t p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程4 :計(jì)算延時(shí)，重復(fù)第二步。 r t c p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程1 :初始化r t c p 首部。 r t c p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程2 :發(fā)送發(fā)送方報(bào)告給實(shí)時(shí)服務(wù)列表中的客戶。 r t c p 實(shí)時(shí)服務(wù)線程3 :計(jì)算延時(shí)，重復(fù)第二步。 r t p 文件服務(wù)線程1 :初始化r t p首部. r t p 文件服務(wù)線程2 . :從文件讀取媒體數(shù)據(jù)， 把數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶. r t p 文件服務(wù)線程3 : 更新已發(fā)送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息， 為生成發(fā)送方報(bào)告做準(zhǔn)備。 r t p文件服務(wù)線程4 : 計(jì)算延時(shí)， 調(diào)整發(fā)送速度，正常情況下開始重復(fù)第二步. 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 r t c p 文 件 服務(wù) 線 程1 : 初 始 化r t c p 首部， 發(fā) 送一 個 源 描 述 ( s d e s ) 報(bào) 文 給 客 戶。 r t c p文件服務(wù)線程 2 :根據(jù)已發(fā)送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息生成發(fā)送方報(bào)告，發(fā)送給 客戶。 r t c p 文件服務(wù)線程3 :計(jì)算延時(shí)，正常情況下開始重復(fù)第一步。 2 .5本章小結(jié) 流媒體技術(shù)的 在現(xiàn)代教育中應(yīng)用日 益廣泛， 本章首先根據(jù)湖北廣播電 視大學(xué)的 校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，結(jié)合該校視頻點(diǎn)播的具體要求，通過對r t p / r t c p 協(xié)議的 研究， 分 析流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器的一般功能和結(jié)構(gòu)， 構(gòu)建一個基本的流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù) 器的實(shí)現(xiàn)方案。 1 ) 分析了流媒體傳輸?shù)幕咎攸c(diǎn)、技術(shù)原理、傳輸方式、 傳輸格式;網(wǎng)絡(luò)中 常各種多媒體信息的流媒體傳輸格式及流式技術(shù)的主要解決方案。 2 ) 分析了 流媒體系統(tǒng)組件及流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器的基本功能和服務(wù)方式。 3 )提出構(gòu)建流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器。深入探討了 支持流媒體實(shí)時(shí)傳輸?shù)膮f(xié)議 及服務(wù)器的算法。 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 3 流媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)中應(yīng)注意的問題 校園網(wǎng)視頻點(diǎn)播中的多媒體數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的 形式傳輸， 與 傳統(tǒng)的文件數(shù)據(jù) 不同， 多媒體數(shù)據(jù)流一旦開始傳輸， 就必須以 穩(wěn)定的速率傳送到桌面電腦上，以保 證其平滑地回放， 視頻、 音頻數(shù)據(jù)流都不能有停滯和間斷;網(wǎng)絡(luò)擁堵、 c p u爭用或 u 0瓶頸都可能導(dǎo)致傳送的延遲，引起數(shù)據(jù)流傳輸阻塞。 流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器必須滿足如下播放要求: 1 )音頻、 視頻數(shù)據(jù)流平滑、無停頓和抖動; 2 )綜合各種文字、圖片、聲音、視頻信息; 3 )查詢方法簡便、快捷; 具有快速的響應(yīng)速度。 為此， 流媒體視頻點(diǎn)播服務(wù)器實(shí)現(xiàn)中 應(yīng)注意解決媒體同步、媒體數(shù)據(jù)發(fā)送速度 控制以 及有關(guān)技術(shù)瓶頸的問 題2 5 3 . 1流媒體的同步技術(shù) 3 .1 . 1流媒體的系統(tǒng)同步 系 統(tǒng)同 步 是底層同 步2 6 i 。 在網(wǎng) 絡(luò) 通 信系統(tǒng)中， 要考慮不同 類型的 媒體數(shù) 據(jù)段 在 傳輸變換中的延遲、分組中的時(shí)間次序錯位、丟失等情況，同步機(jī)制比較復(fù)雜，本 章只通過 分析其q o s ( q u a l i t y o f s e r v i c e ) 來 討論流媒體服務(wù)端的 服務(wù)質(zhì)量。 在流媒 體應(yīng)用系統(tǒng)中， 視頻、 音頻流只要滿足一定的q o s( 如視頻流平均3 3 m s 處理一幀， 音頻可以采用 4 4 . 1 k h z 的采樣頻率) ，認(rèn)為是可接受的，因此當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較大時(shí)， 可在q o s 允許的范圍內(nèi)， 通過適當(dāng)降 低某些任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量來保證系統(tǒng)中 所有任務(wù) 的服務(wù)質(zhì)量。 在流媒體服務(wù)器端， 對于每條媒體流的q o s 控制， 可以用三個參數(shù)來描述: s , q , f ，在對s 個連續(xù)實(shí)例處理過程中，至少要成功完成 q個，而且連續(xù)失 敗的數(shù) 據(jù)流個數(shù)不能超過f 個，q / s 為任務(wù)的最小成功率，f 為任務(wù)允許的最大連續(xù)失敗 數(shù)目。 如果服務(wù)器調(diào)度導(dǎo)致某條流s 個連續(xù)實(shí)例中成功數(shù)少于q個， 或者失敗的實(shí) 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 例連續(xù)出 現(xiàn)超過f個， 認(rèn)為服務(wù)器沒有能 滿足該 媒體流的 服務(wù)質(zhì)量。 服務(wù)的q o s 參 數(shù)是通過任務(wù)的最小成功率和允許的連續(xù) 失敗數(shù)來描述。因此，在服務(wù)端應(yīng)根據(jù)不 同媒體對象的需求特點(diǎn)， 分析其所需q o s , 決定傳輸策略，選擇相應(yīng)的交換方式，安 排不同的傳輸信道，保證在流數(shù)據(jù)在服務(wù) 端的 傳 輸 所需 的 服 務(wù) 質(zhì) 量。 ( 如圖3 - 1 所示 ) 3 . 1 .2流媒體的媒體間同步 包到達(dá) 播 放 網(wǎng) 絡(luò) 延退 洲 緩存 生/了 產(chǎn) 包 包順序號 時(shí) 間 圖3 - 1 流媒體的q o s 網(wǎng)絡(luò)的帶寬是完成流媒體傳輸?shù)奈镔|(zhì)基礎(chǔ)， 在傳輸聲音、圖像、視頻等多媒體 信息流時(shí)，即使這些媒體流予以壓縮， 所需的帶寬仍然比文字文件大， 但并不是有 足 夠的 帶寬 就 可以 完 全解決流媒體 傳輸問 題切。 一 般而言， 所需帶寬的 多 少是 與應(yīng) 用密切相關(guān)的， 從應(yīng)用角度來看， 只要用戶數(shù)不斷增加、 信息服務(wù)量不斷增加， 帶 寬有多少都是不夠的。同步是媒體流的基本控制方法。流媒體是時(shí)間屬性的表現(xiàn)， 而h t t p協(xié) 議不能 提供時(shí)間 的 可靠 性， 因 此產(chǎn)生了r t s p ( r e a l - t i m e s tr e a m in g p r o t o c o l ) 協(xié)議。 r t s p是應(yīng)用層協(xié)議，目 的是為流媒體實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳送和以點(diǎn)播方式單一傳送提 供服務(wù)的協(xié)議。r t s p利用流技術(shù)把數(shù)據(jù)分成許多包，包的大小由客戶端和服務(wù)端 的實(shí)際帶寬決定，當(dāng)客戶端接收到足夠的數(shù)據(jù)包時(shí)， 用戶不需下載整個媒體文件就 可以開始播放流媒體。因?yàn)椴シ牌髟诓シ乓粋€包的同時(shí)， 解壓另一個包并下載第三 個包。 流媒體數(shù)據(jù)可以是輸入的實(shí)況信息， 也可以是存儲的視、 音頻片段。 通過r t s p 協(xié)議， 服務(wù)器端可以跟蹤流媒體傳輸?shù)臅r(shí)間、地址和方式.r t s p增加了 對流媒體 的控制請求，能恢復(fù)來自 媒體服務(wù)器的流媒體。 媒體之間通信的同步有三種基本方法:時(shí)間戳法、同步標(biāo)記法及多級復(fù)用法。 r t s p中 的同 步支持 采用了 時(shí)間 戮 法2 8 l 。 時(shí)間 戳法是 在每個 媒體的 數(shù) 據(jù)流單 元中 加 進(jìn)統(tǒng)一的時(shí)間戳， 或時(shí)間碼，具有相同時(shí)間戳的信息單元將同時(shí)予以表現(xiàn)。 在發(fā)送 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 時(shí)， 將各個媒體都按時(shí)間 順序分成單元， 在同一個時(shí)間 軸上， 給每個單元都打上一 個時(shí)間戳， 處于同一時(shí)標(biāo)的各個媒體單元具有相同的時(shí)間戳。 在各個媒體到達(dá)終端 后， 讓具有相同時(shí)間戳的媒體單元同時(shí)進(jìn)行表現(xiàn)， 這樣就得到了 媒體之間同步的效 果。 時(shí)間戳法不需要附加同步信道， 有絕對時(shí)間戳法和相對時(shí)間戳法兩種， 相對時(shí)間戮 同步技術(shù)更為靈活。所謂相對時(shí)間戳， 是指在多種媒體中 選取一種為主媒體， 而其 它媒體則定為從屬媒體， 在主媒體的各個單元上打上時(shí)間戳，而依照與主媒體的單 元在同一時(shí)間上的表現(xiàn)， 在從屬媒體相對應(yīng)的單元上打上相同的時(shí)間戳， 從屬媒體 各單元上的時(shí)間戳是相對于主媒體單元的時(shí)間戳而言的。例如，在圖3 - 2 中 圖 3 - 2 時(shí)間戳示意圖 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 可以 選擇視頻為主媒體， 音頻段1 與視頻段1 的時(shí)間戳是相同的，音頻段2 、音頻 段3 與視頻段2 的時(shí)間戳是相同的， 經(jīng)過分組交換， 使到達(dá)客戶端的具有相同時(shí)間 戳的媒體單元同時(shí)進(jìn)行表現(xiàn)，這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了不同 媒體之間的同步。 3 . 1 )流媒體的用戶層同步 用戶層同步或交互同步，是最上層的同步，要求能反映和滿足用戶的交互性， 容易為用戶理解接受。 用戶層同步是交互性參與的同步， 用戶可以 控制和使用信息， 如反復(fù)調(diào)用感興趣的內(nèi) 容、 快速掠過不感興趣的部分2 9 。 例如， 用戶在借助流媒體 學(xué)習(xí)外語的過程中，可以反復(fù)收聽難以理解的聽力內(nèi)容。 雖然r t s p 協(xié)議支持類似錄像機(jī)的功能:播放、快進(jìn)、暫停、停止， 但流媒體 的交互性同步能力主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)流編碼過程中對交互性能的考慮。 3 .2媒體數(shù)據(jù)發(fā)送速度的控制 目 前，制約視頻點(diǎn)播應(yīng)用發(fā)展的核心問題是服務(wù)質(zhì)量。簡言之，由于因特網(wǎng)不 太可靠， 其帶寬、 負(fù)荷等變化劇烈， 難以 滿足視頻點(diǎn)播的實(shí)時(shí) 服務(wù)質(zhì)量要求， 流媒 體的視頻和音頻播放質(zhì)量通常較差，常常出 現(xiàn)畫面模糊、馬賽克、播放斷續(xù)停頓等 現(xiàn)象， 影響客戶的觀看效果， 也阻 礙了 視頻點(diǎn)播技術(shù)的推廣。 所以 解決好流媒體寬 帶應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量問題對于流媒體寬帶應(yīng)用是極為重要的. 由于丟包率和延時(shí)的需求在一定條件下可轉(zhuǎn)化為帶寬需求以及流媒體碼率和 網(wǎng)絡(luò)帶寬變化范圍很廣等原因， 因 特網(wǎng)可提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬和流媒體要求的碼率之間 的不匹配是q o s 矛盾的中心， 所以 利用視頻服務(wù)器的視頻質(zhì)量控制和發(fā)送速率控制 來解決帶寬與視頻流碼率的不匹配問題，以求在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下利用終端的一些 控制策略 使得 用戶享受到盡 可能 好的 服務(wù) 質(zhì)量并盡量 減輕網(wǎng) 絡(luò)的 負(fù) 擔(dān) 3 0 流媒體的發(fā)送速率控制技術(shù)主要功能是大幅提高流媒體服務(wù)器的終端用戶并 發(fā)數(shù)。 其主要作用是在網(wǎng)絡(luò)