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直播媒体流媒体系统的设计与实现

杨谢华 东方技术学院

中国台湾台北县板桥市四川路2段58号

yansnow@gmail.com amp;

于瑞珍

国家科技馆

高雄居儒第一路720号

台湾 raisin@mail.nstm.gov.tw amp;

王永典,杨宏仁, 林雪芝,

国立高雄师范大学工业技术教育系

台湾省高雄市市凌亚区1号路和平802号116号

hjyang@nknucc.nknu.edu.tw, linhsiaochih@yahoo.com.tw

amp;

魏元赞

国立高雄海洋大学造船系，台湾高雄，R.O.C.

dwydanel@mail.nkmu.edu.tw

摘要: 在本次研究中，我们设计并制作了一个直播媒体流媒体系统，用于播放毕业典礼、体育游戏、宴会等重要活动。有很多不同的流媒体系统和编码格式。在本研究中，将选择合适的程序来实现现场直播服务的合适和稳定的技术，并评估系统的可行性。本文共分三个部分，包括流媒体技术的介绍、流媒体系统的设计与构建以及流媒体系统的实现。

关键词：设计，广播，直播，流媒体系统，可行性。

介绍

自20世纪90年代至今，网络已经在世界上越来越流行。互联网支持流行的服务，如万维网

网址（WWW）、电子邮件、文件传输和文件共享、网络搜索、VoIP、BBS、telnet、游戏、商业、流媒体技术、发布、视频点播等。

互联网还提供文件共享和传输等功能。人们普遍认为带宽是有限的，网络资源也越来越多。

如果客户端直接下载巨大的媒体文件，会使问题更加严重。为了解决带宽限制的问题，近年来发展了许多网络技术，如流媒体技术。

如今，流媒体已经变得非常流行。有很多流媒体服务，例如YouTube和雅虎视频。

流媒体系统的特点可以减少服务器的负载，并快速同步地呈现媒体。流技术允许用户或客户观看或听到媒体对象，而不必等到整个媒体被下载^[3]，而不是直接和完全下载媒体文件。基于以上特点，流媒体技术将降低带宽需求，并提供解决方案。

研究问题概要

20世纪90年代以来，网络越来越普及。互联网是一个全球联网的计算机网络系统，它使用标准化的互联网协议套件，例如：TCP/IP，为全球数十亿用户提供服务。

互联网支持诸如WWW、WEW、电子邮件、TELNET、文件传输和文件共享、网络搜索、BBS、流媒体技术、游戏、电子商务、VoIP、社交网络、出版、视频点播和电信等热门服务。

近年来，流媒体视频已经成为非常流行的互联网应用，如YouTube、雅虎视频。

流媒体技术利用“流媒体”来传递媒体内容。流意味着客户端在不通过网络下载内容的同时，通过网络接收内容。流媒体优于下载多媒体文件，因为它大大减少了客户端计算机的等待时间和存储要求^[1]。流媒体系统通过有线和无线网络传输诸如视频、音频或任何附加数据的媒体，但是这些类型的系统之间的主要区别依赖于分发的性质：实时或按需^[2]。

流媒体系统的特点允许用户或客户端查看或听到媒体对象，而不必等到整个媒体被下载。基于以上特点，本研究设计并构建了一个重要活动广播系统。

由于该系统为大型活动设计，设计的重点是适用性、实用性和稳定性，而不是最新的技术、昂贵的设备、新颖的设计和花哨的界面。

该部分的组织如下：流技术、系统、组件和功能。

在这项研究中，设计并实现了一个现场直播系统，用于毕业典礼、体育游戏和宴会等重要活动广播。一些住得远，不能参加活动的客人和学生可以立即观看活动。

有许多不同的流媒体系统和编码格式。在本研究中，将选择合适的程序来实现现场直播服务的合适和稳定的技术。在实施了流媒体系统之后，还进行了可行性评估程序。

此外，多媒体流媒体服务对服务器和网络提出了挑战。为了确保流媒体系统的可行性，在第4节中分析了该技术的可行性。

本文的组织如下。第2节研究问题的概要，而在第3节的设计和构建系统中，第4部分包括设计现场测试和可行性分析的结果，最后在第5节中，我们分析和讨论了我们构建的流系统。

2.1 流媒体技术

在这一节中，将简要介绍广播流技术。

流意味着客户端在不通过网络下载内容的同时，通过网络接收内容。流媒体优于下载多媒体文件，因为它大大减少了客户端计算机的等待时间和存储要求^[1]。

一般来说，基于流的多媒体系统有两个组成部分：单播和多播。每一种服务都有其自身的特点和弊端。

单播

单播和多播是在因特网上传输信号的两种方式，单播技术指的是计算机建立双向、点对点连接的网络。大多数网络都是这样运作的。用户请求文件，服务器发送仅对那些客户端进行文件^[11]。

组播

组播技术采用点对多点通信方式。多播允许源发送数据的单个副本，使用整个收件人的单个地址。源和接收方之间的路由器使用组地址来路由数据。路由器转发复制的数据包，无论到接收方的路径发散^[12]。

组播是大规模多媒体系统中最重要的机制之一，极大地减少了网络流量，提高了网络I/O带宽利用率^[4]。

由于效率的原因，组播成本非常低，减轻了服务器的负载，降低了网络带宽的需求。但是组播流自适应流技术需要选择启用组播路由。

2.2 串流系统概览

为了在因特网上提供实时流媒体，流媒体因此包括视频和音频，将它们转换成流格式，并设置媒体服务器以提供通过互联网传输的实时媒体。流格式意味着所请求的媒体信号从服务器到客户端逐级传输。在下面的章节中，我们将讨论几种媒体服务器和流媒体产品。

著名的媒体流媒体产品有微软Windows Media Server、Real Real Media Media Server、Adobe Flash媒体服务器和Apple QuQuetTimes流媒体服务器。并将介绍如下。

微软公司的Windows媒体服务器

系统组件包括媒体编码器和Windows媒体服务。Windows Media编码器是一种内容制作工具，它想要捕获音频和视频内容，包括高质量的多声道声音、高清晰度视频质量和支持混合模式语音和音乐内容^{[5 ]}。

Windows Media Services是通过因特网或Intranet^[6]来流式直播或按需音频和视频内容的工业强度平台。

Adobe的Flash媒体服务器

系统组件包括Flash媒体编码器和Flash媒体服务。

Flash媒体编码器是一种实时将音频和视频流传输到Flash媒体服务器或Flash视频流服务（FVSS）的媒体编码器。

此服务器与Flash播放器运行时一起创建媒体驱动的multiuser RIAs（富Internet应用程序）。

服务器可以通过安装的Live Web FLV播放器来发送和接收来自连接用户的数据。连接的客户端可以在服务器端进行远程过程调用（RPC），服务器可以调用特定客户端上的方法。

共享对象可用于同步复杂的数据结构，并通过客户端订阅共享对象，一次调用多个客户端上的远程方法。使用动作消息格式（AMF）跨网络连接传输标准动作脚本对象，AMF由服务器和Flash客户端透明地处理 ^[7]。

真实播放器媒体服务器

Helix服务器是将音频和视频流内容传送到PC或移动设备的软件解决方案。服务器支持包括Linux、Windows 2003和Solaris的平台。Helix服务器支持多种格式，包括真实媒体、Windows媒体、QuiTimeTime2、MP3、H.264、AAC等。

Helix代理是通过消除流媒体的冗余请求来减少与进入网络的媒体内容相关联的带宽成本的软件解决方案。

通过缓存和更接近终端用户的内容，螺旋代理减少了降低回放体验质量的传输问题。Helix代理还屏蔽了内部用户的IP地址，并通过控制内容和增加内容安全性来验证原点上的每个客户端请求^[8]。

• 1. 苹果MacQuickTime媒体服务器

QuickTime是苹果作为Mac OS X服务器的一部分交付的商业流媒体服务器。由于与Mac OS X服务器紧密集成，QTSS为用户提供了增强的管理和媒体管理工具。

使用RTP/RTSP开放标准，QiTimeTrimeSwitver服务器可以实时或实时地在Internet上获取内容或预录内容，而不是等待文件下载。QTSS支持最新的全球多媒体标准，包括H.264、MPEG-4和3GPP^[9]。

流式传输系统比较概述

下面是流媒体系统的比较，包括公司、格式、播放器、编码器和服务器的系统组件如下

表2.25 流式系统比较概述

公司	Microsoft	Real Networks	Apple	Adobe
流格式	Wmv	Rm	Mov	Flv
媒体播放器	Windows Media播放器	Basic Real播放器	QuickTime播放器	Flash播放器
编码端	Windows Media编码器	Real Producer Basic	QuickTime Pro	Flash Media编码器
服务器端	Windows Media服务器	Basic Real服务器	QuickTime Streaming服务器	Flash Media服务器

图2.3 流媒体系统组件

2.3 流媒体系统组件

多媒体流技术允许客户端在不等待数据下载的情况下查看媒体内容，支持客户端实时视频呈现。在这一部分中，将描述流系统的树形组件，并给出如图2.3所示的构造图。

媒体编码器

将源媒体编码为一种特定的流格式^[3]。对源媒体进行编码后，向服务器发送流媒体。在这一部分中，将确定压缩类型、视频大小、流格式。

流式服务器

在这项研究中，流媒体服务器向客户端提供实时媒体。在服务器设置中，将确定发送、转接点的类型。

显示界面

演示界面是指解码和呈现客户端上的媒体流，供观众查看内容。

2.4 流媒体系统功能

我们的目的是设计系统模型并实现流媒体系统。在这一部分中，流媒体系统的主要功能将描述如下，图2.4给出了通用的流媒体系统模型。

• 为直播提供流媒体格式：通用流媒体系统将被设计用于广播，因此需要实时流媒体功能。
• 支持传输模式：通用的流媒体系统已经传输了广告和视频的要求，因此需要支持实时广播、定时广播和点播视频传输。
• 支持倍数传输比特率：考虑家庭用户宽带连接不同，因此该系统必须支持多个传输速率。

图2.4 通用流媒体系统模型

系统的设计与构建

在这一部分中，我们提出了直播流系统的设计、系统模型和实验装置。

3.1 现场直播系统的设计

在这一部分中，我们介绍了流媒体系统的选择技术，包括媒体源的选择、媒体数据编码的选择、信号传输的选择、客户端接口等。

媒体来源的选择

为了获取高质量的视频，并在广播中提供生动的内容，本研究使用高端数码相机，如Beta

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