【文章內容簡介】 個新的用戶申請收看流媒體節(jié)目時，服務端會自動根據具體情況來決定是否接受用戶請求 。其中，系統(tǒng)資源包括 網絡帶寬 、 內存大小 、 I/O 的帶寬 和 CPU 的使用率等 情 況 。 媒體服務器軟件平臺 流媒體視軟件系統(tǒng)主要 包括 用戶管理模塊 、 發(fā)行與管理模塊 、流媒體 制作、流媒體 視頻服務器。 主要涉及流媒體的發(fā)行、制作、編碼等功能 。 內容管理主要第一章 緒論 3 完成視頻存儲、查尋； 發(fā)行模塊負責將節(jié)目提交到網頁，或將視頻流地址郵寄給用戶。 用戶管理主要 包括用戶的登記和授權。 當節(jié)目量大時，就必須編制數(shù)據庫管理系 。 節(jié)目不多時可使用文件系統(tǒng)。流媒體視頻服務 將內容通過 直播 或點播 的方式播放， 如果流媒體應用范圍廣、用戶量大 ，可在不同的區(qū)域中心建立 流媒體內容 分發(fā)中心。 現(xiàn)狀 分析 國外流媒體現(xiàn) 狀分析 目前國外流媒體系統(tǒng) 主要是由 Real 公司 、 微軟公司 與 蘋果公司三分天下 。REAL 和微軟公司是比較早的流媒體市場解決方案提供者 。 亞洲 ： 在亞洲，韓國是一個增長最快的市場，至 2020 年已經有 200 萬的寬帶連接。 IDC Japan 于 2020 年 6 月 13 日公布了日本影視及音樂流媒體信息內容的市場調查結果。結果顯示， 2020 年日本流媒體市場的規(guī)模為 84 億日元，到 2020 年將達到 1680 億日元規(guī)模，增長約 20 倍。 歐洲： 英國調查機構 Analysys 于 2020 年 1 月 16 日公布了有關流媒體市場的調查結果。該機構預測， 2020 年西歐流媒體市場規(guī)模將從 2020 年的 2500 萬美元擴大為 2 億美元，傳輸量將以年平均 90％的速度增長，營業(yè)額將以年平均 50％的速度增長，規(guī)模將擴大 10 倍。 美國：國際收視率調查的權威機構 Nielsen 預測，美國的網絡流媒體市場將在2020 年達到 210 億美元的規(guī)模。目前流視頻的使用率、新技術的開發(fā)速度以及用戶對流興趣的增強表明，美國使用流視頻的人數(shù) 2020 年將到達 8400 萬，為業(yè)務提供商創(chuàng)收 70 多億美元。其中通過用戶每月的預訂費或每次觀看付費獲得的收入只占總收入的 1/6；廣告收入差不多占一半，其中大部分是傳 統(tǒng)的條幅廣告，但多媒體廣告也占有一席之地；另外的部分來自公司的 贊助和消費者電子商務合同的傭金。 在中國的互聯(lián)網流媒體市場上 ， 已經推出大量的 流媒體編解碼技術的產品 如REAL， WMV， 、 MPEG12 等 ， 推動了流媒體技術的應用和發(fā)展 。 國內廠商沒有國 外廠商在產品線上的領先，但是在專業(yè)領域卻有著很好的發(fā)展，尤其國內廠商熟悉中國廣播電視以及流媒體的實際應用狀況，因此國內產品電子科技大學碩士學位論文 4 的競爭力也是非同小可的。目前國內的供應商主要有 “ 廣電設備專業(yè)生產商 ” 捷成科技、 “ 視頻產品專業(yè)供應商 ” 影佳科技、深圳億特研究院、思華科 技、上海漢唐等 。 論文 所采用的關鍵技術 J2EE 體系結構 流媒體系統(tǒng)在開發(fā)時采用 J2EE 體系結構，具有以下優(yōu)點： (1) 平臺無關性：可以根據自身的情況選擇合適的硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據庫。保證系統(tǒng)的開放性。 (2) 保護用戶投資：當用戶更換平臺時，由于基于 J2EE 的系統(tǒng)能方便地移植到其它平臺上，而無須重新開發(fā)，有效地保護用戶的投資。 (3) 廣泛的支持： J2EE 技術規(guī)范得到了從國際性大公司到自由軟件開發(fā)者的廣泛支持， SUN， IBM， ORACLE， NETSCAPE， BEA 等紛紛推出基于 J2EE 的軟件產品。 MVC 設計模式 根據系統(tǒng)設計魔術 ， 當一個應用系統(tǒng)包括多層代碼時 ， 如果不采用比較健壯的設計方法和設計模式 ， 在這種設計模式下，系統(tǒng)會出現(xiàn)大量其他的一場情況或者錯誤情況 ， 應用程序很 容易就成為這些代碼的簡單混合物。 由于 系統(tǒng)的各個部分互相依賴 ， 各模塊間的強偶合，使得系統(tǒng)的組件 代碼重用 會變得相當?shù)睦щy及不可實現(xiàn)。 這種情況下，當系統(tǒng)任何功能模塊出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況都會影響整個系統(tǒng)的正常運行 ，如果要新增一個新的應用模塊那么就要對原先的應用模塊部分進行重新拷貝和復制黏貼，需要花費大量的重復勞動時間，也會造成系統(tǒng)代碼的重復和效率低下 ，當這樣的需求在系統(tǒng)的多個地方提出時， 當系統(tǒng)中多出出現(xiàn)此類需求時，這時候系統(tǒng)就會出現(xiàn)很多重復和類似代碼，是系統(tǒng)運行效率下降并可能出現(xiàn)這樣那樣的系統(tǒng)錯誤和不穩(wěn)定性。 這時候， 運用 MVC 軟件開發(fā)方法能合理的決絕上述提出的這樣那樣的問題和困難 。 運用 MVC 來說合計系統(tǒng)，能真正實現(xiàn)系統(tǒng)的三層分離即模型層 、 視圖層 、控制層的分里面 。 第一章 緒論 5 視圖是對軟件系統(tǒng)模型層的一些內容的表現(xiàn)和反應，通過視圖可以維護模型層的一致性、穩(wěn)定性和安全性 。 視圖通過業(yè)務邏輯層來反應模型層的內容并將它們一一呈現(xiàn)在用戶的眼前 。 在這種業(yè)務模式下視圖通過對自身業(yè)務的擴展來監(jiān)測業(yè)務數(shù)據層的模式改變和結構改變 ， 視圖根據業(yè)務數(shù)據的改變能主動并即時的來改變自身的運行狀態(tài)和表現(xiàn)狀態(tài) 。 他能夠通過主動模式和被動模式來改變自身的狀態(tài)以達到適應新情況和新要求的變化和改變 。 在 被動模式下 ， 相應的方法會 根據需求的變化來調用 當前最新數(shù)據時 。 流媒體技術 本系統(tǒng)的設計原則定位在流媒體設計的先進性。以 Windows Media Service 為基本的流媒體開發(fā)平臺，它們有充分的技術優(yōu)勢，約占全球最大的流媒體應用。WINDOWS 系統(tǒng)的技術優(yōu)勢為： (1) 快速 緩沖技術，客戶無須下載全部內容，可以邊下載邊收聽、收看； (2) 視頻播放增強過濾器：當接收到視頻流時， Windows Media Player 使用智能過濾功能以刪除無用數(shù)據以提高整體視頻質量，在低帶寬時尤其如此； (3) 智能傳輸：在網絡狀況不穩(wěn)定時，客戶端和服務器現(xiàn)在可以智能地降低質量以保證持續(xù)播放； (4) 支持高質量的視頻服務，可以提供高清晰質量的流媒體服務； (5) 支持電信、運營級別的大并發(fā)流媒體服務； (6) 支持無人值守的自動錄制； (7) 支持分布式應用； (8) 支持 DRM 數(shù)字版權技術； (9) 支持內容標注，在不改變原文件的情況下產生新的視頻 段落； 以 Windows Media Service 為核心服務，能很好的完成客戶對點播、直播、虛擬直播、嘉賓訪談、內容標注、互動視頻、自動錄制等服務的需求。 基于 的集群轉碼技術 實時轉碼技術采用先進的 MPEG4 AVC / 編碼算法，基于標清和高清標準設計開發(fā)的網絡轉碼技術。系統(tǒng)支持 1080i、 720p、 Full D CIF 等多種輸出分辨率，碼流可在 300kbps 至 1Mbps 之間調整，適應 WEB 網絡的高清播放和低碼流需要。 電子科技大學碩士學位論文 6 實時轉碼技術提供標準 MPEG4 AVC / 和高清 MPEG4 AVC / 兩種編碼格式。經過優(yōu)化的 MPEG4 AVC / 編碼，不僅極大的提高了編碼效率，而且，信源在 編碼過程中，采用了特殊的加密技術，從而更為有效的保護數(shù)據傳輸和播出的安全性。 實時轉碼技術尤其適合在互聯(lián)網等帶寬有限條件下，提供安全、清晰、流暢的視頻播出。 論文內容和結構 本文將流媒體協(xié)議分析入手詳細介紹什么事流媒體并運用實例簡單分析流媒體協(xié)議，接下來本文將從流媒體代理緩存技術開始詳細分析流媒體緩存技術的實現(xiàn)和應用， 詳細分析基于 P2P 協(xié)議的流媒體系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，最后介紹流媒體的視頻編碼技術，介紹基于 的流媒體編碼技術的算法和實現(xiàn)。本文組織結構如下： 第 一 章：背景知識的介紹。主要介紹 系統(tǒng) 的 發(fā)展現(xiàn)狀 ， 系統(tǒng)的設計依據 。 第 二 章： 通過分析流媒體協(xié)議，詳細介紹流媒體代理緩存技術及流媒體緩存技術的實現(xiàn)和應用 。 第 三 章： 詳細分析 流媒體的視頻編碼技術，介紹基于 的流媒體編碼技術的算法和實現(xiàn)。 第 四 章： 詳細分析基于 P2P 協(xié)議的流媒體系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。 第 五 章： 運用實例詳細分析流媒體技術的協(xié)議。 第 六 章：闡述論文最終的成 果 ， 提出進一步 改進 的設想。 本章小結 本章首先介紹流媒體技術的應用背景，然后分析了流媒體技術的關鍵技術，最后介紹論文研究內容和組織結構及取得的成果。 第二章 流媒體代理緩存技術分析 7 第二章 流媒體代理緩存技術分析 概述 隨著互聯(lián)網系統(tǒng)的不斷普及以及互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，多媒體應用成為互聯(lián)網應用的主流，隨之出現(xiàn)了隨著多媒體應用的普遍發(fā)展，網絡帶寬也越來越緊張，導致用戶的接入和觀看視頻的質量也隨之下降 。 代理緩存技術就成為了解決這一矛盾的有效技術之一 ， 所謂代理緩存是將視頻數(shù)據通過分發(fā)的手段將內容發(fā)布到離用戶最近的服務器中，當用戶觀看 視頻時刻解決帶寬不夠的問題，由 緩存提供服務 使后續(xù)的視頻流媒體請求 減 骨干網絡和服務器的負載問題 ， 用于提高對用戶的服務質量 。 如下圖 21 所示 。 圖 21 部署代理緩存的網絡體系結構 代理緩存技術 作為一種網絡技術 最初是用在 互聯(lián)網內容 的分發(fā) 和發(fā)布啥我那個 上。 在流媒體應用方面，因為流媒體應用不同于一般的網絡應用，它具有以下特點： 第 一 ，流媒體的分發(fā)需要在一段時間持續(xù)占用巨大的網絡帶寬 和 磁盤 I/O 貸款 ， 降低網絡的帶寬消耗和硬件的資源消耗是流媒體應用的主要內容之一 。第 二 ，在流媒體的播放過程中，用戶往往要參與到互動中來，網絡帶寬質量的不同會造成參與效果的不同 ，對 網絡 緩存的管理帶來困難。 第 三 ， 流媒體作為一種視頻技術，在分發(fā)時需要占用大量的網絡空間 ， 如果能實現(xiàn)流媒體緩存像網頁緩存一樣，那么將大大提高流媒體的使用效果 ， 如果不能很好進行緩存那么 視頻流媒體 將可媒體 服務器 骨干網 代理 服務器 骨干網 客戶 客戶 客戶 緩存 電子科技大學碩士學位論文 8 能消耗大量緩存空間和帶亂 ，將大大 用戶的 利用率和命中率 ，影響系統(tǒng)應用 。第四， 流媒體不同于一般的網頁瀏覽，需要更高的要求比如畫面質量要求高，不能老是緩沖， 視頻畫面不能老是抖動，這需要對流媒體服務器上的服務端進行優(yōu)化和重新配置 。 幾種典型 的 流媒體緩存算法 基于間隔的緩存算法 基于間隔的緩存 (Interval Caching) [3] 指 對同一個流媒體對象之間的時間間隔做緩存處理 ， 通過 顯著降低服務器的 I/O 讀寫率和吞吐量 來達到緩存的目的 。 通過緩存 連續(xù)請求的間隔部分 ，這種現(xiàn)象 主要出現(xiàn)在 對媒體 視頻 對象相同部分的兩個連續(xù)請求 時間 。 目前 該算法 已經有很多 衍生版本 和擴展 ，最 典型 的是 Tewari 提出的基于 視頻 資源的緩存算法 [4]。 作為視頻資源緩存的約束力條件，主要是緩存空間和傳輸帶寬作為首要條件 ， 針對這種算法和研究，采用了一種 啟發(fā)式的算法作為流媒體應用的緩存粒度進行處理和反應。其粒度可以是臨近應用的間隔比如一個片段，一個組合，一個活動的空間等一系列媒體和條件以上應用 ， 稱為游程 （ run)。 選擇緩存算法 在考慮磁盤容量的約束條件下 ，保證流媒體的正常播放 ，分別針對骨干鏈路有無 QoS 保證時的情形 ， 提出了 不同的 兩種 流媒體 媒體數(shù)據幀選取 的 緩存算法 [1]。 當骨干鏈路無 QoS 保證時，幀選取的原則是使得代理緩存可以為客戶端播放緩存提供盡可能多的幀 ,當骨干鏈路有 QoS 保證時， 以提高網絡擁塞時媒體播放的魯棒性 幀 播放 選取的原則是使得骨 干鏈路的客戶端播放緩存 和 帶寬需求最小 。 選擇緩存算法 (Selective Caching)是 根據帶寬情況對影響媒體播放的關鍵數(shù)據或者內容有選擇地緩存。 當用戶接入帶寬資源有限的時候 ， 確保用戶觀看視頻不受影響保持視頻的連續(xù)行和清晰度是 媒體緩存算法的主要 實現(xiàn)目標 。 以部分超速率數(shù)據為對象的速率分段緩存算法 (RateStaged Caching)[2],同樣以降低 和提高 骨干鏈路帶寬 資源 需求為目標 ， ， 類比于時域上的前綴緩存，速率分段緩存算法也存在如何選取截斷速率的問題。 有一種算法是 不以媒體數(shù)據幀為緩存對象，而該算法 針對 流媒體的流式 傳輸，對高于指定數(shù)據傳輸閾值的媒體數(shù)據 進第二章 流媒體代理緩存技術分析 9 行緩存。研究表明，在 網絡帶寬 和 磁盤容量 兩個約束下，確定優(yōu)化的 速率是一個復雜 問題。 基于分段的緩存 研究人員開始考慮選取部分的媒體關鍵內容進行緩存，將媒體內容分成前綴(Prefix)和后綴 (Suffix)兩個片段部分 。 有效性依賴于用戶請求在時域上的有效性 就是 基于間隔的緩存算法 的主要特點 。 其性能有可能退化到全對象緩存 ， 當?shù)絹碚埱蟮臅r間間隔較長時 。 前綴緩存可以有效地降低用戶播放媒體對象時的啟動時延，是目前應用較為廣泛的流媒體緩存技術 。 其不足之處在 于媒體前綴部分的長度不容易確定。 。 在等長劃分算法中，片段長度的選擇是關鍵， 文獻 [7]提出基于媒體的受訪特性確定等分片段的長度，可以獲得比指數(shù)分段緩存或者前綴緩存更低的網絡帶寬占用 [8]。分段緩存算法可以提供較為精細更為普遍的方式是將媒體