【文章內(nèi)容簡介】 日本影視及音樂流媒體信息內(nèi)容的市場調(diào)查結(jié)果。結(jié)果顯示，2022 年日本流媒體市場的規(guī)模為 84 億日元，到2022 年將達到 1680 億日元規(guī)模，增長約 20 倍。歐洲：英國調(diào)查機構(gòu) Analysys 于 2022 年 1 月 16 日公布了有關(guān)流媒體市場的調(diào)查結(jié)果。該機構(gòu)預(yù)測，2022 年西歐流媒體市場規(guī)模將從 2022 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(diào)查的權(quán)威機構(gòu) Nielsen 預(yù)測，美國的網(wǎng)絡(luò)流媒體市場將在 2022 年達到 210 億美元的規(guī)模。目前流視頻的使用率、新技術(shù)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) 2022 年將到達 8400 萬，為業(yè)務(wù)提供商創(chuàng)收 70 多億美元。其中通過用戶每月的預(yù)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(wù)合同的傭金。在中國的互聯(lián)網(wǎng)流媒體市場上，已經(jīng)推出大量的流媒體編解碼技術(shù)的產(chǎn)品如REAL， WMV，、MPEG12 等，推動了流媒體技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。國內(nèi)廠商沒有國外廠商在產(chǎn)品線上的領(lǐng)先，但是在專業(yè)領(lǐng)域卻有著很好的發(fā)電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4展，尤其國內(nèi)廠商熟悉中國廣播電視以及流媒體的實際應(yīng)用狀況，因此國內(nèi)產(chǎn)品的競爭力也是非同小可的。目前國內(nèi)的供應(yīng)商主要有“廣電設(shè)備專業(yè)生產(chǎn)商”捷成科技、 “視頻產(chǎn)品專業(yè)供應(yīng)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(guān)鍵技術(shù) J2EE體系結(jié)構(gòu)流媒體系統(tǒng)在開發(fā)時采用 J2EE 體系結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點：(1) 平臺無關(guān)性：可以根據(jù)自身的情況選擇合適的硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫。保證系統(tǒng)的開放性。(2) 保護用戶投資：當(dāng)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(shù)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(chǎn)品。 MVC設(shè)計模式根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計魔術(shù)，當(dāng)一個應(yīng)用系統(tǒng)包括多層代碼時，如果不采用比較健壯的設(shè)計方法和設(shè)計模式，在這種設(shè)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(yīng)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(dāng)?shù)睦щy及不可實現(xiàn)。這種情況下，當(dāng)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(yīng)用模塊那么就要對原先的應(yīng)用模塊部分進行重新拷貝和復(fù)制黏貼，需要花費大量的重復(fù)勞動時間，也會造成系統(tǒng)代碼的重復(fù)和效率低下，當(dāng)這樣的需求在系統(tǒng)的多個地方提出時，當(dāng)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(fù)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、視圖第一章 緒論5層、控制層的分里面。視圖是對軟件系統(tǒng)模型層的一些內(nèi)容的表現(xiàn)和反應(yīng)，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(wù)邏輯層來反應(yīng)模型層的內(nèi)容并將它們一一呈現(xiàn)在用戶的眼前。在這種業(yè)務(wù)模式下視圖通過對自身業(yè)務(wù)的擴展來監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層的模式改變和結(jié)構(gòu)改變，視圖根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(yīng)新情況和新要求的變化和改變。在被動模式下，相應(yīng)的方法會根據(jù)需求的變化來調(diào)用當(dāng)前最新數(shù)據(jù)時。 流媒體技術(shù)本系統(tǒng)的設(shè)計原則定位在流媒體設(shè)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(shù)優(yōu)勢，約占全球最大的流媒體應(yīng)用。WINDOWS 系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢為：(1) 快速緩沖技術(shù)，客戶無須下載全部內(nèi)容，可以邊下載邊收聽、收看；(2) 視頻播放增強過濾器：當(dāng)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(jù)以提高整體視頻質(zhì)量，在低帶寬時尤其如此；(3) 智能傳輸：在網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時，客戶端和服務(wù)器現(xiàn)在可以智能地降低質(zhì)量以保證持續(xù)播放；(4) 支持高質(zhì)量的視頻服務(wù)，可以提供高清晰質(zhì)量的流媒體服務(wù)；(5) 支持電信、運營級別的大并發(fā)流媒體服務(wù)；(6) 支持無人值守的自動錄制；(7) 支持分布式應(yīng)用；(8) 支持 DRM 數(shù)字版權(quán)技術(shù)；(9) 支持內(nèi)容標注，在不改變原文件的情況下產(chǎn)生新的視頻段落；以 Windows Media Service 為核心服務(wù)，能很好的完成客戶對點播、直播、虛擬直播、嘉賓訪談、內(nèi)容標注、互動視頻、自動錄制等服務(wù)的需求。 基于 實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)采用先進的 MPEG4 AVC / 編碼算法，基于標清和高清標準設(shè)計開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)碼技術(shù)。系統(tǒng)支持 1080i、720p、Full DCIF 等多種輸出分辨率，碼流可在 300kbps 至 1Mbps 之間調(diào)整，適應(yīng) WEB 網(wǎng)絡(luò)的高清播放電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6和低碼流需要。 實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)提供標準 MPEG4 AVC / 和高清 MPEG4 AVC / 兩種編碼格式。經(jīng)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(shù)，從而更為有效的保護數(shù)據(jù)傳輸和播出的安全性。 實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)尤其適合在互聯(lián)網(wǎng)等帶寬有限條件下，提供安全、清晰、流暢的視頻播出。 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)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(shù)開始詳細分析流媒體緩存技術(shù)的實現(xiàn)和應(yīng)用，詳細分析基于 P2P 協(xié)議的流媒體系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，最后介紹流媒體的視頻編碼技術(shù)，介紹基于 的流媒體編碼技術(shù)的算法和實現(xiàn)。本文組織結(jié)構(gòu)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(shè)計依據(jù)。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(shù)及流媒體緩存技術(shù)的實現(xiàn)和應(yīng)用。第三章：詳細分析流媒體的視頻編碼技術(shù)，介紹基于 的流媒體編碼技術(shù)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(shè)計和實現(xiàn)。第五章：運用實例詳細分析流媒體技術(shù)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(shè)想。 本章小結(jié)本章首先介紹流媒體技術(shù)的應(yīng)用背景，然后分析了流媒體技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，最后介紹論文研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)及取得的成果。第二章 流媒體代理緩存技術(shù)分析7第二章 流媒體代理緩存技術(shù)分析 概述隨著互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的不斷普及以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體應(yīng)用成為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主流，隨之出現(xiàn)了隨著多媒體應(yīng)用的普遍發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬也越來越緊張，導(dǎo)致用戶的接入和觀看視頻的質(zhì)量也隨之下降。代理緩存技術(shù)就成為了解決這一矛盾的有效技術(shù)之一，所謂代理緩存是將視頻數(shù)據(jù)通過分發(fā)的手段將內(nèi)容發(fā)布到離用戶最近的服務(wù)器中，當(dāng)用戶觀看視頻時刻解決帶寬不夠的問題，由緩存提供服務(wù)使后續(xù)的視頻流媒體請求減骨干網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的負載問題，用于提高對用戶的服務(wù)質(zhì)量。如下圖 21 所示。媒體服務(wù)器骨干網(wǎng) 代理服務(wù)器骨干網(wǎng)客戶客戶客戶緩存圖 21 部署代理緩存的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)代理緩存技術(shù)作為一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最初是用在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的分發(fā)和發(fā)布啥我那個上。在流媒體應(yīng)用方面，因為流媒體應(yīng)用不同于一般的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤 I/O 貸款，降低網(wǎng)絡(luò)的帶寬消耗和硬件的資源消耗是流媒體應(yīng)用的主要內(nèi)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(wǎng)絡(luò)帶寬質(zhì)量的不同會造成參與效果的不同，對網(wǎng)絡(luò)緩存的管理帶來困難。第三，流媒體作為一種視頻技術(shù)，在分發(fā)時需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)空間，如果能實現(xiàn)流媒體緩存像網(wǎng)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電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(yīng)用。第四，流媒體不同于一般的網(wǎng)頁瀏覽，需要更高的要求比如畫面質(zhì)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(wù)器上的服務(wù)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(wù)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(jīng)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(yīng)用的緩存粒度進行處理和反應(yīng)。其粒度可以是臨近應(yīng)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(yīng)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(jù)幀選取的緩存算法 [1]。當(dāng)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(dāng)骨干鏈路有 QoS 保證時，以提高網(wǎng)絡(luò)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(jù)帶寬情況對影響媒體播放的關(guān)鍵數(shù)據(jù)或者內(nèi)容有選擇地緩存。當(dāng)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(jù)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，速率分第二章 流媒體代理緩存技術(shù)分析9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(jù)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(jù)傳輸閾值的媒體數(shù)據(jù)進行緩存。研究表明，在網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤容量兩個約束下，確定優(yōu)化的速率是一個復(fù)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(guān)鍵內(nèi)容進行緩存，將媒體內(nèi)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(dāng)?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(yīng)用較為廣泛的流媒體緩存技術(shù)。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(guān)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(wǎng)絡(luò)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內(nèi)容分為多個片段，即基于分段的緩存(Segment based Caching，以下簡稱分段緩存 )。這類策略設(shè)基本的存儲單位為塊(block) 則第 i 個片段由第 2i ? 1，2i – 1 + 1，…，2i ? 1 塊構(gòu)成，片段長度為 2i ? 1 個塊。緩存粒度，帶來更多的靈活性，成為目前主流的代理服務(wù)器緩存算法之一。,分段策略是分段緩存的主要研究熱點，依據(jù)它可以將分段緩存算法分成等長劃分和變長劃分兩類。 ，由于可以通過一次性丟棄較適應(yīng)緩存流行度的變化，該算法可以取得比普通的前綴緩存更低的平均啟動時延大的后續(xù)片段，來和更高的字節(jié)命中率。分段緩存將媒體內(nèi)容沿著播放時間分成多個片段(Segment)，并將片段作為存儲和置換的基本單元。變長劃分算法的代表是 Wu 等人 [6]提出的片段長度以指數(shù)增長的緩存算法策略， 結(jié)合編碼轉(zhuǎn)換的緩存算法隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的不斷改善和發(fā)展，用戶使用的客戶端也越來越復(fù)雜和高級，對媒體要求也越來越高。結(jié)合編碼轉(zhuǎn)換技術(shù)，動態(tài)地改變緩存內(nèi)容質(zhì)量和傳輸速率，根據(jù)用戶的請求和帶寬狀況，適應(yīng)接入網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同需求。此類緩存算法可以想不同用戶提供不同版本的客戶端服務(wù)來達到算法的實現(xiàn)具體的方式由以下電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10兩種方案構(gòu)成：(1) 將流媒體的完整文件進行緩存，根據(jù)用戶的具體請求由處于后端的代理服務(wù)器完成緩存。這種方法對服務(wù)器的要求非常高，特別是服務(wù)器的 cpu 和內(nèi)存資源，不能較好的滿足用戶的需求(2) 這樣的存儲方式難以滿足所有用戶對流媒體質(zhì)量的不同要求，編碼轉(zhuǎn)換預(yù)先由媒體服務(wù)器完成而且會對網(wǎng)絡(luò)帶寬帶來較大壓力。僅緩存經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換后的流媒體，有人提出了一種自適應(yīng)的緩存方式 [9] 來解決這兩種方案之間的矛盾。該算法依據(jù)是根據(jù)代理服務(wù)器 CPU 資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的狀，該算法動態(tài)地決定是緩存原始版本還是緩存編碼轉(zhuǎn)換后的版本。這種方法的缺點在于可能會對同一個視頻對象緩存多個版本，對緩存空間提出了較高的要求。由于代理緩存可向服務(wù)器申請不同質(zhì)量的流媒體版本，媒體服務(wù)器仍然必須為此承擔(dān)編碼的負載這種算法只在緩存空間受限的情況下對緩存效率改善明顯。Masahirok[10]等人則建議只為每個媒體對象緩存所