流媒體在圖書館聲像資料數(shù)字化建設中的應用

張鋒

（武漢大學軟件工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079）

1 前盲

現(xiàn)代圖書館的館藏除傳統(tǒng)的印刷型文獻外還收藏有大量的多媒體資源，其中VCD、DVD類教育片占有相當大的比重。傳統(tǒng)的VCD服務器能借助于VCD（DVD）播放機來播放，要受到場地和其它因素的限制，播放時必須獨占該資源而不能再被其它讀者使用，很顯然，這種服務方式已很難滿足要求。隨著電信的普及、互聯(lián)網(wǎng)的興起、多媒體技術的研究和開發(fā)，推動了流媒體技術的迅速崛起.也為我們提供了解決多媒體服務的有效方法，流媒體技術應用于現(xiàn)代圖書館服務已成為必然。同時，在向數(shù)字化圖書館的發(fā)展過程中，流媒體技術也是多媒體資源數(shù)字化的最有效工具。

2 流媒體

（Streaming Media）是一種新興的網(wǎng)絡傳輸技術，它是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet播放的媒體格式，而流式傳輸方式則是將A/V（音頻/視頻）、3D等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由視頻服務器向用戶計算機連續(xù)、實時地傳送。在采用流式傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶不必像采用下載方式那樣等到整個文件全部下載完畢，而是只需要經(jīng)過幾秒或幾十秒的啟動延時即可在用戶的計算機上利用解壓設備（硬件或軟件）對壓縮的A/V（音頻/視頻）、3D等多媒體文件解壓后實時播放。因此，流媒體的一個重要特征是對時間的敏感性，這正是實時性要求應用所必需的，所以這類應用與流媒體密不可分是十分自然的事情。流媒體的實現(xiàn)主要取決于網(wǎng)絡帶寬和壓縮算法的提高。今天，隨著網(wǎng)絡協(xié)議的改善、網(wǎng)絡基礎設施和壓縮技術的發(fā)展，流媒體的實現(xiàn)已經(jīng)變得越來越容易了。因而，在圖書館尤其是高校圖書館的多媒體數(shù)字化建設中，流媒體技術可望被廣泛應用而成為圖書館聲像資料數(shù)字化建設中的重要選項。

3 流媒體技術原理

流文件的傳輸實現(xiàn)需要緩存。因為因特網(wǎng)以包傳輸為基礎進行斷續(xù)的異步傳輸，對一個實時A/v源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，故到達客戶端的時間延遲也就小，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補延遲和抖動的影響，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出并保證效果，而不會因為網(wǎng)絡哲時擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環(huán)形鏈表結構來存儲數(shù)據(jù):通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容。流可以重新利用窄出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容，流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TOP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中，一般采用HTTPTCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數(shù)據(jù)。流式傳輸?shù)倪^程一般是這樣的:用戶選擇某一流媒體服務后，Web瀏覽器Web服務器之間使用IP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來，然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程序，使用HTTP從Web服務器檢索相關參數(shù)對Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V搜索相關的服務器地址。A/V Helper程序及A/V服務器運行實時流控制協(xié)議（RTSP），以交換A/V傳輸所需的控制信息，與CD播放機或VORS所提供的功能相似。RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序（一般可認為客戶程序等同于Helper程序），一般A/V數(shù)據(jù)抵達客戶端，A/V客戶程序即可插放輸出。需要說明的是，在流式傳輸中，使用RTP/UDP和RTSP/TOP兩種小同的通信協(xié)議與A/v服務器建立聯(lián)系，是為了能夠把服務器的輸出到運行-A/V Helper程序所在客戶機的目的地址。實現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務器和播放器。

4 流媒體播放方式

4.1 單播

在客戶端和媒體服務器之間需要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務器送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務器沉重的負擔，響應需要很長時間，甚至停止播放；管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務質(zhì)量。

4.2 組播

IP組播技術構建一種具有組播能力的網(wǎng)絡，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務器能夠?qū)资f臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時。媒體服務器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個；所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機，減少網(wǎng)絡上傳輸?shù)男畔目偭?。網(wǎng)絡利用效率大大提高，成本大為下降。

4.3 點播與廣播

點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內(nèi)容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，卻會迅速用完網(wǎng)絡帶寬。

廣播指的是用戶被動接收流。在廣播過程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流。廣播方式中數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡上的所有用戶。使用單播發(fā)送時，需要將數(shù)據(jù)包復制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會非常浪費網(wǎng)絡帶寬。組播吸收了上述兩種發(fā)送方式的長處，克服了上述兩種發(fā)送方式的弱點，將數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝發(fā)送給需要的那些客戶。組播不會復制數(shù)據(jù)包的多個拷貝傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上，也不會將數(shù)據(jù)包發(fā)送給不需要它的那些客戶，保證了網(wǎng)絡上多媒體應用占用網(wǎng)絡的最小帶寬。

5 流媒體技術的解決方案

目前、技術較為先進、產(chǎn)品已相當成熟的流媒體系統(tǒng)主要有:RealNetworks公司的RealSystem、微軟公司的Windows Media、Apple公司的QuickTime.其中、微軟的Windows Media是目前選用較多的解決多媒體服務和數(shù)字化的方案，它包括:Windows Media Encoder（編碼器）、Windows Media Service（發(fā)布）、Windows Media Player（播放）三個部分。

5.1 Windows Media Encoder（編碼器）

其主要功能是將各種各樣的音視頻多媒體內(nèi)容轉換成ASF格式（Advanced Streaming Format，高級流格式）的流媒體文件，ASF是一個開放的標準，能以多種協(xié)議在多種網(wǎng)絡環(huán)境下支持數(shù)據(jù)的傳送，它是專門為在IP網(wǎng)上傳遞有同步關系的多媒體數(shù)據(jù)而設計的，特別適合在IP網(wǎng)上傳輸。Encoder在工作中需處理大量的多媒體數(shù)據(jù)，對計算機硬件配置有一定的要求，最好在一臺專用的計算機上運行，以防止系統(tǒng)被其它應用軟件過多占用而影響編碼效果。

Encoder在編碼時間可根據(jù)客戶端的網(wǎng)絡條件選擇28.8 Kbps至3 Mbps之間的數(shù)據(jù)速率，同時可對相應的參數(shù)進行設置，如壓縮編碼算法、圖像尺寸大小、圖像幀數(shù)、聲音編碼算法等等。

5.2 windows Media services（發(fā)布）

在完成流媒體的編碼制作后，下一步的工作是流媒體文件在網(wǎng)上的發(fā)布。發(fā)布的模式有二種:一種是直接將ASF文件放在Web服務器上，用戶通過HTTP協(xié)議進行下載或直接在線觀看；另一種則通過windows Media服務器進行流媒體的播放，以實現(xiàn)實況發(fā)布、實時監(jiān)督等功能，不論哪種發(fā)布模式。都需要windows Media services的支持。windows Media services的任務是以單播或廣播的形式將音視頻文件發(fā)送到客戶端上，供客戶端播放，還可承擔視頻點播、轉播、實況直播等多種領域的應用。windows Media services能用于多種網(wǎng)絡環(huán)境，在窄帶的22Kbps視頻流可以支持9000個用戶，在寬帶的100Kbps視頻流可支持2400個用戶。windows Media service集成在windows 2.00 server中可選安裝.如要使用必須要在windows、windows 2000 server上選擇添加安裝。

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