流媒体技术的应用与发展前景

产生

随着宽带化成为建设信息高速网络架构的重点，许多城市的城域网从接入到核心各个部分都实现了宽带化，架构了以IP为基础的无阻塞数据承载平台。网络的宽带化不仅是为了使人们在宽阔的信息高速路上更顺畅地进行交流，使网络上的信息不再只是文本、图像或简单的声音文件，而且人们越来越希望宽带网络带来更直观更丰富的新一代的媒体信息表现。“流媒体（Streaming Media）”便由此孕育产生了。
从前，多媒体文件需要从服务器上下载后才能播放，一个1分钟的较小的视频文件，在56K的窄带网络上至少需要30分钟时间进行下载，这限制了人们在互联网上大量使用音频和视频信息进行交流。“流媒体”不同于传统的多媒体，它的主要特点就是运用可变带宽技术，以“流”（Stream）的形式进行数字媒体的传送，使人们在从28K到1200K的带宽环境下都可以在线欣赏到连续不断的高品质的音频和视频节目。在互联网大发展的时代，流媒体技术的产生和发展必然会给我们的日常生活和工作带来深远的影响。

发展
流媒体技术的发展依赖于网络的传输条件、媒体文件的传输控制、媒体文件的编码压缩效率及客户端的解码等几个重要因素。其中任何一个因素都会影响流媒体技术的发展和应用。早期的流媒体主要是在窄带互联网上应用，因为受带宽条件的制约，1999年，人们在网上仅仅可以看到一个很小的视频播放窗口。在具备一定带宽的局域网上，人们很难欣赏到高画质的影音节目，原因很简单，网络带宽不足、音视频编码压缩算法不够先进、客户端计算机解码运算速度不够高。
随着互联网的飞速发展，流媒体技术的应用越来越普及。在1999年底结束的Streaming Media West'99展会中，Microsoft、Intel、Apple、Real Networks等公司就流媒体技术的发展和应用展开了激烈的竞争。同年，与会专家预计，未来3年内，多数的互联网用户（包括企业和个人用户）将更多地使用流媒体技术。
2000年下半年，随着全球范围的互联网升温，宽带IP网不再是梦想，越来越多的网络运营商投入到新一轮的宽带互联网的建设项目中。作为流媒体技术倡导发起者的美国Real Networks、Microsoft、Apple等公司几乎同时向世界宣布了他们最新的流媒体技术的宽带解决方案。这表明，在短短的一年里，流媒体技术有了飞跃发展。如今，人们在互联网上看到的是可以和VHS、DVD画质相媲美的数字流媒体，从数字压缩到媒体传输控制，再到客户端的回放效果，比以前都有了质的飞跃。另外，在产品设计和技术上，流媒体应用也体现出越来越成熟的商业模式。
流媒体在中国的宽带建设中被列为最主要的应用之一，越来越多提供网络在线服务的运营商开始采用网络视频媒体服务解决方案，以增强在网络服务上的优势。互联网在这一点上的进步，与从传统的广播电台到电视节目的进步十分相似。
人们普遍看好流媒体技术未来的发展，网站公司巨头杨致远曾指出，鉴于宽带网络用户数量日益增加，企业高度重视流媒体技术的时候到了。他说：“从早期发展向大规模应用的过渡已基本完成。我们相信，通过网络传播多媒体信息的条件已经成熟，流媒体技术腾飞的时刻即将到来。”同时，软件巨人微软公司的一举一动不能不引起人们的关注，微软的Windows 2000中就集成了Media Server，其目的十分明显，微软已经开始行动。
以目前国内多家电信运营商为例，从前电信系统主要是向用户提供网络接入服务、主机托管等基础网络租赁业务模式，业务模式相对单一，技术要求也比较简单。但随着宽带网络互联时代的到来，新一轮的商业竞争已经开始，面对电信、广电、联通、网通等多家宽带业务商家更为激烈的竞争，电信企业只有充分利用得天独厚的网络基础设施的优势，大力开展宽带增值业务，才能获得更大的发展。
实现与组成
一般而言，流媒体系统大致包括几个原件：转档/转码工具（Encoders），用于压缩转档；服务器（Servers），管理并传送大量多媒体内容；编码器（Scripters），可整合多媒体，并以互动方式呈现；播放器（Players），在用户端的PC上呈现串流的内容；另外还有许多不同的多媒体制作工具（Content-creation tools）。
当一个网站提供随选视讯―VOD(Video on Demand)的串流内容时，需要使用转档/转码工具，将一般的多媒体档案进行高品质、适合网络上串流的压缩，再将转好的档案传送到服务器端放送出去；若网站要提供的是转播的服务，则需要在空中将音频及视频内容截取后，直接传到服务器端并由服务器放送出去，而直播式的传送可以透过Unicast或Multicast来实现。
一个完整的流媒体平台包括流服务应用软件、集中分布式视频系统、视频业务管理媒体发布系统、视频采集制作端系统、媒体内容检索系统、数字版权管理(DRM)、媒体存储系统、客户端系统等重要组成部分。
1. 流服务应用软件
应用流软件是系统中最重要的成分，要求在最广的范围、多种连接速度基础上提供性能最好的多媒体效果，并具有强有力的系统管理和可伸缩性能力，以及具有开放的、标准的、跨平台的架构。软件系统必须具有极高的压缩比和很好的传输能力，适合网络发布。服务器端软件应该具有强大的网络管理功能，支持广泛的媒体格式，支持最大量的互联网用户群与流媒体商业模式。
2. 集中分布式视频系统
面对越来越巨大的流应用需求，系统必须拥有良好的可伸缩性。随着业务的增加和用户的增多，系统可以灵活地增加现场直播流的数量，并通过增加带宽集群和接近最终用户端的边缘流媒体服务器的数量，增加并发用户的数量，不断满足用户对系统的扩展要求。
3. 视频业务管理媒体发布系统
该系统包括广播和点播的管理，节目管理，创建、发布及计费认证服务，提供定时按需录制、直播、传送节目的解决方案，管理用户访问及多服务器系统负载均衡调度服务。
4. 视频采集制作系统
该系统利用媒体采集设备进行Stream的制作与生成。它包括了一系列的工具，从独立的视频、声音、图片、文字组合到制作丰富的流媒体，这些工具产生的Stream文件可以存储为固定的格式，供发布服务器使用。视频采集制作系统可以实时向发布服务器提供各种视频流，提供实时的多媒体信息发布服务。
5. 媒体内容自动索引检索系统
该系统能对媒体源进行标记，捕捉音频和视频文件并建立索引，建立高分辨率媒体的低分辨率代理文件，从而可以用于检索、视频节目的审查、基于媒体片段的自动发布，形成一套强大的数字媒体管理发布应用系统。
索引和编码
允许同时索引和编码，使用先进的技术实时处理视频信号，而且可以根据内容自动地建立一个视频数据库（或索引）。
媒体分析软件
它可以实时地根据屏幕的文本来识别。实时语音识别可以用来鉴别口述单词、说话者的名字和声音类型，而且还可以感知出屏幕图像的变化，并把收到的信息归类成一个视频数据库。媒体分析软件还可以感知到视觉内容的变化，可以智能化地把这些视频分解成片段并产生一系列可以浏览的关键帧图像，也可以从视频信号中识别出标题文字或是语音文本，同时可以识别出视频中的人像就像识别屏幕上的文字、数字一样。通过声音识别，该软件可以将声音信号中的话语、说话者的姓名、声音类型转换成可编辑的文本。用户用这些信息索引还可以搜索想要的视频片段。使用一个标准的Web浏览器，用户可以像检索互联网其他信息一样来检索视频片段。
6. 媒体数字版权加密系统(DRM)
这是在互联网上以一种安全方式进行媒体内容加密的端到端的解决方案，它允许内容提供商在其发布的媒体或节目中指定的时间段、观看次数及其内容进行加密和保护。
服务器鉴别和保护需要保护的内容，DRM认证服务器支持媒体灵活的访问权限（时间限制、区间限制、播放次数和各种组合），支持其他具有完整商业模型的DRM系统集成，包括订金、VOD、出租、所有权、B2B的多级内容分发版权管理领域等，是运营商保护内容和依靠内容赢利的关键技术保障。
7. 媒体存储系统
由于要存储大容量的影视资料，因此该系统必须配备大容量的磁盘阵列，具有高性能的数据读写能力，访问共享数据，高速传输外界请求数据，并具有高度的可扩展性、兼容性，支持标准的接口。这种系统配置能满足上千小时的视频数据的存储，实现大量片源的海量存储。
8. 客户端系统
该系统支持实时音频和视频直播和点播，可以嵌入到流行的浏览器中，可播放多种流行的媒体格式，支持流媒体中的多种媒体形式，如文本、图片、Web页面、音频和视频等集成表现形式。在带宽充裕时，流式媒体播放器可以自动侦测视频服务器的连接状态，选用更适合的视频，以获得更好的效果。目前应用最多的播放器有美国Real Networks公司的RealPlayer、美国微软公司的MediaPlayer、美国苹果公司的Quicktime三种产品。

应用领域与模式
许多人认为，流媒体就是VOD或视频点播，实际上，流媒体是一种新型的数据信息载体。人们除了需要考虑流媒体技术，更重要的是设计自己的业务模式。流媒体是众多宽带业务的基础平台，该平台必须具有领先的业务伸缩能力。因此，用户首先应该区分整个流媒体应领域的各种角色定义和划分。
基础运营商: 增值服务的提供者，拥有网络本身，拥有完整的宽带应用平台。
业务平台使用者：利用基础运营商的宽带应用平台进行信息服务的用户（如电视台、企业、学校、社区、网站等）。
信息的消费者：普通用户。
目前流媒体技术的应用主要有基于宽带和窄带两种方式。窄带方式包括: 多媒体新闻、重大新闻事件的直播、远程教学、e-Learning、股评分析、股东大会等。宽带方式包括：网络电视、KTV、企业内部公告广播、培训、多媒体IDC等。
1. 流媒体技术的应用模式
一般来说，流媒体基于互联网的应用模式大致分为两种：
本身既是基础运营商同时又是业务平台使用者的用户群体。
这类用户大致包括：教育机构、政府部门、电视台、网站、企业、社区、大公司等。这类用户在自己的网络内部建设流媒体应用平台，同时为该系统准备和提供内容，面向内部或外部用户，直接进行信息服务。
最典型的用户就是学校，随着TCP/IP网络技术的普及，基于TCP/IP技术的远程教育成为可能。它突破了传统教育在地域和时间上的限制，大大方便了人们对知识的获取，从而日益成为现代社会不可或缺的一种教育和知识传播途径。多媒体远程教育系统以视讯和话音行业最复杂的压缩和传送技术为基础，采用标准RTP协议，并且把高品质的视频/音频和HTML页面紧密结合，可实现视频、音频、图像和文字教学材料在网上的实时同步传输。多媒体远程教育系统可提供给用户更为灵活多样的远程教学手段，支持教育机构或信息提供商多种形式的教学，包括：活动图像（Video）、静止图像（Image）、声音（Sound）、文字（Text）。 学校可以在校园网宽带流媒体平台建设的同时，考虑面向窄带方式开展远程教育，这样一来，在校内有一间主播教室及一间或者数间远程教室，老师在主播教室授课，学生则在远方另一个远程教室听课，师生间可以做实时的交谈及问答。与此同时，整个授课的过程又可以在广域网上，面向成千上万的远程用户开展真正意义的远程教学。
本身仅作为基础运营商。
拥有完整强大的流媒体应用平台，本身不提供内容，而是将运营平台开放给若干使用者，并为使用者提供完善的可二次经营和管理的开放式流媒体系统。这种业务模式将会成为未来流媒体发展的一个显著特征。宽带多媒体平台运营商一般将信息基础平台建立在电信宽带多媒体数据中心，提供视频直播/点播、视频会议、远程教育等多项开放业务，提供多种可伸缩的定制化服务，任何业务租赁客户都可以利用电信多媒体业务基础运营平台轻松地开展相关的信息服务或增值业务活动。宽带多媒体业务平台可以为用户提供完善的增值业务模式，运营商将从以前提供网络接入服务拓展到提供增值业务平台的新的增长模式中。
2. 宽带多媒体业务平台的建设要求
建立先进的宽带多媒体数字化应用环境；能够向业务平台使用者提供可选择的租赁服务；能够向业务平台使用者提供开放的二次运营的环境；提供完善的管理方案，建立统一的计费系统，对信息资源和用户进行管理，保证信息服务安全可靠的运行。
3. 开放、统一的综合业务模型
该模型可以提供在一套视频服务上容纳多种应用的完善平台，可以建立统一的宽带视频服务计费和用户管理系统，使用户在基于Web 基础结构上租用及发布信息的工作更加容易，用户零投资（无须自己建立视频服务系统），整个模型在技术上保障内容提供商、运营商、最终用户的信任关系。

两大技术流派
到目前为止，互联网上使用较多的流媒体格式主要有美国Real Networks公司的RealMedia和微软公司的Windows Media。
1. RealMedia
美国Real Networks公司是世界领先的网上流式音视频解决方案的提供者，提供从制作端、服务器端到客户端的所有产品。它提供了世界上领先的网上流式音视频解决方案，在最广的范围、以最快的连接速度提供性能最好的多媒体效果，具有强有力的系统管理和可伸缩能力，并具有开放的、标准的、跨越平台的架构。Real系统是支持流媒体技术的优秀系统，Real格式具有极高的压缩比和很好的传输能力，很适合在网络上进行信息发布。服务器端软件为Real Networks公司最新版的Real Server 8，它是一个卓越的跨平台流媒体服务器，具有强大的网络管理功能，支持广泛的媒体格式，支持最大量的互联网用户群与流媒体商业模式。 Real Networks公司自1995年发布RealAudio 1.0以来，RealAudio和RealVideo产品已经成为互联网上最受欢迎的解决方案。其所采用的Sure Stream（自适应流）技术是Real Networks公司具有代表性的技术。该技术根据客户端不同的拨号速率（不同的带宽），让传输的信息自动适应带宽，并始终以流畅的方式播放。RealSystem iQ的区域传送功能更加入了卫星传送技术。客户端播放器 Realplayer的全球注册人数已经超过了1.6亿人，占据了60%的网上流式音视频点播市场。
2. Windows Media
流媒体领域的巨大市场前景使得众多厂商倾力投入其中，微软公司近年来也在此领域展开了激烈的竞争。目前，微软公司已经将Windows Media技术捆绑在Windows 2000中。微软公司推出的Windows Media技术以其方便性、先进性、集成性、低费用等特点，逐渐被人们所认识。 Windows Media的前身是微软公司的Netshow产品，随着流媒体的广泛应用，微软推出了一整套的流媒体制作、发布和播放产品，其服务器端的Windows Media Server产品集成在Windows 2000 Server中。
Windows Media产品的一大特点是其制作、发布和播放软件与Windows NT/2000/9x集成在一起，不需要额外购买。微软的流视频解决方案在微软视窗平台上是免费的，制作端与播放器的视音频质量都上佳，而且易于使用，但目前在整体解决方案方面和Real Networks的产品相比还有差距，且只能在微软平台上使用。