流媒體動畫應(yīng)用研究

摘要： 本文主要介紹了流媒體動畫、原理及其應(yīng)用，詳述了作為流媒體實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)—流式傳輸和傳輸?shù)倪^程，以及流媒體動畫在綿陽師范學院新校區(qū)虛擬現(xiàn)實展示中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 流媒體技術(shù) 傳輸原理 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.概述

隨著Internet的迅速發(fā)展，上網(wǎng)人數(shù)的不斷增加，用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也提出了愈來愈高的要求，人們不再滿足于傳統(tǒng)的單媒體數(shù)據(jù)服務(wù)（如文本瀏覽、FTP和E-mail。），一方面，人們希望能在網(wǎng)絡(luò)上看到生動清晰的媒體演示；另一方面，人們又不得不去面對如此慢的網(wǎng)絡(luò)速度下文件傳輸所需的大量時間。為了解決這種矛盾，“流媒體技術(shù)”應(yīng)運而生。同時伴隨著Flash及3D技術(shù)的飛速發(fā)展，實時傳送流媒體動畫己經(jīng)成為業(yè)界的共識并具有極其巨大的需求，因此流媒體動畫受到越來越多的關(guān)注［２］。

2.流媒體動畫技術(shù)

流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件［１］。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存，在播放開始時有一些延遲，后續(xù)數(shù)據(jù)流隨時傳送隨時播放。如果數(shù)據(jù)流動速度保持足夠快的話，播放是連續(xù)的。流式傳輸避免了用戶必須等待整個文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點，無論文件長30s還是3h，用戶都只需在觀看文件前等上幾秒鐘即可。

2.1緩存技術(shù)

緩存技術(shù)以包傳輸為基礎(chǔ)進行斷續(xù)的異步傳輸，實時源或存儲的文件在傳輸中被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)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不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補延遲和抖動的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出，而不會因為網(wǎng)絡(luò)延續(xù)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(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)，通過丟棄己經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空出的高速緩存空來緩存儲后續(xù)尚未播放的內(nèi)容［３］。

2.2傳輸流程

（1）Web瀏覽器與服務(wù)器之問使用交換控制信息HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶崟r數(shù)鋸從原始信息中檢索出來；

（2）用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，A/V播放器進初始化；

（3）從Web服務(wù)器檢索出來的相關(guān)服務(wù)器的地址定位A/V服務(wù)器；

（4）A/V播放器與A/V服務(wù)器之間交換A/V傳輸，所需要的事實控制協(xié)議；

（5）一旦A/V數(shù)據(jù)抵達客戶端，A/V播放器就可以播放媒體動畫了［４］。

2.3傳輸協(xié)議

流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于傳輸控制協(xié)議(TCP)開銷較大，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，一般采用超文本傳輸協(xié)議/傳輸控制協(xié)議(HTTP/TCP)來傳輸控制信息，而用實時傳輸協(xié)議/用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(RTP/UDP)來傳輸實時數(shù)據(jù)［５］。

3.流媒體技術(shù)原理

多媒體數(shù)據(jù)必須進行預(yù)處理才能適合流式傳輸，這是因為目前的網(wǎng)絡(luò)帶寬對多媒體巨大的數(shù)據(jù)流量來說遠遠不夠。預(yù)處理主要包括2個方面:

①在保證一定質(zhì)量的前提下，丟棄大量對質(zhì)量影響較小的信息。

②采用先進、高效的壓縮算法。

流式傳輸?shù)倪^程一般為:用戶選擇某一流媒體服務(wù)后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/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Helper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、數(shù)據(jù)的編碼類型或與信息檢索相關(guān)的服務(wù)器地址［６］。

Helper程序及音/視頻服務(wù)器運行實時流協(xié)議(RTSP)，以交換音/視頻傳輸所需的控制信息。與CD播放機或VCR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。音/視頻服務(wù)器使用RTP/U DP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給客戶程序(一般可認為客戶程序等同于Helper 程序)，一旦音/視頻數(shù)據(jù)抵達客戶端，客戶程序即可播放輸出。實現(xiàn)流式傳輸一般都需要專用服務(wù)器和播放器，其基本原理如圖1所示［７］。

4.流媒體的傳播方式

4.1 單播

在客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務(wù)器送出的數(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(wù)器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務(wù)器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大的冗余首先造成服務(wù)器沉重的負擔，響應(yīng)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(wù)質(zhì)量。但用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流媒體。單播連接提供了對流媒體的最大控制。

4.2 廣播

廣播指的是用戶被動接收流媒體。在廣播過程中，客戶端接收流媒體，但不能控制流媒體。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流媒體。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(luò)上的所有用戶。

4.3 多播

IP多播技術(shù)構(gòu)建一種具有多播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復制到多個通道上。采用多播方式，單臺服務(wù)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(wù)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(luò)上傳輸?shù)男畔目偭俊＞W(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。多播吸收了單播和廣播方式的長處，克服了上述2種發(fā)送方式的弱點，將數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝發(fā)送給需要的客戶。多播不會復制數(shù)據(jù)包的多個拷貝傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，也不會將數(shù)據(jù)包發(fā)送給不需要的客戶，保證了網(wǎng)絡(luò)上多媒體應(yīng)用占用網(wǎng)絡(luò)的最小帶寬［7］。

5.流媒體動畫的應(yīng)用

基于綿陽師范學院新校區(qū)的虛擬顯示展示是建立在現(xiàn)代傳媒技術(shù)基礎(chǔ)上的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，它通過現(xiàn)代的通信網(wǎng)絡(luò)將學校校區(qū)的全景及建筑分布以動畫、聲音和視頻的形式展現(xiàn)給用戶，從而模擬出學校全景直觀感受，讓用戶有身臨其境的感受。在互連網(wǎng)上以動畫的形式傳輸需要解決兩個基本問題:音頻、視頻流信息的傳送，以及它們與數(shù)據(jù)之間的同步。由于音頻、視頻信息的帶寬比較寬，不可能讓用戶將所有的節(jié)目下載到本地計算機上后再播放，必須要采用先進網(wǎng)絡(luò)播放技術(shù)來實現(xiàn)邊發(fā)送邊播放。

6.結(jié)語

隨著Internet的飛速發(fā)展，流媒體技術(shù)日趨完善，它的應(yīng)用越來越普及。流媒體動畫在綿陽師范學院新校區(qū)的成功展示是流媒體技術(shù)應(yīng)用的一個方面，其還廣泛應(yīng)用于多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點播、遠程教育、遠程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、實時視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上將有更廣闊的發(fā)展前景［8］。

參考文獻：

［1］李炳林.流媒體技術(shù)及應(yīng)用.現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)講座.2001.12.68-70.

［2］劉輔.Character Education Of China.［C］.北京:中央廣播電視大學出版社， 2004．118-206.

［3］吳莉莉，劉益成.流媒體技術(shù)及應(yīng)用.［C］.信息技術(shù).2002.39-41.

［4］李炳林.電力系統(tǒng)自動化(電力自動化研究院通信所，南京210003).

［5］李東生.基于Windows 2000流式媒體技術(shù)的遠程教育系統(tǒng).太原理工大學學報，2000，31(5).

［6］實時多媒體廣播系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.鐵路計算機應(yīng)用，2000，09(3).

［7］［英］.邁克爾·里德帕斯著.龔怡祖譯1虛擬現(xiàn)實［M］.南京:譯林出版社，1997.

［8］王堅，孫宇浩.身臨其境［M］.杭州：浙江科學技術(shù)出版社，2000.1.