流媒體在圖書館聲像資料數字化建設中的應用

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

現代圖書館的館藏除傳統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、互聯網的興起、多媒體技術的研究和開發，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代圖書館服務已成為必然。同時，在向數字化圖書館的發展過程中，流媒體技術也是多媒體資源數字化的最有效工具。

2 流媒體

（Streaming Media）是一種新興的網絡傳輸技術，它是指采用流式傳輸的方式在Internet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、實時地傳送。在采用流式傳輸方式的系統中，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。流媒體的實現主要取決于網絡帶寬和壓縮算法的提高。今天，隨著網絡協議的改善、網絡基礎設施和壓縮技術的發展，流媒體的實現已經變得越來越容易了。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

流文件的傳輸實現需要緩存。因為因特網以包傳輸為基礎進行斷續的異步傳輸，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，由于網絡是動態變化的，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，甚至先發的數據包還有可能后到。為此，使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響，從而使媒體數據能連續輸出并保證效果，而不會因為網絡哲時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環形鏈表結構來存儲數據:通過丟棄已經播放的內容。流可以重新利用窄出的高速緩存空間來緩存后續尚未播放的內容，流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。由于TOP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中，一般采用HTTPTCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。流式傳輸的過程一般是這樣的: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，以便把需要傳輸的實時數據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對Helper程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V數據的編碼類型或與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協議將A/V數據傳輸給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數據抵達客戶端，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兩種小同的通信協議與A/v服務器建立聯系，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據通道，從一臺服務器送出的每個數據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送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發送所申請的數據包拷貝。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量。

4.2 組播

IP組播技術構建一種具有組播能力的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發送連續數據流而無延時。媒體服務器只需要發送一個信息包，而不是多個；所有發出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發送到任意地址的客戶機，減少網絡上傳輸的信息包的總量。網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。廣播方式中數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶。使用單播發送時，需要將數據包復制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發送，數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會非常浪費網絡帶寬。組播吸收了上述兩種發送方式的長處，克服了上述兩種發送方式的弱點，將數據包的單獨一個拷貝發送給需要的那些客戶。組播不會復制數據包的多個拷貝傳輸到網絡上，也不會將數據包發送給不需要它的那些客戶，保證了網絡上多媒體應用占用網絡的最小帶寬。

5 流媒體技術的解決方案

目前、技術較為先進、產品已相當成熟的流媒體系統主要有: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字化的方案，它包括:Windows Media Encoder（編碼器）、Windows Media Service（發布）、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，能以多種協議在多種網絡環境下支持數據的傳送，它是專門為在IP網上傳遞有同步關系的多媒體數據而設計的，特別適合在IP網上傳輸。Encoder在工作中需處理大量的多媒體數據，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在編碼時間可根據客戶端的網絡條件選擇28.8 Kbps至3 Mbps之間的數據速率，同時可對相應的參數進行設置，如壓縮編碼算法、圖像尺寸大小、圖像幀數、聲音編碼算法等等。

5.2 windows Media services（發布）

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上的發布。發布的模式有二種: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，以實現實況發布、實時監督等功能，不論哪種發布模式。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能用于多種網絡環境，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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