流媒体直播系统十篇
时间：2023-04-04 09:37:22
流媒体直播系统篇1
关键词：流媒体；超级节点；P2P技术
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1672-7800（2012）012-0137-02
0引言
伴随着互联网产业的飞速发展和新技术的不断创新，网络流媒体应用在人们的生活中也日益普及，成为人们生活、学习、工作和娱乐不可分割的部分，如：网络电视、直播节目、在线视频游戏以及远程教育等等，而这些应用的共同特点就是需要流媒体技术的支持。近年来，人们逐渐把P2P技术应用到流媒体传输中，从而形成P2P流媒体技术。该技术可以突破传统C/S模式的局限，能更好地实现流媒体系统稳定、迅速和高清晰等特点，从而可以为用户提供更高质量的流媒体服务。
针对对等网中超节点的选择大都根据节点的物理性能而没有考虑到网络中节点“搭便车”的现象，本文研究设计了一种新的P2P流媒体直播系统。为了有效进行超节点的选取与组织，在综合考虑节点的服务能力与自愿性的基础上，选取那些处理信息能力强又积极参与贡献资源的节点作为超级节点。为了维护网络的稳定性，本文还提出了备用超级节点机制。
1P2P技术
P2P即Peer-to-Peer，称为对等连接或对等网络，网络中的节点既是资源的享用者又是资源的提供者。因此 P2P模式与C/S模式的主要不同点在于节点与节点在通信的过程中，可以忽略服务器的角色，完成一种直接通信来实现网络中资源的共享。
与C/S结构相对比，P2P的优势体现在非中心化、可扩展性、健壮性、高性能/价格比、隐私保护和负载均衡这几个方面，如图1所示。
目前P2P应用吸引力远远超过简单的只读网络（Web）
方式，由于其技术和应用的特点，P2P成为互联网的杀手级应用，主要应用有：①即时通信，典型的应用：QQ、Yahoo Messenger、MSN等；②文件交换，如： BitTorrent、eDonkey、Napster、等；③流媒体应用，典型的代表： PPLive、PPStream、Gridcast等；④基于P2P方式的协同工作，P2P技术可以帮助企业建立自己的虚拟网，例如JXTA、Magi、Groove等；⑤更有力的搜索引擎，典型的应用：Google已宣称将使用P2P来改进它的搜索工具。
2P2P流媒体直播技术
2.1P2P流媒体技术
P2P流媒体技术是P2P技术与流媒体技术的结合，P2P流媒体直播是指在基于P2P技术构建的有同步时序要求的流媒体网络。
P2P流媒体直播服务，基本上都采用应用层组播技术。系统中的所有节点组成应用层覆盖网，并利用节点的能力实现流媒体数据分发功能。按照应用层覆盖网中结点的组织方式，P2P流媒体直播技术分为3类：树型、网型和数据驱动型。
2.2P2P直播的特点
P2P直播有如下特点：
（1）P2P直播在理论上对用户数量没有限制。在线用户越多，网络越顺畅。
（2）P2P直播不同于VOD点播，用户不可以选择播放的内容，只能按时间点来观看节目。因此P2P在直播形式上更像网络电视，用户可以在频道之间进行选择。
（3）P2P直播有延时。由于需要建立缓冲来进行P2P交换，会带来大约半分钟左右的延时。在节目开始播放前也需要几十秒的下载缓冲时间。
3超级节点与备用节点选取机制
在基于P2P技术的流媒体直播系统的整个体系结构中，对等网中所选取的超级节点的性能会对该系统的服务质量产生一定的影响。如果所选择的超级节点不合适反而会取得适得其反的效果，导致降低整个直播系统的服务质量，因此，我们将在对等网中采用新的超节点选取算法和组织结构以提高系统的性能。
3.1超级节点覆盖网拓扑结构
在P2P网络中，采用一种层次化的节点网络拓扑结构，由基于层次化的节点自治域（简称“AD”）组成。AD中由有限个子节点子自治域组成（简称“ASD”），详细结构如图2所示。
图2节点子自治域网络
图2所示为一个4*4的节点自治子区域分布图，在节点子自治域中每个节点首先通过判断其它节点的坐标信息V（i，j），然后只能与自己的行坐标或者列坐标相同的节点直接连接进行通信。因此对于一个L*L的子自治域图，每个节点有2（L-1）个邻居节点，称之为NP节点。如果一个节点要与其它非邻居节点进行通信，则只能通过其NP节点或者其超级节点间接进行消息转发。
3.2超级节点的选取机制
3.2.1超级节点的定义
在P2P网络中，每个用户都是一个节点，数据传输通过节点进行。为了保证数据传输质量，P2P网络会自动分析每个节点的硬件资源，选取那些高带宽而且本身处理能力强的节点作为超级节点，其它未被选用的作为普通节点。
3.2.2超级节点的选择
在P2P网络中，为了有效地进行超级节点的选取，本文在综合考虑节点的服务能力与自愿性的基础上，选取那些处理信息能力强又积极参与贡献资源的节点作为超级节点。
此外，判断一个节点是否适合做超级节点，不光是要考虑节点当前的处理信息的能力，还要判断节点的贡献度，即该节点的在线时长或者主动上传文件数或者间接成功转发的请求消息数等等因素。从概率上讲，在线时间越短的节点越容易失效，时间越长失效的可能性就越低，而且随着节点在线时长的增加，节点在单位时间内离开或者发生故障的概率越低。因此，对于节点单位时间内的贡献度给出如下定义：Contribution=Fs+FnT（1）其中Fs 表示在时间T内节点成功上传的文件数，Fn表示节点成功转发的消息数，即间接为系统做出的奉献，T表示系统运行的时间周期。
当系统运行到了一定的周期需要选择超级节点时，服务器就首先判断节点的荣誉度以及在线时长等因素，选取那些有可能成为超级节点的节点并计算它们的整体效用Utility值，并将这些值按照从大到小的顺序进行比较，选取拥有最大Utility值的节点作为超级节点，次大的作为备用超级节点。
3.3备用超级节点选择机制
在P2P流媒体直播系统中，如果超级节点选取不当会大大降低系统性能。同时也为了维护系统的稳定性，我们提出了备用超级节点选取机制。
当超级节点不稳定或发生故障时，它所管辖的子自治域ASD中对应的普通节点就不能再与其它的超级节点通信，消息不能够被转发，为了解决这个问题，提出了一种备用超级节点的方法，备用超级节点的选择思路是：
在基于超级节点的P2P网络中，超级节点负责维护其所管理的ASD内普通节点列表的信息，包括节点IP和文件资源列表等，同时超级节点也将自己维护的信息表转发给它的备用超级节点。这样，当超级节点失效的时候，备用超级节点就可以代替原来的超级节点为请求服务的节点继续提供服务，不会造成太大的网络延时。虽然这样加大了维护的成本，但是在节点失效的时候，可以在比较短的时间内收敛。
3.4节点的管理与通信
节点管理的一个首要任务就是对网络中相互交互的节点进行统一的管理和协调，从而有效地减少流媒体数据传输的负载压力和传输延迟。因此在P2P流媒体直播系统中如何有效地进行节点的组织管理是一个关键问题，主要包括节点标识的生成、节点的加入、节点的退出以及节点间的通信等。
在节点自治域中，每个节点都只能与其连接节点进行通信。当某一个节点C向系统请求资源，如果其邻居节点中有节点C所请求的资源，则两者直接进行通信；反之，如果没有，则只能通过其邻居节点或者超级节点间接地为其转发请求信息，直到找到节点C所需的资源为止。图3描述了本域内两个节点之间进行通信过程的用例图。
4结语
近年来，人们逐渐把P2P技术应用到流媒体直播领域，从而为用户提供更高质量的流媒体服务。本文在研究P2P流媒体直播系统的基础上，充分利用了超级节点的特性，使超级节点有效地参与到网络结构的管理中来。
尽管当前基于P2P技术的流媒体系统仍然面临着很多问题，如系统中网络节点的不稳定性、节点的“搭便车”现象等等，但不可否认，虽然存在这些问题，其还是给流媒体技术领域带来了一次新的革命。相信随着P2P技术的不断发展创新，P2P流媒体的研究必将发展得更加成熟和完善，并将在更多领域得到广泛的应用。
参考文献：
[1]管磊.P2P技术揭秘—P2P网络技术原理与典型系统开发[M].北京：清华大学出版社，2011.
[2]彭凯，武娟，杨总凯，等.基于P2P的流媒体直播技术研究与展望[J].计算机科学，2009（1）.
[3]STEINMETZ R， WEHRLE K. Peer-to-peer systems and applications[C]. Lecture Notes in Computer Science， LNC S 3485， Springer，2005.
[4]韩俊伟，王少锋.基于P2P的流媒体直播系统研究与设计[J].计算机应用研究，2005（6）.（责任编辑：杜能钢）
Research of Live Broadcast Based on P2P
流媒体直播系统篇2
关键词：流媒体；在线直播；开放式课程；教学方式；创新能力
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 02-0000-02
Innovative Curriculum Applications Based on Streaming Media Live Online
Bi Ye1,2,Zhou Zhengxin2,Han Xiuling1
(1.Information Science and Technology of Donghua University,Shanghai201620,China;2.Shanghai Second Polytechnic University Experiment Center,Shanghai201209,China)
Abstract:With the development of streaming media technology and network technology,network-based streaming media technology courses began to enter teaching.Teachers how to use modern multimedia teaching network organization?Students how to take the initiative to adapt to this new teaching methods?This is a hot topic in higher education institutions of the curriculum reform.The paper combines network technology and streaming media technology,elaborated based on the concept of live online streaming media,streaming live online teaching system to build strategy and implementation plan.Practice has proved that the streaming media technology in the implementation of OCW education and innovation and a series of activities of college students in the successful use,both to improve student participation,but also conducive to training students the ability to innovate and improve the quality of teaching.This teaching method based on network platform is gaining attention and welcome teachers and students.
Keywords:Streaming media;Live online;OCW;Teaching methods;Innovation capability
利用流媒体技术和网络技术来实现在线直播的多媒体课程教学，有利于师生运用网络这个现代化工具更好地组织教学。针对学校网络构架和学生在线学习的课程情况，构建了基于流媒体技术的在线直播系统。探讨了流媒体技术在线直播教学系统的构建技术、系统特点，对该系统在高校创新教育教学体系中的应用做了探索与实践。在线直播教学模式不仅仅可以拓宽学生与受众的教育面，也是面向当今知识经济时代人们进行终身学习模式的重要载体。
一、流媒体技术概述
流媒体是从英语Streaming Media翻译过来，流媒体是一种使音频、视频和其他多媒体元素在Internet及无线网络上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式支持采用流式传输及播放的媒体格式。流式传输方式是将视频和音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容[1]。
这种媒体播放方式，用户只需要在观看前等上几秒或几十秒生成这个缓冲数据即可开始观看视频。与单纯的下载方式相比，这种多媒体文件一边下载一边播放的流媒体传输方式不仅使启动延时大幅缩短，而且也大大降低了对系统存储容量的要求[2]。
二、原理
流媒体的工作流程如图1所示：
图1 工作原理
Fig.1 Principle of Work
先建立网络TCP连接，通过Web浏览器和Web服务器，提交HTTP消息请求，要传送多媒体文件。Web服务器收到请求后，定位媒体服务器的文件系统。定位成功后，服务器向浏览器发送响应消息，把目标多媒体文件的详细信息返回。Web浏览器接收到HTTP响应消息之后，检查该类型和内容，如果请求被Web服务器批准，则把相应的信息传给该媒体播放器。通过媒体播放器与媒体服务器直接建立的TCP连接，向服务器请求文件的发送。在传输协议（如实时流协议RTSP），媒体服务器把指定的多媒体数据以媒体流形式传送到媒体播放器的缓冲池中，完成流式传播[3]。
三、视频系统设计
上海第二工业大学在线直播系统建在实验实训中心的创新实验室，（如图2所示）
图2 基于流媒体在线直播的系统框架
Fig.2 the Framework of Based on Live Broadcasting Streaming Media System
在线教学演播系统采用了iCAM摄像系统和iTalk电子发言系统。iCAM摄像系统分为三个部分：iCAM-I自动跟踪摄像系统、iCAM-II电子定位摄像系统、iTalk电子发言系统。生动的课堂情景可以完全记录下来，自动记录交互式的课堂教学情景，同样方便了后期的教学课件制作。使教学双方的注意力集中，从而极大地提高了在线远程教学的效果。
通过A/V采集压缩设备整合视频和音频，把整合后的数据通过网络上传到流媒体服务器，流媒体服务器通过网络的方式向客户端在线直播的视频和音频。
使用现有的网络技术，流媒体技术可以把现场直播的教学内容传输给接收方，学生和教师在有网络接入点都可以在线实时收看到现场的直播教学。
四、在“创新教育”系列课程中的应用
（一）创新实验室构建
2006年学校把“大学生创新实践”系列课程列入了学校的重点建设项目，改造原来的专业实验室，形成了学生自主设计、自主管理、全天候开放的创新实验室。开放型创新实验室是一个集创新教育与创新实践为一体的公共基地，具有良好的布局设计、创新环境和先进的设备。该开放型创新实验室以建设全校性的公共创新实践平台为出发点，尽力体现其先进性、多样性、实用性以及在全校范围内的高度共享性[4]。
在创新实验室中引入在线直播的教学模式更加有利于日常教学工作的开展，网络教学的开展有利于学生的创新能力和信息能力的培养，使学生素质结构更为科学合理。
在线直播模式的教学突破了传统的具有“围墙”大学的理念，在线多媒体网络教学特别是远程流媒体网络教学模式的实施，将彻底改变“学校”的概念，使学校成为开放、虚拟、社会化的单位，这不仅有利于创新高校的教育模式，而且为成人继续教育和全民终身教育创造了有利条件。
（二）在线直播模式的运用
在线直播教学模式的特点：
1.教学资源的收集：通过iCAM摄像系统记录课堂实况，iTalk记录课堂问答实况。
2.教学资源的应用：将优质的教学资源应用于远程教学、教研等领域，为学生的课后复习、补习提供了最丰富的资源。
3.对课堂实况(图像、声音、白板、视频)等教学资源记录、整理，自动记录课堂中交互式的教学情景，对于教学课件制作和后期编辑制作，节省了大量的工作量。
为了更好地激发学生创新思维，鼓励学生投入创新实践活动，创新实验室每年组织各类创新活动和创新竞赛，包括创新报告讲座、创新论坛、创新设计、创新制作竞赛和创意设计大赛等，每年有近千位学生参与了相关的创新活动。参与者从这些创新系列活动和创新竞赛中收获了大量的创新成果[4]，取得了良好的教学和宣传效果。
五、结束语
本文构建了一种流媒体在线直播教学系统，客户端不需要下载以及安装任何插件和程序，只要打开Windows自带程序，用户就可以在任何有无线或有线上网环境的地方随时收看在线多媒体音视频图像直播，这是对原来传统的只能在教室进行授课的教学模式的拓展和补充。该系统自2007年投入使用以来，已经成为我校“创新系列课程”的重要教学手段，已经先后完成了创新系列活动在线直播、创新活动讲座、大学生科技节等大型活动的直播。此外，本系统还可用于在线远程教学的直播，是一种新颖实用的创新教学模式。
参考文献：
流媒体直播系统篇3
1视频直播间的设计思路
做视频直播间的方案设计时，主要基于以下几点来考虑：（1）直播间的选址新大楼共建设了六个广播直播间，考虑到拍摄效果，所以在房间的选择上，我们选择了一个较为方正，同时也是面积最大的一个房间，尺寸是7.3m×7.1m×3.1m（长×宽×高）。但后期证明，这个房间还是有点小，在拍摄全景时，效果不是十分理想。（2）设备选择因为是电台直播间用于网络直播，视频效果不需要像电视一样要求那么高，节目直播的频率也没有像电视直播那么频繁，所以在设备的选型上我们本着设备安全稳定、系统简洁实用的原则来选择制播系统。灯光配置上，由于在设定方案前，直播间的声学装修已完成，为不破坏原有的声学环境，我们采用了不安装灯光支架的方案，选用可移动灯光组。在直播间背景环境装修的考虑上，鉴于广播节目的多样性以及来直播间做节目嘉宾的不固定性，所以考虑在嘉宾区一侧设置虚拟背景，实现虚拟场景效果。（3）视频部分设计直播间内按照3机位设置，分别是主持人、嘉宾以及全景机位，应具备电视台小型演播室的基本功能，具有完备的制作和播出能力。直播间的视频信号输出可以是SDI信号输出到广播总控系统，也可以是流媒体格式直接到流媒体服务器，实现网络直播。（4）视频直播流程图该系统结构图如图1所示，直播间三个机位采集视频信号以及直播间调音台经延时器后的音频信号一同输入到现场制播系统，制播系统输出流媒体信号到本台门户网站的流媒体服务器，经格式转换后再输出到媒体服务器，完成视频直播。同时切换台还可以输出SDI信号到广播总控视频矩阵，用于视频信号的调度。
2直播间主要设备配置
视频直播间的主要设备有SONYPMW-EX1R高清摄像机、NewTeKTricasterTCXD300高清便携式现场制播系统、NewTeKLC11切换面板、NewTeKLivetext字幕制作系统、抠像布和架、SONY55寸LED监视电视机等。3.1灯光电台现有的演播室由于受面积限制，特别是经办节目的形式种类与电视台还是有很大区别，因此，电台演播室的灯光没有必要像电视台演播室的灯光那样面面俱到。我台视频直播间长宽高分别为7.3m、7.1m和3.1m，由于空间尺寸有限，同时也为了不破坏声学装修的环境，在灯光上我们用了最简单的方案：在直播间原有照明及装饰灯光的基础上，另外配置了3套背景灯及3套面光灯。背景灯采用的是骏佳48×3LED背景灯，色温3200K，每套灯采用48颗3W进口灯珠，角度10、具有dmx-512信号控制，用以打匀打亮虚拟背景；面光灯采用的是IANIROGULLIVER30的卤素灯套装，每盏灯功率300W，用以补充人物面光。这两组灯均可随意移动，在外场有活动时，也可以携带出去，非常方便。3.2制播系统在制播系统的选择上，我们采用了TriCasterTCXD300高清便携式现场制播系统，该系统具有全功能制作和流媒体实时功能。它是集采集、直播、录制和编辑于一体的采播录编一体机，应用宽带网络视音频直播、存储及管理系统。由广播级流媒体采集系统、编码系统、流媒体分配服务、权限管理服务、存储服务、视频特技切换、调音混音、六画面监视屏、实时字幕输入键盘等组成。可同时提供组播、单播等多种模式播发机制，满足各种网络的应用。当时在设备选型上选择该系统出于四点考虑：一是该系统高度集成，集视频切换、特技专场、字幕添加、流媒体等功能于一身，省去了复杂的连线，避免了各个设备间的数据延迟现象；二是节省时间和劳动力，该系统无需很多操作人员，只要1~2人即可，直播的同时同步录制，便于资料保存和后期处理；三是集成虚拟演播室功能，相对于以往虚拟演播室的高昂价格，该系统降低了不少总体成本；四是外出直播方便，该系统设备少、体积小、携带方便，很好的迎合了电台外场活动比较多的特点。
3网络系统
由于本台门户网站的媒体服务器采用的是Linux系统，不支持TCX300制播系统输出的mms协议的流媒体格式，所以，在把视频信号送到媒体服务器前，需要对流媒体文件进行二次转码，这里采用的是VLC软件。流程图如图2所示。在这里，笔者还试验了另外一种方式，也可实现网络视频直播。由于TCX300制播系统输出的是mms协议的流媒体，由Windows自带的mediaplayer播放器就能播放，所以只要给制播系统分配一个独立的公网IP，该系统就是一个流媒体服务器。在门户网站的网页里插入一段调用mediaplayer播放器的代码，再加制播系统的IP地址，听众在网页上就能看到视频直播了。流程图如图3所示。但考虑到本台自身特点，为了方便统一管理，还是采取了图2的方式。
4使用情况及几点建议
流媒体直播系统篇4
关键词：对等网络；非结构化P2P；分布式；应用层组播；视频直播
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2012）010-0103-03
作者简介：陈敏慎（1984-），男，上海交通大学硕士研究生，研究方向为计算机技术。
0引言
流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。在采用流式传输方式的媒体系统中，用户不必像非流式播放那样必须等到整个媒体文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、音视频等流式多媒体文件进行解压，随后即可进行播放和观看，而媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式具有启动延时大幅度地缩短、对系统缓存容量的需求大大降低等优点。由于SSAMP系统的设计目标是实现基于P2P的视频直播，为了在具有高度动态性和异构性的P2P覆盖网络上实现高质量的媒体服务，需要采用专门的网络控制协议和数据传输机制。将P2P网络和流媒体技术进行结合，在研究现行模型和技术的基础上，构架了一个基于P2P的视频直播系统，并对相关问题进行了深入研究。
1视频直播架构
SSAMP系统的整体结构可描述如图1，其中主要由3类实体组成，现在分别简单介绍如下：
（1）媒体服务器（MediaServer）。它是视频流媒体节目的提供者，同时也是覆盖网络的广播源，主要实现视频数据的预处理，其中又包括编码器（Encoder）和拆分器（Splitter）两个部件。
（2）节目列表服务器（Broker）。覆盖网络通过节目列表服务器以Web的形式向用户节点提供当前网络中正在播放的节目列表。
（3）节点（Peer）。是覆盖网络中的端系统。节点主要实现视频流数据的接收，并在本地进行缓存和播放；同时节点也充当数据转发者，将接收到的视频流数据及时转发给下层子节点，充分体现了对等网络数据共享的精神。
SSAMP系统的工作流程：首先，媒体服务器（MediaServer）对原始媒体文件进行编码，形成流格式，随后对其进行分块切割，把媒体数据分割成时间长度相同的多个连续的片断（Segment）；与此同时，在媒体服务器（MediaServer）建立节目的时候向节目列表服务器进行注册，将自己的节目信息和本机地址传送给节目列表服务器；在随后节点加入系统的过程中，首先与节目列表服务器进行信息交互，获得实时的节目列表和相应的媒体服务器地址，待节点用户选择节目后，根据前一章介绍的SSAMP系统加入算法加入覆盖多播网络，开始接收视频数据，并将缓存的数据实时转发给跟自己直接连接的孩子节点。
2视频直播软件结构
在SSAMP系统中，实现了一棵单源组播树，我们采取两种数据传输驱动方式Push和Pull相结合的办法传输视频流数据，并且对应于两种数据驱动方法分别提出了基本流和补丁流的概念。同时，需要在数据接收方通过缓冲区对接收到的视频数据进行缓存和转发，并最终在端系统实现视频流的回放。
媒体服务器把经过预处理解析的视频流数据传输给其直接子节点，然后这些节点再将视频流数据转发给它们的子节点。依次类推，直到视频流数据传输到系统的所有节点。其中，视频直播服务的软件结构分成两个部分：媒体服务器软件和节点软件。
媒体服务器是视频流媒体节目的提供者，也是覆盖网络的广播源，主要功能是实现从媒体文件中读取原始数据，经过解析和预处理后将视频流数据按时间长度进行分块并对其进行编号，将实现分块后的数据在缓冲区中进行缓存，并根据一定的调度策略向子节点发送。媒体服务器软件实现包括图2所示的几个功能模块。
在以上的功能模块中，数据源预处理是媒体服务器软件的核心，它实现了原始媒体文件的流式化并将流媒体数据分割成时间长度相同的多个连续的片断，有利于多个节点间交换数据，这是对等网络技术相对于传统流媒体技术最大的优势。
节点软件是P2P覆盖网络中运行在各个作为系统普通节点的端系统上的软件，它主要负责从父节点接收媒体数据，在本地重组并回放，同时把媒体数据实时向它的直接子节点进行转发。节点软件包括图3所示的功能模块。
节点软件是实现视频流回放和转发的主要部件，其中Buffer管理是节点软件的核心。为实现高效的数据缓存和转发，在将数据块在缓冲区Buffer中进行缓存的同时，系统维护了一张缓存映射表来实时反映Buffer中每一个缓存段的信息；此外，调度程序根据BufferMap中的数据变化选择Buffer中相应的数据块进行请求重发。
3关键技术和算法
3.1Buffer管理
由于节点的不稳定性和网络的动态特性，网络连接是一个不稳定的状态，有可能会在某个上层节点退出或断开时失效；此外，由于新节点的加入或网络的拥塞和中断，视频流数据的传输可能会出现短时间内的中断。因此，覆盖网络中的任何一个节点都必须具有一定的缓存能力来缓存部分视频流数据，以便在多播树进行路由恢复的过程中，保证视频流播放的连续性。
当节点根据加入算法正确加入到覆盖网络中，首先获取父节点当前时刻Buffer内缓存的视频流数据的起始编号Index来更新自身的Index；而后便开始接收父节点以基本流的形式向它发送的视频流数据；接收到的数据基于Index的指示被缓存到Buffer中相应的位置，同时，需要实时修改缓存映射表BufferMap。这里，BufferMap的位数即为节点缓冲区Buffer的长度，其中每一位和Buffer中的数据块相对应。可以将整个BufferMap视作一个随时间变化的滑动窗口，并且在该窗口滑动的时候也需要实时地更新Index。图4是一个有6个数据块的缓存映射示意图。
需要注意的是，缓冲区Buffer内的数据达到一定门限值后才开始向播放器或下层子节点提供服务。子节点接收到视频流数据后也执行相同的缓存映射策略和转发，依次类推，直到所有的节点都接收到父节点发来的视频流数据。
数据块调试算法（Scheduler）：实时性是视频直播系统最显著的特点，为满足这一要求，每一个数据块必须在其播放时间限制前到达。最理想的情况是在视频流开始播放到视频播放结束的时间T内，由媒体服务器发出的连续数据块在各层子节点间按照严格的发送顺序依次接收并转发。但这种假设在实际的网络环境中是无法实现的，因为，每个数据块由多个UDP分组来承载发送，这些UDP分组可能选择不同的路由，加之网络拥塞和中断对系统的影响，导致下层节点接收视频流数据顺序的随机性。
为充分利用对等网络各个节点间传输数据的特点，同时，也确保视频流数据播放的流畅性，将BufferMap分成优先级不同的两个部分：前面的若干块缓冲段采取顺序下载的管理策略；后面的缓冲段则执行随机插入的方式。图5描述了体现这一设计思路的调度算法。
接收端节点按照接收基本流数据的实际顺序，将视频流媒体数据块进行缓存并写入与BufferMap随机插入区编号相对应的Buffer区域内。随着BufferMap的滑动，当任意一个数据块滑入顺序下载区且BufferMap对应位仍为0（即该数据块在接收端尚未完全重现），则接收端立即解析该数据块的完整性并根据差错控制的判断请求上层节点进行重传。
系统中各个节点运行的数据块调度算法都是一致的，唯一的一个例外是媒体服务器节点。因为它仅作为数据发送者，而无需执行数据接收的操作。这里我们假设作为广播源的媒体服务器拥有覆盖网络内所有节点所需的有效数据块，即媒体服务器不会被来自覆盖网络节点的重传查询请求所淹没。
3.2差错控制与恢复
在SSAMP系统的视频直播服务中，如果数据的单程传输时间小于最大的延迟，那么限制延迟重发是差错控制的一个可行选择，可以保证请求重发的数据在其播放时间限制前到达。
在实现的具体过程中，有3种限制延迟的重发控制机制，分别是基于数据接收方的、基于数据发送方的和基于两者混合的控制。由于SSAMP系统中视频直播服务的视频流数据是单向传输的，通信链路载荷是非对称的，所以由接收方向发送方发送的反馈信息丢失的可能性较小，因此选择了基于接收方控制的限制延迟重发机制。这一控制机制的实现目标是使那些不能按时到达并显示的重发请求最少。
4性能测试
4.1静态模型
图6表示在静态模型下，当节点总数在中等规模（n=200），缓冲区Buffer内可容纳60s的视频数据（BufferSize=60）的情况下，视频流传输速率r（kbps）与数据传输质量的关系图。与之相比较的是同等规模下邻居节点数M=5，BufferSize=120的CoolStreaming系统。从图6中可以看出，随着视频流传输速率r的提高，SSAMP系统数据传输质量有所下降，但较之CoolStreaming系统仍有所改进，保持在用户可以接受的范围内。这是由于SSAMP系统采取了划域分别管理的Buffer管理策略，较之CoolStreaming系统更加灵活，在保证数据传输质量的前提下有效地减小了Buffer的大小。
4.2动态模型
图7表示在不同的系统规模下，节点ON/OFF事件发生周期t和节点视频数据传输质量的关系图。从图7中可以看出，节点的动态性对视频流在端系统的回放有比较明显的影响。ON/OFF事件发生的频率越大，即节点越不稳定，视频数据传输质量越差。但由于SSAMP协议内在的恢复机制，数据传输质量虽然有所下降，但仍然保持在一个用户可以接受的范围之内。
数据传输质量关系数据传输质量关系
图8给出了在不同的系统节点规模下（BufferSize=60），不同的节点故障率（用P表示）对SSAMP系统的数据传输质量造成的影响，以此来衡量系统的容错能力。与之相比较的是同等节点规模下邻居节点数M=5，BufferSize=120的CoolStreaming系统。
从图8中可以看出，无论在任何一种系统规模下，随着节点故障率的增加数据传输质量都有不同程度的下降，但是SSAMP的性能较CoolStreaming优越，尤其是当节点故障率较高的情况下。这主要是因为在SSAMP系统中的数据分发多播树采用了较简单的分裂路由恢复算法，并且当节点故障发生在叶节点，对系统无明显影响。然而，CoolStreaming系统采取了数据驱动的恢复策略（每一个节点需要与一组伙伴周期性地交换数据可用性信息，并且每一块缺失数据都要从一个或多个伙伴那里查询、接收）。因此，在节点故障率较高的情况下，数据可用性信息的实时交换难以顺利进行，从而造成对服务质量的较大影响。由此可见，SSAMP系统具有较好的系统容错能力。
5结语
基于P2P技术的流媒体传输系统是对等网络研究领域中一个很有意义的课题，对于促进对等网络系统的可持续发展起到推进的作用，已经引起了国内外学者的重视和兴趣。随着更多的学者加入对于该课题的研究，相信会有更多的成果出现。
参考文献：
[1]方奕，张卫.一个单源的应用层组播协议的设计和实现[J].计算机应用，2005（2）.
流媒体直播系统篇5
关键词： 多媒体；网络；直播；视频；导播系统
中图分类号： TP 3文章编号：1009-783X（2013）02-0190-03文献标志码： A
随着基础网络的建设，网络带宽逐步增加，多媒体信息在网络上的传输变得更加快捷，高清视频通过网络播放变得更加流畅，可以满足观看的需要，尤其是在校园网环境内，完全可以满足标清格式的播放与接收。
1校园网络与多媒体设施现状及网络直播需求
1.1校园网络及多媒体设施现状
首都体育学院通过多年的建设，相继建成了多媒体教室、多功能会议室、多媒体报告厅、演播厅、资源平台（VOD），以及多媒体前端系统等各类媒体设置。资源平台（VOD）主要为师生提供教学资料、学习资料、党建宣传、影视资料和电视直播等功能。多媒体系统由2块室外全彩屏、若干室内单色屏及多块等离子显示屏组成，用来播放各类新闻、通知和视频，学校的各类显示屏分布在不同的区域，覆盖了主要办公区域、场馆及学生宿舍区域，如图1所示。
校园网络覆盖全院办公区、教学区、场馆区及学生宿舍区，网络主干为1 000 M，完全可以满足视频传输的需要。随着较低码率、高清画质等特性的720P、1 080I、1 080P、高清百万像素网络摄像机的大规模普及，也解决了传统模拟视频采集系统清晰度不足的尴尬局面[1]。
1.2大型赛事活动、教学、科研全方位网络直播的需求
首都体育学院主要办学任务是为全国培养体育教育、运动训练及体育管理等多种高层次专门人才。每年除了大量的教学工作外，还要举办体育赛事、开学典礼、表彰大会、公开课、科学报告会、学术讲座及文艺演出等一系列活动。为了使全院广大师生员工能够在第一时间直观地了解活动的情况，及时进行观摩学习，解决场地限制人员数量的问题，利用已有条件，建立一套完整的网络多媒体导播系统，开展全院范围的网络现场直播，进行大范围的实时信息交流，成为学校重要的教育信息化建设需求。
在实际活动中，首都体育学院的视频采集地点常常分散在校园各个位置，如采用传统的直播方式与手段，无法将现场摄像机采集到的信号通过线缆传输到全部显示设备上，管理员也无法通过传统的视频切换系统，在多媒体系统播放要显示的内容，这给管理员造成了使用和管理上的不便，也不能满足学校对各种活动在多媒体系统直播的要求。
所以，要将体育比赛、学术报告、文艺演出、教学、科研、招生等各类活动及时地呈现在广大师生面前，就必须利用学校现有的网络条件将摄像、传输、编辑、切换、播放等功能进行高质量集成管理，管理员在后端控制平台上完成整个直播工作，不仅可以实现直播功能的要求，还大大提高了工作效率。
2网络多媒体导播系统的设计与构建
2.1网络多媒体导播系统的设计目标及要求
首都体育学院多媒体导播系统的构建目标是：1）将各种前端视频采集设备与多媒体系统相结合，将校园内各视频采集地点的现场画面，通过网络传输到任意显示终端上。2）与校园VOD系统结合进行节目录制和现场的网上直播。3）实现视频显示、视频编辑、视频切换等功能。该系统的设计要求如下。
1）系统性能优异。支持目前先进的编解码算法，支持QOS，并且方案设计要考虑到整个系统的QOS、拥塞控制、流量控制等问题，从而保证整个多媒体导播系统图像、语音清晰流畅。
2）系统管理功能全面。全面实用的系统管理解决方案，以实现赛场点管理、后台管理、控制、诊断、监测和日志管理等系统管理功能，通过这些管理手段保证多媒体导播系统的稳定运行。
3）系统扩展灵活。系统可以接入任意的前端数字、模拟信号的视频采集设备，不必更改网络配置。
4）系统安全保密。整个视频系统分为系统配置管理、业务管理、终端密码授权等多级安全体系，并且核心设备的系统配置与管理应支持物理的隔离。
5）系统稳定可靠。以上是首都体育学院多媒体导播系统的设计目标，为了实现上述目标，对多媒体导播系统的设计提出了高稳定、高质量、易操作、易管理等多项要求[2]。
2.2网络多媒体导播系统对网络的要求
多媒体导播系统的视频传输是实时性要求较高的网络应用，这就要求作为其基础的承载网络有较高的带宽和对网络中的业务流量有较高的控制能力。多媒体导播系统对网络的带宽需求为：视频带宽+IP包头开销。常用的计算方法为：视频带宽2M×1.4=2.8 M为网络带宽的最大需求，如能满足视频带宽2M×1.6=3.2 M则能更好地保证视频效果。管理中心（连接其他N个分部会场）的网络带宽要为其他N个分部会场的网络带宽之和。
本系统建立在专用网上，多媒体导播系统的通用时延小于200 ms。由于音频、视频的传输为实时的交互，因此，网络的时延抖动更为至关重要，我们的要求范围为时延小于50 ms。网络上的丟包率不应该高于1%，在超过1%以后要求系统必须自身具备丢包恢复机制，以保障视音频的正常功能[3]。
2.3网络多媒体导播系统的构建
首都体育学院现有的网络都已开通，并能提供足够的网络带宽。系统的建设方案以ITU-T H.323为标准进行规化和设计。系统的会场数量发生变化时，在现有系统核心设备的容量范围内，可以方便地增加接入点数。
系统由前端监控资源采集、视频传输、管理后端及多媒体系统等几部分组成。整个系统采用全网络数字视频架构，前端都采用高清网络摄像机或普通高清摄像机进行视频采集，通过摄像机的网络端口（或网络视频编码器）直接通过网络传输高清视频信号到管理后端进行集中存储和管理。传输主干网采用光纤千兆局域网，管理后端通过集中管理平台来完成整个视频监控系统的集中预览、控制、管理、存储，以及视频分发等功能，实现高清数字视频监控系统集中管理。
根据首都体育学院的网络状况及多媒体设施的分布位置，首都体育学院多媒体导播系统拓扑结构如图2所示。
系统前端监控资源的采集主要是指现场视频信息的采集。本系统中，前端监控设备由网络数字摄像机、网络视频编码器组成，在没有有线网络的地方可以通过无线网络的覆盖实现视频信号的传输。我们选用基于标准的H.264 算法、 百万像素网络摄像机来采集前端视频，摄像机预览和回放的图像线数也达到了700 TVL（请确认与高清分辨率的关系）广播级图像画质，而且动态视频为全实时30帧/s。安装在前端的高清摄像机把图像信号采集后直接压缩转换为网络信号，通过网络传输至管理中心，管理人员对采集的信号进行编辑，经过流媒体转发服务器进入海量存储系统进行视频存储和网络广播，一路通过VOD系统送至收看终端，同时在电视墙显示系统进行监控浏览，如图3所示。
播出单路或多路视频的切换工作由多媒体导播系统的网络视频矩阵完成，实现以下功能。
1）浏览和控制。用户登陆验证服务器，获取授权给该登陆用户的网络摄像机浏览和控制权限，在获取的列表里面，任意调用网络摄像机到任意的窗口进行浏览和控制，画面可以自由组合与调节。
2）轮巡监视。系统支持自定义分组的多路视频图像在某一个窗口切换，也可以在电视墙的某一个窗口调用。
3）组切。矩阵服务器支持每4画面或者8画面（更高配置的矩阵服务器）为一组，分成多组进行组切换。
4）电视墙输出。系统支持矩阵服务器和大屏幕液晶电视连接，这样在浏览高清视频时比传统的监视器输出显示更清晰。
3网络多媒体导播系统的应用
首都体育学院网络多媒体导播系统通过前端的视频信息采集系统、后端管理系统的协同工作，很好地实现了数据的采集、传输、编辑、管理及播放过程。
例如，首都体育学院在2011年全校运动会中首次进行了全方位的现场直播报道。运动会包括开闭幕式、田径、游泳、篮球、排球、羽毛球、武术、健美操、体育舞蹈及教职工趣味比赛等内容，场馆分布遍及全校。我们利用学校的网络资源，通过多媒体导播系统将各个场馆的比赛画面传到后台控制中心，后台管理人员实时监控各场馆情况，可以根据现场情况在后台控制前端的网络摄像机，捕捉现场的精彩瞬间，根据需要及时切换到精彩比赛的画面，同时将画面传到田径场（主会场）LED显示屏，学校的资源平台（VOD）系统进行网络直播，遍布全校的各种显示屏上，这样，首都体育学院的师生无论在比赛现场，还是在学校的任意建筑物内，都可以方便、及时地了解运动会的进展情况及比赛结果。
4结束语
首都体育学院网络多媒体导播系统利用现有网络及多媒体条件，通过成熟可靠的技术，搭建了一个性能可靠、技术先进、系统开放的视频网络系统，承担并圆满完成了多次重大活动，证明了该系统的稳定与可靠。当然，该系统还存在一些有待解决的问题，比如：有线网络的覆盖毕竟有其局限性，无法做到真正的无缝衔接；而无线网络的稳定性尚不能完全满足高清视频传输的需要，这个问题随着无线网络技术的发展将会逐步得到解决。
参考文献：
[1]冉峡.高清摄像中几个不容忽视的技术问题[J].科技传播，2012（上）：4-6.
流媒体直播系统篇6
【 关键词 】 电子政务；视频会议；多媒体录播
1 引言
在“效率至上”的信息社会中，顺应时代要求，加强政府信息化建设，改进工作流程和服务手段，带动体制改革和管理创新，提升内部管理水平成为了国家重要机构势在必行的重要工作，政府内部电子办公已全面向“电子政府”或数字化办公转移。与此同时，社会经济等各方面的快速发展对政府工作效率和社会服务能力提出了越来越高的要求，中央政府要求各级政府充分利用现代的电子和信息技术加强政务信息化建设，促进政府行政效率和行政能力的提升。
电子政务交换式网络多媒体录播平台顺应“知识化、信息化、网络化”的时代潮流，充分运用高科技手段及现代信息技术，利用先进的网络流媒体技术和信息网络等手段，充分利用已经建设的网络基础建设，与电子政务视频会议系统有效结合，为电子政务建设打造了一个完全符合实际要求的“低成本、大效用”的电子政务信息化平台。
2 系统总体设计
2.1 设计思想
多媒体录播系统是电子政务视频会议基础平台的延伸，通过该平台实现视频会议、远程培训、视频点播、视频直播等功能。平台在经济适用的前提下，能够平滑扩展，深入推进电子政务，增强平台的整体效能，构建起资源共享、部门协同、沟通顺畅、服务延伸到基层的全新电子政务体系，推动新型政务信息公开和资源共享，促进党员干部、政府机关和公务员工作规范化、服务标准化，提高行政效率，降低行政成本，全面促进政府管理能力和服务水平的提升。
电子政务视频会议平台和网络多媒体录播平台的建设，将成为政府履行职能的基本手段，成为政府管理模式和管理手段创新的有效工具，在促进政府职能转变、提升公共服务水平、优化城市管理、促进经济社会发展中全面发挥作用，有力支撑效能政府建设。
2.2 系统体系结构
如图1所示，整个系统平台由高清视频会议系统和多媒体实时录播系统两大系统组成，形成一个有效的备份。当主用视频会议系统出现故障的时候，可以通过多媒体录播系统将主会场的实时信号直播到各会场，确保会议的正常进行。具体构建模块包括：
系统前台（主会场）：主会场也就是视音频采集现场，主要完成视频、音频、计算机动态屏幕信号的采集和编码。摄像机采集的实时视频信号和调音台音频信号，通过高清视频终端编码后打包并通过网络发送到系统后台（中心控制室）。
系统后台（中心控制室）：中心控制室可安装在机房，负责完成视频、音频、计算机动态屏幕的录制和直播以及系统的管理维护。中心控制室的MCU将视音频包转发给网内注册终端，控制室视频终端将收到的视音频包解码后送给多媒体录播系统的视音频编码器进行再次编码，并通过局域网发送给录播服务器，多媒体录播服务器为整个录播系统的核心，负责接收编码器发送的会议图像、声音、双流信号（VGA）整合后录制并保存在录播服务器上，同时可以把会议图像、声音、VGA信号实时直播到网络内。服务器内置点播系统，以便用户进行点播回放录制好的会议文件等内容。后台还安装有录播服务器控制台，控制台可以通过IE浏览器管理整个录播系统，主要负责多媒体实时录播服务器的管理维护，完成录制、直播的开启、停止等功能，并可预览实时内容，达到“所见所录”的效果。
系统客户端（分会场）：网络内的任意一台计算机可通过IE浏览器或者运行在PC机上的系统客户端软件直接登录到管理中心的多媒体录播服务器（需要管理员授权），可以接收实时的会议直播内容，也可以对录制好的文件进行点播回放，并可投影到本地投影机进行观看。按照接收方式的不同，可分为三种类型。
组播接收端：采用组播（Multicast）方式实时接收录播服务器的直播内容，采用组播方式时接收端的数量没有限制；如组播需跨越路由器等三层网络设备，需在网络设备上启用组播路由等相关设置。建议在局域网环境中采用组播方式。
单播接收端：采用单播（Unicast）方式实时接收录播服务器的直播内容，无须对网络做特殊设置即可跨越路由器等三层网络设备。建议在广域网等环境下采用单播方式接收。
VOD点播端：通过VOD方式可进行录制文件的事后点播，可在局域网或广域网环境下使用。
2.3 功能设计及实现
多媒体录播系统设计具体实现功能。
会议直播功能：可通过单播、组播及组播方式将视频会议中的视频、音频、数据（如PPT文档、Word文档、Flash等）内容在网络上进行实时直播，用户可通过IE浏览器或系统客户端软件（RecPlayer等）登录服务器实时接收直播的视频、音频和计算机动态屏幕信息。直播功能可满足视频会议系统低成本地向基层机构扩展地需要。
多媒体录制功能：该功能可以将视频会议中的图像、声音、双流数据（如PPT文档、Word文档、Flash等）进行同步录制，便于会议存档及会后观摩学习。即可将会议现场的图像、声音和所讲解的报告、讲稿、鼠标操作轨迹以及电子白板上书写的内容等计算机屏幕上所显示的内容同步录制到一个文件中。录制功能可满足用户对视频会议及本地会议全面记录存档的需要。
点播功能：系统内置VOD点播功能，录制后的文件存放在录播服务器上，用户可通过IE浏览器即可点播录制好存储在多媒体录播服务器上的文件，点播可观看到的内容包括视频、音频和双流数据（如PPT文档、Word文档、Flash等）内容。录播服务器同时提供了FTP Server功能，用户可以将文件下载到本地播放或上传到其它VOD平台。点播功能可满足用户会后在线观看学习会议、培训的需要。
权限控制：通过用户认证方式实现会议的保密性。直播现场都是一个独立的、相互之间没有影响或干扰，使用观看限制区分观看用户群，只有在授权时才能够观看，没有授权时不能够接收到任何的直播内容。
3 系统特点和应用
多媒体录播系统既可配合视频会议系统使用，又可独立使用。从系统稳定和安全角度考虑，录播系统在视频会议系统属于辅助系统的范畴，采用与视频会议核心系统（MCU、终端）间的低耦合设计思路，运行时不占用MCU任何资源，同时即使录播系统出现故障也不会对视频会议系统的运行状态造成任何干扰。
3.1 高清视频会议中的应用
电子政务视频会议系统协同办公的建立与扩充可以改变传统的交流方式，行政会议、党务会议、业务会议、决策会议都变成可以随机安排的，既节约了时间又减少了费用，缩短了决策的时间与周期，提高了机关工作效率。而多媒体录播系统，为视频会议起到了有益补充的作用，既可配合视频会议系统使用，又可独立使用于本地会议的录播，设备利用率高，使用范围更广。会议中两套系统同时发送视音频信号，而电子政务会议室操作人员可以选择其中一路信号切换到会场，从而实现两套系统的倒换。
系统的直播功能，将视频会议中的现场内容实时的直播到电子政务各分会场和领导的办公室内，将会议传达到领导桌面，使网内的更多的部门以及人员参与进来，扩大了参会的人数。同时录播系统可以作为视频会议系统的备份系统，在个别会场视频会议终端出现故障无法接收会议的情况下，通过直播功能也能够完整地观看会议。
3.2 领导干部培训的应用
加强领导干部素质教育，是适应新形势新任务的要求，大力构筑干部队伍优势而采取的重大举措。加强领导干部培训，是提高领导干部素质和能力，实现经济社会又快又好发展的需要，是加快干部队伍建设的需要，是提升领导干部综合素质的需要。通过远程视频会议培训的方式，节约了大量的时间和会议经费，电子政务视频会议系统+多媒体录播系统可以很好地满足党政机关内部培训的需要。培训过程中，不仅在培训现场的领导干部可以清晰的接受主讲人的培训内容（包括图像、声音以及电脑的PPT），分会场的领导干部也可以通过系统平台来观看培训内容，极大地方便了领导干部的学习交流。同时录播系统的录制功能将培训过程同步的录制（包括图像、声音以及电脑的PPT），作为会议资料存档保存起来，为日后会议查询提供依据，也可提供给因工作繁忙而没有时间参加培训的领导干部下载学习。
4 结束语
多媒体录播服务平台采用标准的系统架构、实用的应用模式、方便的管理层，实现基于电子政务视频会议音视频的多种应用，具有很强的扩展性。高清多媒体录播系统与高清视频会议系统完美配合，实现高清视频会议的录制、直播及点播功能，并满足日常培训的需要，弥补和增强了视频会议的功能，更加完善的达到了党政机关的会议要求，大大提高了工作效率和效果。与此同时，扩大了参会范围和与会人数，最重要的是可以作为视频会议系统的有效备份。
参考文献
[1] 黄永峰.IP网络多媒体通信技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.6.15.
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[3] 陆敬筠.电子政务技术导论[M].北京：北京大学出版社，2005.
[4] 沈鑫炎.多媒体传输网络与VOIP系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2005.3.277-287.
[5] 张占军.多媒体实时传输协议RTP[J].计算机工程与应用.2001.24（6）：43-45.
[6] 夏冰，王志奇，郑秋生等.政务终端安全面临的问题与对策研究[J].信息网络安全，2012，（08）： 29-31.
[7] 张明德，郑雪峰，蔡翌.应用安全模型研究[J].信息网络安全，2012，（08）：121-125.
作者简介：
杨金铭（1976-），男，高级工程师；研究方向：电子政务。
易兰青（1972-），女，高级工程师，研究方向：电子政务网络、安全、视频会议应用等。
流媒体直播系统篇7
【关键词】P2P 流媒体 树状拓扑协议 Gossip协议的模型
P2P网络是最近几年兴起的网络技术，相对于传统的C/S模式，P2P模式一个非常显著的特点就是节点无需依赖集中式服务器资源，各节点可以直接进行通信。每个节点具有相同的地位，既可以请求服务，也可以提供服务，同时扮演着C/S模式中服务器和客户机的双重角色，甚至还可以具有路由器和高速缓存的功能。
一、 P2P概述
P2P的全称是Peer-to-Peer，在英语里peer的意思是“（地位、能力等）同等者、同事、伙伴”，体现一种平等的关系，所以P2P网络一般也称为对等网络。在P2P网络中，节点之间没有服务器与客户机之分，各节点之间是平等的关系，可以直接相互通信，共享计算和存贮能力。
P2P是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其他对等节点直接访问而无需经过中间实体。这种网络中的参与者即是资源（服务和内容）提供者（Server），又是资源（服务和内容）的获取者（Client） 。
P2P打破了传统的Client/Server （ C/S ）模式，在网络中每个节点的地位都是对等的。每个节点即充当服务器，为其他节点提供服务，同时也享用其他节点提供的服务。
二、流媒体的概念
流是用于描述媒体文件的名词。流式传输表示声音、影像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机的连续、实时传送。在采用流式传输的系统中，文件不是一次读取发送所有的数据，而是首先在线路中发送音频或视频剪辑的第一部分。在第一部分开始播放的同时，数据的其余部分源源不断地流出，及时达到目的地供播放用。为保证在阻塞造成网络速度下降的情况下播放不会发生中断，播放器在开始播放前先采集小部分所谓缓冲的预备数据。如果数据流动速度保持足够快的话，播放是连续的。无论文件长秒还是长分钟，用户只是在观看文件前等上几秒钟生成这个缓冲数据。流式传输不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短，而且不需要太大的缓存容量。流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件，而流技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技术。该技术先在使用者端的电脑上创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网路实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。流媒体数据流具有连续性、实时性、时序性三大特点，具有严格的前后时序关系。
三、P2P流媒体数据分发模型
目前P2P流媒体数据分发模型主要可分为2类：基于树状拓扑协议及扩展的模型和基于GOSSIP协议的模型。
1.基于树状拓扑协议及扩展的模型
在基于树状拓扑协议及扩展的模型中，拓扑结构上的节点有明确定义的关系，即“父节点一子节点”关系，树的根节点是源节点。该模型又分为单组播树模型和多组播树模型。
⑴数据分发
在单组播树结构中，数据是通过一棵组播树传输的。树的根节点是组播源，每个非叶节点从自己唯一的父节点得到全部数据，再复制转发给自己所有的子节点，叶节点只从父节点得到数据，不再复制转发。当组播树中的非叶节点退出时，它的子节点将暂时得不到数据，这时系统需要尽快重建连接，保证所有节点都在组播树中。
⑵典型单组播树模型及缺陷
在单组播树中，节点离根节点越远，数据的时延就越大，因此，树的深度应该尽可能小，另外每个节点的有限输出带宽限制了节点的宽度，理想的组播树是在深度和宽度之间能够有效地平衡。ZIGZAG模型是典型的单组播树模型，它定义了一整套完整的构建规则，保证了树的深度维持在O（log N） ， N为单组播树中的节点数，能够有效地构造一棵平衡的组播树。ZIGZAG模型可能是最自然的方法，不需要复杂的视频编码算法，结构优化容易，但ZIGZAG模型还是存在单组播树不可回避的缺陷：
每个节点组播的完成依靠覆盖单播树，与单播树一样，中间节点需要转发数据到它的子节点，而叶子节点无须做这项工作，在图3中以实线箭头和虚线箭头区分。通过这种方式构建多个组播树的视频直播流媒体网络方案都建立在多表述编码（MDC）的基础上，采用MDC编码的媒体流，分成多个层分别传输于多棵树上，每个节点从它所在的多棵树上获取数据，然后再将各层数据整合，还原成可以播放的媒体数据。树的构造要求每个节点只在某棵树中为中间节点，而在其他的树中都为叶子节点。因此，多组播树的主要缺陷是这种设计很难优化，即使是在中心拓扑下也很困难，很可能使整个P2P网络处于异常复杂的环境中。
2.基于Gossip协议的模型
在基于Gossip协议的模型中，所有节点都处在一个无规则的网状结构中，节点随机地给系统中的部分节点发送消息，每个接收到消息的节点继续向其他节点发送消息，重复这个过程，直到消息被发送到系统中的所有节点，并通过Gossip协议维护系统中其他部分节点的视图，通过一定的调度算法在节点之间交换数据，每一个节点既是数据的接收者又是数据的提供者。
五、结束语
覆盖网络拓扑的组织对于P2P流媒体直播系统的性能有着决定性的影响。本文主要根据覆盖网络拓扑组织方式的不同，全面介绍了各种P2P流媒体直播技术方案，并结合流媒体直播应用的特点对其进行分析和比较，以此为基础提出有待于进一步研究的主要问题和挑战。
参考文献：
[1]宋启昌，胡君，王栋.基于区域化的P2P流谋体直播系统模型[J].计算机工程，2010，（1）.
流媒体直播系统篇8
关键词：流媒体； 技术； 广播系统
1 建立企业内部广播的背景
广西省百色市A企业下辖7家子公司，涵盖多种行业，并在百色各地设有生产、加工等工厂。总公司为了加强对各子公司的管理，计划建一套内部广播系统，进行统一广播，以增强集团凝聚力、号召力。
具体需求如下：（1）总部可以管理所有的子公司和工厂的广播；可对任一个或全部的子公司和工厂进行广播通知；企业领导可以进行远程广播。（2）子公司和工厂各自有相对比较独立的广播系统，能对子公司和工厂内部进行广播，接受总部的监督。（3）企业广播要有较好的跨地域能力。
2 企业广播方案
2.1 企业广播的方式
目前较成熟的广播系统主要有：（1）有线广播系统。需要架设电缆、工程造价高、施工难度大。（2）无线调频广播系统。利用无线调频电波传送，需要自治区级无线电管理部门审批，审批难度较大。（3）基于互联网的广播系统。
根据A企业实际情况，我们采用了互联网广播结合小功率调频无线广播的系统。其特点是：第一，经济环保，维护方便。系统采用小功率调频来进行局部覆盖，不占用调频广播电台的频谱资源；互联网广播利用互联网进行传输，不需要架设电缆。第二，较强的扩展性。可根据企业需要，在无线调频信号覆盖的区域延伸增加调频收扩设备及广播音柱。充分覆盖广场、办公楼、生产车间、会议室等场所。第三，具有跨地域广播功能。各个子公司的广播站点只要连接互联网都可以接收总部的广播信号，不受地理位置的限制。
2.2 企业广播系统的组成
2.2.1 总部广播站
由直播调音台、播音话筒、音频工作站、DVD、CD、VCD、数字电视机顶盒等设备组成。数字电视机顶盒等音源设备可由系统定时器设置定时开关播放，音频工作站安装有自动播放软件，能够根据预先所设定时播放列表自动播放广播节目。总部广播站可对任意子公司进行寻呼广播。音频工作站还能够接收广播分前端和子公司广播站点的广播，实现远程、双向广播。
2.2.2 广播分前端
企业领导的办公室配置一台音频工作站和话筒，输出的音频信号转换成流媒体，传输到总部直播室进行广播。
2.2.3 子公司广播站
子公司广播站配置音频工作站，播音话筒、功放、立体声音柱，等配套广播设备，可自动接收总部广播站广播、并可与总部广播站以及其他子公司广播站进行双向广播。
3 实现企业广播的关键技术
在企业广播方案的实现中，除了采用传统的小功率调频无线覆盖技术，还有最关键的流媒体技术。
流媒体指在互联网中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。流媒体实现的关键技术就是流式传输。
流式传输主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。其特定含义为通过互联网将影视节目传送到电脑终端。实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real time streaming）和顺序流式传输（progressive streaming）。我们进行广播时采用的是实时流式传输方式。
目前主流的流媒体技术有三种，分别是Real Networks公司的Real Media、Microsoft公司的Windows Media和Apple公司的QuickTime。这三家的技术都有自己的专利算法、专利文件格式甚至专利传输控制协议，应用最为广泛的是Real Media和Windows Media。其中Real Media音频部分采用的是Real Audio，该编码在低带宽环境下的传输性能非常突出，而且经过比较，在同等码率情况下Real Media音质最好。因此在实际应用中，我们采用了Real Networks公司的Real Media流媒体技术。
Real流媒体技术需要3个软件的支持，RealPlayer、Real Producer、Helix Server。，其中RealPlayer用于接收、播放流媒体文件，输出音频信号；Real Producer用于对数字音频信号进行压缩编码，生成音频流媒体文件；Helix Server提供流式服务，向互联网实时发送流媒体数据。
4 企业广播方案的实施
总部广播站直播室的播出节目信号，经过调音台、音频分配器后分为两路播出信号。
一路进入音频编码播出服务器，经Real Producer编码压缩后生成流媒体文件，然后通过Helix Server提供的流式服务向互联网进行广播。各子公司的广播站点的音频工作站用RealPlayer接收播放流媒体文件，转换为音频信号后传送到广播收扩系统进行广播。
另一路音频信号传输到小调频发射系统，用“小功率调频广播发射机”进行开路发射，20W的发射功率足以有效覆盖企业总部的生活区、工作区，在覆盖区域利用无线调频音柱接受发射信号，实现广播信号的播出。
广播分前端与总部广播站、子公司广播站之间采用音频工作站把音频信号转换为流媒体来传输，在终端通过播放流媒体文件输出音频信号来实现远程、双向呼叫广播。
广播流程如下图所示：
流媒体直播系统篇9
关键词：网络教学；流媒体技术；课件制作
1 引言
随着网络媒体的发展，流媒体技术作为一种新的网络技术，不仅满足了人们娱乐的需要，在学校的教学中也得到了广泛的应用，已给传统教育注入了新的活力。它的互动性、实时性、实用性、自主性、共享性等优势正在被教学实践所接受，它在教育领域中的应用，能对教学起着很好的推动作用。
2 流媒体技术
2.1 流媒体概念
流媒体 (Streaming Media)是一种新兴的网络传输技术,在互联网上实时顺序地传输和播放视/音频等多媒体内容的连续时基数据流，流媒体技术包括流媒体数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。
2.2 流媒体技术
以前人们在网络上观看电影或收听音乐时，必须先将整个影音文件下载并存储在本地计算机上，然后才可以观看。与传统的播放方式不同，流媒体技术是一种基于时间的连续实时传输技术，使用专门的协议在线播放，用户端对数据流采用边接收、边播放、边丢弃的方式。流媒体数据流具有三个特点：连续性(Continuous) 、实时性(Real - time) 、时序性，即其数据流具有严格的前后时序关系。因此，通过流方式进行多媒体数据流的传输，即使在网络非常拥挤或很差的拨号连接的条件下，也能提供清晰、不中断的影音信号给观众，实现了网上动画、影音等多媒体的实时播放。
流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。
2.3 流式传输方法
流式传输的定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频等）的技术总称。其特定含义为通过Internet将影视节目传送到PC机。实现流式传输有两种方法：顺序流式传输（Progressive streaming）和实时流式传输（Real time streaming）。
3 流媒体技术在网络教学中的应用
在网络上利用流式媒体技术能较好地实现实时授课，学习者可以不受地点和时间的限制，在任何一台能接到网络的多媒体计算机上接受课堂教育，构成一种”面对面”的教学环境，这种授课方式使教师的教学手段更加丰富，可用各种信息媒体如语言、文字以及作为辅助的图形、图像、动画、视频等多媒体信息完整地展现给学习者，运用多媒体技术和网络技术开展计算机辅助教学由于其生动活泼的表现形式，能有效地吸引学生的注意力，激发学习兴趣，调动学习者的深层次思维，加深对所学内容的理解。教师也能即时发现学生的反馈信息，及时凋整课堂教学。
3.1网络媒体素材库的建设
随着流媒体应用的深入及教学需要的不断发展，人们对于计算机辅助教学的要求越来越高，而现有的以服务于特定课堂教学为中心的模式的缺点也越来越明显。解决这个问题的有效措施就是建设多媒体素材库。对于于教学中的课件单元、教案、习题、电教片、会议资料、教学录像或电台已播放的教育类节目等，我们都可以将这些资源和节目编码后转换成流式文件，然后按照用途进行归类存储为素材库。素材库就是按照一定的原则把各类素材组织起来，并集中存储．管理和维护，以利于素材的有效利用。当教师或学生需要时，再从素材库中调用使用，资源得到了共享。
3.2 网络直播系统
网络视频直播对于高职院校的在线教学讲座、会议实况、思想教育都具有很高的价值。网上直播要求系统具备高传播率、数据同步、数据流的分流、高稳定性等特性。实现网络的视音频传输最好的解决方法就是采用实时流媒体技术。在网络教学中可采用流媒体技术将将教师上课实景制作成流式音/视频文件后放到流媒体服务器，然后通过网络传送到各终端进行直播，学生通过网络视频进行学习，可使分散在不同地点的学生能在同一时间听老师的课，实现了大范围教学，较好地解决了教学硬件的不足，达到资源共享，提高教学效益。
3.3 网络点播系统
视频点播（Video On Demand）技术改变了长期以来广播式的单向视频传播方式，满足了人们对视频播放进行实时控制的愿望。对于非实时流媒体信息，可以由用户点播的流媒体课件，教学课件可通过各种课件设计编辑软件进行编辑制作，然后再上传到服务器，再由用户点播，可以灵活控制播放的时间，使学生的学习时间和学习内容相对灵活，能更好地培养学生的自主学习能力，达到教学效果。通过点播学习，学生可结合自己的实际情况，可以反复学习掌握不好的内容，对于优秀学生，可以有选择地学习自己感兴趣的内容。而不必限于课堂上老师所讲内容，真正做到了随时随地的自主学习。
4 流媒体课件制作
流媒体课件的制作可通过Windows Media系统实现。Windows Media系统由三部分构成：媒体服务器(Windows Media Server)、客户端媒体播放器(Windows Media Player)、媒体文件制作工具Windows Media Tools，Media Tools是整个方案的重要组成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF(Advanced Streaming Format)格式的多媒体流，主要包括媒体编码器一Windos Media Encoder、ASF文件制作工具一一Media author和ASF文件编辑工具——Media ASF Indexer)。
为了实现交互教学，用摄像机将教师授课过程拍摄下来，通过采集卡完成音/视频的采集，并完成模拟视频信号的数字化。Windows Media编码器将数字化的视频信号和音频信号进行实时压缩编码，再将它与上课所用的PPT或WORD文件讲义，编辑生成实时的ASF数据流文件，合成表现力丰富的流媒体课件，并上传到Windows Media Server服务器，实现网上广播，远程的学生启动Windows Media Player在网上实时收看。如在点播系统中的课件,学生在课后还可以通过浏览器访问流媒体服务器来继续观看上课视频进行学习。学生可以向多媒体网络教学服务器请求指定课件的播放，也能自行选择学习内容，不受时间地点的限制，并且可以控制开始、暂停、前进和后退等播放过程。运用流媒体的视频点播系统可使学习者做到真正意义上的心随所愿地定制学习，摆脱了时间、空间和学习内容的约束，学习效果明显。
5 结语
随着Internet的发展 ，流媒体技术已逐渐成为Internet中视音频传输的核心技术。基于流媒体技术的网络教学能发挥学生的自主能动性，跨越时间和空间的限制，实现了随时随地授课和学习，而且其较强的交互性和真实性大大促进了人类的有效学习，能最大限度的发挥了人力、物力资源，实现了优秀教育资源的共享，提高了教学效益。因此，流媒体技术将会在教学中发挥重要的作用，将是学校教育手段的重要补充。
参考文献：
[1] 牛庆丽.多媒体与流媒体技术在教学中的对比与探讨[J].大众科技. 2008(11)
[2] 成红.基于流媒体技术构建网络视音频教育资源[J].教育传播与技术.2009(2)
流媒体直播系统篇10
关键词：fms系统；flash视频；文件格式；web门户
中图分类号：tp311.52 文献标识码：a 文章编号：2095-6835（2014）10-0129-01
早期的网络视频文件格式需要安装支持该格式的多媒体文件播放器，如asf格式、wmv格式使用media player进行播放，rm格式采用realplayer播放。河南电视台网站最初的视频直播、点播系统选用的是rm格式。这样的视频方案存在一个问题，即不同的格式需要用户安装不同的播放器，视频格式受到播放器版本的限制，导致部分用户无法收看。此外，网站文件容量大，下载缓慢，观看不流畅，用户体验度不高。解决播放器和文件容量的问题，可以运用flash技术将各类视频转换成flash视频，可以实现在网页上直接播放。
flash视频，也就是flash video，是当前视频文件的主流格式，最先流行于youtube.com。国内视频门户网站大都采用这种格式，比如土豆、酷6、优酷等。98%的互联网用户均安装有flash客户端组件，任何安装flash组件的计算机、移动设备均可享受flash视频服务。嵌入浏览器中的flash播放器，解决了其他视频文件需要挑选播放器的问题，这就是flash的优势。在容量方面，从flashmx2004起就支持转换为flash视频的功能，经过相关设置后，可缩小原有视频的容量，文件扩展名转换为flv，最终获得的这个flv就是flash视频文件。
正是基于flash在线直播技术的日趋成熟，结合已有的web门户网站和视频直播系统，“直播河南”网络在线直播设计方案才得以快速实施。“直播河南”网络结构和数据传输如图1所示。
在整个“直播河南”项目中，web服务器和flash流媒体服务器使用现有的服务器，网站主页开辟新的“直播河南”栏目，由各采集点实时向服务器推送视频采集信号。从图1可以看出，远程视频采集网点主要由网络摄像机、网点视频直播信号采集、推送服务器组成，通过网点的带宽，经互联网直接推送视频信号至rtmp/rtmpe流媒体直播服务器，用户通过登
录门户网站跳转至直播web服务器，通过浏览器解析访问流媒体直播服务器收看直播节目。
视频采集、推送服务器主要担负视频信号的采集、编码和推送任务。采用专业级视频采集卡，adobe flash media live encoder 3.0软件采集。直播服务器使用现有流媒体服务器，承担flash视频直播任务，采用安全、稳定的rtmp协议与flash客户端进行数据通讯。服务器软件目前为adobe flash media interactive server 3.5（简称“fms”）系统。fms系统平台的强大功能，能够为网站用户提供高性能的直播视频流服务，下一步还可以借助受保护、可伸缩的视频流创建引人入胜的社交媒体服务。
fms系统平台可以提供出色的flash video流媒体播放功能，主要体现在以下几个方面：①无论网站用户的连接速度如何，动态流均包含服务质量监视功能，检测用户带宽的变化情况，并在回放过程中与流之间顺畅切换，确保高品质、不间断。②更快的服务器速度和可伸缩性。以更低的服务器cpu使用率交付更多流和用户，这样降低了流和基础设施成本。③实施更简单。借助更简单的开箱，即用部署立即投入使用。④h.264视频和he-aac音频。借助行业标准的h.264 视频和he-aac音频流，将高达1 080 p的高清内容交付到adobe flash player、adobe air和adobe media player。⑤多点。使用多点，将新的实时或预先录制的流远程注入交付系统中，从而快速添加时间敏感型内容。⑥服务器重定向处理。服务器重定向可以为客户自动提供缺少内容的新位置或备选位置。rtmp 中的流重定向与 http302重定向十分相似。⑦记录。借助w3c 兼容型ascii日志、一个实时使用情况监视程序、一个面向服务器和流事件的完整api，能够确保用户拥有跟踪、生成用户内容使用情况所需的所有工具。⑧mpeg-4视频记录。将高品质实时流在服务器上存档，在实时活动结束后，通过点播方式快速部署所有实时流，创建传统模式的视频点播服务（vod）。
服务器部署完成后，项目实施比较顺利，完成一系列的外采任务，按照自主研发设计直播方案，实现台庆40周年纪念大会网络现场直播、公共频道《dv观察》相亲俱乐部国庆60周年集体婚礼活动网络直播和安阳师范学院建校六十周年直播。
总之，在今后的工作中要
意总结、交流工作经验，从细节处入手，进一步完善预案体系和硬件设备，从而提高技术方案的可操作性。
参考文献
