本科论文基于流媒体的多媒体信息发布网站实现.docx
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本科论文基于流媒体的多媒体信息发布网站实现
摘要
流媒体（StreamingMedia）是一种以音视频数据流的方式在网络上传递多媒体信息的技术。
与传统的多媒体下载不同，流媒体数据流具有连续性（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的特点。
通过边播放边下载的流式传输方式可以使用户不必等待所有的数据下载到本地就能观看。
也就是说，流媒体在播放前并不下载整个文件，只将部分内容缓存，使流媒体数据流边传送边播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间。
论文以当前多媒体信息的形式为基准，对于其建设目标、功能结构、网络存储方案、发展方向等做了详细的研究。
对于多媒体的原理、播放方式（包括单播、组播、点播与广播）做了详细的剖析。
目前在这个领域内,竞争的公司主要有三个:
Microsoft、RealNetworks、Apple,而相应的产品就是:
WindowsMedia、RealMedia、QuickTime。
在实现过程中，该解决方案主要参照了WindowsMedia、RealMedia的实现方式。
本文第三章中展示了该解决方案从架构到具体实现的方式，包括对于这种实现方式的测试结论报告。
关键词:
流媒体,多媒体;
ABSTRACT
StreamingMediaisanaudioandvideodataflowtothewaytheInternettransmissionofmultimediainformationtechnology.Withthetraditionalmultimediadownloaddifferent,streamingmediadataflowcontinuity（Continuous）,real-time（Real-time）,timing,thatis,withitsstrictdataflowbetweenthefrontandrearofthetimingcharacteristics.Player-by-downloadthestreamingtransmissioncanenableusersdonothavetowaitforallthedatacanbedownloadedtoalocalwatch.Inotherwords,thestreamingmediaintheformerplayerdoesnotdownloadtheentiredocument,theonlypartofthecontentsofthecache,streamingdatatransmissionflow-edgeplayers,thussavingdownloadtimeandwaitforthestoragespace.
Paperstothemultimediainformationformsthebasisforitsbuildinggoal,functionalstructure,thenetworkstoragesolutions,suchasdevelopmentofadetailedstudy.Fortheprincipleofmulti-media,thewayplayers（includingunicast,multicast,ondemandandBroadcasting）todoadetailedanalysis.
Atpresentinthisarea,competitionhasthreemaincompanies:
Microsoft,RealNetworks,Apple,andtheappropriateproductis:
WindowsMedia,RealMedia,QuickTime.Intherealizationprocess,thesolutionreferencetothemainWindowsMedia,RealMediawaytoachievethis.ChapterIIIofthisdisplayofthesolutionfromtheframeworktoachievethespecificmethods,includingtherealizationofthisformoftestingconcludedthereport.
KeyWords:
Streaming,Media;
目录
第一章引言4
1.1.关于多媒体信息5
1.1.1.声像资料的查询5
1.1.2.声像资料的浏览5
1.1.3.低码率多媒体信息流声像数据的提取与传输5
1.2.多媒体信息发展方向6
第二章理论基础8
2.1流媒体的原理8
2.2流媒体播放方式9
2.2.1.单播9
2.2.2.组播9
2.2.3.点播与广播9
第三章基于流媒体的多媒体信息发布网站实现11
3.1课题背景11
3.2需求分析11
3.3数据库设计12
3.3.1数据字典12
3.3.2存储过程13
3.4程序设计说明14
3.4.1.程序架构14
3.4.2.系统界面展示16
3.4.3.系统测试22
结束语24
附录参考文献25
致谢26
外文资料原文27
外文资料译文42
第一章引言
17-18世纪,夸美纽斯和裴斯泰洛齐等人提倡的直观教学主要采用图片、实物、模型直接教学来辅助教学。
20世纪后随着工业技术的进步,出现了照相、幻灯和电影等,它们可以向学生提供生动的视觉形象,加之与无线电广播、录音机等听觉技术的应用,发展成后来的视听教育。
戴尔的经验之塔与布鲁纳的教学活动分类方案为视听教育提供了理论基础。
在现代信息技术飞速发展的21世纪,构建基于多媒体信息服务的网络教学环境已经成为教育技术现代化的重要内容,它将对直观教学产生划时代的意义,从而在夸美纽斯、裴斯泰洛齐直观教学法理论上突破时空的界限,教育的广泛性、实效性得以空前提高。
网络教学中是以学生为主体,所有教学活动均是以学生为中心展开的,并且在整个学习过程中,是以学生的个别学习为主,通过充分调动其主观能动性而达到学习的目的。
网络教学的主要功能是远距离教学和资源的获取,因而从教学信息资源到信息的接受者——学生之间的媒体传输是实现教学过程的重要环节。
教学信息包括文字、图像、图形、音频、多媒体信息等多种媒体信息,由于人获取的信息中有70%以上是通过眼睛的观看获得的,而视音频结合的信息流是最佳的教学信息传播的媒体,再通过让学生进行实时的交互操作,可以获得非常好的学习效果,是网络教学的最佳模式。
随着多媒体信息技术、数据存储技术以及网络技术的迅猛发展,围绕多媒体声像资料系统,使构建宽带多媒体网络教学环境成为可能。
网络正逐步成为信息的重要来源之一，同时，利用网络传输声音与视频信号的需求也越来越大，特别是一些广播电视等媒体上网后，都希望通过互联网来发布自己的音视频节目。
由此我选择《基于流媒体的多媒体信息发布网站》课题。
我们知道，视音频资料与平面资料在网上发布的方式有本质的不同。
平面资料多以文字、图片为主要方式，其资料信息可以很容易转换成网上的发布内容；而视音频资料由于存贮文件的体积较大，在目前网络带宽还很有限的情况下，在网上发布是一件让人头疼的事。
但是，随着流媒体技术的出现，在一定程度上使互联网传输音视频难的局面得到改善。
此外，网络的迅速发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体内容正变得日益流行。
同时，流媒体视音频与传统网站的图文信息相结合，形成更具有表现力和吸引力的多媒体内容，更是目前网站信息发布所追求的效果。
选择该课题也十分的有意义。
论文通过引言、理论基础、和基于流媒体的多媒体信息发布网站实现等部分介绍了多媒体的发展方向、建设目标、功能结构等，列举了流媒体的原理、播放方式及其原理，展示了整个网站从课题背景、需求分析到程序设计以及系统测试。
通过查阅Microsoft®关于MediaServer的资料和Real®关于HelixServer的资料在基于流媒体的多媒体信息发布网站实现部分充分展示了关于网站如何实现，实现了在网络上发布多媒体信息的功能。
1.1.关于多媒体信息
1.1.1.声像资料的查询
声像资料的查询基本包括基于文本查询和基于内容的查询。
1.基于文本的查询：
传统的最简单的方式是利用关键字,例如类别、名称、制作日期和单位等。
每个节目或资料在输入资料库时必须同时人工输入或自动提取该节目对应的索引信息,节目与索引信息一一对应存储。
多媒体信息节目里常常包括一些文字信息,例如字幕、单位等,提取这些信息可以自动生成该节目的索引。
2.基于内容的查询：
目前已有的办法是利用MPEG-7。
由于多媒体和声像信息表现内容的丰富性,利用关键字很难全面描述一个节目,更好的方式是一种较为自然的方法,即按照图像内容来查询。
按照给出的例子查询（QuerybyExample）就是一种很有代表性的基于内容的查询方式。
在这种方式中,用户向系统提交一幅图像,例如一个人物的头像,系统则在资料库中所有与之匹配（即相同或相似）的任务资料提取出来,供用户选择。
1.1.2.声像资料的浏览
从资料调用和节目制作的需要来看,从资料库中查找到感兴趣的内容还不够,还希望精确地剪切其中的某一片段作为粗编的素材,因此系统需要提供了解节目详细内容的浏览手段。
多媒体信息资料的查询包括基于关键帧的浏览和基于低码率多媒体信息的浏览。
1.基于关键帧的浏览：
将一个节目的一系列具有代表性的帧提取出来,称为关键帧,浏览关键帧可以获知节目的内容。
为了浏览的方便,关键帧常按照镜头、场景等分成若干层,用户首先概览节目所包含的所有场景,若对某个场景感兴趣,则可进一步浏览该场景所包含的分镜头。
每个关键帧都附有它在整个节目中的时间定位信息（时间码）,用户很容易剪裁所需要的部分,并且知道素材片段的时间长度。
节目在存入资料库时,不仅要存储节目本身,还要同时存储它的所有关键帧,从已压缩的多媒体信息数据中自动提取关键帧涉及到多媒体信息数据压缩算法、图像处理、图像分析与相似性比较等关键性技术。
2.基于低码率多媒体信息的浏览：
如果希望做到帧精度的定位和剪切,最好的方式是允许让使用者象利用录象带选取素材那样,连续观看节目并可以前后“倒带”。
利用VOD（多媒体信息点播）技术可以做到这一点。
要实现这种方式的浏览,资料库中的素材就要存储两个版本,一个是高码率、低压缩比的格式,用于节目的制作；在存储低压缩比节目的同时,同步存储一个高压缩比（如MPEG-2或MPEG-4）的文件。
用户浏览高压缩比的码流,然后系统根据用户给出的时间定位信息裁剪下低压缩比文件的对应段,并将该段传送给用户作为编辑的素材。
1.1.3.低码率多媒体信息流声像数据的提取与传输
当通过低码率浏览多媒体信息节目时,多媒体信息服务器需要实时地向用户传输数据,以保证节目在用户终端上保持连续播放。
多媒体信息流在IP网上的传输与传统广播电视信号不同,传统电视信号由于信道是独占的,因而码流是连续的,不受网络上其它信号传输的影响。
IP网是一种分组传输的网络,即数据流被截成段,每段数据封装进一个IP包,并在包头注明接收方的地址。
网络上的路由器或交换机将各个信源送来的包都收下暂存,然后依次根据收方地址将数据包发送到相应的线路上去。
分组网这种“存储-转发”的模式有可能导致多媒体信息数据流的不连贯,因为当网络上其它数据流量增大时,路由器需要处理的包会增多,有些多媒体信息流的数据包可能得不到技术处理,严重时某些包还有可能被路由器丢弃。
这会影响接收端图像的播放质量。
在IP网上保证多媒体信息流传输的服务质量,是多媒体领域的一个研究热点。
这方面的关键技术包括：
在接收端设置适当容量的缓存器、在丢包情况下进差错掩蔽、适当加入向前纠错码,以及在网络上或在应用系统中加入网络流量检测和芙蕖质量（QoS）控制等。
为了满足多媒体信息数据传输的需要,IP网上的多媒体信息包采用UDP而不是TCP协议传送。
与多媒体信息流的传输一样,服务器在从存储设备中提取数据和将数据放到输出线路上时,也要保证多媒体信息流的连续,否则也会影响接收端的播放质量。
保证多媒体信息和音频流不间断地提取和传输的技术,称为流媒体技术。
如果服务器只为一个用户服务,很容易满足多媒体信息流的连续性,当许多用户同时要求访问相同或不同的节目时,如果服务器在满足第一个用户的要求之后才来处理第二个用户的请求,那么用户的平均等待时间将会很长,难以被用户接受。
解决的办法是,服务器按一定的策略（或称为调度算法）快速地把每一个用户在一段时间内所需要的数据一一提取出来,放在缓冲区内,然后按照用户播放所要求的速率把缓冲区中的数据放上线路,使线路上的每个流都是不间断的。
不等缓冲区中的数据用完,服务器就又把用户在下一段时间内需要的数据提取出来放入缓冲区。
服务器可以同时输出的多媒体信息流数,或称并发流数,是衡量系统的一个重要指标。
1.2.多媒体信息发展方向
前文我们介绍和分析了多媒体声像数据存储、查询、浏览的关键技术,在网络环境中,多媒体信息处理技术的发展可以大致划分为5个阶段。
第一阶段针对模拟信号（AnalogVideo）的多媒体信息处理,可获得线性磁带格式的数据；第二阶段针对数字多媒体信息信号（DigitalVideo）,网络资源可对多种格式的数据进行下载；第三阶段以网络为传输介质的流媒体技术（StreamVideo）,第四阶段可查找可索引的非线性多媒体信息访问（SeachableVideo）,第五阶段以及现在提出的异构平台下的自适应的个性化的普适内容访问（AppliedVideo）。
前三个阶段已经在各个领域得到了广泛应用,并大大提高了我们的工作效率,对第四、第五阶段的研究与探索正在进行国外以及我国的一些研究机构在这方面已取得了一定成果,并建立了原型系统,使我们可以窥见多媒体数据管理的未来。
图3是一个多媒体内容管理系统的总体结构图,该系统以数据库为中心,对多媒体信息源数据进行基于内容的多媒体信息分析和描述,对海量数据进行索引和管理,为客户端提供多种接入方式的媒体访问服务。
基于内容的多媒体信息分析与索引技术是对多媒体信息源数据进行结构化分析、特征提取、内容分类、语义检测等处理,获取不同层级的索引信息和元数据。
在基于内容的多媒体信息分析技术基础上,1996年10月MPEG组织提出了一个新的标准方案,称为“多媒体内容描述接口”,即MPEG-7标准。
MPEG-7的目标是建立一套视听特征的量化标准描述符及其结构以及它们之间的关系。
人们可以检索和索引同MPEG-7数据相联系的视听材料,这些材料可以是静态图片、图形、3D模型、声音、语言、多媒体信息和这些元素组成的多媒体描述信息。
MPEG主要致力于视听数据的信息编码表达上,即对多媒体材料的描述的通用接口的标准化,它提供了可视内容的标准结构和联接机制,以及对可视内容表述的标准化,这为实现基于内容的检索提供了应用框架,并使得对多媒体数据的创建、交换、检索和重用变得更加有效。
现有的MPEG-7标准包括7个部分：
系统、描述定义语言、音频、视觉、多媒体描述方案、参考软件、一致性原则。
随着多媒体应用技术的不断发展,有关多媒体的标准层出不穷,这些标准涉及到多媒体技术的各个方面。
各种不同的多媒体信息分布式地存在于全球不同的设备上,通过异构网络有效地传输这些多媒体信息必然需要综合地应用不同层次的多媒体技术标准。
但现有标准是否能做到配套衔接,以及在各个标准之间是否存在缺漏,还需要一个综合性的标准来加以协调。
MPEG-21正是为适应这一要求而提出来的。
它总体上来讲是一个支持通过异构网络和设备是用户透明而广泛地使用多媒体资源的标准,其目标是定义多媒体信息之间的通信和互操作框架,这一标准的、开放的框架用于多媒体的发布和消费,使我们能跨越由不同社区团体使用的大范围的网络和设备来透明地使用多媒体资源。
MPEG-21标识并定义了支持多媒体发布链以及它们之间支持的操作所必需的标准化技术。
总之,网络化多媒体信息媒体资源建设的数据标准和硬件标准将随着人们对跨平台访问的需求而逐渐走向统一,传统的基于集中式的多媒体信息存取方式开始向面向互联网的分布式复合媒体存取转变,个人无线移动设备的广泛应用,人们访问多媒体信息的终端和途径也会发生很大的变化,可以遇见,新技术的运用将给未来的远程教育提供更加广泛、灵活的空间。
第二章理论基础
2.1流媒体的原理
流式传输的实现需要缓存。
因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输,对一个实时A/V源或存储的A/V文件,在传输中它们要被分解为许多包,由于网络是动态变化的,各个包选择的路由可能不尽相同,故到达客户端的时间延迟也就不等,甚至先发的数据包还有可能后到。
为此,使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响,并保证数据包的顺序正确,从而使媒体数据能连续输出,而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。
通常高速缓存所需容量并不大,因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据：
通过丢弃已经播放的内容,流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。
流式传输的实现需要合适的传输协议。
由于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来传输实时声音数据。
流式传输的过程一般是这样的：
用户选择某一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户机上的Web浏览器启动A/VHelper程序,使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。
这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。
A/VHelper程序及A/V服务器运行实时流控制协议（RTSP）,以交换A/V传输所需的控制信息。
与CD播放机或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。
A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序（一般可认为客户程序等同于Helper程序）,一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。
需要说明的是,在流式传输中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系,是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/VHelper程序所在客户机的目的地址。
实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器,其基本原理如图3.1所示。
2.2流媒体播放方式
2.2.1.单播
在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道,从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机,这种传送方式称为单播。
每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询,而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。
这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担,响应需要很长时间,甚至停止播放；管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量。
2.2.2.组播
ＩＰ组播技术构建一种具有组播能力的网络,允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。
采用组播方式,单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。
媒体服务器只需要发送一个信息包,而不是多个；所有发出请求的客户端共享同一信息包。
信息可以发送到任意地址的客户机,减少网络上传输的信息包的总量。
网络利用效率大大提高,成本大为下降。
2.2.3.点播与广播
点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。
在点播连接中,用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。
用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。
点播连接提供了对流的最大控制,但这种方式由于每个客户端各自连接服务器,却会迅速用完网络带宽。
广播指的是用户被动接收流。
在广播过程中,客户端接收流,但不能控制流。
例如,用户不能暂停、快进或后退该流。
广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。
使用单播发送时,需要将数据包复制多个拷贝,以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户,而使用广播方式发送,数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户,而不管用户是否需要,上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。
组播吸收了上述两种发送方式的长处,克服了上述两种发送方式的弱点,将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户。
组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上,也不会将数据包发送给不需要它的那些客户,保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。
第三章基于流媒体的多媒体信息发布网站实现
3.1课题背景
近年来,流媒体技术在世界范围内得到应用。
随着宽带网络的建设,用户对网络的使用,已不仅仅停留在信息查询上,用户对宽带网络的使用开始向娱乐,影视欣赏等方向转移,对流媒体的应用需求也从简单的了解信息向视听欣赏上转变。
人们希望通过宽带网络获得交互式的影视感受,因此一方面要加大对网络环境的建设,同时对流媒体节目内容的编解码（制作与回放）技术和方式,也提出了更高的要求。
3.2需求分析
单一流服务引擎支持多种多媒体信息格式,只需要安装相应的解码器即可实现对主流流媒体格式的支持；播放质量优秀,要求缓冲时间短,画面清晰流畅,无杂音；资源管理简便易用,能够轻松实现对超大资源库的支持；优秀的直播实时性,直播的时延要控制在1s以内；自由灵活的直播采集组合方式,实现移动、现场采集相结合；会议多媒体信息实时录制,并可以提供以后点播使用；能够提供用户交流、培训考核等功能；系统具备7×24小时稳定性和良好的安全特性。
3.3数据库设计
3.3.1数据字典
3.3.1.1.Users:
用户基本信息表
OID:
用户编号
Password:
用户密码
NickName:
用户昵称
Email:
用户Email地址
QQ:
用户QQ号码
3.3.1.2.UserDetail:
用户详细信息表
UserID:
User表的OID
Picture:
记录用户的头像
Memo:
用户自我介绍
GroupID:
所属用户组ID（Group表的OID）
Rights:
用户特权记录
3.3.1.3.Group:
系统内置组
OID:
用户组编号
GroupName:
用户组名称
GroupMemo:
用户组介绍
3.3.1.4.TypeInfo多媒体信息类型基本信息
OID:
多媒体信息类型信息编号
TypeName:
类别名称
TypeDescription:
类别描述
TypeAlias:
类别别名
3.3.1.5.Movies多媒体信息信息表
OID:
多媒体信息编号
MovieName:
多媒体信息名称
MovieDescription:
多媒体信息描述
TypeInfoID:
多媒体信息类型ID（TypeID表的OID）
MovieLink:
多媒体信息连接
3.3.2存储过程
3.3.2.1.spGetUserInfo
获取用户信息
3.3.2.2.spCheckUser
验证用户信息
3.3.2.3.spGetMoviesByTypeAlias
根据多媒体信息别名获取多媒体信息列表
3.3.2.4.spCreateNewUser
新创建用户
3.3.2.5.spCreateNewMovie
添加新的多媒体信息
3.3.2.6.spGetMovieTypeInfoList
获取多媒体信息的类别列表
3.
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