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流媒体传输协议及音视频编解码技术

1.1音视频编解码技术

1.1.1 MPEG4

MPEG全称是Moving Pictures Experts Group,它是“动态图象专家组”的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。

目前,MPEG1技术被广泛的应用于VCD,而MPEG2标准则用于广播电视和DVD等。MPEG3最初是为HDTV开发的编码和压缩标准,但由于MPEG2的出色性能表现,MPEG3只能是死于襁褓了。MPEG4于1999年初正式成为国际标准。它是一个适用于低传输速率应用的方案。与MPEG1和MPEG2相比,MPEG4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性MPEG1、MPEG2技术当初制定时,它们定位的标准均为高层媒体表示与结构,但随着计算机软件及网络技术的快速发展,MPEG1、MPEG2技术的弊端就显示出来了:交互性及灵活性较低,压缩的多媒体文件体积过于庞大,难以实现网络的实时传播。而MPEG4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码,其具体的编码对象就是图像中的音频和视频,术语称为“AV对象”,而连续的AV对象组合在一起又可以形成AV场景。因此,MPEG4标准就是围绕着AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的,高效率地编码、组织、存储、传输AV 对象是MPEG4标准的基本内容。

在视频编码方面,MPEG4支持对自然和合成的视觉对象的编码。(合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等)。在音频编码上,MPEG4可以在一组编码工具支持下,对语音、音乐等自然声音对象和具有回响、空间方位感的合成声音对象进行音频编码。

由于MPEG4只处理图像帧与帧之间有差异的元素,而舍弃相同的元素,因此大大减少了合成多媒体文件的体积。应用MPEG4技术的影音文件最显著特点就是压缩率高且成像清晰,一般来说,一小时的影像可以被压缩为350M左右的数据,而一部高清晰度的DVD电影, 可以压缩成两张甚至一张650M CD光碟来存储。对广大的“平民”计算机用户来说,这就意味着, 您不需要购置DVD-ROM就可以欣赏近似DVD质量的高品质影像。而且采用MPEG4编码技术的影片,对机器硬件配置的要求非常之低,300MHZ 以上CPU,64M的内存和一个8M显存的显卡就可以流畅的播放。在播放软件方面,它要求也非常宽松,你只需要安装一个500K左右的MPEG4 编码驱动后,用WINDOWS 自带的媒体播放器就可以流畅的播放了

AV对象(AVO,Audio Visual Object)是MPEG-4为支持基于内容编码而提出的重要概念。对象是指在一个场景中能够访问和操纵的实体,对象的划分可根据其独特的纹理、运动、形状、模型和高层语义为依据。在MPEG-4中所见的音视频已不再是过去MPEG-1、MPEG-2中图像帧的概念,而是一个个视听场景(AV场景),这些不同的AV场景由不同的AV对象组成。AV对象是听觉、视觉、或者视听内容的表示单元,其基本单位是原始AV对象,它可以是自然的或合成的声音、图像。原始AV对象具有高效编码、高效存储与传输以及可交互性的特性,它又可进一步组成复合AV对象。因此MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编码、组织、存储与传输。AV对象的提出,使多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力,AV对象编码就是MPEG-4的核心编码技术。

MPEG-4不仅可提供高压缩率,同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性,它采用开放的编码系统,可随时加入新的编码算法模块,同时也可根据不同应用需求现场配置解码器,以支持多种多媒体应用

1.1.2 H264

H.264是由ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)联合组建的联合视频组(JVT:joint video team)提出的一个新的数字视频编码标准,

它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。而国内业界通常所说的MPEG-4是MPEG-4的第2部分。H.264标准从1998年1月份开始草案征集,到2003年7月,整套H.264 (ISO/IEC 14496-10)规范定稿。2005年1月,MPEG组织正式发布了H.264验证报告,从各个方面论证了H.264的可用性以及各种工具集的效果,从标准的角度,印证H.264的成熟性。

从标准制定到颁布,H.264一直是ITU、MPEG、DVD、DVB、3GPP等工业化组织共同推进的视频编码国际标准,可以想见,在众多行业巨擘的推动下,H.264技术的应用将迅速进入到视频服务、媒体制作发行、固定及移动运营网络、平台开发、设备终端制造、芯片开发等多个领域。

H.264使图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,能够在较低带宽上提供高质量的图像传输,该优点非常适合国内运营商用户量大、接入网/骨干网带宽相对有限的状况。在同等的画质下,H.264比上一代编码标准MPEG2平均节约64%的传输码流,而比MPEG4 ASP 要平均节约39%的传输码流。全球很多IPTV业务运营商都将H.264作为编解码格式的标准,包括比利时电信,荷兰KPN,泰国ADC电信,中国电信等等。

根据中国电信上海研究院的实际测试结果表明:国内普遍采用的MPEG-4编码技术在3Mbps的带宽下尚达不到标清的图像质量,而H.264编码技术可以在2M带宽下提供要求的图像效果。因而运营商希望引入更先进的H.264编码技术,在有限的带宽资源下进一步提高图像质量。

1.2流媒体网络传输协议

流媒体技术采用一系列的网络协议,包括:

1.实时传输协议RTP(Real-time Transport protocol)

2.实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control protocol)

3.实时流协议RTSP(Real Time Streaming protocol)

4.资源预留协议RSVP(Resource Reserve Protocol)。

1.2.1 RTP

RTP是一种提供端对端传输服务的实时传输协议,用来支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据,而实时数据的传输则由RTCP协议来监视和控制。

RTP定义在RFC 1889中。信息包的结构包含广泛用于多媒体的若干个域,包括声音点播(audio-on-demand)、影视点播(video on demand)、因特网电话(Internet telephony)和电视会议(videoconferencing)。RTP的规格没有对声音和电视的压缩格式制定标准,它可以被用来传输普通格式的文件。例如,W A V或者GSM(G lobal S ystem for M obile communications)格式的声音、MPEG-1和MPEG-2的电视,也可以用来传输专有格式存储的声音和电视文件。

使用RTP协议的应用程序运行在RTP之上,而执行RTP的程序运行在UDP的上层,目的是为了使用UDP的端口号和检查和。如下图所示,RTP可以看成是传输层的子层。由多媒体应用程序生成的声音和电视数据块被封装在RTP信息包中,每个RTP信息包被封装在UDP

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