流媒体技术是应用前景极好的Web多媒体新技术，而ATM则是当今优秀的网络技术，据此，拟将两者结合起来，探讨在ATM网上开展流媒体应用。详细分析并制定了相应的实验方案，使用SMIL控制流媒体表现的时间和空间布局，以ToolVox和RealSystem G2为例阐述了建立流媒体应用的一般方法，并给出了实验结果。最后得出ATM网络环境可为建立在其上的流媒体应用提供优良的传输性能这一初步结论。
在Web中设置多媒体信息有独特的好处：视听多感觉参与能形成感觉相乘的效果，使网站更富有吸引力；可提供更具说服力的材料及声色俱佳的信息；较文本能更好地阐述某些概念或过程。流媒体技术作为Web上多媒体应用的高级形式，是最近三四年才诞生的倍受瞩目、极具发展前途的Web多媒体新技术［1］。而ATM技术对网络多媒体应用提供了良好的支持，且我校的ATM网络环境已经建立。基于此，文中首先简介流媒体技术概念及原理，接着分析ATM网络为开展流媒体服务提供的优越性，最后着重就在ATM校园网上开展流媒体服务的一些实际问题进行了初步探讨。
1 流媒体、流式传输概念及原理简介
1.1 什么是流媒体与流式传输
“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，用户不必等到整个A/V文件全部下载完毕，而只须经过几秒或十数秒的启动延时，即可进行观看。当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。“流媒体”则指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频和动画。显然，流媒体技术实现的关键即在于流式传输。与传统的“先下载、再播放”机制相比，流媒体技术不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短，而且不需要很大的缓存容量。因此，流媒体技术一经产生即倍受重视，特别是在开展MOD,VOD,网上广播、视频会议、网上购物等实时Web多媒体应用方面具有广阔的应用前景。
1.2 流媒体形式简介
目前，在Internet/Intranet上提供流媒体服务的软件中应用广泛、成熟的产品还不多。根据媒体形式的不同，流媒体可分为如下五类：
（1） 流式音频。网上流式音频主要有数字化声音、音乐和语音识别三种形式，如ToolVox,RealAudio,Crescendo MIDI等。
（2） 流式视频。如VDO Net公司的VDO Live，CISCO公司的IP/TV，XING Technology公司的StreamWorks等。
（3） 流式动画。如Macromedia公司的FLASH矢量动画。
（4） 流式图象。新推出的RealPlayer G2支持RealPix流式图象文件格式。
（5） 流式文本。新推出的RealPlayer G2支持RealText流式文本文件格式。
1.3 流媒体技术原理
流媒体技术的实现需要一定的技巧。首先，多媒体数据必须降低质量、进行高效压缩使之适合流式传输。在流式传输中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时数据。Web服务器和Web浏览器通过MIME标记媒体类型，浏览器通过MIME识别出流媒体类型后，再调用Plug-in或助手应用程序（Helper）进行处理。实现流式传输一般都需专用的服务器和播放器.
2 ATM为开展Web多媒体应用提供的优越性
2.1 流媒体、流式传输对网络的需求
为了保证数据流在网络中连续、实时、无抖动的传输，流媒体技术对传统网络提出了严重的挑战，主要表现在三个方面：
(1) 高带宽要求。声音数据特别是视频数据即使经过压缩仍有很高的数据率，故要求较大的传输带宽。
(2) 实时性要求。要求网络能实时交互地处理连续的多媒体信息，并且要保证不同媒体数据流之间的同步。
(3) 小的传输延时。较大的传输延迟和抖动将导致图象的抖动、扭曲或声音的断续。
传统的以太网为总线型结构，在共享介质上传输所有信息。它采用的媒体访问协议为
IEEE802.3的CSMA/CD，这种碰撞检测、平等竞争的访问机制，由于无法控制带宽的分配，
无法确定数据的传输时间，无法保证数据的连续发送而难以适应多媒体数据的传输要求。
2.2 ATM为开展Web多媒体应用提供的优越性
ATM（异步转移模式）作为一种新兴的网络技术，为Web多媒体应用提供了良好的基础。首先它是一种面向连接的网络技术，信元是沿固定路线传输，并能保证传输过程中顺序不变。由于信元的长度固定为53字节，所以这种网络能以更快的速度传送数据，同时还减少了信元在网络中的传输延时。其次，媒体数据的传送不受类型的影响，大大简化了包含文本、图象、声音和视频等数据的多媒体信息的传输。第三，ATM支持多媒体通信业务中的不同实时要求，支持VBR，CBR等业务类型。第四，ATM网络的总体信元丢失率在10-8到10-10之间，这对所有类型的音频和视频流的实时传输都是适用的。
总之ATM兼有传输速率与可靠性高、延时小、速率可变等特点，综合了电路交换和分组交换的优点，既适合于广域网，也适用于局域网，是未来多媒体通信网络中理想的交换技术，为开展Web多媒体应用提供良好的支持。
3 在ATM校园网上开展流媒体应用的初步探讨
3.1 分析与设计
与创建一般的Web站点相比，要创建一个提供流媒体服务的站点，需要特别考虑网络用户设备性能及应用能力状况和系统瓶颈所在。
3.1.1 网络用户设备性能及应用能力状况
为使流媒体能在用户端正确播放，在硬件方面，网卡或MODEM对用户来说必不可少，一般说来10Mbps的网卡基本足够，但对MODEM速率越高越好，推荐33.6kbps及以上。流媒体技术对用户计算机的CPU性能、内存大小和硬盘速度的要求较一般的Web访问都要稍高一些。如果要聆听实时语音/音乐节目，还要求用户必须配备声卡和音箱。如果播放影视动画，则要求较高性能的显示设备（适配卡和显示器），以期达到较好的效果。 在软件方面，一般要求Windows95/98/NT操作系统，及一个支持MIME，Plug-in和ActiveX的Web浏览器，如常见的IE4.0或Netscape4.0及以上。此外，还需要流式传输的播放软件如ToolVox Player或RealPlayer，并要求用户能正确安装。用户的设备性能及应用能力状况直接影响建立Web站点时流媒体形式及工具的选择.
3.1.2 服务器的性能和连接速率是系统的主要瓶颈
这是因为我校ATM校园网运行在LANE（局域网仿真）模式下，主干网络带宽为155Mbps，大部分用户使用网卡通过LAN上网，少部分用户使用MODEM拔号上网，并且校园内网络用户的计算机配置和应用能力都是较高的。因此，主要矛盾不在于通常情况下的用户连接速率过低问题，而在于由此产生的对服务器（包括Web服务器和流媒体服务器）的高性能与高速网络连接的需求。影响服务器发布多媒体信息性能的因素及其解决办法具体分析如下：
(1) 连接速率。服务器应尽可能以高的速率上网，如直接以155/622Mbps的速率连接到ATM交换机上。只有服务器的连接速率足够快，客户机的高速接入才有实际意义。
(2) 单位时间（min）的连接次数。每次连接都会消耗服务器的RAM和处理时间，特别是对于内嵌有图象和多媒体声象材料的网页来说，意味着每个页面更多的连接。因此，一方面服务器应使用高性能CPU、大内存、高速硬盘和硬盘接口，另一方面还要严格控制每个页面嵌入的媒体素材数量，能少则少。
(3) Web页的平均大小。Web页的平均大小是评估对服务器的需求时的一个重要参数。站点索引或目录之类页面的平均大小是3kB左右，而嵌入音像材料后可能达到几百或几千kB.因此，我们应尽量减少经常访问的Web页的长度，从而获得快的响应时间和高的下载速度。对长的声像材料，可将它们分解为若干短的剪辑并插在不同的页面中。媒体剪辑的长度应至少为10s，否则会影响用户静心观看和对信息的了解。
(4) 媒体服务器的多播（multicast）和广播（broadcast）能力。流媒体服务器一般采用单播（unicast）方式，即为每个用户请求建立一个连接，此时，有多少个连接就需要多少倍的连接带宽和处理能力，这对服务器和网络资源是一种很大的浪费。但有些流媒体软件，如RealServer G2支持多播和广播，即为某个网段的多个用户或全体用户建立一个共同的连接，从而大大节约了宝贵的服务器资源和网络带宽。但服务器的带宽和处理能力总是有限的，用户连接过多时可以通过限制访问数量来解决，这可以通过设置流媒体服务器管理器来实现。与此同时，流媒体服务器都提供了对流式传输进行控制的方法，保证整个网络带宽不会因该服务器传输媒体数据而完全消耗或不因网络带宽变窄而无法播放。
基于上述分析，结合许可的条件，我们使用高性能的PC机作为Web服务器兼作流式传输服务器，该服务器通过LAN接入ATM主干网络。我们选用RealSystem G2和ToolVox这两种流媒体工具软件进行初步尝试，RealSystem G2用于面向网卡用户提供高速率高质量的音视频信息及流式文字、图象、动画，ToolVox用于面向MODEM用户特别是Internet访问提供低速率但质量稍差的声音信息。为了控制多种流式媒体表现的时间和空间布局，使用了SMIL文件格式。
3.2 运用SMIL文件控制流媒体表现的时间和空间布局
SMIL是Synchronized Multimedia Integration Language（同步化多媒体集成语言）的缩略词，1998年6月15日由W3C（环球网协会）发布。它是面向动态媒体的置标语言，它的出现使Web上多媒体的同步化成为可能。SMIL定义了七种媒体对象元素：animation, audio, img, ref, text, textstream和video.SMIL文件（扩展名为.smi）对Web上多媒体展示的时间和空间布局控制进行规定，从而允许创作者将类似电视的内容带入Web，但带宽的需求却大大降低。SMIL的结构很象HTML，其主要区别是HTML面向静态媒体，而SMIL面向动态媒体。SMIL用于控制播放同步的核心功能基于两个标记符：＜par＞和＜seq＞
＜par＞................＜/par＞ 同时播放
＜seq＞................＜/seq＞ 顺序播放
下面举例说明smil文件如何控制媒体的时间和空间布局：
＜par＞ ＜!-- Play these streams concurrently (in parallel). --＞
＜text src="house.rt" region="text-region" /＞
＜img src="house.rp" region="images-region" begin="1s" /＞
＜audio src="house.rm" clip-begin="7s" clip-end="145s"/＞
＜/par＞
这段SMIL语句的功能可实现文字、图象、声音同时流式传输。其中house.rt是RealText流式文本文件；house.rp是RealPix流式图象文件，延迟1s后开始播放；house.rm是RealMedia流式声音文件，从剪辑内部的第7s处开始播放，至145s处结束。Region参数分别指定文本和图象各自的表现区域（定义略）。另外，＜par＞和＜seq＞这两个标记符还可以嵌套使用。最后，要在Web中使用SMIL文件，还须用超链接把 .smi 文件链接在HTML文件中。SMIL文件在客户端播放时需要使用RealPlayer G2.
3.3 基于RealSystem G2的流式传输
RealSystem G2是RealNetworks公司最近推出的在WWW上流式传送音视频等多种媒体流的一组应用程序，它由服务器RealServer G2，服务器管理器RealServer G2 Administrator，编码器RealProducer G2，播放器RealPlayer G2四个部分组成。
RealProducer G2将存储的声音、视频等文件或在线音视频数据流编码并转换为RealMedia格式。RealServer G2则响应Internet/Intranet用户请求，传输RealMedia数据流并对传输过程进行控制。最后RealPlayer G2在客户端接收这些数据流并即时播放出来。RealServer G2 Administrator用于管理RealServer G2 ，如监视服务器的运行状况，限制访问数量，对访问权限进行验证等。
建立一个基于RealSystem G2的流式传输网站须进行如下步骤：
（1） 为Windows98安装PWS.
（2） 安装配置RealServer.
（3） 使用RealProducer制作流式音视频素材。
（4） 编制Web页面。Web页采用FrontPage 98制作，在网页中直接使用RealMedia可通过＜a＞标记和＜object＞ 标记两种方式。此外，通过SMIL文件不仅可使用RealMedia，还可使用流式文本、图象和动画等其它流式媒体。
（5） Web发布。将制作的素材拷贝到预先设置好虚路径的目录中，先启动PWS，再启动RealServer.
（6） 用户访问。用户先安装好IE4.0或Netscape4.0及以上播放器，再安装RealPlayer G2.打开浏览器，输入提供流式播放网站的URL，例如:
202.193.68.33/wzh/default.htm,进入一个含有流媒体服务的网页或点击相应的超链接，则启动RealPlayer G2，并与服务器进行连接，经过几秒钟的缓存（buffering），您就可以欣赏实时传输的文本、图象、动画、语音、音乐或视频。
3.4 基于ToolVox的流式传输
Voxware公司的ToolVox是一个专门优化数字化语音在Internet上流式传输的应用软件，由ToolVox Encoder（编码器）和ToolVox Player（播放器）两部分组成。与RealSystem G2相比，它不须要专用服务器，并能在极低的速率(如9600bps)下实时传输。因此，ToolVox特别适合于在目前网络带宽狭窄的Internet上开展语音、音乐方面的应用。
3.5 实验结果
我们利用ToolVox和RealSystem G2创建了一个实验性的流式播放站点，可通过http://202.193.68.33/wzh进行访问，但用户须事先安装好浏览器、再安装RealPlayer G2和ToolVox Player.对支持同一媒体的播放器或插件，后安装的起作用。测试表明：在局域网及同一网段内访问，缓存及启动时间短（约2～5s），流式传输的文字流畅，图象、动画和视频连续、稳定，声音清晰、不抖动，播放效果良好；在ATM校园网其它网段访问，由于ATM主干网的高速传输能力，播放同样的流式文本、图象、动画与视频，与局域网内访问相比，并未感觉到性能下降。这初步说明了ATM校园网具有良好的支持流式传输多媒体信息的性能，较适合开展流媒体服务。
4 流媒体技术是一项很新的技术，还不十分成熟，正在飞速发展，相应的标准在不断的推出，功能也在不断增多增强。本论文进行的仅是一些初步的探讨，许多方面还有待进一步研究，如RealServer的在线广播和SMIL的一些高级性能等。流媒体技术支持文字、图象、动画、语音、音乐和视频等多种媒体信息在Web上边下载、边播放，免除了下载的漫长等待，是WWW技术的一次重大飞跃，也是未来Web技术的发展方向，应用前景十分广阔。ATM技术具有面向连接、交换速度快、延时小、传输可靠性高等一系列突出的技术优势，为Web多媒体应用提供了良好的网络基础。在ATM网络上开展流媒体服务可以说是相得益彰，能充分发挥各自的优势，为用户提供更加方便的服务和美好的享受。
