华中科技大学硕士学位论文摘要多媒体交互是用户交流信息方式的必然进化。多媒体服务的应用领域非常广 泛，其中视频点播郎ｄｅｏ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ， ＶｂＤ）应用最为广泛。视频点播技术是随着计算机技术和网络通讯技术的发展，综合了计算机技术、通讯技术、电视技术而迅速新兴的一门综合性技术。它利用了网络和视频技术的优势，彻底改变了过去收看节目的被动方式，实现了节目的按需收看和任意播放，是为用户提供实时、交互、按需点播服务的系统。视频服务器是视频服务系统功能实现和性能质量保证的核心，因此也成为整个 视频服务系统研究的重点。视频服务不仅要求保证端到端的播放质量，同时也要考察系统的整体性能。整体性能常用最大并发用户数这一参数来评价。为使这一指标尽可能高，需要从很多方面解决视频服务器设计的关键问题。其关键问题主要集中在以下几个方面：视频流编码压缩及传输技术、存储和Ｉ／Ｏ调度策略、视频流调度技术、流量控制与差错控制等。在分析这些关键问题的基础上，将重点放在构建一个基本的流媒体视频服务器 问题和节目流调度问题上。通过研究实现流媒体传输的两个基本协议ＲＴＰ／ＲＴＣＰ，构建一个基本的流媒体视频服务器；另一个重点是研究了了对视频服务整体性能有着重大提升作用的视频流调度策略，在应用多播技术的前提下，通过各种现有解决方案优劣的比较，采用以补丁算法为基础的一种支持零延迟交互式操作的调度方法，并实验证明了这种方法在用户延迟、带宽消耗等方面的优越性。流媒体流调度实时传输协议关键词：视频点播视频服务器实时传输控制协议 华中科技大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＩ ｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ ｂｙ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｉｓ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｍａｎｎｅｒ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｂｒｏａｄ， ａｎｄ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅｍｏｓｔ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ｏｎｅ． Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ、ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｔ ｔａｋｅｓ ｍｏｓｔ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｗｈｉｃｈ ｔｏｔａｌｌｙ ｍｏｄｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｔｙｌｅ ｏｆ ｒｅｃｅｉｖｅ ＴＶｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｖｉｄｅｏ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ ａｎｄ ｐｌａｙ ｏｎ ｗｉｌｌ．Ｖｉ ｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ｃｏｒｅ ｏｆ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ， ｓｏ ｉｔ ｂｅｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｖｉｄｅｏ ｓｙｓｔｅｍ． Ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒｒｅｑｕｉｒｅｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｅｎｄ－ｔｏ－ｅｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ， ａｌｓｏ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ＭａｘＰａｒａｌｌｅｌ Ｕｓｅｒ Ｑｕａｎｔｉｔｙ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｘｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ＭＰＵＱ， ｍａｎｙ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｎｅｅｄｔｏ ｂｅ ｓｅｔｔｌｅｄ． Ｍａｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｓ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｌｅａｒ ｗｈａｔ ａｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ｄｅｅｐ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ ｔｈｅｓｅ ｋｅｙｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｂｒｉｎｇｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｎｅｗ ｒｅｓｏｌｖｅ ｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｆｏｃｕｓｏｎ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｓｐｅｃｔｓ： ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｉ／Ｏ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｐｏｌｉｃｙ， ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｌｆｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ， ａｕｔｈｏｒ ｌａｙ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｂａｓｉｃ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｏｌｉｃｙ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｔｗｏ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ＲＴＰ／ＲＴＣＰ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅａｍｉｎｇｍｅｄｉａ， ａｕｔｈｏｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｂａｓｉｃ ｖｉｄｅｏ ｓｅｒｖｅｒ， Ａｕｔｈｏｒ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｏｌｉｃｙ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｅｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｔｏ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｂｙ ｓｔｕｄｉｅｓｓｅｖｅｒａｌ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ， ｔｈｅｎａｐｐｌｙ ａｎ ｅｗ ｐａｔｃｈｉｎｇ ｂｓａｅｄ ｓｃｈｅｍｅ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｚｅｒｏ ｄｅｌａｙ ＶＣＲ ｒｅｐｌａｙ．华中科技大学硕士学位论文Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｖｅｒｉｔｉｅｓ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｗｅｌｌ ｉｎ ｕｓｅｒ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｕｓｅ．Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ Ｖｉｄｅｏ Ｓｅｒｖｅｒ Ｓｔｒｅａｍ ＭｅｄｉａＳｔｒｅａｍ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ＲＴＰ ＲＴＣＰ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中己经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：农４ｅ日期：３４年广月声日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。在本论文属于年解密后适用本授权书。（请在以上方框内打“矿＂）日期：何年、月声日学位论文作者签名：渝，碌＊４９１９＂， ｝１４ａ ：２８０ＳｆＩｙＡｒ０日Ｓ华中科技大学硕士学位论文１绪论１．１视频点播技术简介Ｖｏ ｌ） （Ｖｉｄｅｏ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）是视频点播技术的简称，也称为交互式电视点播系统，意即根据用户的需要播放相应的视频节目，从根本上改变了用户过去被动式看电视的不足。放眼宽带网络的应用，Ｖｏ ｌ）最贴近百姓生活，不过它的技术难度也最大。Ｖｏｌ）技术是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、电视技术和数据压缩技术等多学科、多领域融合交叉的产物。目前，根据不同的功能需求和应用场景，主要有三种Ｖｏｌ）系统：ＮＶｏＤ， ＴＶｏＤ， ＩＶｏＤ［Ｉ］．ＮＶｏＤ （Ｎｅａｒ Ｖｉｄｅｏ－Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ）：准点播系统，或称其为就近式点播系统。这种点播系统的方式是：多个视频流依次间隔一定的时间启动发送同样的内容。比如，十二个视频流每隔十分钟启动一个发送同样的两小时的系统节目。如果用户想看这个系统节目可能需要等待，但最长不会超过十分钟，他们会选择距他们最近的某个时间起点进行收看。在这种方式下，一个视频流可能为许多用户共享。其方式是多个视频流依次间隔一定的时间启动，并发送同样的内容。ＴＶｏＤ （Ｔｒｕｅ Ｖｉｄｅｏ－Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ）：真点播系统，它真正支持即点即放。当用户提出请求时，视频服务器将会立即传送用户所要的视频内容。若有另一个用户提出同样的需求，视频服务器就会立即为他再启动另一个传输同样内容的视频流。不过，一旦视频流开始播放，就要连续不断的播放下去，直到结束。这种方式下，每个视频流转为某个用户服务。Ｉ ＶｏＤ （Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｖｉｄｅｏ－Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ）：交互式点播系统。它比前两种方式有很大程度上的改进。它不仅可以支持即点即放，而且还可以让用户对视频流进行交互式的控制。这时，用户就可以象操作传统的录像机一样，实现节目的播放、暂停、倒回、快进和自动搜索等。华中科技大学硕士学位论文存取视频数据的方式是衡量系统性能优劣的基础；基于此，人们又将ＶｏＤ系 统划分为“文件共享方式”、“下载方式”和“流式”三种［＇－］以“文件共享方式”为基础的视频点播系统又称为最简单的视频点播系统，这 种系统可以不配备额外的应用软件，也可设计专门的客户、服务器应用软件，以方便用户选择和点播节目。这种系统属于非流式系统，与流式视频点播系统有本质的区别，因为用户在进行视频播放时，实际上是通过操作系统的文件系统来直接访问服务器上的共享视频文件的。由于它没有任何特殊的机制保证视频数据传输的实时性，因此要求网络有足够的带宽、服务器磁盘有充分的１／０速率来保证视频数据传输。同时，由于这种点播系统以文件操作为基础，因而系统难以实现跨平台和扩大网络规模的目标；此外，由于要求服务器共享视频文件，增加了节目管理的难度、降低了系统的安全性。真正的视频服务要求通过服务器把视频数据发送给客户端。目前，有两个通用 的传输方案可供使用—“下载”和“流”。“下载”的意思是：通过网络传输整个视频文件，把数据存储到用户终端的存储设各中。由于在全部内容到达用户端以前，不能播放视频节目，因此它也属于非流式系统。“下载”机制能够较好地满足一些低质量和时间短的视频片段点播应用，但对于要求播放启动延迟短和视频质量高的应用，“下载”就不能很好地工作。例如，传送１０分钟长、要求１．５Ｍｂｐｓ网络带宽的ＭＰＥＧ－１视频片段，通过ＩＯＢａｓｅ－Ｔ以太网连接，启动延迟时间至少为１．５分钟，同时要求用户端大约有１１０ＭＢ的空余存储空间。在播放更高质量或更长时间的视频节目时，情况将变得更为严重。系统采用“流式”技术后，一旦用户端可利用的数据量足够大，就自动播放所 选择的节目。播放延时通常在几秒到２０秒之间，通过释放已经播放的数据，数据流可以重新利用空出的缓存空间，因而解决了“下载”机制带来的问题。现有的多种视频传输系统，如Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＮｅｔＳｈｏｗ， ＲｅａｌＰｌａｙｅｒ都使用“流式”的技术［３［。系统不仅支持将上百个高品质视频节目传送给网络客户，而且能够动态调整系统中众多用户终端和多个服务器的工作状态，以克服网络拥挤和存储设备的１／Ｏ瓶颈，以保证客户端平滑的视频输出。华中科技大学硕士学位论文１．２ ＶｏＤ系统特征及关键技术１）信息流向的不对称性 对于大多数双向通信系统来说，信息通路两个方向上的信息流量是对称的，系 统要为通信的双方提供同等的通信能力；而Ｖｏｌ）采用不对称的双向传输网络将信息提供者与用户连接起来，用户信息通过窄带的上行信道传到信息中心，而由信息中心到用户的下行信道则是具有视频音频传输能力的宽带信道。这是一种非对称双工形式的多媒体通信技术，与多媒体信息检索业务的特点是一致的［４１２）播信息内容和点播时间的集中性 对于Ｖｏｌ ）系统的广大用户，点播的信息内容往往集中在信息中的很小一部分，同时用户点播信息的时间分布也是不均匀的，这正是造成信息流量突发的根本原因。３）信息发送以及重现的实时性与同步要求 ＶｏＤ系统的信息发送以及重现的实时性与同步要求都较其它信息检索系统高， 特别是对视频音频信息的点播必须保证视频媒体与音频媒体内部的自同步以及媒体间的同步，这对系统的延时及抖动特性均提出了较高要求。Ｖｏｌ）系统具有三大关键技术，即多媒体数据压缩技术、多媒体网络传输技术、 多媒体数据库技术［５１１）多媒体数据压缩技术 多媒体数据压缩技术是多媒体技术中最为关键的核心技术，其研究课题包括： 数据压缩比、压缩／解压缩速度以及简捷快速的压缩算法［６１。以压缩／解压缩后的数据是否与压缩前的原始数据完全一致作为标准，可将数据压缩方法划分为无损压缩（可逆压缩）和有损压缩（不可逆压缩）两类。数据压缩中视频压缩占有重要地位，其标准主要由Ｉ ＴＵ一和ＩＳＯ／ＩＥＣ开发。ＩＴＵ－Ｔ发布的视频会议标准有Ｈ．２６１， Ｈ．２６２， Ｈ．２６３， Ｈ．２６３＋， Ｈ．２６３＋＋， Ｈ．２６４．ＩＳＯＡＥＣ公布的ＭＰＥＧ系列标准有ＭＰＥＧ－１， ＭＰＥＧ－２， ＭＰＥＧ－４和ＭＰＥＧ－７，并且计划公布ＭＰＥＧ－２１１７１．华中科技大学硕士学位论文视频数据压缩编码可分为三类方法： 考虑图像信源的统计特性，采用预测编码、变换编码、矢量量化编码、神经网 络编码等，均以仙农信息论为基础；采用基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓一 纹理编码，这利用人眼视觉特性，充分考虑了信息接受者的主观特性；采用分形编码、基于模型的编码，这是考虑了图像传递的景物特征，它代表着 新一代的压缩编码方向，是目前最为活跃的研究领域。ＪＰＥＧ， Ｈ．２６１， Ｈ．２６３， ＭＰＥＧ－１， ＭＰＥＧ－２主要采用了以仙农信息论为基础的第一代数据压缩编码技术，其中ＭＰＥＧ标准在高压缩比的情况下，仍能保证高质量画面，最适于视频ＶｏＤ的存储、点播和网上传输［８１目前ＭＰＥＧ己成为工业标准，对于ＶｏＤ的产生和发展有重要作用。这里需要强调的是ＭＰＥＧ－４标准，它是一种面向对象、基于内容的压缩编码标准，侧重于对多媒体信息内容的访问以及更加注重多媒体系统的交互性和灵活性［＇Ｉ． ＭＰＥＧ－４可根据应用的不同要求现场配置解码器，通过引入ＡＶ对象（ＡｕｄｉｏＮｉｓｕａｌ Ｏｂｊｅｃｔｓ），使更多的交互操作成为可能，这为多媒体数据压缩提供了广阔的发展平台。２）多媒体网络传输技术 高速接入网和高速互联互通的传输网是ＶｏＤ系统实现的有力保障．ＶｏＤ中的 视频音频数据时间相关性很强，对网络的延迟特别敏感，带宽和实时性要求尤为突出。因此应保证在任意的网络交换能力下提供给用户可靠稳定的带宽及高传输速率，具备合理动态分配网络带宽以适应多媒体数据高速率和突发性传输的要求，以保证实现高质量、平滑和动态视频的多媒体数据流传输。主要研究课题包括：ＩＰ新技术（下一代网际协议】Ｐｖ６， ＩＰ传输新技术、流媒体技术）、宽带接入网（ＨＦＣ，ＤＳＬ、快速以太网、无线接入、光纤接入）、机顶盒技术、媒体传输协议。３）多媒体数据库技术 多媒体数据量非常巨大，随着应用的扩展，系统会积累大量的多媒体数据。ＶｏＤ 的数据库管理系统必须保证用户能迅速方便地找到所需的素材，有效地完成对素材的各种管理任务。因此在ＶｏＤ系统的结构设计中必须采用优化策略，可以利用数华中科技大学硕士学位论文字图书馆技术，使Ｖｏｌ）系统中的多媒体存储部分与信息处理部分在逻辑上分开实现，以改善系统性能。１．３国内外研究概况视频点播起源于上世纪７ ０年代，最初用于宾馆、饭店等娱乐场所的卡拉ＯＫ点歌，当时点播要靠操作员操作控制中心的磁带机完成。随着计算机和电信技术的发展，Ｖｏｌ）在窄带ＩＳＤＮ和ＡＴＭ都有了应用，但由于当时网络环境和技术水平所限，用户要经过漫长的等待，将点播的内容全部下载到本地后，再播放。１９９５年，世界上首次推出了互联网视频播放器，使用流媒体技术改变了传统先下载再播放的方式，利用流的编码格式实时传送媒体数据，用户只需在播放前下载一小段前缀内容，就可以开始播放，后续内容边下载边播放。采用流媒体技术可以大量节省缓存空间和内容下载时的等候时间。Ｖｏｌ）综合采用计算机、通信、电视等技术，利用了网络和视频技术的优势，彻底改变了过去收看节目的被动方式，实现了节目的按需收看和任意播放，集动态影视图像、静态图片、声音、文字等信息为一体，为用户提供实时、交互、按需点播服务的系统［［ｉｏｊＶｏｌ ）技术的出现，在某种意义上讲是视频信息技术领域的一场革命，其巨大的潜在市场，使世界主要发达国家都投入了大量的资金，加速开发和完菩这一系统。ＶｏＤ巨大的发展潜力与广阔的应用前景确是十分诱人的。在当今社会向高度信息化迈进的时代，Ｖｏｌ）作为最形象、最直接、最合乎用户需求的信息服务手段之一，必将在今后的信息高速公路上传送最多的信息，对社会产生重大的影响，给人们带来巨大的经济效益。对这一新兴的产业，我们应给予足够的关注和支持，并推动这项业务在中国的发展［ｉｉ］目前，视频点播系统还处于试验阶段。国内外许多计算机公司和研究机构设计 和开发了各种服务器、机顶盒等Ｖｏｌ） ／ ＩＴＶ关键设备，进行了各种形式的交互服务原型的研究，新设计和实验的原型中的信息存取方式可以提供Ｉｎｔｅｎｒｅｔ中浏览器形式的接口和基于内容检索的点播接口，使得对大规模视频信息的存取变得更容易和更方便。这些ＶＯＤ／ＩＴＶ产品的推出和原型系统的实验使人们己经看到，在不久的华中科技大学硕士学位论文将来视频点播／交互电视系统将像电话和电视那样普遍应用，通过信息的交互，人们将获得更方便、内容更丰富的服务。我国目前Ｖｏ Ｄ建设还处在发展初期，在我国一些城市小范围内己有实验性的视频点播系统，但大多数应用仍以大型企业、教育机构、高档酒店、大型写字楼、高档生活小区等局域网内应用为主。虽然，ＶＯＤ的最初出现是为了更好的满足用户对自主收看视频节目的需求，但 是随着ＶｏＤ技术的不断进步，其广泛的应用对大众文化和商业运作模式都将产生强烈的影响。ＶｏＤ不仅可以为终端用户提供多样化的媒体信息流，来扩大人们的信息渠道，丰富人们的精神生活；而且在远程教育、医院、宾馆、飞机等场所的娱乐，公司的职员培训、远距离市场调查、公司的广告业务等领域将逐渐充斥着ＶｏＤ技术的全新应用（１ｚ）１．４本文的主要研究工作目前随着我国高等教育人才培养模式改革和开放教育试点的不断深化，学生通 过计算机网络观看教师制作的多媒体课件自主学习成为新的有效学习形式，于是产生了建立并有效管理校园网视频点播服务器的课题。同时我国宽带网络的发展，为视频点播服务器提供了客观条件。从外国市场观察，ＶｏＤ发展最成功的领域应该是在局域网内进行教育和培训。在外国，比较高级的大学校园网和军队培训网都有ＶｏＤ。教育界已经公认视频是极好的教育工具，而ＶｏＤ允许学生在任何时候以他本人的学习能力根据他习惯的学习速度在网络上完成他的课程［１３］。校园网ＶｏＤ不是商业行为，学校之间还可以互相交换ＶｏＤ课件，增加内容，吸引学生使用ＶＯＤ课件学习。一位资深教授只能教三四十名学生，但要是把他一学期的课都录下来，通过ＶｏＤ课件就能让成千上万的学生得益［１４１本课题研究的内容是基于流媒体技术的校园网视频点播服务器，是根据湖北广 播电视大学校园网升级改造，组建视频点播系统的工程实际提出的，是该校网络建设的重要组成部分。全文共由六章组成。各章内容组织如下： 华中科技大学硕士学位论文第一章：绪论。阐述了视频点播的技术背景和发展现状，分析了ＶｏＤ关键技术， 对相关研究工作和文献进行了综述，并归纳了本文所要研究的主要的内容。第二章：根据湖北广播电视大学的校园网络基础，结合该校视频点播的具体要 求，通过对ＲＴＰ／ＲＴＣＰ协议的研究，分析流媒体视频点播服务器的一般功能和结构，构建一个基本的流媒体视频点播服务器的实现方案。第三章：本章主要分析了视频服务器实现中应注意解决媒体同步、媒体数据发 送速度控制以及有关技术瓶颈的问题。第四章：视频流调度策略的研究。视频流调度策略是视频点播系统中有效使用 存储资源和网络资源的关键技术。该文研究了己有的多种流调度技术并分析了各种调度方法的优劣，在此基础上以补丁算法为基础应用了一种支持零延迟交互式操作的调度方法，并实验证明了这种方法在用户延迟、带宽消耗等方面的优越性。第五章：根据有关条件，提出了满足应用要求的视频点播解决方案，在分析网 络规模后，利用通用ＰＣ组建了一台视频服务器，并对不同应用环境中的服务质量动态监控的效果进行了比较，为以后的进一步研究工作积累了数据和经验。第六章：全文总结。 华中科技大学硕士学位论文究竟采用哪种流媒体技术，用户可以通过比较，选择最适合自己实际的流媒体技术。２．３流媒体视频服务器的基本功能和服务方式２．３．１流媒体视频服务器的主要功能１）响应客户的请求，把媒体数据传送给客户。流媒体视频点播服务器在流媒 体传送期间必须与客户的播放器保持双向通信（这种通信是必需的，因为客户可能随时暂停或快放一个文件）。２）响应广播的同时能够及时处理新接收的实时广播数据，并将其编码。 ３）可提供其他额外功能，如：数字权限管理（ＤＲＭ），插播广告，分割或镜像 其他服务器的流，还有组播。２．３．２流媒体视频服务器的服务方式１）单播。在客户端与媒体服务器之间建立一个单独的数据通道，从１台服务 器送出的每个数据包只能传送给１个客户机。２）组播。在以组播技术构建的网络上，允许路由器一次将数据包复制到多个 通道上。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［２０１。广播指的是用户被动地接收流，在广播过程中，数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户，客户端接收流，但不能控制流。２．４构建流媒体视频服务器２．４．１ ＲＴＰＩＲＴＣＰ协议简介实时传输协议ＲＴＰ （Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｒ ｏｔｏｃｏｌ）：是针对Ｉｎｔｅｎｒｅｔ上多媒体数据流的一个传输协议，由ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｎｒｅｔ工程任务组）作为ＲＦＣ１８８９发布。ＲＴＰ被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。华中科技大学硕士学位论文ＲＴＰ的典型应用建立在ＵＤＰ上，但也可以在ＴＣＰ或ＡＴＭ等其他协议之上工作。ＲＴＰ本身只保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠ＲＴＣＰ提供这些服务［２１］实时传输控制协议ＲＴＣＰ （Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｏｎｔ ｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）：负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在ＲＴＰ会话期间，各参与者周期性地传送ＲＴＣＰ包，包中含有己发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。ＲＴＰ和ＲＴＣＰ配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据［２２１ＲＴＣＰ主要有４个功能： （１）用反馈信息的方法来提供分配数据的传送质量，这种反馈可以用来进行 流量的拥塞控制，也可以用来监视网络和用来诊断网络中的问题；（ ２）为ＲＴＰ源提供一个永久性的ＣＮＡＭＥ（规范性名字）的传送层标志，因为在发现冲突或者程序更新重启时ＳＳＲＣ（同步源标识）会变，需要一个运作痕迹，在一组相关的会话中接收方也要用ＣＮＡＭＥ来从一个指定的与会者得到相联系的数据流（如音频和视频）：（３）根据与会者的数量来调整ＲＴＣＰ包的发送率； （４）传送会话控制信息，如可在用户接口显示与会者的标识，这是可选功能。 ２．４．２ ＲＴＰ／ＲＴＣＰ工作过程工作时，ＲＴＰ协议从上层接收流媒体信息码流（如Ｈ． ２６３），装配成ＲＴＰ数据包发送给下层，下层协议提供ＲＴＰ和ＲＴＣＰ的分流。如在ＵＤＰ中，ＲＴＰ使用一个偶数号端口，则相应的ＲＴＣＰ使用其后的奇数号端口。ＲＴＰ数据包没有长度限制，它的最大包长只受下层协议的限制［２３１２．４．３服务器的算法服务器软件模型主要有两种，即并发服务器和循环服务器。循环服务器（ ＩｔｅｒａｔｉｖｅＳｅｒｖｅｒ）是指在一个时刻只处理一个请求的服务器。并发服务器（Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｅｒｖｅｒ）是华中科技大学硕士学位论文指在一个时刻可以处理多个请求的服务器。事实上，多数服务器没有用于同时处理多个请求的冗余设备，而是提供一种表面上的并发性，方法是依靠执行多个线程，每个线程处理一个请求，从客户的角度看，服务器就像在并发地与多个客户通信１８１由于流媒体服务时间的不定性和数据交互实时性的请求，流媒体服务器一般采 用并发服务器算法１２４１。本章设计了一个基本的流媒体服务器，能够同时响应多个用户的请求，把本地硬盘流媒体文件或实时数据流（Ｈ．２６３格式）发送给用户。在应用中，把客户分为请求实时数据的实时客户和请求文件数据的文件客户两类。主要算法为：（１）打开设备，分配资源。当设备准备好时，创建一个ＲＴＰ实时服务线程和 一个ＲＴＣＰ实时服务线程。（２）创建一个ＵＤＰ套接字并将其绑定到所提供服务的地址之上。 （３）反复调用接收模块，接收来自客户的ＲＴＣＰ报告，根据其类型做出响应。 对新实时客户的请求，把客户地址添加到实时服务的客户列表中，对新文件客户的请求，则创建一个新ＲＴＰ文件服务线程和一个新ＲＴＣＰ文件服务线程；对已经在服务中的客户则根据ＲＴＣＰ报告的内容调整服务。ＲＴＰ实时服务线程１：初始化客户列表和Ｒ Ｐ首部。ＩＲＴＰ实时服务线程２：从设备读取媒体数据，把数据发送给实时服务列表中的 客户。ＲＴＰ实时服务线程３：更新ＲＴＰ首部和统计数据。 ＲＴＰ实时服务线程４：计算延时，重复第二步。 ＲＴＣＰ实时服务线程１：初始化ＲＴＣＰ首部。 ＲＴＣＰ实时服务线程２：发送发送方报告给实时服务列表中的客户。 ＲＴＣＰ实时服务线程３：计算延时，重复第二步。 ＲＴＰ文件服务线程１：初始化ＲＴＰ首部． ＲＴＰ文件服务线程２． ：从文件读取媒体数据，把数据发送给客户．ＲＴＰ文件服务线程３：更新已发送数据的统计信息，为生成发送方报告做准备。 ＲＴＰ文件服务线程４：计算延时，调整发送速度，正常情况下开始重复第二步． 华中科技大学硕士学位论文ＲＴＣＰ文件服务线程１：初始化ＲＴＣＰ首部，发送一个源描述（ＳＤＥＳ）报文给客户。ＲＴＣＰ文件服务线程２：根据已发送数据的统计信息生成发送方报告，发送给客户。ＲＴＣＰ文件服务线程３：计算延时，正常情况下开始重复第一步。２．５本章小结流媒体技术的在现代教育中应用日益广泛，本章首先根据湖北广播电视大学的 校园网络基础，结合该校视频点播的具体要求，通过对ＲＴＰ／ＲＴＣＰ协议的研究，分析流媒体视频点播服务器的一般功能和结构，构建一个基本的流媒体视频点播服务器的实现方案。１）分析了流媒体传输的基本特点、技术原理、传输方式、传输格式；网络中 常各种多媒体信息的流媒体传输格式及流式技术的主要解决方案。２）分析了流媒体系统组件及流媒体视频点播服务器的基本功能和服务方式。 ３）提出构建流媒体视频点播服务器。深入探讨了支持流媒体实时传输的协议 及服务器的算法。华中科技大学硕士学位论文３流媒体服务器实现中应注意的问题校园网视频点播中的多媒体数据以实时数据流的形式传输，与传统的文件数据 不同，多媒体数据流一旦开始传输，就必须以稳定的速率传送到桌面电脑上，以保证其平滑地回放，视频、音频数据流都不能有停滞和间断；网络拥堵、ＣＰＵ争用或ｕ０瓶颈都可能导致传送的延迟，引起数据流传输阻塞。流媒体视频点播服务器必须满足如下播放要求： １）音频、视频数据流平滑、无停顿和抖动； ２）综合各种文字、图片、声音、视频信息； ３）查询方法简便、快捷；具有快速的响应速度。 为此，流媒体视频点播服务器实现中应注意解决媒体同步、媒体数据发送速度 控制以及有关技术瓶颈的问题［２５］３．１流媒体的同步技术３．１．１流媒体的系统同步系统同步是底层同步［ ２６ｉ。在网络通信系统中，要考虑不同类型的媒体数据段在传输变换中的延迟、分组中的时间次序错位、丢失等情况，同步机制比较复杂，本章只通过分析其ＱｏＳ （Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）来讨论流媒体服务端的服务质量。在流媒体应用系统中，视频、音频流只要满足一定的ＱｏＳ（如视频流平均３３ｍｓ处理一帧，音频可以采用４４．１ＫＨｚ的采样频率），认为是可接受的，因此当系统负载较大时，可在ＱｏＳ允许的范围内，通过适当降低某些任务的服务质量来保证系统中所有任务的服务质量。在流媒体服务器端，对于每条媒体流的ＱｏＳ控制，可以用三个参数来描述：Ｓ， Ｑ， Ｆ，在对Ｓ个连续实例处理过程中，至少要成功完成Ｑ个，而且连续失败的数据流个数不能超过Ｆ个，Ｑ／Ｓ为任务的最小成功率，Ｆ为任务允许的最大连续失败数目。如果服务器调度导致某条流Ｓ个连续实例中成功数少于Ｑ个，或者失败的实华中科技大学硕士学位论文例连续出现超过Ｆ个，认为服务器没有能满足该媒体流的服务质量。服务的ＱｏＳ参数是通过任务的最小成功率和允许的连续失败数来描述。因此，在服务端应根据不同媒体对象的需求特点，分析其所需ＱｏＳ，决定传输策略，选择相应的交换方式，安排不同的传输信道，保证在流数据在服务时间包到达 生／ 了 产包 播放网络延退洲缓存包顺序号端的传输所需的服务质量。（如图３－１所示）３．１．２流媒体的媒体间同步图３－１流媒体的ＱｏＳ网络的带宽是完成流媒体传输的物质基础，在传输声音、图像、视频等多媒体 信息流时，即使这些媒体流予以压缩，所需的带宽仍然比文字文件大，但并不是有足够的带宽就可以完全解决流媒体传输问题｛切。一般而言，所需带宽的多少是与应用密切相关的，从应用角度来看，只要用户数不断增加、信息服务量不断增加，带宽有多少都是不够的。同步是媒体流的基本控制方法。流媒体是时间属性的表现，而ＨＴＴＰ协议不能提供时间的可靠性，因此产生了ＲＴＳＰ （Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ ＳｔｒｅａｍｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌ）协议。ＲＴＳＰ是应用层协议，目的是为流媒体实现多点传送和以点播方式单一传送提 供服务的协议。ＲＴＳＰ利用流技术把数据分成许多包，包的大小由客户端和服务端的实际带宽决定，当客户端接收到足够的数据包时，用户不需下载整个媒体文件就可以开始播放流媒体。因为播放器在播放一个包的同时，解压另一个包并下载第三个包。流媒体数据可以是输入的实况信息，也可以是存储的视、音频片段。通过ＲＴＳＰ协议，服务器端可以跟踪流媒体传输的时间、地址和方式．ＲＴＳＰ增加了对流媒体的控制请求，能恢复来自媒体服务器的流媒体。媒体之间通信的同步有三种基本方法：时间戳法、同步标记法及多级复用法。 ＲＴＳＰ中的同步支持采用了时间戮法［２８ｌ。时间戳法是在每个媒体的数据流单元中加进统一的时间戳，或时间码，具有相同时间戳的信息单元将同时予以表现。在发送华中科技大学硕士学位论文时，将各个媒体都按时间顺序分成单元，在同一个时间轴上，给每个单元都打上一个时间戳，处于同一时标的各个媒体单元具有相同的时间戳。在各个媒体到达终端后，让具有相同时间戳的媒体单元同时进行表现，这样就得到了媒体之间同步的效果。时间戳法不需要附加同步信道，有绝对时间戳法和相对时间戳法两种，相对时间戮同步技术更为灵活。所谓相对时间戳，是指在多种媒体中选取一种为主媒体，而其它媒体则定为从属媒体，在主媒体的各个单元上打上时间戳，而依照与主媒体的单元在同一时间上的表现，在从属媒体相对应的单元上打上相同的时间戳，从属媒体各单元上的时间戳是相对于主媒体单元的时间戳而言的。例如，在图３－２中图３－２时间戳示意图华中科技大学硕士学位论文可以选择视频为主媒体，音频段１与视频段１的时间戳是相同的，音频段２、音频段３与视频段２的时间戳是相同的，经过分组交换，使到达客户端的具有相同时间戳的媒体单元同时进行表现，这样就很好地实现了不同媒体之间的同步。３．１）流媒体的用户层同步用户层同步或交互同步，是最上层的同步，要求能反映和满足用户的交互性， 容易为用户理解接受。用户层同步是交互性参与的同步，用户可以控制和使用信息，如反复调用感兴趣的内容、快速掠过不感兴趣的部分［２９］。例如，用户在借助流媒体学习外语的过程中，可以反复收听难以理解的听力内容。虽然ＲＴＳＰ协议支持类似录像机的功能：播放、快进、暂停、停止，但流媒体 的交互性同步能力主要体现在数据流编码过程中对交互性能的考虑。３．２媒体数据发送速度的控制目前，制约视频点播应用发展的核心问题是服务质量。简言之，由于因特网不 太可靠，其带宽、负荷等变化剧烈，难以满足视频点播的实时服务质量要求，流媒体的视频和音频播放质量通常较差，常常出现画面模糊、马赛克、播放断续停顿等现象，影响客户的观看效果，也阻碍了视频点播技术的推广。所以解决好流媒体宽带应用的服务质量问题对于流媒体宽带应用是极为重要的．由于丢包率和延时的需求在一定条件下可转化为带宽需求以及流媒体码率和 网络带宽变化范围很广等原因，因特网可提供的网络带宽和流媒体要求的码率之间的不匹配是Ｑｏｓ矛盾的中心，所以利用视频服务器的视频质量控制和发送速率控制来解决带宽与视频流码率的不匹配问题，以求在不同的网络环境下利用终端的一些控制策略使得用户享受到尽可能好的服务质量并尽量减轻网络的负担［３０］流媒体的发送速率控制技术主要功能是大幅提高流媒体服务器的终端用户并 发数。其主要作用是在网络资源不稳定的情况下控制流媒体文件的发送速率，并使其平滑，不致有过高和过低的发送速率变化．这样使流媒体服务器的文件输出速率华中科技大学硕士学位论文始终在控制之下，并保持在平均值左右［３１］。这样做的结果就是使终端用户的并发数大幅提升。我们在这里打个比方来解释这种效应。假如把一些木棍同时通过一个大的竹筒，如果木棍的形状参差不齐，非常不规 则，如图３－３所示，那么，能够同时穿过这个竹筒的木棍数量就会有限，而竹筒的很大一部分空间因为木棍的形状不规则而无法充分利用，都浪费了。图３一 ３而如果木棍的形状都比较直，或者只有很小幅度弯折，那么，同时穿过竹筒的 木棍数量就会大大增加，如图３一所示。图３－ ４流媒体服务器的网卡的带宽资源就好比是竹筒的宽度，当连接用户的发送速率 不稳定，忽高忽低时，其同时支持的并发用户就较少。而如果连接用户的发送速率得以控制和平滑，那么单一用户所需的带宽资源就不会有剧烈震荡，始终控制在一定平均值左右，这样同时支持的并发用户数就较多。而当新用户要求连接时，系统监测该用户连接所需的最大带宽资源，来对比还剩的带宽资源，以此判断是否准许该用户连接。若未进行发送速率控制，则用户的发送速率会变化很大，即有较大的震荡，所需的最大带宽资源也很大，这样系统就会认为剩下的资源不足以满足新增用户的需求，而拒绝新增用户的连接请求。而如果应用流媒体发送速率控制技术对华中科技大学硕士学位论文用户的发送速率进行平滑和控制，使用户连接速率始终在平均值左右，没有太大的震荡，这样系统检测用户所需的最大带宽资源在允许范围内，从而允许新增用户的连接请求。同时也最大限度地利用了服务器和终端用户的带宽资源。这种方案不同于Ｒｅ ａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ的真实流（Ｓｕｒｅ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ）和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的智能流（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ）。这两种解决方案其实是在与用户建立连接的初始，检测用户的网络带宽资源状况以及连接数目的多少，以此来判断，发送文件大小最适合的流媒体文件［３３］。而在用户观看流媒体文件的２－３个小时过程中，网络状况和带宽资源其实一直在变化的，可能不断有新的用户连接上来，并发数不断在变化，但系统无力实时调整，结果在用户端还是会时常出现图像卡壳、抖动和停停放放的情况，服务质量仍然无法保证。这种技术方案的优越性是显而易见的，在硬件性能不改变的条件下，显著增加 了流媒体服务器的并发数目，从而提高流媒体服务器的性能并降低了实现成本。而且，该技术方案使终端用户的服务质量和网络资源利用率也大为提高。３．３流媒体视频服务器的技术瓶颈３．３．１网络百兆、千兆网卡是目前市场所有服务器的标准配置，以ｌｏｏｍ网络工作环境为 例，即使为服务器分配独占ｌｏｏｍ端口，其网卡工作效率至多不超过５０％，即实际网络吞吐量只有５０Ｍｂｐｓ左右，千兆网卡工作效率更低，实际网络吞吐量只有１５０Ｍｂｐｓ左右。因此，网络吞吐效率是所有服务器首先遇到技术瓶颈。３．３．２设备数据吞吐障碍摩尔定律在ＣＰＵ的升级换代中得到了验证，可计算机设备的主板１ ／０吞吐、硬盘阵列速度远未跟上摩尔定律的发展速度，成为限制Ｖｏｌ）视频服务器负载的另一技术瓶颈。Ｖｏｌ）视频点播于ＣＰＵ要求并不高，对硬盘阵列要求却极为苛刻，以业界３２０Ｍ／Ｓ ＵＬＴＲＡ ３ＳＣＳＩ硬盘来说，由于主板１ ／０吞吐限制，最终用户只能得到１００－１５０Ｍ／Ｓ（字节）传输速率。华中科技大学硕士学位论文３ＪＪ硬盘阵列瓶颈除网络带宽限制外，服务器硬盘阵列也是有极限的。目前市场上最高档的硬盘 转速可１５０００Ｒ／Ｍ，数据传输量可达３２０Ｍ／Ｓ，对于一般的数据库访问请求，这些硬盘处理起来游刃有余，但ＶｂＤ点播请求则不同，它要求硬盘进行长时间、稳定、不间断的数据输出，且每个用户请求形成一个负载相同的进程，经测试，对于１５０００Ｒ／Ｍ， ３２０Ｍ／Ｓ的ＳＣＳＩ硬盘阵列，当视频并发流达到２０００个，其处理能力将达到极限。３．３．４流媒体点播技术瓶颈众所周之，流媒体技术被一些大公司（ 如Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ， Ｒｅａｌ， Ａｐｐｌｅ）垄断着，虽然他们的服务系统（如Ｍｅｄｉａ Ｓｅｒｖｅｒ， Ｒｅａｌ Ｓｅｒｖｅｒ， ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ）功能强大，但是相对说来，价格昂贵、英文界面、设置复杂以及对电脑性能要求高，不是很适合中国市场。而且每家公司技术保守的壁垒难以打破，一般都是只支持他们特定的文件格式，不能同时兼容多种文件格式，而其中一些比较专业的应用对很多用户来说也是没有必要的，更重要的是需要专业人员来配置这样的系统｛３４１。种种原因导致了普通的用户根本无法配置起这样的流媒体服务系统，就算真正配置起来的话，也是仅仅只能支持特定的文件类型，而且还需要转换工具的辅助。目前流媒体点播技术方面的主要瓶颈有：第一、系统能够支持的视频流格式有 多少；第二、是否能够流畅地播放高清晰（高码流）的影视节目；第三、点播、直播视频源内容时的响应速度快慢，缓冲长短；第四、对网络带宽资源的利用情况如何；第五、视频流传输所用的网络协议是开放的还是自定义的；第六、视频节目的防盗链与多重认证方法．３．４本章小结根据视频点播的播放要求，本章主要分析了视频服务器实现中应注意解决媒体同步、媒体数据发送速度控制以及有关技术瓶颈的问题。１）分析了流媒体的同步技术，包括系统同步、媒体间同步、用户层同步三个华中科技大学硕士学位论文层次。２）分析了影响视频点播服务质量的各因素，提出利用视频服务器的视频质量 控制和发送速率控制来解决带宽与视频流码率的不匹配问题，以求在不同的网络环境下利用终端的一些控制策略使得用户享受到尽可能好的服务质量并尽量减轻网络的负担。３）分析了限制视频服务器进一步发展的软硬件方面的原因。 华中科技大学硕士学位论文４视频流调度策略的研究校园网视频点播系统主要用于教学，由于学生的上课时间相对集中，某些公共 课程各专业普遍开设，很容易造成信息流量突发，所以对其存储资源和网络资源的调度成为提高性能的关键性问题。视频流调度是指视频服务器在接收到客户端点播请求后如何分配视频数据流为其服务所采用的策略。显然，为每一点播请求单独分配视频流的策略会使存储资源和网络资源迅速耗尽而无法接纳新的请求，所以研究调度方法的目标是用同一个视频流为多个请求服务［３５１。这类方法的依据是用户点播节目的请求服从Ｚｉｐｆ（齐夫）分布，即大部分点播请求集中在少数热门节目上。在统计分析过程中，发现节目点播情况服从Ｚｉｐｆ法则，即对Ｎ部课件按访问概率从大到小进行排序，第ｉ部课件的访问概率ｆ （ｉ） ＝Ｃ／ｉ， ｉ＝１， ２，，Ｎ，其中１／ Ｃ＝艺１／ｉ， ｉ＝１， ２，…，Ｎ．），使得为点播时间相近的同一节目的请求调度同一个视频流为其服务成为可能。视频流调度策略根据调度方式的不同分为服务器发起的静态调度策略和客户端发起的动态调度策略。视频点播服务还包括支持客户端提出的交互式操作，指暂停／ 恢复、任意定位、快进／＇ｄ：退、慢放等类似录像机（ＶＣＲ）的操作。视频流调度中使用广播或多播的策略增加了支持交互式操作的难度，所以本章的工作致力于采用一种能够支持交互式操作的流调度方案，从而实现更高效、功能更完备的视频服务器。４．１流调度策略已有的视频流调度策略按照调度方式可分为两类：’ 一类是服务器发起的静态调度策略；另一类是客户端请求发起的动态调度策略。静态调度是对所有请求客户同时以周期性广播的方式发送数据，而动态调度是将提出时间相近的同一节目的客户端点播请求以组播方式同时进行服务［３６］４．１．１静态调度策略静态调度策略中将每个节目分成若干部分，服务器同时对每一部分作周期性的 华中科技大学硕士学位论文广播，而用户根据请求到达时间加入距离最近的一个视频流接收数据从而满足点播请求。这类调度策略中的不同方法的主要区别在于节目分块方法的不同和数据接收方式的不同以求达到较小的用户启动延迟和使用较少的客户缓存资源。 最直观的静态调度策略称为等间隔多播（（Ｅｑｕａｌｌｙ－ｓｐａｃｅｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，ＥＢ），这种策略以固定的时间间隔播放同一节目的不同部分，用户的平均等待时间为间隔的一半。为进一步缩小启动延迟，提出了一系列改进方法。一种方法称为ＰＢ（Ｐｙｒａｍｉｄ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）算法，是将每个节目总长度按照几何级数序列大小划分，这样由于第一部分数据量很小，因此播放频率很高，从而用户只需等待很小的延迟就能开始接受服务。但这种方法需要用户能同时从两个通道接收数据，并需要大量的缓存空间用来缓存未来需要播放的数据。经计算，这个空间要大于整个节目数据大小的７０％。为解决缓存问题，又提出Ｔ一种叫做ＰＰＢ （Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄ ＰｙｒａｍｉｄＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）的算法。ＰＰＢ与ＰＢ的不同在于ＰＰＢ中将几何级数分成的片断再细分成等长的块，这些块在通道中不按照顺序传送而按照既定顺序播放，这样使得接收方的磁盘空间和带宽需求都有所降低。但这两种方法采用相同的数据分块方法，几何级数增长迅速，最后一块就要占到整个节目的５０％以上，磁盘开销仍然过大。ＳＢ（Ｓｋｙｓｃｒａｐｅｒ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）方法则提出了不同的数据分块方法和不同的传输方法。ＳＢ按照序列将一个节目分块，且分块大小不大于宽度参数Ｗ，这比几何级数增长得慢，因而节省了磁盘开销。这种方法能达到只使用ＰＰＢ的２０％的缓存空间而获得较低的启动延迟［３７１静态调度策略的优点是算法不受用户点播请求多少的影响，用户的增多不会使 每个用户的播放质量下降，每个用户可以得到公平的启动延时和服务质量；其缺点主要是这种方法只能提供准视频点播（Ｎｅａｒ Ｖｏｌ）， ＮＶｂＤ）服务，因为用户需要等待一定的延迟才能接收服务，这种方法只适用于有大量点播请求的热门节目，否则每个节目占用多个通道循环播放是资源的浪费，这种方法也不能支持单个用户的ＶＣＲ请求。华中科技大学硕士学位论文４．１．２动态调度策略动态调度策略中的典型方法包括Ｂａ ｔｃｈｉｎｇ， Ｂｒｉｄｇｉｎｇ， Ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｉｇｇｙｂａｃｋｉｎｇ和Ｐａｔｃｈｉｎｇ方法等。Ｂａｔｃｈｉｎｇ方法的思想是分批处理客户请求，即在一定时间范围内的同一节目的点播请求调度同一个视频流服务。这种方法也需要用户等待一定的启动延迟。Ｂｒｉｄｇｉｎｇ也叫Ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ方法，利用服务器缓存空间达到共享视频流的目的，即当前视频流播放时将数据同时放到缓存空间中，在一定时间内对同一节目的另一用户的请求到达时即可从缓存中读取，从而降低了ＵＯ带宽，但这种方法对网络带宽没有贡献。还有一种称为Ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｉｇｇｙｂａｃｋｉｎｇ的方法通过改变节目播放速率来允许不同时间到达的用户请求共享视频流。这种方法弥补了Ｂａｔｃｈｉｎｇ方法带来用户启动延迟和Ｂｒｉｄｇｉｎｇ方法需要较大的缓存开销的缺点・但这种方法一则需要系统支持播放率的改变，二则这种改变必须在士５％之间，从而带来了实现的难度和带宽提高幅度的限制１３８１可重组Ｐａ ｔｃｈｉｎｇ（补丁）方法有效地利用了一定的客户端缓存消除了用户启动延迟从而成为继提出之后最受关注的算法。其主要思想也是分批处理的思路，不同处在于为第一个到达的请求立即分配流服务，而其后到达的同一节目的请求则加入先前开始播放的流并接收数据至本地缓存，同时分配一个称为补丁流的视频流传送己错过的数据（３９１。下节将详细介绍本文所采用的补丁策略的工作方法。４．２可重组补丁策略下面以图４－ １中的实例来具体说明本文采用的补丁算法。首先在系统时间６０ｓ时有一个对节目１的点播请求Ａ发生，这时立即分配多播流ｓｌ，为其服务，这里把所有能够被多个请求共享的完整视频流称为多播流，简作ｓ流，并用ｓ流（节目标识，流建立时间，节目播放起点，流撤销时间，当前服务用户数）的表述来描述一个多播流当前的信息。请求Ａ节目播放起点为Ｏｓ，节目总长度为９０ｍｉｎ，流撤销时间为流建立时间十节目长度一节目播放起点＝５４６０ｓ。建立时的当前服务用户数为１，这个数据作为对ｓ流状态的监控将随时根据其他请求加入和撤出数据流做出修改，以便在所有使用ｓ流数据的请求退出后撤销这一数据流。接收ｓ、数据流的客户Ａ华中科技大学硕士学位论文将同时将接收到数据送至其播放器播放。Ｓｌ （１．６０．０．５４６０．２）请求Ａ＂，＂；，，；１．…，．口６０ ３６０屯几ｔ‘马、、，．的位性（这是由于对ＶＣＲ操作的支持，每个点播清求可能是从节目起始处开始的播放请求，也可能是暂停、跳转或快放之后的恢复操作，因此其要求的播放起点不一定是节目开始处）。这时判断是否能用己有的Ｓ流为其服务，算法如下：Ｓ流可用标志二０； 求求请 请１｝孙０．２００．４６０．Ｓ ｌ ）５流〔节目标识、流建立时间、节目播放起点、流撤消时间、当前服务用户数）Ｐ流（节目标识、流建立时间、节目播放起点、流撤消时间、协作多播流）同一节目的点播请求Ｂ在系统时间３６０ｓ时到达，其播放请求起点为节目２００ｓ ＣＢ Ｊ户ｒｊｒ「一一一一一一一一一刃Ｓ２ （１．８５０＇１４０．．６１５０．１）４６０ ８５０、 系统时间（秒） 图４－ １补丁策略ｉ ｆ（当前请求的节目号＝＝Ｓ流播放的节目号）｛Ｓ流当前播放位置＝当前系统时间一Ｓ流开始时间十Ｓ流起始播放位置；ｉｆ （Ｓ流当前播放位置＞当前请求节目位置华中科技大学硕士学位论文＆＆Ｓ流当前播故位置一当前请求节目位置＜补丁窗口） ｓ流可用标志习； ｝ 这里提出了补丁窗口的概念，是视频流合并的界限，即当前请求播放位置与多 播流当前播放位置间的差距在此范围内才允许加入多播流，否则建立新的多播流为其服务。这里只讨论补丁窗口不大于客户端缓存的情况。判断出Ｓ：流可作为请求Ｂ的传输流后，请求Ｂ将加入Ｓ，流的多播组接收数据，这时Ｓ１的当前服务用户数改为２。从Ｓ、接收到的数据将保存到客户Ｂ的缓存而需要立即播放的数据由补丁流提供。补丁流简称Ｐ流，是用来传送某个请求从多播流中未获得的补丁数据的，这里用Ｐ流（节目标识，流建立时间，节目播放起点，流撤销时间，协作多播流）来标识补丁流的信息．Ｐ流的长度是Ｐ流建立时多播流播放位置与请求播放位置的差值。在Ｐ流传送的阶段（３６０ｓ－４６０ｓ），接收数据的客户将Ｐ流的数据直接用于播放器播放，而在Ｐ流结束后（（４６０ｓ－－５４６０ｓ），继续从多播流接收数据存至缓存同时从缓存提取数据用于播放。请求Ｃ表示了所请求播放位置与Ｓ，当前播放位置大于补丁窗口而没有其他多 播流可用时建立新的多播流Ｓ２为其服务的情形。４．３ ＶＣＲ操作支持多个请求共用一组多播流传送数据显然增加了实现ＶＣＲ操作的难度，而上节 提出的补丁策略则已经充分考虑到了对ＶＣＲ的支持，从而能够在尽可能节约带宽的情况下提供无延迟的ＶＣＲ服务［４０Ｊ。根据请求处理的方法可将ＶＣＲ操作归纳为暂停ＡＪｔ转请求，变速请求和返回正常播放状态的恢复请求。下面分别讨论这３种请求的不同处理方法。（１）暂停／ 跳转请求：在用户按下暂停或者跳转（也称为搜索或定位，包括前跳和后ｘ）按钮的一刻，称为发出暂停或跳转请求，这时客户端不ｘ要任何数据，需判断目前该用户是否有多播流和补丁流为其服务，如果有多播流服务，将多播流中记录的当前服务用户数减１，如果减后为０则撤梢该流；如果有补丁流服务，直接撤华中科技大学硕士学位论文销。这种方法保证了最节约的使用资源。（ ２）变速请求：是指用户提出的快进、快退或慢动作等需要改变数据播放码率的请求。这类请求一般情况下很少能够与其他请求合并，所以单独分配视频流为其服务。改变播放速率的方法可选择额外ＶＣＲ配置文件或增减数据帧的算法来实现，具体方法不在本文讨论之列，但均适用本文的视频流调度方法来管理。（ ３）恢复请求：这类请求包括初始点播请求以及暂停／跳转和变速请求结束后返回正常播放状态的命令。将这些请求归为一类是由于这些请求本质上都是正常播放的请求，唯一不同的是播放的位置可能在一个完整节目的任意位置，所以在上节的补丁策略中着重强调了每个请求和数据流播放的起点位置。其处理过程正是上节中的补丁算法的全过程。４．４本章小结本章采用的以补丁算法为基础的视频流调度方法支持零延迟的用户到达服务 和零延迟的交互式操作，这正是提供ＴＶＯＤ服务的主要目标。补丁策略利用多播有效使相邻的同一节目请求共享同一视频流，处理ＶＣＲ请求时采用了动态加入或脱离多播组的方法，最大限度地利用了服务器带宽资源。华中科技大学硕士学位论文５校园网流媒体视频点播服务器的实现随着信息社会的不断发展，信息化教学的需要越来越受到教育界的认可和重 视，网络化的教育系统满足了自上而下的各项决策和教学课程的发布，让学生通过网络学到各种知识，并对学生进行远程监控和管理。系统能够同时满足在多个教室和教研室进行微机教学，并能够将学校教学软件在其上应用，从而实现教学领域的数字化，实现网上点播、网上教学，彻底打破时间和空间上的界限［［４１１目前，湖北广播电视大学为更好的发挥出网络教学的应有作用，建立了校园网 视频点播系统，系统充分利用了普通计算机以太网的形式，开创网络教育的新模式。５．１校园网视频点播系统简介５．１．１校园网视频点播系统组成校园网ＶｏＤ系统由视频服务器、通信网络、客户端设备、制作管理系统等四大 部分组成。（１）视频服务器：大量存储视频节目信息；处理用户的交互式命令信息发送 视频数据。（２）通信网络：主干网，要求较高的带宽，连接视频服务器和制作管理系统； 子网，作为主干网的下一级网络，把信息传递到每个客户端设备。（ ３）客户端设备：完成视频节目信息的播放，接收交互式命令信息。（ ４）制作管理系统：完成视频节目的编辑及制作；视频数据库的管理；ＶｏＤ系统用户的管理。本课题主要设计并实现了视频服务器。 ５．１．２校园网视频点播系统的主要作用：１）多媒体课件点播 华中科技大学硕士学位论文教师可以根据素材制作自己的多媒体课件或购买的课件，把声音文件、图片、 影像等视频、音频文件全部编入计算机，上传至服务器中保存，并可以随时通过校园网使用任何一个工作站从服务器调用自己制作的多媒体课件进行备课和教学。ｚ）校园网内的教学 上课时，教师可在网上任何一个工作站点播这些多媒体课程进行授课，即可达 到网上教学的目的。教师即节省了上课时间免于多次背书，也便于课后学生调用复习。可随时启动电子阅览功能来调用自己需要的任何形式、格式的文本、图文影像等资料和教学软件，并可以多人同时点播相同或不同的资料，达到资料共享的效果。学生可以通过网上任意工作站进行预习和复习。灵活的选择学习内容和学习途径，这样可以有效地提高学生的学习兴趣。学生还可以把学习中提出的各种问题录入到服务器中，教师可在任何时间解答，而后，学生无论何时在任意工作站点都可以去观看教师留下的答案，达到交互式教学的目的。在同一时间多点同时并发访问相同的或不同的教育节目。多个教师均可在不同的时刻不同的教室开始播放同一视频文件，并分别对视频流进行控制而互不影响．３）点播新闻（Ｎｅ ｗｓ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）学校可将新闻转录在服务器中，以供学生点播学习。多个教师均可在不同的 时刻不同的教室开始播放同一新闻节目，并分别对视频流进行控制而互不影响。服务的提供者从各新闻单位实际收集信息，并且归类整理，提供方便的检索方式，用户通过网络可以浏览各地的最新信息，也可以查阅以前任何一天的任何一类新闻，并且可以控制新闻按自己习惯的方式显示［４ｚ１４）信息服务（Ｓｅ ｒｖｉｃｅ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）信息社会里，人们无时无刻离不开信息的支持，掌握信息的人就有了成功的机 会，驾驭信息的人才可能最终成功。用户可随时随地地查询得到自己想要的东西．５）电影点播（Ｍｏｖｉ ｅｓ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）这是一种学习娱乐的业务，用户通过终端可在自己喜欢的时候点播存在于视 频服务器上的电影或录像节目，服务器通过网络将节目显示在用户的终端上，用户可以对节目进行一切录像机的操作，如快进、重放、暂停等，此外还有一些比华中科技大学硕士学位论文录像机更为灵活的操作，如电影节目内容介绍、影片主要演员、导演等，用户可以根据内容进行检索。６）远程教学（ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｌｅａｎｒｉｎｇ）这是一个建立在网络上的虚拟教室或虚拟学校，用户可以自由加入或退出一个 课堂，可以与网络上的教师进行交流，并且可以控制摄像机的镜头，控制在监视器上显示的内容。这种业务对于普及成人教育有很大的意义，也是湖北广播电视大学进行开放教育试点的主要业务１４３１５．２视频点播系统在教学中的实际应用５．２．１可与校园有线电视网络的结合校园中己经建设了一套面向教学的有线电视系统，如何将数字Ｖｏ Ｄ多媒体教学系统与原来的有线电视系统有机结合在一起呢？系统可提供了基于“机顶盒十视频直播服务器”的解决方案。其示意图如图５－１所示。到，二￣一于祀 入几众 有功电叹过攀节目视组直播服务肠于‘｝｝ｔｎｅ：，退脚一一一孟箱亩吟州曰 『生骊 ，有纷电视控侧帆房 一图５－１校园网示意图５．２．２多频道网络教学现场实况直播、视频会议、网络互动教学ＶｏＤ多媒体教学系统中多频道网络教学现场实况直播、视频会议、网络互动教学都需要借助视频直播服务器来完成。其网络结构简图如图５－２所示。华中科技大学硕士学位论文臼门机７６ １－｝１：。二一一 代二视经直淆段务ａ校因宽带网ｌ ｏｑ－，Ｉｉｆ ｔｉｒｉｂ五孤．养会议叹场直播现场图５－ ２网络直播教学示意图网络互动教学的实现是采到“视频直播服务器十网络论坛”的方式实现的。授课 教师面对摄像机时，由视频直播服务器将视音频信号通过校园网传送至各个教室；教室中如有同学提问，可通过ＰＣ机或机顶盒向直播论坛发送帖子，授课教师则成为直播论坛“版主”，由讲台上的笔记本电脑中得知同学的提问，从而更有针对性地进行授课。其简图如图５一３所示。国发枯子ｍ扭份机份牌肠比坛视赶直福段务召Ｌ阴 校园‘洲巴一一一丁一—冤带网口王牌网璐咤１二的笔记本 告拉宣电倪帆 饥几，图５－３网络互动教学示意图一目华中科技大学硕士学位论文５．２．３外语教学上的优势１） ＤＶＤ影片与原版教学影音资料；２）图书馆外语教学影音资料的利用；３）外语广播电台的建立。５．２．４数字ＶｏＤ多媒体教学系统的扩展应用１）向教工宿舍、家属楼提供上网、ＶｏＤ点播服务；２）向学生寝室提供上网、ＶｏＤ点播服务。５．３基于校园网视频点播服务器实现方案本课题的解决方案可以将实时录入服务器系统的信息通过网络传输进行异地 播放和查询点播。并且采用集成的方式把数据库和ＶｏＤ视频点播系统集成到了所设计的视频服务器上，充分发挥了服务器性能，为用户节约了大量的投资。具体而言，Ｖｏ Ｄ通常采用ＭＰＥＧ－１格式传送视频、音频流，平均每一个教室占用约为２Ｍｂ带宽，以４０个教室同时点播为条件，则总带宽为８０Ｍｂ，而所设计ＶｏＤ教学系统服务器带宽为ＩＯＯＭｂ，完全能够满足应用的要求。在网络结构上主干网采用ｌｏｏｍｂ交换快速以太网，支干采用交换ｌｏｍ到桌面的方式，在物理上也能够满足要求。５．３．１网络密度需求分析网络密度是指网络接入节点的最大数目，每个节点可接一台计算机设备。这种 节点数目决定了结构化布线中信息出口的数量，是衡量网络规模的关键因素。电大现有２ ０。台ＰＣ，每台ＰＣ均接入ＶｏＤ系统，结点总数为２００个。如果采用ＭＰＥＧ１算法压缩数据流，则每个节点在点播节目时占用１．５ｍ的带宽，总带宽ｌｏｏｍ的网络可通过大约６５条数据流［４４１。考虑到信号碰撞造成的损耗，至少可以容华中科技大学硕士学位论文５．４本章小结本章根据电大现有的校园网基础以及视频点播的设计需求，提出了满足其应用 要求的视频点播解决方案，在分析网络规模后，利用通用ＰＣ组建了一台视频服务器，并对不同应用环境中的服务质量动态监控的效果进行了比较，为以后的进一步研究工作积累了数据和经验。华中科技大学硕士学位论文６结论与展望视频服务器是视频点播系统功能实现和性能质量保证的核心，因此也成为整个 视频点播系统研究的重点。视频服务器作为在网络上为点播用户提供存储和播放视频节目功能的设备。必须能够存储海量的节目，及时响应每个用户的点播需求，这就要求视频服务器的设计和实现采用很多专有技术。不同的应用规模和应用需求对视频服务器的要求也是不同的，因此而形成了不同体系结构的视频服务器。本课题研究的内容是基于流媒体技术的校园网视频点播服务器。６．１工作总结本文的主要工作有如下六方面： Ｄ结合电大组建校园网ＶｏＤ系统的工程实际，研究了流媒体技术，重点在于 如何建立一个流媒体视频点播服务器，并且在实现流媒体传输的两个基本协议ＲＴＰ／ＲＴＣＰ的基础上构建一个基本的流媒体视频服务器。２）分析了流媒体视频点播服务器实现中应注意解决的有关问题，并介绍了包 括系统同步、媒体间同步、用户层同步三个层次的流媒体的同步技术。３）分析了影响视频点播服务质量的各因素，提出利用视频服务器的视频质量 控制和发送速率控制来解决带宽与视频流码率的不匹配问题，以求在不同的网络环境下利用终端的一些控制策略使得用户享受到尽可能好的服务质量并尽量减轻网络的负担。４）分析了限制视频服务器进一步发展的软硬件方面的原因。 ５）研究了己有的多种流调度技术并分析了各种调度方法的优劣，在此基础上 以补丁算法为基础采用了一种支持零延迟交互式操作的调度方法，并实验证明了这种方法在用户延迟、带宽消耗等方面的优越性。６）利用通用ＰＣ组建了一台视频服务器，并对不同应用环境中的服务质量动态 监控的效果进行了比较，为以后的进一步研究工作积累了数据和经验。华中科技大学硕士学位论文６．２工作展望应该说这方面的工作才刚刚开始，很多思想方法还不够深入、完善，还有很多 的工作可以做，还有很长的路要走。今后的工作主要有两个方面：一是流媒体发送速率控制技术深入探讨，二是视频流调度策略的完善。总之，从长远来看，视频点播具有巨大的潜在市场和深远的发展前景，因为从 深层次来看，ＶｏＤ不仅仅是视频节目点播的问题，它代表未来全功能网络化和数字交互式信息的应用发展趋势，是一种从内容、形式上更深层次上的互动，也是数字影院、交互视频新闻／广告等新应用的基础，具有广阔的发展潜力。总之ＶｂＤ是未来信息高速公路构架的重要组成部分，是未来信息服务中宽带业务的灵魂。可以肯定，随着信息化进程的加快，ＶｏＤ也会同其它信息服务一样，走进我们的生活。这方面的研究也必将成为计算机研究领域中的一个重要方面。华中科技大学硕士学位论文致谢感谢我的导师鲁宏伟教授对我整个研究生阶段的关怀和指导。从我开题报告那 天起，就时刻感受到他的谆谆教导与关怀。鲁老师在计算机网络、多媒体技术研究方面的丰富经验和对技术发展方向的深刻理解，对我的研究工作有莫大的启发。在毕业设计过程中，包括选题、研究内容和研究重点等多个方面都有鲁老师的无私帮助，在论文的写作中更是进行了细致入微的指导。感谢各位审稿老师在百忙之中抽出宝贵的时间审阅论文，提出中肯的意见。 最后感谢我的家人和朋友，是他们始终在背后的默默支持和奉献，使得我在遇 到困难的时候，始终有继续坚持的勇气和信心。华中科技大学硕士学位论文参考文献［１］王文明．计算机网络原理．北京：北京大学出版社，２００２：５６－５９口于宁章．计算机及网络安全与防护基础．北京：北京航空航天大学出版社，１９９９：８５－８９ 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Ｓ，． Ｌｉｌｌｅｖｏｌｄ Ｋ ０ｅ ｔ ａｌ． Ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｓｔｒｅａｍｉｎｇｍｅ ｄｉａ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｎｒｅｔ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ＶｉｄｅｏＴｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００１．１１： ６８－６９［２４］ Ｔａｉ－Ｗａｉ Ｃｈａｎ． Ａｌｌａｎ Ｃｏｌｌｉｎｓ． Ｊｉａｎｘｉａｎｇ Ｌｉｎ． Ｇｌｏｂａｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｏｎ ｔｈｅ Ｎｅｔ．Ｐｒ ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＣＥ９８． Ｂｅｉｊｉｎｇ． １９９８．１０： １５－１８［２５』白成林‘一种新型视频点播系统的设计与实现．电视技术，１９９９，１０：１８－２１［２６］ Ｖｉｃｔｏｒ ０． Ｋ．Ｕ，Ｗａｎｊｉｕｎ Ｌｉａｏ． Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆｔ ｈｅ ＩＥＥＥ． １９９７．７．２３－２４［２７］ Ｋ．Ｃ．Ａｌｍｅｒｏｔｈ，Ｍ．Ｈ．Ａｍｍａｒ ． Ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｄｅｌｉｖｅｙｔｒ ｏ Ｐｒｏｖｉｄｅ ａ Ｓｃａｌａｂｌｅａ ｎｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｖｉｄｅｏ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ．．ＩＥＥＥ． Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍ， １９９６：４５－ ４７［２８］ Ｙｉｎ Ｍｉｎ， Ｗａｎｇ Ｘｉｎｇｙａｎ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ Ｗｅｂ－ＢａｓｅｄＳｕｐｅｒ ｖｉｓｅｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ＆Ｌｅａｍｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． ＩＣＤＥＤＬ．１９９９， ４：万－７６［２９］ Ｈｅｃｔｏｒ Ｇａｒｃｉａ－Ｍｏｌｉｎａ，Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｄ．ＵＬＬｍａｎ Ｊｅｎｎｉｆｅｒ Ｗｉｄｏｍ．Ｄａｔａｂａｓｅ ＳｙｓｔｅｍＩ ｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ／Ｐｅａｒｓｏｎ， ２００１．７８－８９［３０］ Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｐ．Ｍｏｍａｎｕｓ．Ｄａｔａｂａｓｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６． Ｐｅａｒｓｏｎ，１９９９．１５－１６（３１１ Ｊ． Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ． Ｒ． Ｃｏｏｌｅｙ． Ｍ． Ｄｅｓｈｐａｎｄｅ ａｎｄ Ｉ？ Ｔａｎ． Ｗｅｂ ｕｓａｇｅ ｍｉｎｉｎｇ：ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ华中科技大学硕士学位论文ａ ｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｓａｇｅ ｐａｔｔｅｎｒｓ ｆｒｏｍ ｗｅｂ ｄａｔａ． ＳＩＧＫＤＤＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｓ． ２０００：８９－ ９８［３２］ Ｊｉａｗｅｉ Ｈａｎ． Ｍｉｃｈｅｌｉｎｅ Ｋａｍｂｅｒ．Ｄａｔａ Ｍｉｎｉｎｇ： Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．． ＭｏｒｇａｎＫａｕｆ ｍａｎｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ． ２０００： ５６－５７［３３］胡玉琦，娜仁祥，高远．ＶｂＤＳｔａｒ视频点播系统的设计、实现及性能侧试二计算机研究与发展，２０ ０３，１１： １８－１９［３４］ Ｄａｎ Ａ． Ｓｉｔａｒａｍ Ｄ． Ｓｈａｈａｂｕｄｄｉｎ Ｉ． Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｐｏｌｉｃｉｅｓ ｆｏｒ ａｎ Ｖｉｄｅｏ Ｏｎ ｄｅｍａｎｄＳｅｒ ｖｅｒ ｗｉｔｈ Ｂａｔｅｈｉｎｇ． Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｅｅ．ＡＣＭ．，１９９４： １５－２４［３５］ Ｖｉｓｗａｎａｔｈａｎ Ｓ， Ｉｍｉｅｌｉｎｓｋｉ Ｔ． Ｐｙｒａｍｉｄ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ ｄｅｍａｎｄ ＳｅｒｖｉｃｅＩ ｎ Ｐｒｏｃ． ｔｈｅ ＳＰＩＥＭｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ． Ｓａｎ Ｊｏｓｅ．ＣＡ， １９９５：６６－７７ｆ３６］ Ａｇｇａｒｗａｌ Ｃ Ｃ． Ｗｏｌｆ Ｊ Ｌ． Ｙｕ Ｐ Ｓ． Ａ Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄ Ｐｙｒａｍｉｄ ＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇＳｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｉｎ Ｐｒｏｃ． ｔｈｅ ＩＥＥＥ ＩＣＭＣＳ９６． Ｈｉｒｏｓｈｉｍａ．Ｊａ ｐａｎ， １９９６：１１８－１２６［３７］ Ｈｕａ Ｋ Ａ． Ｓｈｅｕ Ｓ ．Ｓｋｙｓｃｒａｐｅｒ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ： Ａ Ｎｅｗ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒＭｅｔ ｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｐｒｏｃ．ＳＩＧＣＯＭＭ９７，１９９７： ８９－１００［３８］ Ｄａｎ Ａ． Ｓｉｔａｒａｍ Ｄ． Ｓｈａｈａｂｕｄｄｉｎ Ｐ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｐｏｌｉｃｉｅｓ ｆｏｒ ａｎ． Ｏｎ－ ｄｅｍａｎｄ ＶｉｄｅｏＳｅ ｒｖｅｒ ｗｉｔｈ Ｂａｔｈｉｎｇ． Ｉｎ Ｐｏｒｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ． ＡＣＭ，１９９４： １５－２４Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［３９］ Ｇｏｌｕｂｃｈｉｋ Ｌ． ＬｕｉＩ Ｃ Ｓ． Ｍｕｎｔｚ Ｒ Ｒ． Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｉｇｇｙｂａｃｋｉｎｇ：ＦｏｒＤａｔａＳｈａｔｉＭｅｄｉａ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｒｉｎｇ ｉｎ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｅｒｖｅｒｓ． ＩｎＭｕｌ１９９６：１４０－１５５周宁，姜显明．Ｖｏｌ）视频服务器上用户请求的优先获准策略性西安电子科技大学学报，２００３，３０：６－７Ａｇｇａｒｗａｌ Ｃ，Ｗｏｌｆ Ｊ， ＹＵ Ｐ． ＯｎＯｐｔｉｍａｌ Ｂａｔｅｈｉｎｇ Ｐｏｌｉｃｉｅｓ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ｄｅｍａｎｄｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｔｅｎｃｅ ｏｎ ＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＳｅｒｖｅｒｓ． ｉｎ： Ｐｓｏｃ ｏｆＩＥＥＥ Ｉｎｔ，．．Ｊｌ．．Ｊ０４ｒ．．Ｌ‘．１４ｒ．．Ｌ华中科技大学硕士学位论文Ｃｏｍｐｕｔ ｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｅｍｓ， １９９６： １４１－１４３［４２１ Ｈｕａ Ｋ， Ｃａｉ Ｙ， Ｓｈｅｕ Ｓ． Ｐａｔｃｈｉｎｇ Ａ Ｍｕｆｔｉｃａｓｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｔｒｕｅ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ ｄｅｍａｎｄＳｅｒ ｖｉｃｅｓ． Ｉｎ． Ｐｒｏｃ ｏｆ ＡＣＭ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ， １９９８： ２５－２８［４３１ Ｃａｔｒｅｒ Ｓ， Ｌｏｎｇ Ｄ． Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｖｉｄｅｏ－ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ Ｓｅｒｖｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｔｈｒｏｕｇｈ ＳｔｒｅａｍＴａ ｐｐｉｎｇ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ ｏｆ Ｉｎｔｅｎｒａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄＮｅｔ ｗｏｒｋｓ， １９９７： ５８－６２［４４１ Ｗａｎｇ Ｒｉｎｇ． Ｓｅｎ Ｓ． Ａｄｌｅｒ Ｍ． ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｘｙ－ｂａｓｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ＶｉｄｅｏＯｖｅｒ ＵｎｉｃａｓｔｌＭｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．玩：Ｐｔｏｃ ｏｆ ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＲＣＯＭ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，２００２： １５－２６［４５１ Ｏｕｏ Ｙａｎｇ， Ｓｅｎ Ｓ， Ｔｏｗｓｌｅｙ Ｄ． Ｐｒｅｆｉｘ Ｃａｃｈｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ．ｒ ｒｗｎｅｗｏｒｋ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｔｏ ＳｕｐｐｏｒｔＳ ｔｒｅａｍｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｏｐｕｌａｒ Ｖｉｄｅｏｓ． ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒ ｔＴＲＯＴ－ ２２． ＣＭＰＳＣＩ， ２００１： １３－２４