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流媒體技術在數字圖書館建設過程中的應用

來源::未知 | 作者:admin | 本文已影響

數字圖書館是將有價值的圖像、文本、語言、影像、影視、軟件和科學數據庫等媒體信息進行收集,組織規范性的加工和壓縮處理,進行高質量保存和管理,并提供在廣域網上高速橫向跨庫連接的電子存取服務。隨著目前傳統圖書館逐漸向多功能數字圖書館演變,在建設數字圖書館所涉及到有關技術中,首先是解決信息資源的數據壓縮和存儲。數字圖書館所涉及的數據類型有文本、圖像、語音、視頻等,而且所面臨的數據是海量的。這么大的數據量需要很大規模的數據庫來存儲和處理。在數字圖書館中,文本數據所占的比重并不是很大,真正大的是多媒體數據。在傳統圖書館中,多媒體信息主要保存在錄像帶、磁帶、CD、VCD、DVD等載體上,這些載體不僅難以長期保存,而且不便于查詢和使用,更不用說能夠在網絡上傳輸了。因此,必須對多媒體數據進行壓縮,使數據庫的規模保持在可管理的范圍內。而流媒體技術的產生和發展正為數字圖書館建設過程中解決多媒體信息處理問題提供了一套完整而有效地解決方案。

        1、流媒體技術概述

      1.1 流媒體技術原理
    流媒體(StreamingMedia)是隨著互聯網的普及而迅速流行起來的一種新技術。它是指采用流式傳輸的方式在Internet播放的媒體格式。流式傳輸方式是將音頻、視頻等多媒體信息經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包,由視頻服務器向客戶端計算機連續、實時地傳送。通過這種技術可以把聲音、圖像資料經過計算機進行編碼整理后放到網絡服務器上,用戶可以一邊下載一邊收聽、收看,而不需把完整的音像資料下載到自己機器后才能使用。典型例子就是網上電影點播,歌曲點播,電臺電視臺的網上直播等。我們把流媒體技術引入圖書館的多媒體信息資源管理,正是基于易于管理、使用方便的原則。簡單來說就是:把現有多媒體信息資源進行編碼后變成體積相對較小的流媒體文件并放到網絡服務器上,讀者通過館內的計算機進行點播式收聽、收看。
    流式傳輸的實現需要緩存,因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續的異步傳輸,對一個實時A/V源或存儲的A/V文件,在傳輸中它們要被分解為許多包,由于網絡是動態變化的,各個包選擇的路由可能不盡相同,故到達客戶端的時間延遲也就不等,甚至先發的數據包還有可能后到。為此,使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響,并保證數據包的順序正確,從而使媒體數據能連續輸出,而不是因為網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大,因為高速緩存使用環形鏈表結構來存儲數據:通過丟棄已經播放的內容,流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續尚未播放的內容。
    流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。在流式傳輸的實現方案中,一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。流式傳輸的過程一般是這樣的:用戶選擇某一流媒體服務后,Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,以便把需要傳輸的實時數據從原始信息中檢索出來;然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程序,使用HTTP從Web服務器相關參數對Helper程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、A/V數據的編碼類型或與A/V檢索相關的服務器地址。
      1.2 流媒體技術的特點
    (1)播放效率高:流媒體把聲音、視頻等信息由服務器將經過特殊方式壓縮的多媒體文件打成一個個壓縮包,向用戶端連續、實時傳送。流媒體文件從服務器向客戶端進行實時播放時,用戶不必等到全部文件下載完畢,只需延時幾秒或幾十秒鐘便可在客戶機上播放,文件的其余部分由客戶端計算機在后臺繼續接收,直至播放完畢或用戶取消播放,這樣可減少用戶大量等待的時間。
    (2)所需帶寬小:多媒體文件采用流媒體格式傳輸時,體積大大縮小,所以傳輸的帶寬要求也較低,采用普通的Modem撥號上網也可以進行視頻點播。
    (3)所需存儲空間少:流媒體運用了特殊的CODEC(Coder Decoder)技術,與同樣的.wav文件和.avi文件相比,同樣內容的流媒體文件,體積只有它們的5%左右。加上流媒體采用的是“邊傳輸、邊播放、邊丟棄”技術,流媒體數據包達到客戶端后經過解碼器還原出視頻信息后即丟棄,所以只需要少量的緩存,不占用太多的存儲空間。
    (4)可實現雙向交流:流媒體服務器和客戶端流媒體播放器之間的交流是雙向的。服務器在發送數據時還在接收用戶發送來的反饋信息,在播放期間雙方一直保持聯系。
    (5)版權保護:由于采用了“邊傳輸、邊播放、邊丟棄”技術,媒體信息并不會存儲到客戶端的計算機上,這在一定程度上保護了信息的版權。
      1.3 三種最常用的流媒體技術介紹
    目前的流媒體技術主要有RealNetworks公司的RealMedia,Microsoft公司的WindowsMedia,Apple公司的QuickTime三種。
    RealMedia是目前在Internet上相當流行的跨平臺的客戶/服務器結構的多媒體應用標準,它采用音頻/視頻流和同步回放技術來實現Intranet上全帶寬地提供最優質的多媒體,同時也能夠在Intranet上以28.8Kbps的傳輸速率提供立體聲和連續視頻。RealMedia包括三類文件:RealAudio,RealVideo及RealFlash。該軟件要求播放格式為 Mpeg-1,Mpeg-2,Avi,Mov,或通過RealProducer壓縮成RM格式,RealNetworks在2002年推出的新版播放器 Realone可以支持更多的播放格式,播放效果大為改進。
    Microsoft公司的WindowsMedia能保證在各種不同帶寬環境下提供高質量的數據流,其核心是Advanced Stream Formart(即ASF,高級流格式)。ASF是一種數據格式,音頻、視頻、圖像以及控制命令腳本等多媒體信息通過這種格式,以網絡數據包的形式傳輸,實現流式多媒體的內容發布。它的播放器是WindowsMedia Player,是一個基于DirectShow體系結構的多媒體播放器,也是Windows操作系統默認的媒體播放器。它支持包括CD音頻曲目文件、 ASF、MPEG-1、MPEG-2、WAV、AVI、MIDI、MP3等,同時可播放QuickTime文件。
    Apple公司的QuickTime是數字媒體領域事實上的工業標準,可以通過Intranet提供實時的數字化信息流,工作流與文件回放功能,它由三個不同部分組成:QuickTime電影文件格式、Quick Time媒體抽象層以及QuickTime內置媒體服務系統。QuickTime播放器主要包括瀏覽器插件和獨立的應用程序。前者用來下載和播放媒體文件,后者用來編輯和回放媒體文件。它支持MPEG、AVI、MOV、WAV、MP3等視音頻文件,并支持格式轉換,也能很好地支持基于HTTP、RTP、 FTP等協議的在線視頻和音頻點播功能。

2、流媒體技術在數字圖書館建設過程中的應用

    在數字圖書館建設中,要將多媒體音像資料數字化并在現實中得到有效的應用,必須建立一套完整的架構。其中包括物理架構、軟件架構和管理架構。其工作流程是:建立流媒體信息服務平臺、信息資源的流媒體轉化、流媒體信息發布與后臺管理
      2.1 流媒體信息服務平臺構建
    數字圖書館中的流媒體信息服務平臺的網絡拓撲結構可以多種多樣,而且在設計應用系統時應考慮用戶群體的因素,它決定了整個系統服務體系的類型、開發規模和系統需求。根據用戶規模,預測可能的并發數據流量,確定合適的服務器,并據此選擇相應的系統方案。無論是怎樣的結構,他都應當包含以下幾個部分:
    (1)流媒體服務器
    流媒體系統核心還在服務器。在流媒體網絡系統中,節目源、流媒體服務器和用戶終端設備是系統主要的應用環節。流媒體服務器是由流服務器硬件平臺和運行其上的流服務軟件平臺配合提供流式服務。流媒體服務器對視頻/音頻碼流進行存儲、管理和分發作用。圖書館的數字化的核心在于海量的數據存儲。數據是圖書館最重要、最寶貴的資源,圖書館的數據存儲具有數據量龐大、數據增長迅速、數據類型復雜等特點。因此建設好流媒體服務器是很重要的,它要能頂得住巨大數據量。
    (2)流媒體數據庫
    流媒體數據庫用于存放流媒體的各種檢索信息,使客戶能快速地獲取需要的流媒體信息。根據所選擇的操作系統的不同,可以選用不同的數據庫系統。如果是 Windows操作系統可以選用ACCESS數據庫,如果是LINUX操作系統則可以使用SQL數據庫。對于大型圖書館應當使用能力更強的數據庫系統。
    (3)流媒體編碼工作站
    通過比較各系統方案的壓縮效率和性能,選擇相同帶寬條件下,傳輸性能好、畫面清晰,速度流暢的解決方案。
      2.2 流媒體信息智能檢索系統
    隨著數字圖書館的建設,流媒體信息資源將越來越多,如果這個系統只是一些信息的簡單堆積,那么他也就沒有什么實際應用價值。當讀者通過關鍵詞或關于所需信息的描述,可以在Internet上很方便地定位相關信息源。毫無疑問,流媒體信息中也包含有合適檢索的信息,用戶能據此找到他所感興趣的內容。通過開發高效的流媒體信息檢索系統,對于流媒體信息檢索系統應當包含視頻分析、視頻索引、視頻匹配三個部分。
    從視頻中抽取關鍵幀,并分析其中的內容特征來作為索引。在此基礎上通過關鍵幀類聚和結構化,提供對視頻內容的摘要和內容瀏覽。最后,結合相關反饋和語義模板檢索,實現關鍵幀語義查詢。通過相關反饋的學習,系統可以自己改進語義模板庫,使檢索的準確率越來越高。結合一些傳統的檢索方式,使讀者能夠更加有效地檢索和瀏覽流媒體信息。
      2.3 流媒體信息后臺管理與支持
    數字圖書館所要面對的流媒體信息是海量的,要將如此龐大的信息源有效地組織起來,并能為讀者服務,必須擁有良好的信息服務系統。該信息服務系統應當包括信息處理、信息發布和信息維護。
    (1)信息處理:信息處理是將傳統圖書館原有的多媒體信息轉化為流媒體信息。原有的多媒體信息主要保存在錄像、磁帶、CD、VCD、DVD等載體上,需要通過視頻、音頻工作站將其轉化為流媒體信息。這些工作站應當配有視頻、音頻采集卡。采集設備包括電視攝像機、立體聲錄音機、VCD、DVD、錄像機等。
    (2)信息發布:信息發布是將處理好的流媒體信息發布到數字圖書館信息平臺上。根據館藏量的大小和讀者的多少,相應采用合適的信息發布平臺和數據庫系統。在館藏量和讀者群不大的情況下,可以使用成本相對較低的ASP+ACCESS系統。對于大型圖書館,應當使用穩定性更好、檢索能力更強的UNIX系統。
    (3)信息維護:信息維護是流媒體信息能夠在數字圖書館中得到有效應用的保證。流媒體信息的文件大小、數據結構較其他媒體復雜許多。要保證流媒體信息能夠在數字圖書館中得到有效的應用,必須配備專門的管理人員對數據和系統進行監控和維護。作好對流媒體信息的歸檔和做索引的工作。

【參考文獻】
    [1] 卡德森,鄭朝陽.《基于流媒體技術的幾種應用方式》.有限電視技術,2003,(2):16-22.
    [2] 秦建寧,苗喜德編著.《圖書館現代技術應用教程》.西南交通大學出版社,2003.
    [3] 黃晁等.《智能流媒體視頻服務系統》.計算機工程與應用,2002,(9):1-4.


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