流媒体发展中的几个问题
清华大学 曾珂 戴琼海 林闯&| 本站原创| 2004-12-07

    鉴于流媒体已经浮出水面的巨大商业机会,各大跨国公司纷纷投身于这一领域,在流媒体功能架构的各个层次争夺自己的市场份额。这些利益集团各自为政的局面持续了多年,使得今天流媒体领域的竞争已经不再单纯局限于技术层面,而是技术与市场的综合挑战。

流媒体服务软件:两个焦点分胜负 
    流媒体服务软件是流媒体增值业务平台中最重要的组成部分,要求支持多种格式的复杂媒体,在多种连接速度基础上提供性能最优的客户端媒体效果体验,并且具有开放的、标准的、跨平台的架构,支持最大量的用户群与多种流媒体商业模式。

    目前流媒体应用市场上竞争的焦点在于媒体编码压缩算法和流式传输协议。目前主导的媒体压缩技术包括Real Networks公司的Real System、Microsoft公司的Windows Media Technology以及DivX等。但是Real、WMT、ISO MPEG-4等技术究竟谁能在未来的市场竞争中胜出,目前形势还远不明朗。

    在流式传输网络协议领域,IETF的开放标准HTTP、FTP、RTP、RTSP和RTCP协议族是跨平台的惟一选择,Microsoft私有的MMS协议由于显而易见的原因不具备跨平台的能力,但MMS协议对智能流的支持能力目前仍居业界领先地位。必须承认,基础IP网络本身的QoS能力不可能一蹴而就,在相当长的一段时间内,在固定传输网络上的流式媒体传输更多地需要依靠媒体运输层的智能而非网络层的智能。对于移动通信网络,问题就更加突出,移动通信的空中特性决定了网络层的QoS能力很难保证流媒体传输的需要,更为不利的可能是所有建立在TCP/IP协议栈之上的流媒体传输承载协议都不是最恰当的,因为TCP协议假想的网络拥塞模型并不适用于移动通信网络的空中信道。

    当前Apple、Philips、RealNetworks、Microsoft等几大公司在流媒体平台的竞争上不约而同地将目光对准了媒体编码压缩算法和流式传输协议,其根本原因在于媒体编码压缩算法和流式传输协议决定了整个流媒体增值业务平台中除运营所需的支撑技术以外的其他所有技术,掌握了媒体编码压缩算法和流式传输协议的主导权,也就掌握了所有相关网络设备的主导权。在这种情况下,竞争显然已经不再局限于纯技术范畴,最终获胜的不一定是最优的技术,但一定是市场运作成功的技术。

    近期出现的一个可喜动向是ISMA的成立,ISMA致力于通过标准化解决在流媒体领域的互操作问题。但令人遗憾的是Microsoft缺席ISMA,这必然会降低ISMA所制定规范的市场影响力。

编解码算法:群雄并举 
    在流媒体领域,传统上可用的编解码算法包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263等。其中比较适合大多数IP网络现状的主要是MPEG-4和H.263。最新的技术进展是ITU提出的H.26L,目前它在实验室内的性能可以达到MPEG-4的一倍,预计将于2002年年底完成标准化工作。

    编解码算法集中体现了多种矛盾需求的完美折衷。这些需求包括:编码压缩速度、解码回放质量、可变编码码流速率、易错传输环境下的鲁棒性、解码速度、信噪比可伸缩性、空间可伸缩性和时间可伸缩性等。随着可预见的移动设备在流媒体应用领域的高速增长,编解码算法的内存需求和功耗等将成为新的热点问题。

平台网络管理系统:期望新突破 
    流媒体平台网络管理系统利用统一的网络管理平台管理从网络层IP地址、传输层协议端口到流客户数量、Thin流数量、故障流数量以至应用层节目调度等信息,透过一致高效的网元管理降低管理成本。目前必须确保流媒体网络管理的开销不随系统规模的增长而急剧上升,以应对流媒体系统规模的高速膨胀。由于流媒体平台大量的网管信息是以内容和对象的形式存在,简单地套用SNMP、TMN等既有协议和规范均不足以满足流媒体平台管理的要求。值得关注的是CORBA、CIM等技术是否能够在基于内容的对象管理层面带来突破。

用户和计费管理系统:量身定制 
    IP网络本身在传统上就几乎没有商业运营的理念,缺乏商业运营的经验。随着接入网的发展,宽带IP网将承载丰富的数据、语音、图像等多媒体综合业务。作为流媒体业务支撑平台的用户管理和计费系统,有其自身的新业务特点,例如时间、流量、多种计费规则、多种媒体格式、动态可变码率等,在选择性、高效性、实时性、可靠性及安全性方面将会提出比电信业务的用户管理和计费系统更高的要求。现有的电信系统的管理经验有借鉴意义,但简单生硬地把电信业务的用户管理和计费系统照搬到流媒体系统中是不可取的,只能在吸收电信系统成熟经验的基础上,根据流媒体业务的自身特点,量身定做用户管理和计费系统,才能真正成为流媒体增值业务有效的支撑平台,使得流媒体的商业运营成为可能,帮助运营商在激烈的竞争中处于有利地位。

数字版权管理:新问题需要新思路 
    数字版权管理(DRM)系统是运营商保护内容和依靠内容赢利的关键技术保障。数字版权管理系统是以某种安全方式进行媒体内容加密的IP网端到端解决方案,它允许内容提供商在其发布的媒体或节目中定义观看时间、观看次数、自动删除等策略,以及防止复制等保护措施。该解决方案需要灵活地支持多种DRM商业模型,支持灵活的媒体访问权限。

    虽然已经有第三方工具可以分别监听Windows Media和Real  System在网络上传输的数据包,并恢复成视频文件,但是当前流媒体产业界对数字版权管理的重要性仍然认识不够充分,对实现难度的估计倾向于乐观,用一种比较轻松的心态去考察安全的DRM模式、算法强度、算法安全性、网络安全的依赖、运营商和最终用户费用等课题。事实上,流媒体的商业运营对内容保护有如下一些要求,其中却不乏顾此失彼的情形:

    ● 由于被攻破的节目可以在Internet上任意复制、观看,好的节目内容足以诱使Internet上成千上万的攻击者协同工作,大大增强了攻击者的计算能力,这就对数字版权管理的加密算法和体系结构设计提出了更高的要求。

     ● 加解密尽可能是动态的,采用非静态文件加密,以提高安全性。 
     ● 加密算法强度不能太大,否则在流媒体服务器一侧,就难以做到逐包加密,并会导致服务器性能急剧下降。 
     ● 解密算法不能太复杂,否则在客户端一侧,会对PDA等客户机提出过高的要求,带来过高的客户成本。 
     ● 事实已经一再证明,民用纯软件加密是不安全的。因此流媒体运营商可能不得不在客户端借助硬件设备来阻止攻击,从而加大了设备成本和复杂性。 
     ● 流媒体系统引入DRM不能带来过大的运营商成本,因为这些成本最终会分摊给用户,而用户对价格是敏感的。

可伸缩性:技术发威 
    为支持不断上升的并发用户访问数量,就必须解决流媒体增值业务系统的可伸缩性问题。但是单靠增强一台服务器的能力是不可行的,同时也会带来严重的单点失效问题。通常会考虑采用服务器集群的策略,在提高并发能力的同时解决单点失效问题。但是在流媒体的应用场合,很容易举出一个服务器集群失效的例子,设想一下成千上万甚至上十万、百万用户并发访问同一个热点内容,简单采用服务器集群会因为以下两个原因而失效:

    首先,这个热点内容很可能只存在于一台服务器上,将所有用户请求都路由到该服务器上必将导致该服务器由于负荷过重而拒绝提供服务甚至瘫痪。

    其次,即使能够开发出足够智能的检测方法与优秀的调度策略,可以在很短的时间内检测出热点内容并将它迅速分布到所有服务器上,但单靠这些服务器所在的一个机房几乎不可能有这样大的出口带宽支持并发的上万个流。这就意味着,虽然系统规模的可伸缩性问题可以通过服务器集群策略在一定程度上缓解,但解决大量并发用户的问题绝不仅仅是流媒体服务器开发商的责任,同时也是Internet的职责,需要全网设备通力配合。

    当前产业界主要借助组播、Cache、LSLB、GSLB等技术配合DNS域名解析上的一些技巧来在一定程度上解决可伸缩性的问题,并且已经应用到CDN网络中。但是由于CDN网络事实上并没有大规模的用户数量,因此是否真正能够满足可伸缩性的要求仍然有待进一步研究和证实。

可靠性和可用性:低水平的现实需要改观
    如何使最终用户满意并保持高速增长是对流媒体运营商的一大挑战。遗憾的是,在当前的IP网络中,严重问题虽然只是随机发生的,但也是经常出现的。这与网络中传输的数据日益增长的业务敏感性质是完全不相称的。忽略这一事实必定导致流媒体商业运营失败。未来网络增值服务和网络本身的可靠性、可用性和易用性不仅是用户选择服务时的强制性标准,而且也是形成业务差异的基础。开展流媒体业务需要新一代具有电信级稳定性、可靠性、可用性和操作方便性的基础设备。这同时意味着对软件和硬件两方面达到甚至超过电信级的指标要求。例如:

    ● 高度冗余的配置,即采用第二台设备与主设备同步,可以在主设备故障时无时延地接管网络服务。 
    ● 稳定的软件基础,各网络设备均基于成熟的经过验证的操作系统。 
    ● 软件模块化设计以增强可靠性。 
    ● 分布式服务以支持性能和功能扩展。 
    ● 可编程服务定制,以简化操作和快速部署新业务。 
    不同于IP网络的其他新业务,流媒体是网络和数字媒体技术的整合,能够最大限度地发挥网络和数字媒体各自的特长和优势,但也不可避免地继承了网络和数字媒体的缺陷,例如IP网络领域服务质量保证的欠缺、数字媒体领域DVD版权保护的失败等。站在推动流媒体业务快速发展的立场,作者更关注于评估和探讨这些缺陷对流媒体商业运营的影响,希冀为相关学术研究和产业研发的良性发展尽微薄之力。

    当前,产业界正在经历全球流媒体市场爆炸性的增长。Internet上已有超过1700家广播电台和电视台实现了网上点播,世界上几大有影响的媒体,如BBC、CNN、VOA、ABC、NBC等,都在网上开通了自己的网上广播。国内的一些广播电台和电视台,例如CCTV.com、BTV.com和CATV.net,虽然也已经在自己的网站上开始了试验性的视音频点播,但其视音频点播系统平台无一例外采用的都是国外公司的核心技术,系统规模不大,安全性也没有保证,很难大规模开展这方面的业务。随着网络宽带化的飞速发展,作为第四媒体的Internet必将超过另外三种媒体成为主流的信息交换平台,从而对流媒体业务平台安全性的认识需要上升到国家安全的高度,独立自主开发安全可靠、具有自主知识产权的流媒体增值业务平台已经成为国内同仁的当务之急。

责任编辑:lmtwadmin

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