流媒體技術在數字圖書館建設過程中的應用

數字圖書館是將有價值的影象、文字、語言、影像、影視、軟體和科學資料庫等媒體資訊進行收集，組織規範性的加工和壓縮處理，進行高質量儲存和管理，並提供在廣域網上高速橫向跨庫連線的電子存取服務。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，首先是解決資訊資源的資料壓縮和儲存。數字圖書館所涉及的資料型別有文字、影象、語音、視訊等，而且所面臨的資料是海量的。這麼大的資料量需要很大規模的資料庫來儲存和處理。在數字圖書館中，文字資料所佔的比重並不是很大，真正大的是多媒體資料。在傳統圖書館中，多媒體資訊主要儲存在錄影帶、磁帶、CD、VCD、DVD等載體上，這些載體不僅難以長期儲存，而且不便於查詢和使用，更不用說能夠在網路上傳輸了。因此，必須對多媒體資料進行壓縮，使資料庫的規模保持在可管理的範圍內。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資訊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）是隨著網際網路的普及而迅速流行起來的一種新技術。它是指採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訊、視訊等多媒體資訊經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由視訊伺服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、影象資料經過計算機進行編碼整理後放到網路伺服器上，使用者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後才能使用。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資訊資源管理，正是基於易於管理、使用方便的原則。簡單來說就是：把現有多媒體資訊資源進行編碼後變成體積相對較小的流媒體檔案並放到網路伺服器上，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快取，因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續的非同步傳輸，對一個實時A/V源或儲存的A/V檔案，在傳輸中它們要被分解為許多包，由於網路是動態變化的，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，甚至先發的資料包還有可能後到。為此，使用快取系統來彌補延遲和抖動的影響，並保證資料包的順序正確，從而使媒體資料能連續輸出，而不是因為網路暫時擁塞使播放出現停頓。通常快取記憶體所需容量並不大，因為快取記憶體使用環形連結串列結構來儲存資料：通過丟棄已經播放的內容，流可以重新利用空出的快取記憶體空間來快取後續尚未播放的內容。
    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，一般採用HTTP/TCP來傳輸控制資訊，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音資料。流式傳輸的過程一般是這樣的：使用者選擇某一流媒體服務後，Web瀏覽器與Web伺服器之間使用HTTP/TCP交換控制資訊，以便把需要傳輸的實時資料從原始資訊中檢索出來；然後客戶機上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程式，使用HTTP從Web伺服器相關引數對Helper程式初始化。這些引數可能包括目錄資訊、A/V資料的編碼型別或與A/V檢索相關的伺服器地址。
    　　1.2 流媒體技術的特點
    （1）播放效率高：流媒體把聲音、視訊等資訊由伺服器將經過特殊方式壓縮的多媒體檔案打成一個個壓縮包，向用戶端連續、實時傳送。流媒體檔案從伺服器向客戶端進行實時播放時，使用者不必等到全部檔案下載完畢，只需延時幾秒或幾十秒鐘便可在客戶機上播放，檔案的其餘部分由客戶端計算機在後臺繼續接收，直至播放完畢或使用者取消播放，這樣可減少使用者大量等待的時間。
    （2）所需頻寬小：多媒體檔案採用流媒體格式傳輸時，體積大大縮小，所以傳輸的頻寬要求也較低，採用普通的Modem撥號上網也可以進行視訊點播。
    （3）所需儲存空間少：流媒體運用了特殊的CODEC（Coder Decoder）技術，與同樣的.wav檔案和.avi檔案相比，同樣內容的流媒體檔案，體積只有它們的5％左右。加上流媒體採用的是“邊傳輸、邊播放、邊丟棄”技術，流媒體資料包達到客戶端後經過解碼器還原出視訊資訊後即丟棄，所以只需要少量的快取，不佔用太多的儲存空間。
    （4）可實現雙向交流：流媒體伺服器和客戶端流媒體播放器之間的交流是雙向的。伺服器在傳送資料時還在接收使用者傳送來的反饋資訊，在播放期間雙方一直保持聯絡。
    （5）版權保護：由於採用了“邊傳輸、邊播放、邊丟棄”技術，媒體資訊並不會儲存到客戶端的計算機上，這在一定程度上保護了資訊的版權。
    　　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/伺服器結構的多媒體應用標準，它採用音訊/視訊流和同步回放技術來實現Intranet上全頻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訊。RealMedia包括三類檔案：RealAudio，RealVideo及RealFlash。該軟體要求播放格式為 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可以支援更多的播放格式，播放效果大為改進。
    Microsoft公司的WindowsMedia能保證在各種不同頻寬環境下提供高質量的資料流，其核心是Advanced Stream Formart（即ASF,高階流格式）。ASF是一種資料格式，音訊、視訊、影象以及控制命令指令碼等多媒體資訊通過這種格式，以網路資料包的形式傳輸，實現流式多媒體的內容釋出。它的播放器是WindowsMedia Player，是一個基於DirectShow體系結構的多媒體播放器，也是Windows作業系統預設的媒體播放器。它支援包括CD音訊曲目檔案、 ASF、MPEG-1、MPEG-2、WAV、AVI、MIDI、MP3等，同時可播放QuickTime檔案。
    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提供實時的數字化資訊流，工作流與檔案回放功能，它由三個不同部分組成：QuickTime電影檔案格式、Quick Time媒體抽象層以及QuickTime內建媒體服務系統。QuickTime播放器主要包括瀏覽器外掛和獨立的應用程式。前者用來下載和播放媒體檔案，後者用來編輯和回放媒體檔案。它支援MPEG、AVI、MOV、WAV、MP3等視音訊檔案，並支援格式轉換，也能很好地支援基於HTTP、RTP、 FTP等協議的線上視訊和音訊點播功能。

2、

    在數字圖書館建設中，要將多媒體音像資料數字化並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、軟體架構和管理架構。其工作流程是：建立流媒體資訊服務平臺、資訊資源的流媒體轉化、流媒體資訊釋出與後臺管理
    　　2.1 流媒體資訊服務平臺構建
    數字圖書館中的流媒體資訊服務平臺的網路拓撲結構可以多種多樣，而且在設計應用系統時應考慮使用者群體的因素，它決定了整個系統服務體系的型別、開發規模和系統需求。根據使用者規模，預測可能的併發資料流量，確定合適的伺服器，並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）流媒體伺服器
    流媒體系統核心還在伺服器。在流媒體網路系統中，節目源、流媒體伺服器和使用者終端裝置是系統主要的應用環節。流媒體伺服器是由流伺服器硬體平臺和執行其上的流服務軟體平臺配合提供流式服務。流媒體伺服器對視訊/音訊碼流進行儲存、管理和分發作用。圖書館的數字化的核心在於海量的資料儲存。資料是圖書館最重要、最寶貴的資源，圖書館的資料儲存具有資料量龐大、資料增長迅速、資料型別複雜等特點。因此建設好流媒體伺服器是很重要的，它要能頂得住巨大資料量。
    （2）流媒體資料庫
    流媒體資料庫用於存放流媒體的各種檢索資訊，使客戶能快速地獲取需要的流媒體資訊。根據所選擇的作業系統的不同，可以選用不同的資料庫系統。如果是 Windows作業系統可以選用ACCESS資料庫，如果是LINUX作業系統則可以使用SQL資料庫。對於大型圖書館應當使用能力更強的資料庫系統。
    （3）流媒體編碼工作站
    通過比較各系統方案的壓縮效率和效能，選擇相同頻寬條件下，傳輸效能好、畫面清晰，速度流暢的解決方案。
    　　2.2 流媒體資訊智慧檢索系統
    隨著數字圖書館的建設，流媒體資訊資源將越來越多，如果這個系統只是一些資訊的簡單堆積，那麼他也就沒有什麼實際應用價值。當讀者通過關鍵詞或關於所需資訊的描述，可以在Internet上很方便地定位相關資訊源。毫無疑問，流媒體資訊中也包含有合適檢索的資訊，使用者能據此找到他所感興趣的內容。通過開發高效的流媒體資訊檢索系統，對於流媒體資訊檢索系統應當包含視訊分析、視訊索引、視訊匹配三個部分。
    從視訊中抽取關鍵幀，並分析其中的內容特徵來作為索引。在此基礎上通過關鍵幀類聚和結構化，提供對視訊內容的摘要和內容瀏覽。最後，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資訊。
    　　2.3 流媒體資訊後臺管理與支援
    數字圖書館所要面對的流媒體資訊是海量的，要將如此龐大的資訊源有效地組織起來，並能為讀者服務，必須擁有良好的資訊服務系統。該資訊服務系統應當包括資訊處理、資訊釋出和資訊維護。
    （1）資訊處理：資訊處理是將傳統圖書館原有的多媒體資訊轉化為流媒體資訊。原有的多媒體資訊主要儲存在錄影、磁帶、CD、VCD、DVD等載體上，需要通過視訊、音訊工作站將其轉化為流媒體資訊。這些工作站應當配有視訊、音訊採集卡。採集裝置包括電視攝像機、立體聲錄音機、VCD、DVD、錄影機等。
    （2）資訊釋出：資訊釋出是將處理好的流媒體資訊釋出到數字圖書館資訊平臺上。根據館藏量的大小和讀者的多少，相應採用合適的資訊釋出平臺和資料庫系統。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。對於大型圖書館，應當使用穩定性更好、檢索能力更強的UNIX系統。
    （3）資訊維護：資訊維護是流媒體資訊能夠在數字圖書館中得到有效應用的保證。流媒體資訊的檔案大小、資料結構較其他媒體複雜許多。要保證流媒體資訊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資料和系統進行監控和維護。作好對流媒體資訊的歸檔和做索引的工作。

【參考文獻】
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