基于TCP_IP的多媒体技术支持系统设计和实现.pdf

信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期基于 TCP/IP 的多媒体技术支持系统设计和实现张 欣(甘肃林业职业技术学院 甘肃 天水 741020)【摘摘要要】为实现异地多媒体信息的实时传输和共享,使用 TCP/IP 协议,设计一款功能强大的多媒体技术支持系统。首先,对系统进行可行性分析。其次,在完成系统总体结构设计的基础上,依次设计通信网络服务、多媒体并行存储、多媒体并行访问、流媒体同步维护和管理等模块,保证系统功能模块实现效果。再次,分别介绍流媒体技术、多媒体压缩技术、虚拟现实技术等系统设计实现关键技术。最后,对系统进行测试。结果表明:所设计的系统能为多媒体技术应用提供良好的支持,充分发挥和利用多媒体技术的应用优势,完全符合预期设计需求。【关关键键词词】T TC CP P/I IP P 协协议议;多多媒媒体体;S So oc ck ke et t;流流媒媒体体;支支持持系系统统【中中图图分分类类号号】TP31 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0128-030 引言目前,传统网络实时多媒体系统存在开发成本高、不易维护、扩展性差等问题,无法满足多变复杂环境使用需求,而多媒体技术支持系统的设计和应用可以有效地解决以上问题,该系统主要运用 TCP/IP 协议,可以实现对各种媒介数据的集成和传输1,为用户提供良好的多媒体技术支持,极大地提高用户的使用体验。因此,在 TCP/IP协议的应用背景下,如何科学地设计多媒体技术支持系统是技术人员必须思考和解决的问题。1 系统可行性分析系统可行性分析主要包含以下两个环节:(1)技术可行性分析。本文系统功能设计和开发,除了用到 JAVA 编程语言、B/S 架构和 MicrosoftVisualStudio2010 等开发工具外,还用到 MySQL 数据库和 Spring 开发框架等工具,不仅可以保证本文系统界面简洁美观性,还能保证功能完善性和强大性,极大地提高本文系统运行性能2,因此,系统开发具有一定的技术可行性。(2)经济可行性分析。本文系统设计除了用到计算机硬件外,还需要用到计算机网络,而计算机硬件和计算机网络家家户户都已具备,无需购买和配置计算机硬件和计算机网络,使得系统设计经济成本降到最低。因此,本文系统设计具有较高的可行性。2 系统总体结构设计系统总体结构设计示意图如图 1 所示,从图 1 中可以看出,通过采用信号线模拟的方式,可以将视频会议终端与客户端进行有效的连接,以达到同时共享和使用多个视频会议系统的目的,完全符合多用户同步访问系统需求3,对多媒体视频、音频服务提供极大的支持。3 系统功能模块设计为了充分发挥和利用 TCP/IP 协议的应用优势,保证多媒体技术支持系统功能实现效果,技术人员应严格按照如图 2 所示的系统功能模块设计示意图,依次完成对以下几个功能模块的设计。3.1 通信网络服务模块设计为解决传统系统存在的传输量大、频宽要求高等瓶颈问题,在设计通信网络模块时,相关人员要按照如表 1 所图 1 系统总体结构设计示意图图 2 系统功能模块设计示意图示的各种媒体对象的网络服务质量要求,配置声频、视频等各种媒体网络参数4。另外,还要重视对音频压缩出的运用,不断地降低系统网络传输数据量。同时,还要利用混音技术,确保所设计的系统可以为多个用户提供多人同时发言的功能,同时,还能实现对多路视频的同时显示。3.2 多媒体并行存储模块设计在设计多媒体并行存储模块时,为满足用户请求快速处理需求,要选用合适的调度机制,确保所有用户请求被快速处理服务,从而提高系统的运行性能5,同时,还能提高多访问流操作的规范性和合理性。还要结合会议系统设计需求,确定出如图 3 所示的多媒体并行存储功能结构图,通过设计该结构图,可以有效地优化系统服务性能,促821信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期使用户平均等待时间不断缩小。表 1 各种媒体对象的网络服务质量要求媒体类型QOS 要求范围对象类型声频点到点延迟410 ms会议延迟810 ms网络频宽33 kbpsCD 质量会议声频视频网络频宽1.87 MbpsTVPCM 无压缩点到点延迟260 msMPEG 标准会议延迟145 MbpsHDTV 有损压缩普通数据点到点延迟2 s网络频宽0.39 Mbps传统文件图 3 多媒体并行存储功能结构图此外,还要结合多种不同标准的媒体,严格按照网络服务质量要求,精确地计算出以下两种参数,分别是最小启动时间和最小缓存占用量,媒体演播所要的最小资源占用如表 2 所示。表 2 媒体演播所要的最小资源占用表媒体类型演播 QOS 要求速度和帧数理论最小缓冲内存理论最小延迟时间MEPG-2 视频5 Mbps,25 帧793 Kb13.4 msNTSC 视频28 Mbps,31 帧16.2 Mb1 254 ms3.3 多媒体并行访问模块设计多媒体并行方法模块主要是由共享文件模块和并行数据库模块两个部分组成,客户机通过应用调度系统,完成对所需信息数据的调度处理外,还要利用磁盘系统,完成相关服务。在设计共享文件模块时,要确定出该模块设计步骤:第一,采用向上兼容思想,确保所设计系统具有较高的可移植性。第二,实时访问和存储海量媒体数据6,满足视频演播实际需求。第三,采用文件联机的方式,实现对数据文件的传输、共享和应用,确保并行访问数据的一致性和统一性。在设计并行数据库模块时,为保证系统访问的高效性,要智能化查询和操作“超媒体”数据,并利用数据库系统,为用户提供强大的多访问流功能、此外,还要利用动态优先级调度,完成对并行数据库服务模块的科学化设计7,便于用户在使用多媒体技术支持系统时,可以使用多个服务线程,达到并行访问系统数据的目的。3.4 流媒体同步维护和管理模块设计在设计该模块时,为解决服务器同步问题,要利用多访问流调度方式,不断地提高保持流的连续性,从而实现对流内媒体信息的实时化同步。此外,还要保持流间的同步性,以达到同步处理不同媒体信息的目的。例如:同步处理视频流信息和声频率信息;同步处理声频流信息与文本信息8,同时,还要利用媒体流,完成对附加同步数据块的有效添加和管理。3.5 协同工作与浏览模块该模块在具体设计时,要利用 Socket 技术,为用户提供强大的虚拟白板研讨平台,便于用户采用共享文档的方式,执行文档阅读、文档编辑等任务,该文档主要包含Office 文档、Visio 文档、PDF 文档等多种文档。另外,还要重视对应用层组播方式的运用,确保多个组播共同完成海量网络信息的同步和分享9。当用户成功登录到客户端时,系统会自动分配客户端所传输的服务请求,确保各个服务器之间性能良好的数据互相关系。4 系统设计关键技术4.1 流媒体技术流媒体在具体实现中,主要运用流式传输这一关键技术,这种技术除了可以满足现场事件处理外,还为用户提供强大的随机访问功能。实时流式传输相关技术主要包含以下内容:(1)实时流传输协议(real time streamingprotocol,RTSP)。该协议主要是指开发一对多应用程序,利用 IP 网络,完成对多媒体数据的传送。RTSP 在传输数据时,主要用到以下两种协议,分别是 TCP 协议和 RTP 协议,这两种协议的运用,可以降低数据传输的开销成本,保证数据传输高效性和安全性。(2)流媒体组播。在使用应用层组播技术时,可以使用路由器,完成对所需数据包的复制,确保数据包被直接复制到多个通道上10。在应用组播方式时,利用媒体服务器,可以实现对单个信息包的有效发送,此时,系统借助代理结构,可以实现对数据的及时共享,保证网络信息共享效率和效果,同时,通过不断地提高网络服务质量,可以为后期数据安全化传输提供重要的依据和参考。4.2 多媒体压缩技术在应用多媒体压缩技术时,主要涉及以下几个环节;(1)视频压缩。通过应用多媒体压缩技术,对视频数据进行压缩,不仅可以提高视频数据的压缩率,还能实现对宽带的扩展,满足用户对不同网络带宽的实际使用需求。(2)音频编码。在进行音频编码时,主要用到双速率语音编码器,音频编码速率分别为 6.4 kbps、5.4 kbps。高速率语音编码器主要应用多脉冲冲击力最大量化算法;低速率语音编码器主要应用代数码本激励线性预测算法11。此外,通过运用音频编码算法,对语音进行压缩,可以缩小语音内存所占空间,使其空间达到6.4 kbps,从而获得较高的压缩率,完全符合多媒体有效传输相关标准和要求。921信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期4.3 虚拟现实技术虚拟现实技术应用,可以向系统公开各个用户操作行为,并对各个用户产生直接或间接的影响,同时,还能提高客户端通信的可靠性和稳定性。Socket 作为一种重要的接口,主要用于各个进程间的通信处理。在 Java 网络包中,含有两种对象类,分别是 Socket 对象类、ServerSocket对象类,通过利用这两种对象类,可以系统网络通信功能的实现效果。具体实现步骤如下:通过利用服务器端,可以实时监听和响应用户发出的请求,从而实现对数据发送和接收,从而保证文档共享操作功能实现效果。4.4 网络自适应技术网络多媒体在实际传输期间,通常会出现网络带宽波动问题。通过运用平滑自适应视频流传输算法,可以突破视频帧延时的限制性,同时,通过对编码器的量化参数进行实时化调整,可以实现对缓冲器输入码率的有效改变和控制。当系统正常运行时,需要结合实际情况,将音频码率设置为 6.4 kbps 或者 5.4 kbps。同时,还要为整个系统提供最优质的网络通信服务,确保各项虚拟现实业务能够正常执行。客户端不同,所需要的宽带也存在一定的差异,此时,需要为不同客户端针对性地设置编码器相关参数,从而满足客户端实际使用需求。另外,系统通过应用这种机制,可以充分发挥和利用网络宽带的优势,为用户提供更加优质的视频服务体验。5 系统测试为验证本文系统功能的有效性和可靠性,测试人员需要对用户请求服务平均处理时间进行测试。对单组 M/M/1/4/4 模型访问流进行测试,发现平均发出请求间隔时间和请求平均服务时间分别为 12 s、15 s,系统测试结果如表 3 所示。表 3 系统模拟测试结果请求流S1S2S3S4S5客户网络服务质量速率/Mbps2.11.62.120.11.6帧数/帧2121253121发生时刻/s017.023.241.546.0所需服务时间/s22.37.020.16.9619.14启动时刻/s0.00616.91123.11142.148.866系统需求理论/Kb4424429907 550960实设/kb5105101 0107 8101 010网络服务质量实用频宽 B=21 Mbps,所发送的数据包达到 33 K 在忽略不计操作系统所造成的管理开销成本情况下,系统性能上限可以突破网络协议、I/O 调度策略等因素的影响,表现出较高的运行性能。6 结语综上所述,应用 TCP/IP 协议,所设计的多媒体技术支持系统具有操作简单、易维护、功能扩展性高、设计成本低等特点,有效地减小占用网络资源空间,提高服务器运行速度,使得系统整体运行性能得以显著提升,完全符合多媒体技术支持需求。由此可见,本文系统具有较高的应用价值和应用前景,值得被进一步推广和应用。【参考文献】1 刘文超,成跃.基于 TCP/IP 的多媒体技术支持系统设计J.兵工自动化,2005,24(2):39-40.DOI:10.3969/j.issn.1006-1576.2005.02.019.2 陈加平.基于.NET 平台的多媒体内容交易服务平台解决方案 J.价值工程,2021,40(28):87-89.3 匡乃雪,万俊伟,陈洪雁.基于 IP 网络的多点视频会议系统的设计与实现J.飞行器测控学报,2004,23(4):84-89.4 刘军政,董安邦.多媒体技术在决策支持系统中的应用J.工业控制计算机,2003,16(6):9-10.DOI:10.3969/j.issn.1001-182X.2003.06.004.5 高海兴,王晓宁,刘赞科.动车组转向架虚拟仿真检修支持系统关键技术探索 J.IT 经理世界,2022(3):1-3.6 韩梦.多媒体设备远程集控系统在地方师范院校中的应用研究 J.汉江师范学院学报,2022,42(3):57-61.7 薛峰,张跃进.基于策略推导的嵌入式多媒体终端控制系统 J.济南大学学报(自然科学版),2021,35(5):439-445.8 陈畅.支持 IP 组播的多媒体会议系统关键技术研究D.杭州:浙江大学,2002.9 侯全军.三分屏网络多媒体课件制作系统研究 J.通讯世界,2020,27(12):93-94.10 杨新涯,刘尚武,罗丽,等.图书馆多媒体资源管理系统MRMS 的现状与实践研究 J.图书情报工作,2020,64(19):31-38.11 王军,韩志强.多媒体技术发展现状及未来发展趋势浅谈J.情 报 理 论 与 实 践,2001,24(2):145-147.DOI:10.3969/j.issn.1000-7490.2001.02.024.作者简介:张欣(1992),女,甘肃平凉,本科,助理工程师,研究方向:多媒体、动漫设计。031