IPTV系列（四）三屏合一的关键流控技术-介绍平滑流控3
IPTV系列（四）三屏合一的关键流控技术-介绍平滑流控3
（本文是介绍平滑流控技术的第三部分）
IIS的平滑流控技术&&&&&&
IIS媒体组把在NBC奥运会转播网上的自适应流控方案做成了真实服务器产品。官方名字叫IIS平滑流控Smooth
Streaming)，是一个IIS7.0的服务器扩展。
IIS媒体组重新设计了奥运会上原型的内容创建和分发方式，改进了文件管理从而继续保持了原来方案的优点。新的设计不再把一个流控块保存成一个文件，而是把每个码率保存成单个的连续的文件。可选的文件格式是MPEG-4。
IIS平滑流控使用MPEG-4第14部分（ISO/IEC
14496-12)文件格式作为磁盘（存储）和有线（传输）格式。具体说来，平滑流控明确定义了每一个流控块(chunk)/图像组(GOP)都是一个MPEG-4视频片断，并且都保存到一个连续的MP4文件中可以方便随机访问。每一个码率对应一个MP4文件。当客户端从IIS服务器上请求特定源的某时间片断的时候，服务器会在连续的MP4文件中动态地找到恰当的视频片断那部分，然后把这一小部分当成一个单独的文件从线上传送，这样就保证了完整的可缓冲的下载流。
换句话说，使用平滑流控技术，会根据客户端的请求虚拟地创建一个小的文件流控块，但是实际的视频是按照码率作为单个全长度的文件保存在磁盘上的。这对管理文件非常有利。
平滑流控技术可以尝试访问体验一下。平滑流控扩展也可以从IIS7.0的网站上下载。
内容创建端，现在可以用Expression Encoder
3对点播节目进行编码成平滑流控兼容的视频。另外，微软也正在和编码器独立软件供应商合作，来使平滑流控能成为专业的编码器的输出格式。
用Silverlight播放平滑流控
&&&&&&&Silverlight从2.0开始支持播放平滑流控源。Silverlight是怎么做的呢？Silverlight支持平滑流控，包括解析MPEG-4文件格式，以及HTTP下载，以及码率切换的自适应算法，这些都可以用.NET代码进行控制。这样开发人员可以修改以及对客户端的试探法(heuristics)代码进行微调，而不用等到下一个版本的Silverlight发布。
探试法模块中决定何时和如何切换码率是开发平滑流控Silvelight客户端最有挑战的部分。最基本的流切换需要能很快地适应变化的网络情况而不至于过于落后，但是这还不足于发布一个很棒的体验。还必须要考虑：
1）要是用户有足够多的网络宽带，但是CPU能力并不能支持如此高的码率和分辨率的时候会怎么样呢？
2）要是把视频暂停了或者隐藏了播放（最小化浏览器窗口）又会怎么样呢？
3）要是最佳的视频流比起实际屏幕的分辨率还要高应当怎么办呢？会不会浪费带宽？
4）下载的缓存要多大才好？
&&&&&&&&5）怎么才可以保证无察觉地翻转到新的媒体比如说广告上呢？
每个网页应用程序开发人员都会告诉你，创建一个好的播放器要比设置源URL放到一个媒体元标记中要多做好多事情。
幸运的是，对那哪些不想从草稿开始写代码的人，他有两个选择来在Silverlight应用程序中增加平滑流控的支持用Expression
Encoder 模板以及Open Video Play (OVP)
OVP的是由Akamai领导的一个开源的项目，专注于提供很好的Silverlight和Flash的播放器。网站就是用他们的Silverlight播放器来播放平滑流。
平滑流控的体系结构介绍平滑流控格式
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平滑流控是继ASF格式之后，微软十多年来的第一个新媒体格式。这是基于ISO/IEC 14496-12
ISO基础媒体文件格式标准的，也就是MP4文件标准。为什么用MP4而不再是ASF呢？有如下理由
&&&&&&&&&&
1）MP4相比ASF是一个轻量级的容器格式
&&&&&&&&&&
2）MP4比ASF更容易用.NET代码解析
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3）MP4广为人知的标准，第3方合作伙伴的接受和支持更容易
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4）MP4的体系是以支持H264编码为核心的。H264也是业界领先视频压缩标准，微软的很多产品里都采用了，比如说Silverlight，Windows
7, Xbox360以及MediaRoom.
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5) MP4设计成生来就能支持文件内的分段处理
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平滑流控格式实际上有两个部分：传输格式和磁盘文件格式。在平滑流控中，一个视频录成完整长度的单个磁盘文件（一个码率对应一个文件），而传送到客户端的时候是一系列的小的文件块。传输格式定义了由IIS发送给客户端的流控块的结构，而文件格式定义了连续的磁盘上的文件的结构，保证了更好的文件管理。幸运的是MP4标准允许MP4内部组织成一系列的片断，这也意味着在平滑流控中传输格式直接就是文件模式的子集。
平滑流控的磁盘文件格式&&&&&&&&&&
MP4文件的最基本的单元称为“盒子”。这些盒子包括了数据和元数据。MP4标准允许用不不同的方式在盒子中组织数据和元数据。大多数媒体中元数据是写到数据之前，这样播放器客户端应用程序可以在播放之前获得更多的关于怎么播放视频/音频的信息。然而，如果是直播流，通常是不可能把元数据前置，因为完整的数据流信息那时还不知道。由于这些原因，MP4的ISO基础媒体文件格式标准设计了允许MP4盒子以分段的方式组织，文件被看作由一系列的短的元数据数据盒子成对写入磁盘的，而不是保存一个长的元数据和数据对。平滑流控文件格式很好地使用了MP4在这方面的文件标准，所以术语“平滑流控文件“通常都可以和”分段MP4文件“或者是“(f)MP4”互换着用。
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简洁地说，平滑流文件开始于一个概要描述文件的文件级的元数据（'moov'），而大量的有效内容实际上都包含在分段盒子里，同时也载有更多准确的分段级别的元数据（'moof'）和媒体数据（'mdat'）.图中只画了两个分段，实际上一个典型的平滑流文件每2秒的视频/音频就会有一个分段。文件结尾是一个'mfra'的索引盒子，用于更容易更准确地在文件内寻址。
平滑流控的传输文件格式
&&&&&&&&&&
当播放器客户端向IIS网络服务器请一个视频时间片的时候，服务器会在MP4文件中寻找到大概的开始区段，把这一块区段从文件中取出来，然后传送回给客户商。这就是为什么把区段叫做“传输格式”，这个技术极大提高IIS网页服务器的效率，因为这样不会产生任何重新读或者重新写入的开销。
下图更详细演示了MP4区段
ISO基础媒体文件格式规范的指导下，平滑流控格式设计自定义的盒子组织框架，还设计了一些自定义的盒子。为了区分平滑流控文件和MP4严格规范下定义的普通文件，微软使用了新的文件扩展名，*.ismv(视频+音频）和*.isma（只有音频）
平滑流控媒体资产
一个典型的平滑流控媒体资产（演示）要以下几个文件组成
&&&&&&&&&&&&&
.包含视频/音频的MP4 文件
&&&&&&&&&&&&
&. *.ismv -- 包括视频和音频，或者只有视频;一个ISMV文件只对应一个码率
&&&&&&&&&&&&
&. *.isma --
只包括音频。有在音频的视频中，音频部分已经混合到了ISMV文件中了，而不再是一个另外的音频文件
&&&&&&&&&&&&&
.服务器manifest（描述清单）文件
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*.ism -- 描述了媒体轨，码率和磁盘文件等之间的关系;仅仅被IIS平滑流服务器使用，不会被客户端用到
&&&&&&&&&&&&&
.客户商manifest（描述清单）文件
&&&&&&&&&&&&&&.
*.ismc -- 为客户端描述可用的流，什么编码方式，多高码率，视频分辨率，标记，标题等等。这是第一个被发送到客户端的文件。
&&&&&&&&&&&&
描述清单(manifest)文件都是XML格式的文件。服务器manifest文件格式是基于XML的SMIL
2.0格式标准的。
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包含了单个平滑流控资产的文件夹看起来如下图（图）
平滑流控manifest(描述清单)文件
&&&&&&&&&&
平滑流控传输
/文件格式标准定义了描述清单XML语言以及MP4盒子的结构。因为描述清单都是基于XML的，所以都是可以扩展的。如下功能已经包含在了当前的平滑流控格式标准中了
. VC-1，WMA, H.264和AAC编码
.多语言音轨
.可替代视频和音轨（比如说，多机位摄像，花絮等）
.多硬件简述(Profile)（比如说，某个码率针对不同的播放设备）
.脚本命令，注记/章节，标题
.客户端描述清单Gzip压缩
.URL 模糊处理( 比如说可以把写成
.直播节目编码和流控
平滑流控的回放
&&&&&&&&&&微软的自适应流的原型（成功地用于NBC网站转播2008年奥运会）是依赖物理的方法把长的视频文件切成小的文件流控块。为了收到WEB服务发来的流控块，客户端只要按逻辑顺序简单地下载这些文件：00001.vid,00002.vid,00003.vid,等等
平滑流控使用了更老练的文件和服务器设计。视频不再分成上千个流控块，取而代之的是用“虚拟”地分成区段地方式保存到一个连续的MP4文件中。这就意味着服务器端和客户端会有两个显著的变化：1）服务器必须要把URL请求翻译成实际的字节范围相对MP4文件的偏移。2）客户端要更相对开发人员友好的方式请求流控块（比如说，用timecode而不是用索引编号）
&&&&&&&&&客户端播放器做的第一件事情就是向服务器请求平滑流控的*.ismc客户端描述清单文件。描述清单告诉压缩的内容是用了哪种编码格式（这样客户端在运行时就可以初始化正确解码器以及构造相应的回放流水线）。以及哪些码率哪些分辨率是可用的，还有可用的流控块列表（要么是有开始时间要么会有长度）。
在平滑流控下，客户端会以完全REST的URL请求方式请求一个区段
这些通过URL传的值分别代表编码的码率(400000)区段的开始偏移量()，这个值通常是以纳秒为单位的。这些值都是通过客户端描述清单知道的。
接收到客户端请求后，IIS平滑流控服务器会去服务器端描述清单列表文件*.ism中查找相应的质量水平（码率）的对应到的*.ismv或者*.isma磁盘文件。然后读取相应的MP4文件，基于它的'tfra'索引盒子，找出哪个区段盒子('moof'+'mdat')对应请求的开始时间。接着，把对应区段盒子的内容提取出来，当成一个单独的文件传送给客户端。这是整个设计中尤其重要的一部分，因为发送区段/文件都能被自动地缓存到网络上，就潜在地节省了源服务器再去传送相同的区段/文件给另一个作同样REST请求的客户端。
从服务器请求视频/音频的流控块比较容易。但是是什么使得自适应流控在码率之间切换这么高效呢？平滑流控把这一部分的体现完全依靠客户端的Silvelight的代码来实现--服务器在码率切换的过程没起任何作用。客户端的代码查找流控块的下载时间，缓冲是否填满，渲染的速率，还有其他因素，来决定什么时候从服务器请求更高或者是更低的码率。记住，如果在编码的过程中我们保证了同一源中的所有码率的帧是完美对齐的（同样长度的GOP,没丢掉任何一帧等），那么在不同的码率之间的切换就会是完全的无察觉的。
平滑流控技术是微软对基于HTTP的自适应流控技术的实现，是一个杂交的媒体发布方式。操作起来像流控，但又是基于HTTP的渐进式下载的。通过对一系列的小的流控块进行HTTP下载，媒体就能够很容易而且很便宜地保持到边缘网络上，从而离用户更近。通过对同一个源编码成多种码率，客户端可以根据网络状况，CPU的能力，无察觉地、动态地在不同的码率之间进行切换。这样用户就可以获得一个更可靠，更连续，不会卡，不用等缓冲，或者受制于最后一公里的播放体验。一句话“平滑”。
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