基于RTSP协议流媒体服务器的实现
李 炜 曾 珂 戴琼海
2002-11-8 10:12:47
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RTSP，实时流协议，是一个C/S多媒体节目协议，它可以控制流媒体数据在IP网络上的发送，同时提供用于音频和视频流的“VCR模式”远程控制功能，如停止、快进、快退和定位。同时RTSP又是一个应用层协议
，用来与诸如RTP、RSVP等更低层的协议一起，提供基于Internet的整套流化服务。基于RTSP协议流媒体服务器的实现方案可以让流媒体在IP上自由翱翔。
RTSP协议
1．协议特点
RTSP协议具有如下的特点：
● 可扩展性：新方法和参数很容易加入RTSP。
● 易解析：RTSP可由标准 HTTP或MIME解析器解析。
● 安全：RTSP使用网页安全机制。
● 独立于传输：RTSP传输通道，可使用不可靠数据包协议（UDP）或可靠数据包协议（RDP），如要实现应用级可靠，可使用诸如TCP的可靠流协议。
● 记录设备控制：协议可控制记录和回放设备。
● 适合专业应用：通过SMPTE 时标，RTSP支持帧级精度，允许远程数字编辑。
● 演示描述中立：协议未强加特殊演示或元文件，可传送所用格式类型；然而，演示描述至少需包含一个RTSP URI。
● 代理与防火墙友好：协议可由应用和传输层防火墙处理。防火墙需要理解SETUP方法，为UDP媒体流打开一个“缺口”。
● 适当的服务器控制：如用户启动一个流，则也可以停止一个流。
● 传输协调：实际处理连续媒体流前，用户可协调传输方法。
● 性能协调：如基本特征无效，则必须有一些清理机制让用户决定那种方法不生效。这允许用户提出适合自己的界面。
2．同其他协议的关系
RTSP在功能上与HTTP有重叠，最明显的交叉是在流媒体内容的发布上——大多是通过网页进行的。目前的协议规范同时允许网页服务器和流媒体服务器支持RTSP实现。例如，演示描述可通过HTTP或RTSP获取，这样减少了基于浏览器情况下的往返传递时间，同时也支持独立的RTSP 服务器与不依赖HTTP的客户端通信。
但是，RTSP与HTTP 的本质差别在于以下五个方面
● RTSP和HTTP是两个不同的协议，它们采用不同的方法和协议标志符。
● RTSP协议的数据发送不占用协议带宽，并且以不同的协议发送。
● HTTP是一个不对称协议，客户端发出请求，服务器应答。在RTSP中，客户端和服务器都可发出请求，且请求是有状态的。
● HTTP是一个无状态协议，而RTSP在任何情况下，必须保持一定状态，以便在请求确认后的很长时间内，仍可设置参数，控制媒体流。
● RTSP使用ISO 10646（UTF-8）定义，而不使用ISO 8859-1定义，保持与当前的HTML一致。
虽然大多数实时媒体采用RTP作为传输协议，但RTSP并不绑定RTP。
重用HTTP的功能至少在两个方面有好处:安全和代理。由于要求非常接近，因此在缓存、代理和授权上采用HTTP功能是有价值的。
RTSP的实现
RTSP功能实现结构如下图所示。
RTSP在流媒体传输过程中，仅仅为双方建立连接，并不具备任何智能，也就不能很好地应付难以预料的网络状态。因此，必须在它原有功能的基础上，进行改进。
1、初始化
在建立连接之前，客户端应向服务器提出测试请求，即要求服务器向客户端发送相应的测试数据包。初始化的目的，是为了获取客户端和服务器之间的一些网络参数，估测基本网络状况，并以此选择相应的网络传输协议，使客户端获得最佳观看效果。
接到这个请求之后，服务器将根据自身情况进行如下测试：
● 利用同客户端建立的RTSP通道，采用TCP协议，下发测试数据包。
● 采用UDP协议，向客户端下发测试数据包。
测试数据包仅做测试用，上面带有相应的时间和顺序信息，其内部数据并无任何意义。
需要向RTSP增加一个新的方法TEST，以支持这种传输前的测试工作。
2、TCP传输
如果在TCP测试中，客户端反馈良好，即丢包率在可承受范围之内，并且在规定时间内到达，那么就认为客户端同服务器之间的网络状况良好， 可以采用RTP over TCP的方式发送数据。由于TCP没有丢包（其自身具有重传机制），网络状况又属于良好，因此客户端将有较高的视听享受。
当子网内存在防火墙时，就需要采用RTSP附加数据传输方式。即把音视频数据直接打包，在RTSP通信信道内传输。这种传输方式也存在一定的问题：
● 传输过程中，只是把音视频文件当成一个普通文件来处理，而没有考虑到它的音视频特性，不利于以后的扩展。
● 音频与视频文件没有分离，不利于某些特殊需求的场合。例如，客户端需要对音、视频做不同的处理。
● 客户端的反馈和RTSP的控制信息也是通过同一条RTSP信道传送，因此控制效率不高。
因此，一般情况下，都默认使用RTP over TCP的方式发送数据。
3、UDP传输
如果在TCP测试中，客户端的反馈存在比较大的问题，即网络情况不理想，就应该考虑进行UDP测试。
目前初步采取的措施，在服务器端准备了两种码率的视频文件——高码率和低码率。
收到客户端的TEST方法后，将采用UDP协议下发测试包。采取的策略是每间隔2秒，下发一个1500字节的UDP数据包。当丢包率处于一定范围（75％～85％）之内，就认为客户端的网络状况基本良好，可以下发高码率的电影文件;否则，认为测试不成功，由于网络状况的限制，仅对客户端下发低码率的电影文件。
在基于UDP的播放过程中，可能会出现轻微的马赛克，这是完全可以接受的。这些马赛克出现的主要原因是：
● 不可靠连接造成的网络丢包，为客户端被动丢包。
● 高质量文件（DVD－>MP4）的高数据量，使得客户端解码线程和显示线程出现拥塞，从而出现客户端主动丢包。
但从整体而言，UDP传输消耗的带宽，要比TCP小许多。在一般的视频点播要求下，使用基于UDP的传输线路，是完全可以满足要求的。
4、传输反馈
在传输过程中，主要采取的方式是RTP over TCP或RTP over UDP，因此，在RTP端口之外，还存在一个回传端口RTCP。
在服务器收到客户端的RTCP回传信息后，需要对其进行判断。如果客户端的丢包率、解码率等指标在一定限度之下，就认为目前传送的视频文件可令客户端获得最大程度的音视频享受;否则，考虑改为传输更低码率的视频文件或放弃这次RTSP会话，以避免更大范围的拥塞。
5、实际效果
采取如上方法设计的系统，可以满足视频点播的基本要求，避免了服务器视频文件下发的盲目性，同时使客户端应用效果最好。
引入智能流技术
随着针对流媒体技术研究的不断深入，简单的流媒体实现已经不能满足人们日益增长的网络文化需求。即使在宽带条件下，当网络用户达到一定限额时，简单的流媒体技术将面临着网络拥塞、丢包等常见的网络问题。因此，如何在网络出现异常的情况下，依然保证客户端音视频享受的最大化，就成为现在研究的热点。
一种解决方法是服务器减少发送给客户端的数据而阻止再缓冲，在RealSystem 5.0中，这种方法称为“视频流瘦化”。这种方法的限制是RealVideo文件必须是一种数据速率设计，结果可通过抽取内部帧扩展到更低速率，导致质量较低，离原始数据速率越远，质量越差。
另一种解决方法是根据不同连接速率创建多个文件，根据用户连接，服务器发送相应文件，这种方法带来制作和管理上的困难，而且，用户连接是动态变化的，服务器也无法实时协调。
智能流技术通过两种途径克服带宽协调和流瘦化:首先，确立一个编码框架，允许不同速率的多个流同时编码，合并到同一个文件中；第二，采用一种复杂客户/服务器机制探测带宽变化。
针对软件、设备和数据传输速度上的差别，用户以不同带宽浏览音视频内容。为满足客户要求，Real Networks公司编码、记录不同速率下媒体数据，并保存在单一文件中，此文件被称为智能流文件，即创建可扩展流式文件。当客户端发出请求时，它将其带宽容量传给服务器，媒体服务器根据客户带宽将智能流文件相应部分传送给用户。以此方式，用户可使用最优质的传输，制作人员只需要压缩一次，管理员也只需要维护单一文件，而媒体服务器根据所得带宽自动切换。智能流通过描述Internet上变化的带宽特点来发送高质量媒体并保证其可靠性，并对混合连接环境的内容授权提供了解决方法。这样流媒体实现方式如下：对所有连接速率环境创建一个文件。在混合环境下以不同速率传送媒体。根据网络的变化情况，无缝切换到其他速率。关键帧优先，音频比部分视频帧数据更重要，向后兼容老版本RealPlayer。
端口说明：554端口默认情况下用于“Real Time Streaming Protocol”（实时流协议，简称RTSP），该协议是由RealNetworks和Netscape共同提出的，通过RTSP协议可以借助于Internet将流媒体文件传送到RealPlayer中播放，并能有效地、最大限度地利用有限的网络带宽，传输的流媒体文件一般是Real服务器发布的，包括有.rm、.ram。如今，很多的下载软件都支持RTSP协议，比如FlashGet、影音传送带等等。
端口漏洞：目前，RTSP协议所发现的漏洞主要就是RealNetworks早期发布的Helix Universal Server存在缓冲区溢出漏洞，相对来说，使用的554端口是安全的。
操作建议：为了能欣赏并下载到RTSP协议的流媒体文件，建议开启554端口。
1024端口
端口说明：1024端口一般不固定分配给某个服务，在英文中的解释是“Reserved”（保留）。之前，我们曾经提到过动态端口的范围是从1024～65535，而1024正是动态端口的开始。该端口一般分配给第一个向系统发出申请的服务，在关闭服务的时候，就会释放1024端口，等待其他服务的调用。
端口漏洞：著名的YAI木马病毒默认使用的就是1024端口，通过该木马可以远程控制目标计算机，获取计算机的屏幕图像、记录键盘事件、获取密码等，后果是比较严重的。
操作建议：一般的杀毒软件都可以方便地进行YAI病毒的查杀，所以在确认无YAI病毒的情况下建议开启该端口。
1080端口
端口说明：1080端口是Socks代理服务使用的端口，大家平时上网使用的WWW服务使用的是HTTP协议的代理服务。而Socks代理服务不同于HTTP代理服务，它是以通道方式穿越防火墙，可以让防火墙后面的用户通过一个IP地址访问Internet。Socks代理服务经常被使用在局域网中，比如限制了QQ，那么就可以打开QQ参数设置窗口，选择“网络设置”，在其中设置Socks代理服务（如图1）。另外，还可以通过安装Socks代理软件来使用QQ，比如Socks2HTTP、SocksCap32等。
端口漏洞：著名的代理服务器软件WinGate默认的端口就是1080，通过该端口来实现局域网内计算机的共享上网。不过，如Worm.Bugbear.B（怪物II）、Worm.Novarg.B（SCO炸弹变种B）等蠕虫病毒也会在本地系统监听1080端口，给计算机的安全带来不利。
操作建议：除了经常使用WinGate来共享上网外，那么其他的建议关闭该端口。
1755端口
端口说明：1755端口默认情况下用于“Microsoft Media Server”（微软媒体服务器，简称MMS），该协议是由微软发布的流媒体协议，通过MMS协议可以在Internet上实现Windows Media服务器中流媒体文件的传送与播放。这些文件包括.asf、.wmv等，可以使用Windows Media Player等媒体播放软件来实时播放。其中，具体来讲，1755端口又可以分为TCP和UDP的MMS协议，分别是MMST和MMSU，一般采用TCP的MMS协议，即MMST。目前，流媒体和普通下载软件大部分都支持MMS协议。
端口漏洞：目前从微软官方和用户使用MMS协议传输、播放流媒体文件来看，并没有什么特别明显的漏洞，主要一个就是MMS协议与防火墙和NAT（网络地址转换）之间存在的兼容性问题。
操作建议：为了能实时播放、下载到MMS协议的流媒体文件，建议开启该端口。
文章来源:http://computer.mblogger.cn/wucountry/posts/18995.aspx