淺談影音壓縮及串流技術對網路教學應用
作者: wplee (IP已記錄)
日期: 2006年03月16日Thursday15時23分16秒
一、影音串流及壓縮技術發展
近年來，電腦科技一日千里，在全世界先進的國家中，對於提昇電腦教育及電腦設備莫不全力以赴，而在電腦設備中除了最熱門的網路設備外，隨選視訊設備可說是 無人能出其右，而隨選視訊與電腦網路建置也多所關聯甚至重疊，我國各級有心朝提昇電腦教育的學校，幾乎都有完善的電腦硬體設備及網路設施，政府更以上百億 經費大手筆全面建置隨選視訊設施，有了完整的電腦基礎設施後，再配以具品質及水準的軟體，更能發揮優質電腦教育的質與量。國內大部分已建置隨選視訊系統學 校的隨選視訊素材品質，但離標準尚有一段距離，原因其實簡單，也就是說只重視硬體設備與技術，而忽略素材來源的品質。
而影音串流技術是一種線上即時影音播放技術。Streaming 其實不是新東西，數年前就存在了，RealNetworks 公司可說是串流媒體的始祖，也是目前streaming media 市場佔有率較高者，其所推出的RealPlayer 是最早支援 streaming 觀念的程式，不過早期的串流技術較簡單，不像現在的串流技術可複雜多了。而什麼是 streaming 呢？簡單的說，就是將一個影音檔案分成一段段傳送出去，用戶端（client）可以邊看邊下載，不佔硬碟空間，觀看與下載的動作是並行的，使用者不必等整 個檔案傳送完畢，就可即時連續不斷地觀賞，這樣不但大幅節省使用者等待的時間，也可以達到即時的效果；由於只需要幾秒鐘的時間就可以看到內容，不會有花費 大量的金錢與時間而下載了無用檔案的情形發生，使用者可以 forward 或 backward 快轉影片，使得觀賞網路影音如同觀賞家庭錄放影設備播放的影片。
在技術的發展及網際網路的配合度中，我們很容易去判別，網路與資料串流應用的混合問題中，何者最容易被實現而達到實用效果。雙向系統所牽涉的問題 比單向系統來的多，因為雙向系統必須非常嚴肅的面臨資料串留在網路上所發生的延遲性及資料丟失問題，尤其是網際網路的即時性與寬頻變動所帶來的影響（杜竟 堂，民89）。
目前在用戶端，較普遍的多媒體播放軟體有 RealNetworks 公司的 RealPlayer、Apple 公司的 QuickTime Player 以及 Microsoft 公司的 Windows Media Player。有別於傳統的MPEG或MP3等影音播放方式，streaming media的特點在於可以一邊下載一邊播放，大幅節省使用者下載的時間；若是只傳送檔案連結（URL）的話，更是大大地節省網友的電腦記憶體。由於新一代 的串流及壓縮技術不斷改良，網路影音效果很快將可媲美目前的電視；而以靜態的文字與圖片為主的網路媒體與行銷媒介如電子郵件廣告，勢必也將大量運用使其更 精緻化，並透過影音串流技術使其不占時間與記憶體。在現今寬頻技術的快速成長與普及之下，我們預期影音串流不但會快速成長，同時其聲光效果都將媲美今日的 電視節目。此外，相關技術的應用也將簡化到一般個人電腦能夠駕馭。
e 時代的資訊傳輸將由過去以統計資料、圖片及文字檔案等靜態內容，進入動態影音傳輸時代。因此，數位化、多元化的頻道如數位電視、有線電視、衛星與網路等不 同型態或傳輸方式的媒體將進行整合。在此趨勢之下，網路媒體的動態播放已成為必然，商務與行銷活動也必須加入更多元、更具聲光效果的媒介，才能有效吸引消 費者目光，並且充分展現出產品內容及特色，有效地完成銷售行為。除了目前已經廣泛運用聲光效果的電腦遊戲，以及媒體網站之外，商務網站可望以技術難度與硬 體要求相對較低的影音串流技術，作為大幅增加廣告效果，同時進入動態聲光世界的敲門磚。目前已經有部分廣告行銷業者運用影音串流技術寄發動態的電子郵件廣 告，並運用此技術進行企業或活動介紹、產品說明與宣傳活動，在可預見的將來，網路影音行銷勢必成為未來網路宣傳的主流。
二、影音檔案格式類型
當前串流媒體最大的問題在於用戶端接收到的畫面品質是否可以接受，串流媒體在傳輸前檔案須經壓縮處理，用戶端收到後再解壓縮，這個過程會造成畫面 失真。另外，在傳輸檔案時，網路需要大的頻寬、夠快的傳輸速度；隨著壓縮技術的進步，以及寬頻網路的普及，串流媒體的問題面獲得相當大的解決，加上它的眾 多優點如：讓使用者可以隨按隨看，前後快轉…等，因此可預見的，串流媒體將是未來一段時間內網路影音傳播技術的主流。為了提供民眾觀賞遠距教學的節目能更 順暢，學習更有效果，遠距教學應加裝影音串流伺服器，使教學品質能有所提升。
目前最常見串流媒體的訊號傳送方式為 unicast，用戶端透過 HTTP、TCP、UDP 等通訊協定來接收訊號，通常在 unicast 的情況下，用戶端會使用微軟自行開發的 MMS protocol 來收取播放內容，MMS 最大的特色就是可以依照當時的連線狀況，依序嘗試用 UDP、TCP 或 HTTP 來建立連結，尤其是透過 HTTP 傳送影音資料可以讓許多在防火牆後端的使用者正常收訊。
MMS（Microsoft Media Server）是 MicroSoft 所創立的一種通訊協定（protocol），它的目的是要在網路上能夠順利的傳輸多媒體廣播、視訊檔、音效檔、實況轉播等檔案和其他即時與非即時之程式， 使用者可以透過使用它來觀看一些多媒體檔案。使用者必須使用 Microsoft的網路 Explorer與 Media Player（7.0以上之版本），傳輸的檔案形態，則包含 ASF、AVI、WMV或MOV 等副檔名。
微軟的 Media Server 可使用 MMS 或 HTTP 作為使用者連結頻道的通訊協定，建議使用 MMS，因為它可以根據使用者的連線狀況，自動切換不同的通訊協定以取得最佳的連線，微軟的 Media Server 提供四種發行方式（delivery method）供選擇，MMS、MMS-UDP、MMS-TCP 及 HTTP；遠距教學選擇使用 MMS， MMS port 為 1755， MMS可使用 MMS-UDP、MMS-TCP、MMS-HTTP 等方式來傳送串流， 通訊協定自動切換開始時先使用 MMS-UDP 嘗試讓用戶端連線至伺服器，如果無法順利建立連線，用戶端的 media player 會嘗試使用 MMS-TCP，如不通，再試 MMS-HTTP。所以用戶端的 media player 會使用 server 端的 port 1755 (UDP or TCP) or port 80 (HTTP) 來接收串流影音檔。
理論上，server 端的 port 1755 只要保持 open 即可，不需設定其為 TCP 或 UDP，但在企業環境下（enterprise environment），會架設諸如防火牆（firewall）、交換器（switch）或路由器（router）等網路設備，這時 port 1755 通常設定為 TCP，即 port 1755 只允許使用 MMS-TCP 來建立連線。
有些人認為遠距教學的教材內容，只需有聲音及圖片、文字即可，不需有視訊檔的存在，如此即不會受限於頻寬，而影響觀賞效果。但是視訊檔播放的通常 是該科目老師的課堂講課錄影，經過專業處理加上特殊效果後，能呈現較圖文更生動活潑的講課實況，並可大大增強瀏覽者的視覺享受，對課程效果有絕對的加分作 用，隨著寬頻的普及，串流技術的進步，對於教材的製作增加視訊檔是必要的。由於視訊可以提供使用者炫麗的視覺效果，使多媒體網站更具有吸引力，網路影音將 會是未來的趨勢，包含文字、動畫、聲音、影像及其他多媒體內容的網路即時播放技術：影音串流媒體（Streaming Media）將成為電子商務網站、遠距教學網站、網路行銷等各項網路應用的主流媒介。遠距學園將跟隨這個趨勢，提升網站的串流功能，製作更精美的多媒體影 音課程，加裝網頁搜尋引擎、提供全文檢索功能，以便讓使用者有一個更方便、更愉快、更有可看性的學習環境。
隨著寬頻的普及化以及頻寬的不斷成長，利用網際網路傳送影音視訊已漸漸成形，每個寬頻用戶的家中，不論是利用串流技術線上觀看，或是下載到電腦內 慢慢欣賞，對於網路使用者已經成為稀鬆平常的事。但是目前的影音格式繁多，常常有許多人經由連結或是下載之後只得到一個windows訊息--『不支持的 多媒體格式』，其實，會出現這樣的警告畫面並不是因為檔案壞掉了，而是沒有安裝適當的播放軟體或是解碼器，只要針對該媒體格式進行軟體的安裝，問題自然迎 刃而解，而Microsoft、Apple以及RealNetWorks三大公司皆有專屬於自己的影音壓縮技術，下列分就各類型檔案格式進行說明：
（一）ASF (Advanced Streaming format)
ASF是微軟為了和RealNetWorks公司競爭而發展出線上影音串流壓縮格式，以MPEG4 V3的壓縮運算方式製作，雖然可以製作出接近DVD畫質的影音檔案，不過由於串流技術的最大優點就在於線上即時收看，不需下載，所以往往我們在線上所接收 的ASF檔案大多畫質較一般的VCD還要差；至於WMV (Windows Media Video) 亦是微軟所開發的線上影音串流壓縮格式，自ASF演變而來，壓縮率更高，但是並未犧牲更多的畫質。
（二）RA、RAM
此兩種格式皆是由RealNetWorks所開發，RA以及RAM是最早定位為線上串流視訊的壓縮格式，可以說是串流技術的始創者，這兩種視訊壓 縮格式皆藉由RealMedia的視訊、聲音壓縮規範所製作。RealMedia是目前網路上很流行的壓縮規範，而在此規範內的RealVideo、 RealAudio以及RealFlash三種多媒體格式只要在安裝該公司所推出的Realplayer之後，只要網路狀況允許，我們就可以線上接收視 訊、聲音檔案，目前也已有多家公司採用此類型的線上串流技術播放網路廣播或是網路電視。
（三）MOV
此種格式屬於Apple 公司所制訂的壓縮格式，必須藉由QuickTime進行播放。QuickTime原是Apple公司用於其Mac電腦的一種圖像及視訊處理軟體，提供了靜 態的圖像處理以及動態的視訊編輯以及壓縮，而在線上多媒體成為時勢所趨的今日，Apple公司推出了QuickTime for Windows，可播放基於Indeo壓縮編碼的MOV以及Mpeg壓縮編碼的MPG兩種視訊格式，圖片部分則能播放PIC、JPEG兩種圖片格式，而除 了作為線上串流使用的多媒體影音格式之外，許多電腦遊戲的開頭動畫也是利用Indeo壓縮編碼技術所製作。雖然各大公司在視訊以及音訊的壓縮技術上皆下了 不少功夫，但倘若想要以全螢幕方式收看高畫質的線上影片，在網路速度以及品質上都還必須要更穩定以及快速才得以達成，也因此目前各大影音網站的線上視訊收 看大多以『小視窗播放、畫面不間斷』為主要目標，但以寬頻技術穩定的成長來看，未來能在網路上流暢的觀賞大螢幕似乎也是一個必然趨勢。
串流技術避免了使用者必須完全下載才能觀看的缺點，但串流技術很有可能因為傳輸品質不佳，而導致影像、聲音呈現斷斷續續的狀況。影音串流一直是被 稱為是網路市場的下一個殺手級應用，但是因為技術、內容和寬頻等限制，都影響了影音串流的發展。今天，從速度、品質、和成本的觀點來說，壓縮軟體的技術都 已經有了大幅的進步，未來將是網路運用上最重要的部分
出處： 淺談影音壓縮及串流技術對網路教學應用
近年來，電腦科技一日千里，在全世界先進的國家中，對於提昇電腦教育及電腦設備莫不全力以赴，而在電腦設備中除了最熱門的網路設備外，隨選視訊設備可說是 無人能出其右，而隨選視訊與電腦網路建置也多所關聯甚至重疊，我國各級有心朝提昇電腦教育的學校，幾乎都有完善的電腦硬體設備及網路設施，政府更以上百億 經費大手筆全面建置隨選視訊設施，有了完整的電腦基礎設施後，再配以具品質及水準的軟體，更能發揮優質電腦教育的質與量。國內大部分已建置隨選視訊系統學 校的隨選視訊素材品質，但離標準尚有一段距離，原因其實簡單，也就是說只重視硬體設備與技術，而忽略素材來源的品質。
而影音串流技術是一種線上即時影音播放技術。Streaming 其實不是新東西，數年前就存在了，RealNetworks 公司可說是串流媒體的始祖，也是目前streaming media 市場佔有率較高者，其所推出的RealPlayer 是最早支援 streaming 觀念的程式，不過早期的串流技術較簡單，不像現在的串流技術可複雜多了。而什麼是 streaming 呢？簡單的說，就是將一個影音檔案分成一段段傳送出去，用戶端（client）可以邊看邊下載，不佔硬碟空間，觀看與下載的動作是並行的，使用者不必等整 個檔案傳送完畢，就可即時連續不斷地觀賞，這樣不但大幅節省使用者等待的時間，也可以達到即時的效果；由於只需要幾秒鐘的時間就可以看到內容，不會有花費 大量的金錢與時間而下載了無用檔案的情形發生，使用者可以 forward 或 backward 快轉影片，使得觀賞網路影音如同觀賞家庭錄放影設備播放的影片。
在技術的發展及網際網路的配合度中，我們很容易去判別，網路與資料串流應用的混合問題中，何者最容易被實現而達到實用效果。雙向系統所牽涉的問題 比單向系統來的多，因為雙向系統必須非常嚴肅的面臨資料串留在網路上所發生的延遲性及資料丟失問題，尤其是網際網路的即時性與寬頻變動所帶來的影響（杜竟 堂，民89）。
目前在用戶端，較普遍的多媒體播放軟體有 RealNetworks 公司的 RealPlayer、Apple 公司的 QuickTime Player 以及 Microsoft 公司的 Windows Media Player。有別於傳統的MPEG或MP3等影音播放方式，streaming media的特點在於可以一邊下載一邊播放，大幅節省使用者下載的時間；若是只傳送檔案連結（URL）的話，更是大大地節省網友的電腦記憶體。由於新一代 的串流及壓縮技術不斷改良，網路影音效果很快將可媲美目前的電視；而以靜態的文字與圖片為主的網路媒體與行銷媒介如電子郵件廣告，勢必也將大量運用使其更 精緻化，並透過影音串流技術使其不占時間與記憶體。在現今寬頻技術的快速成長與普及之下，我們預期影音串流不但會快速成長，同時其聲光效果都將媲美今日的 電視節目。此外，相關技術的應用也將簡化到一般個人電腦能夠駕馭。
e 時代的資訊傳輸將由過去以統計資料、圖片及文字檔案等靜態內容，進入動態影音傳輸時代。因此，數位化、多元化的頻道如數位電視、有線電視、衛星與網路等不 同型態或傳輸方式的媒體將進行整合。在此趨勢之下，網路媒體的動態播放已成為必然，商務與行銷活動也必須加入更多元、更具聲光效果的媒介，才能有效吸引消 費者目光，並且充分展現出產品內容及特色，有效地完成銷售行為。除了目前已經廣泛運用聲光效果的電腦遊戲，以及媒體網站之外，商務網站可望以技術難度與硬 體要求相對較低的影音串流技術，作為大幅增加廣告效果，同時進入動態聲光世界的敲門磚。目前已經有部分廣告行銷業者運用影音串流技術寄發動態的電子郵件廣 告，並運用此技術進行企業或活動介紹、產品說明與宣傳活動，在可預見的將來，網路影音行銷勢必成為未來網路宣傳的主流。
二、影音檔案格式類型
當前串流媒體最大的問題在於用戶端接收到的畫面品質是否可以接受，串流媒體在傳輸前檔案須經壓縮處理，用戶端收到後再解壓縮，這個過程會造成畫面 失真。另外，在傳輸檔案時，網路需要大的頻寬、夠快的傳輸速度；隨著壓縮技術的進步，以及寬頻網路的普及，串流媒體的問題面獲得相當大的解決，加上它的眾 多優點如：讓使用者可以隨按隨看，前後快轉…等，因此可預見的，串流媒體將是未來一段時間內網路影音傳播技術的主流。為了提供民眾觀賞遠距教學的節目能更 順暢，學習更有效果，遠距教學應加裝影音串流伺服器，使教學品質能有所提升。
目前最常見串流媒體的訊號傳送方式為 unicast，用戶端透過 HTTP、TCP、UDP 等通訊協定來接收訊號，通常在 unicast 的情況下，用戶端會使用微軟自行開發的 MMS protocol 來收取播放內容，MMS 最大的特色就是可以依照當時的連線狀況，依序嘗試用 UDP、TCP 或 HTTP 來建立連結，尤其是透過 HTTP 傳送影音資料可以讓許多在防火牆後端的使用者正常收訊。
MMS（Microsoft Media Server）是 MicroSoft 所創立的一種通訊協定（protocol），它的目的是要在網路上能夠順利的傳輸多媒體廣播、視訊檔、音效檔、實況轉播等檔案和其他即時與非即時之程式， 使用者可以透過使用它來觀看一些多媒體檔案。使用者必須使用 Microsoft的網路 Explorer與 Media Player（7.0以上之版本），傳輸的檔案形態，則包含 ASF、AVI、WMV或MOV 等副檔名。
微軟的 Media Server 可使用 MMS 或 HTTP 作為使用者連結頻道的通訊協定，建議使用 MMS，因為它可以根據使用者的連線狀況，自動切換不同的通訊協定以取得最佳的連線，微軟的 Media Server 提供四種發行方式（delivery method）供選擇，MMS、MMS-UDP、MMS-TCP 及 HTTP；遠距教學選擇使用 MMS， MMS port 為 1755， MMS可使用 MMS-UDP、MMS-TCP、MMS-HTTP 等方式來傳送串流， 通訊協定自動切換開始時先使用 MMS-UDP 嘗試讓用戶端連線至伺服器，如果無法順利建立連線，用戶端的 media player 會嘗試使用 MMS-TCP，如不通，再試 MMS-HTTP。所以用戶端的 media player 會使用 server 端的 port 1755 (UDP or TCP) or port 80 (HTTP) 來接收串流影音檔。
理論上，server 端的 port 1755 只要保持 open 即可，不需設定其為 TCP 或 UDP，但在企業環境下（enterprise environment），會架設諸如防火牆（firewall）、交換器（switch）或路由器（router）等網路設備，這時 port 1755 通常設定為 TCP，即 port 1755 只允許使用 MMS-TCP 來建立連線。
有些人認為遠距教學的教材內容，只需有聲音及圖片、文字即可，不需有視訊檔的存在，如此即不會受限於頻寬，而影響觀賞效果。但是視訊檔播放的通常 是該科目老師的課堂講課錄影，經過專業處理加上特殊效果後，能呈現較圖文更生動活潑的講課實況，並可大大增強瀏覽者的視覺享受，對課程效果有絕對的加分作 用，隨著寬頻的普及，串流技術的進步，對於教材的製作增加視訊檔是必要的。由於視訊可以提供使用者炫麗的視覺效果，使多媒體網站更具有吸引力，網路影音將 會是未來的趨勢，包含文字、動畫、聲音、影像及其他多媒體內容的網路即時播放技術：影音串流媒體（Streaming Media）將成為電子商務網站、遠距教學網站、網路行銷等各項網路應用的主流媒介。遠距學園將跟隨這個趨勢，提升網站的串流功能，製作更精美的多媒體影 音課程，加裝網頁搜尋引擎、提供全文檢索功能，以便讓使用者有一個更方便、更愉快、更有可看性的學習環境。
隨著寬頻的普及化以及頻寬的不斷成長，利用網際網路傳送影音視訊已漸漸成形，每個寬頻用戶的家中，不論是利用串流技術線上觀看，或是下載到電腦內 慢慢欣賞，對於網路使用者已經成為稀鬆平常的事。但是目前的影音格式繁多，常常有許多人經由連結或是下載之後只得到一個windows訊息--『不支持的 多媒體格式』，其實，會出現這樣的警告畫面並不是因為檔案壞掉了，而是沒有安裝適當的播放軟體或是解碼器，只要針對該媒體格式進行軟體的安裝，問題自然迎 刃而解，而Microsoft、Apple以及RealNetWorks三大公司皆有專屬於自己的影音壓縮技術，下列分就各類型檔案格式進行說明：
（一）ASF (Advanced Streaming format)
ASF是微軟為了和RealNetWorks公司競爭而發展出線上影音串流壓縮格式，以MPEG4 V3的壓縮運算方式製作，雖然可以製作出接近DVD畫質的影音檔案，不過由於串流技術的最大優點就在於線上即時收看，不需下載，所以往往我們在線上所接收 的ASF檔案大多畫質較一般的VCD還要差；至於WMV (Windows Media Video) 亦是微軟所開發的線上影音串流壓縮格式，自ASF演變而來，壓縮率更高，但是並未犧牲更多的畫質。
（二）RA、RAM
此兩種格式皆是由RealNetWorks所開發，RA以及RAM是最早定位為線上串流視訊的壓縮格式，可以說是串流技術的始創者，這兩種視訊壓 縮格式皆藉由RealMedia的視訊、聲音壓縮規範所製作。RealMedia是目前網路上很流行的壓縮規範，而在此規範內的RealVideo、 RealAudio以及RealFlash三種多媒體格式只要在安裝該公司所推出的Realplayer之後，只要網路狀況允許，我們就可以線上接收視 訊、聲音檔案，目前也已有多家公司採用此類型的線上串流技術播放網路廣播或是網路電視。
（三）MOV
此種格式屬於Apple 公司所制訂的壓縮格式，必須藉由QuickTime進行播放。QuickTime原是Apple公司用於其Mac電腦的一種圖像及視訊處理軟體，提供了靜 態的圖像處理以及動態的視訊編輯以及壓縮，而在線上多媒體成為時勢所趨的今日，Apple公司推出了QuickTime for Windows，可播放基於Indeo壓縮編碼的MOV以及Mpeg壓縮編碼的MPG兩種視訊格式，圖片部分則能播放PIC、JPEG兩種圖片格式，而除 了作為線上串流使用的多媒體影音格式之外，許多電腦遊戲的開頭動畫也是利用Indeo壓縮編碼技術所製作。雖然各大公司在視訊以及音訊的壓縮技術上皆下了 不少功夫，但倘若想要以全螢幕方式收看高畫質的線上影片，在網路速度以及品質上都還必須要更穩定以及快速才得以達成，也因此目前各大影音網站的線上視訊收 看大多以『小視窗播放、畫面不間斷』為主要目標，但以寬頻技術穩定的成長來看，未來能在網路上流暢的觀賞大螢幕似乎也是一個必然趨勢。
串流技術避免了使用者必須完全下載才能觀看的缺點，但串流技術很有可能因為傳輸品質不佳，而導致影像、聲音呈現斷斷續續的狀況。影音串流一直是被 稱為是網路市場的下一個殺手級應用，但是因為技術、內容和寬頻等限制，都影響了影音串流的發展。今天，從速度、品質、和成本的觀點來說，壓縮軟體的技術都 已經有了大幅的進步，未來將是網路運用上最重要的部分
出處： 淺談影音壓縮及串流技術對網路教學應用
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