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計(jì)算機(jī)世界網(wǎng)-新編碼技術(shù)使窄帶寬用

 昵稱312 2005-09-13

新編碼技術(shù)使窄帶寬用


■ 明琪 編譯
01-6-13 上午 10:49:56

今天的Internet并不是為向眾多用戶發(fā)送豐富的多媒體內(nèi)容而設(shè)計(jì)的，因此在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)了兩大瓶頸：網(wǎng)絡(luò)擁堵和服務(wù)器可伸縮性不足。如何向觀眾傳送TV級的內(nèi)容，而又不使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入柵格死鎖（gridlock），是Intenet面臨的棘手問題。
Digital Fountain公司用一項(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù)解決了這一難題。該技術(shù)是一項(xiàng)軟件編碼技術(shù)，稱為Luby Transform（LT）編碼。這是用發(fā)明者的名字命名的編碼。LT編碼的發(fā)明者叫Michael Luby，是Digital Fountain公司的合作創(chuàng)建人和首席技術(shù)官員，曾經(jīng)在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校擔(dān)任計(jì)算機(jī)科學(xué)教授。
LT編碼技術(shù)
Digital Fountain公司把采用LT編碼技術(shù)的軟件與客戶機(jī)、服務(wù)器一起打包出售。Digital Fountain服務(wù)器包括一個(gè)LT編碼引擎，它負(fù)責(zé)接收原始內(nèi)容，對其進(jìn)行掃描并在運(yùn)行中生成元內(nèi)容。所謂元內(nèi)容是按照數(shù)學(xué)方程解釋的基礎(chǔ)信息。
每一段元內(nèi)容組成了原始內(nèi)容的一個(gè)隨機(jī)子集。有關(guān)每個(gè)原始信息包的信息被散布在一些元內(nèi)容信息包上。一旦客戶機(jī)接收到一定百分比的元內(nèi)容信息包，客戶機(jī)軟件就自動求解數(shù)學(xué)方程，并將原始內(nèi)容拼接到一起。
接收哪些信息包,信息包到達(dá)的次序,甚至有多少信息包丟失都并不重要，只要接收到的信息包數(shù)量足夠使客戶機(jī)執(zhí)行必不可少的計(jì)算就行。由于采用這種編碼方式，使得在傳輸過程中信息包丟失或遭受破壞所帶來的影響很小，因而使我們不必重傳數(shù)據(jù)或?qū)υ夹畔黾犹卮笕哂嘁匝a(bǔ)償丟失的信息包。
在Digital Fountain客戶機(jī)中，一旦信息包變得可用，那么任意數(shù)量、以任意順序使用元內(nèi)容信息包的人都可以重新生成原始數(shù)據(jù)。當(dāng)然，信息包流可以同時(shí)傳送給多個(gè)客戶機(jī)，傳送速度從30 Kb/s到1 Mb/s。
到目前為止，LT編碼中所涉及的數(shù)學(xué)問題的細(xì)節(jié)還未向公眾透露。但與這項(xiàng)技術(shù)有關(guān)的幾項(xiàng)專利已經(jīng)得到批準(zhǔn)，其他還有一些尚在審批之中。Digital Fountain公司還沒有計(jì)劃對其編碼技術(shù)發(fā)放許可證。
技術(shù)優(yōu)勢與用途
編碼理論已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了。以Reed-Solomon算法為代表的前向糾錯(cuò)編碼通過硬件實(shí)現(xiàn)，按照保護(hù)小塊數(shù)據(jù)的要求設(shè)計(jì)，主要對受到破壞的多個(gè)bit或單個(gè)bit進(jìn)行檢測和校正。
相比起來，LT編碼意在保護(hù)大型文件（1 GB或更大的文件），而且這種技術(shù)以軟件方式實(shí)現(xiàn)，速度非常快，編碼恢復(fù)原始數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)開銷只占原始內(nèi)容的5％。LT編碼技術(shù)是解決內(nèi)容傳送問題的一種創(chuàng)新方式。當(dāng)然，解決這一問題也有其他策略，例如服務(wù)器幀和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，但這些技術(shù)都過于復(fù)雜。
采用LT編碼方式時(shí)，發(fā)生信息包丟失或受到破壞等問題時(shí)帶來的影響很小，使重傳數(shù)據(jù)或?qū)υ夹畔黾犹卮笕哂嘁匝a(bǔ)償丟失的信息包的需要減至最小或完全消除。
由 LT編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的軟件插件程序負(fù)責(zé)將原始內(nèi)容轉(zhuǎn)換成“媒體內(nèi)容”信息包流。該軟件插件程序能處理的原始內(nèi)容范圍很廣，包括流式視頻、音頻、視頻游戲、MP 3文件等。而這正是Internet最難處理的。
采用LT編碼技術(shù)的Digital Fountain服務(wù)器有哪些好處呢？首先是提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，這種改善與在設(shè)計(jì)優(yōu)良的IP多點(diǎn)傳送網(wǎng)絡(luò)上獲得的改善類似，但卻沒有犧牲伸縮性。
IP多點(diǎn)傳送使大量的人群可以同時(shí)看到相同的文件或流式內(nèi)容，從而為打算在Internet上進(jìn)行內(nèi)容廣播的服務(wù)提供商節(jié)約了帶寬，但這種技術(shù)需要復(fù)制副本。此外，IP多點(diǎn)傳送技術(shù)的廣泛使用還存在一些障礙：一方面缺乏基礎(chǔ)設(shè)施；另一方面是IP多點(diǎn)傳送目前還不能提供視頻點(diǎn)播。
Digital Fountain的技術(shù)則相對簡單，它可以直接插入到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中。此外，Digital Fountain方式還能夠?qū)崿F(xiàn)視頻點(diǎn)播，因?yàn)樵獌?nèi)容信息包能夠讓用戶在流的任意點(diǎn)之間跳轉(zhuǎn)，以重構(gòu)原始內(nèi)容。
產(chǎn)品
Digital Fountain公司有兩個(gè)產(chǎn)品：一個(gè)用于流文件；另一個(gè)用于下載文件。每種產(chǎn)品都由一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)軟件插件程序組成。軟件插件程序?qū)⒃純?nèi)容轉(zhuǎn)換成 “媒體內(nèi)容”信息包流。
2001年4月，Digital Fountain公司正式向市場投放了兩款Digital Fountain服務(wù)器，分別是Streaming Fountain（價(jià)格為10萬美元）和Download Fountain（價(jià)格為4萬美元）。
Streaming Fountain服務(wù)器可以在多點(diǎn)傳送或單點(diǎn)傳送環(huán)境中工作。用于單點(diǎn)傳送時(shí)，這款服務(wù)器能夠以56 Kb/s速率傳送6萬路窄帶流信息；以300Kb/s速率傳送1萬路VHS（家用錄像系統(tǒng)）質(zhì)量的流信息；以700 Kb/s的速率送4000路DVD質(zhì)量的信息。一臺Download Fountain服務(wù)器在單點(diǎn)傳送時(shí)最多可以為2萬個(gè)撥號用戶或5000個(gè)廣播用戶服務(wù)。
Digital Fountain公司估計(jì)，服務(wù)提供商在典型情況下要向4000個(gè)用戶遞送DVD質(zhì)量的內(nèi)容（以700 Kb/s的速率）將需要30多臺流服務(wù)器，但如果用Streaming Fountain，則只需一臺即可完成同樣的作業(yè)。
負(fù)責(zé)對元內(nèi)容信息包譯碼的Digital Fountain插件客戶機(jī)軟件占400KB，對內(nèi)存的需求小于20 MB。元內(nèi)容信息包的譯碼完全可以用軟件完成，軟件所需的計(jì)算能力只相當(dāng)于Microsoft的Windows Media 或 RealNetworks的RealPlayer的一小部分。
市場前景
Digital Fountain公司的早期客戶有日本的Nomura研究院。該研究院最近已經(jīng)準(zhǔn)備將自己的軟件與Digital Fountain的服務(wù)器集成，并出售給打算經(jīng)衛(wèi)星向虛擬專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布內(nèi)容的客戶。
除Nomura研究院外，還有幾家客戶打算在今年安裝Digital Fountain公司的產(chǎn)品。此外，Oregon大學(xué)、索尼公司和思科公司都表示已經(jīng)測試過Digital Fountain公司的這項(xiàng)技術(shù)了。
現(xiàn)在的問題是：這些客戶能否自己找到市場？有多少家公司需要同時(shí)向成千上萬的桌面發(fā)布同樣的內(nèi)容？今天，如果流式內(nèi)容需要傳送給大量的觀眾，我們可以預(yù)先錄制內(nèi)容并將它推向網(wǎng)絡(luò)外圍的高速緩存服務(wù)器，然后平滑地傳送給PC機(jī)或帶有臨時(shí)存儲器的機(jī)頂裝置。這種方式由于相同的高速緩存服務(wù)于多種需要，所以增加的成本很少。較為樂觀的看法是：Web站點(diǎn)上的實(shí)況轉(zhuǎn)播流媒體正在以未曾料想的速度迅速增長，因此采用LT編碼的Digital Fountain產(chǎn)品是有市場需求的。

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