计算机世界网-新编码技术使窄带宽用

新编码技术使窄带宽用 ■ 明琪 编译

01-6-13 上午 10:49:56

今天的Internet并不是为向众多用户发送丰富的多媒体内容而设计的，因此在IP网络上传输大量数据时出现了两大瓶颈：网络拥堵和服务器可伸缩性不足。如何向观众传送TV级的内容，而又不使网络进入栅格死锁（gridlock），是Intenet面临的棘手问题。

Digital Fountain公司用一项创新的技术解决了这一难题。该技术是一项软件编码技术，称为Luby Transform（LT）编码。这是用发明者的名字命名的编码。LT编码的发明者叫Michael Luby，是Digital Fountain公司的合作创建人和首席技术官员，曾经在加利福尼亚大学伯克利分校担任计算机科学教授。

LT编码技术

Digital Fountain公司把采用LT编码技术的软件与客户机、服务器一起打包出售。Digital Fountain服务器包括一个LT编码引擎，它负责接收原始内容，对其进行扫描并在运行中生成元内容。所谓元内容是按照数学方程解释的基础信息。

每一段元内容组成了原始内容的一个随机子集。有关每个原始信息包的信息被散布在一些元内容信息包上。一旦客户机接收到一定百分比的元内容信息包，客户机软件就自动求解数学方程，并将原始内容拼接到一起。

接收哪些信息包,信息包到达的次序,甚至有多少信息包丢失都并不重要，只要接收到的信息包数量足够使客户机执行必不可少的计算就行。由于采用这种编码方式，使得在传输过程中信息包丢失或遭受破坏所带来的影响很小，因而使我们不必重传数据或对原始信息包增加特大冗余以补偿丢失的信息包。

在Digital Fountain客户机中，一旦信息包变得可用，那么任意数量、以任意顺序使用元内容信息包的人都可以重新生成原始数据。当然，信息包流可以同时传送给多个客户机，传送速度从30 Kb/s到1 Mb/s。

到目前为止，LT编码中所涉及的数学问题的细节还未向公众透露。但与这项技术有关的几项专利已经得到批准，其他还有一些尚在审批之中。Digital Fountain公司还没有计划对其编码技术发放许可证。

技术优势与用途

编码理论已经有数十年的历史了。以Reed-Solomon算法为代表的前向纠错编码通过硬件实现，按照保护小块数据的要求设计，主要对受到破坏的多个bit或单个bit进行检测和校正。

相比起来，LT编码意在保护大型文件（1 GB或更大的文件），而且这种技术以软件方式实现，速度非常快，编码恢复原始数据所需的数据开销只占原始内容的5％。LT编码技术是解决内容传送问题的一种创新方式。当然，解决这一问题也有其他策略，例如服务器帧和存储区域网络，但这些技术都过于复杂。

采用LT编码方式时，发生信息包丢失或受到破坏等问题时带来的影响很小，使重传数据或对原始信息包增加特大冗余以补偿丢失的信息包的需要减至最小或完全消除。

由 LT编码技术实现的软件插件程序负责将原始内容转换成“媒体内容”信息包流。该软件插件程序能处理的原始内容范围很广，包括流式视频、音频、视频游戏、MP 3文件等。而这正是Internet最难处理的。

采用LT编码技术的Digital Fountain服务器有哪些好处呢？首先是提高了传输的稳定性，这种改善与在设计优良的IP多点传送网络上获得的改善类似，但却没有牺牲伸缩性。

IP多点传送使大量的人群可以同时看到相同的文件或流式内容，从而为打算在Internet上进行内容广播的服务提供商节约了带宽，但这种技术需要复制副本。此外，IP多点传送技术的广泛使用还存在一些障碍：一方面缺乏基础设施；另一方面是IP多点传送目前还不能提供视频点播。

Digital Fountain的技术则相对简单，它可以直接插入到现有的基础设施当中。此外，Digital Fountain方式还能够实现视频点播，因为元内容信息包能够让用户在流的任意点之间跳转，以重构原始内容。

产品

Digital Fountain公司有两个产品：一个用于流文件；另一个用于下载文件。每种产品都由一个服务器和一个软件插件程序组成。软件插件程序将原始内容转换成 “媒体内容”信息包流。

2001年4月，Digital Fountain公司正式向市场投放了两款Digital Fountain服务器，分别是Streaming Fountain（价格为10万美元）和Download Fountain（价格为4万美元）。

Streaming Fountain服务器可以在多点传送或单点传送环境中工作。用于单点传送时，这款服务器能够以56 Kb/s速率传送6万路窄带流信息；以300Kb/s速率传送1万路VHS（家用录像系统）质量的流信息；以700 Kb/s的速率送4000路DVD质量的信息。一台Download Fountain服务器在单点传送时最多可以为2万个拨号用户或5000个广播用户服务。

Digital Fountain公司估计，服务提供商在典型情况下要向4000个用户递送DVD质量的内容（以700 Kb/s的速率）将需要30多台流服务器，但如果用Streaming Fountain，则只需一台即可完成同样的作业。

负责对元内容信息包译码的Digital Fountain插件客户机软件占400KB，对内存的需求小于20 MB。元内容信息包的译码完全可以用软件完成，软件所需的计算能力只相当于Microsoft的Windows Media 或 RealNetworks的RealPlayer的一小部分。

市场前景

Digital Fountain公司的早期客户有日本的Nomura研究院。该研究院最近已经准备将自己的软件与Digital Fountain的服务器集成，并出售给打算经卫星向虚拟专用网络发布内容的客户。

除Nomura研究院外，还有几家客户打算在今年安装Digital Fountain公司的产品。此外，Oregon大学、索尼公司和思科公司都表示已经测试过Digital Fountain公司的这项技术了。

现在的问题是：这些客户能否自己找到市场？有多少家公司需要同时向成千上万的桌面发布同样的内容？今天，如果流式内容需要传送给大量的观众，我们可以预先录制内容并将它推向网络外围的高速缓存服务器，然后平滑地传送给PC机或带有临时存储器的机顶装置。这种方式由于相同的高速缓存服务于多种需要，所以增加的成本很少。较为乐观的看法是：Web站点上的实况转播流媒体正在以未曾料想的速度迅速增长，因此采用LT编码的Digital Fountain产品是有市场需求的。