多媒体通信与网络.ppt

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1、多媒体通信与网络,流媒体,流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。 流式传输方式是将视频和音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由服务器向用户计算机连续、实时传送。 在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需要经过几秒钟或几十秒的启动延时即可在用户计算机上利用相应的播放器对压缩的视频或音频等流式媒体文件进行播放，剩余的部分将继续进行下载，直至播放完毕,流媒体,流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。其特定含义为通过Internet 将影视节目传送到PC机。 实现

2、流式传输有两种方法：实时流式传输和顺序流式传输。 视频使用流式传输媒体服务器，或应用如（RTSP实时流传输协议）的实时协议，即为实时流式传输。 如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。 流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。,流媒体,实时流式传输 实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接配匹，使媒体可被实时观看到。实时流需要专用的流媒体服务器与传输协议。 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。 顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前

3、头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告 。,流媒体播放方式,单播 在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。 组播 IP组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。网络利用效率大大提高，成本大为下降。 点播与广播 点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在

4、点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连接提供了对流的最大控制。 广播指的是用户被动接收流。在广播过程中，客户端接收流，但不能控制流。,技术方式,目前主流的流媒体技术有三种 1.Apple公司的QuickTime QuickTime是数字媒体领域事实上的工业标准。QuickTime是一个开放式的架构，包含了各种各样的流式媒体技术。QuickTime是最早的视频工业标准，1999年发布，QuickTime本身也存在着平台的便利(MacOS)，因此拥有不少的用户。 2.RealNetworks公司的RealMedia RealMedia发展

5、的时间比较长，因此具有很多先进的设计，例如，可伸缩视频技术可以根据用户电脑速度和连接质量而自动调整媒体的播放质素。自适应流技术，可通过一个编码流提供自动适合不同带宽用户的流播放。 3.Microsoft公司的WindowsMedia WindowsMedia是三家之中最后进入这个市场的，但凭借其操作系统的便利很快便取得了较大的市场份额。采用的是mpeg-4视频压缩技术，音频方面采用的是WindowsMediaAudio技术。,多媒体数据流的基本特征,比特率可变性,多媒体传输按其特点可以分为恒定比特率和可变,比特率两种类型。 时间依赖性,连续媒体的传输必须是实时的，端到端的等待时,间应当控制在一

6、个很短的时间段内 信道对称性,在端到端的传输系统中，传输信道是双向的。根 据多媒体应用类型的不同，上行和下行信道的通信量 可能是对称的，也可能是不对称的,多媒体通信的性能需求 吞吐量需求 网络吞吐量是指有效的网络带宽，通常定义成物理 链路的传输速率减去各种传输开销，以及网络冲突、瓶 颈、拥塞和差错等开销，它反映了网络的最大极限容量。 视频（未压缩）：140Mbps左右,H.261,64K2Mbps,MPEG,1.4Mbps40Mbps,多媒体通信的性能需求,可靠性需求,差错率（Error Rate）是一种重要的性能指标，,反映了网络传输的可靠性。,位差错率、帧差错率、分组差错率分别用于在不,同

7、的网络协议层次上计算差错率。,控制差错的方法：,ARQ，对于时间要求严格的数据，ARQ没有意义 FEC，前向纠错，适用于光纤技术，一位纠错。,多媒体通信的性能需求,延迟需求,延迟（Delay）是衡量网络性能的重要参数。主 要有传输延迟、网络延迟、接口延迟等。与延迟有关 的另一个性能参数是延迟抖动。,传输延迟：含信源处、信宿处的采样、编码、解 码、打包、拆包；端点系统的排队和播放延迟。 对于端端延迟，一般要求小于150ms。 网络延迟：可分成固有延迟和随机延迟。固有延 迟和链路比特率高低有关，而随机延迟则由网络故障、 传输错误以及网络拥塞等引起，一般是不可预测的。,多媒体通信的性能需求,多点通信

8、需求,多媒体通信涉及音频和视频数据，在 分布式多媒体应用中有广播和多播信息。 因此，除常规的点对点通信外，多媒体通 信需要支持多播通信方式。,多媒体通信的性能需求,同步需求 流间同步,流间同步是不同媒体间的同步，和具体应用有,关，是一种端到端的服务。,流内同步,流内同步是保持单个媒体流内部的时间关系， 即按照一定的延迟和抖动约束来传送媒体分组流， 以满足感官上的需要。,多媒体通信的服务质量,多媒体通信的服务质量,服务质量(Quality of Service，QoS)是一,种抽象概念，用于说明网络服务的“好坏”程,度。,由于不同的应用对网络性能的要求不,同，对网络所提供的服务质量期望值也不同

9、。这种期望值可以用一种统一的QoS概念来 描述。从支持QoS的角度，多媒体网络系统 必须提供QoS参数定义和相应的管理机制。,QoS的基本概念,1QoS参数,QoS是分布式多媒体信息系统为了,达到应用要求的能力所需要的一组定量 的和定性的特性，它用一组参数表示， 典型的有吞吐量、延迟、延迟抖动和可 靠性等。,QoS的基本概念,QoS参数举例,QoS的基本概念,2压缩编码对QoS参数的影响,多媒体数据压缩编码的方法影响QoS参,数，尤其是视频编码。,高优先级的数据流可以获得良好保障的,QoS服务，而对较低优先级的数据流将用最大 努力获得尽量高的QoS。,QoS的基本概念,3QoS参数体系结构,在

10、QoS 参数体系结构中，通信双方的对 等层之间表现为一种对等协商关系，双方按 所承诺的QoS 参数提供相应的服务。同一端 的不同层之间表现为一种映射关系，应用的 QoS 需求应当自顶向下地映射到各层相对应 的QoS参数集，各层协议按其QoS参数提供相 对应的服务，共同完成对应用的QoS承诺。,QoS的基本概念,QoS参数体系结构,QoS的管理,QoS服务的分类,确定型QoS。在数据传输过程中，网络提供“硬”的,QoS保证。,统计型QoS。在数据传输过程中，网络提供“软”的,QoS保证。,尽力型QoS。也称最佳效果传输，网络不提供任何 QoS保证，网络性能将随着负载的增加而明显下降。 为了保证端

11、到端的QoS，在媒体流传输路径上的各 个中间点（路由器）都必须支持和保证所承诺的QoS， 并且按确定型、统计型及尽力型QoS的优先级次序为相应 的媒体流分配和保留资源。,多媒体通信网络环境,多媒体通信网络环境,网络环境是指网络的硬件环境，也,称网络基础结构。为了更好地支持多媒体 通信，无论是局域网还是广域网都呈现 出高速化的发展态势。目前，网络的传 输速率已经达到10Gbit/s，为多媒体通 信提供了高带宽的保证。,局域网络,在局域网络中，根据所采用的网络构件，可以 组成共享式网络和交换式网络两种网络类型。 共享式网络：各个节点共享一段有冲突的介 质，节点使用相应的介质访问控制方法来占用介质

12、传送数据。任一时刻只能有一个节点发送数据，其 它节点处于接收状态，并根据地址匹配规则确定是 否接收数据。数据以广播方式沿着传输介质传输， 必须遍历每个节点。,局域网络,交换式网络：节点分成两类端点和中间 节点。端点是用户站点，中间节点是交换机，所 有端点都通过交换机连接起来，交换机为端点提 供存储转发和路由选择功能，使端点间能沿着指 定的路径传输数据，这相当于实现一个并行网络 系统，通过交换机提供端点之间的并行的传送通 道和独享的网络带宽，因而不会发生冲突，且大 大降低了传输延迟，有效地保证了网络的QoS。,局域网络,1. 100BASET网络,100BASET是由快速以太网联盟开发 的100

13、Mb/s以太网，也称快速以太网。,100BASET标准主要定义了物理层规,范，定义了新的信号收发标准，将传输速率 提高到100Mb/s。100BASET定义三种物 理层规范：100BASET4、100BASETX 和100BASEFX，分别支持不同的传输介 质。,局域网络,2.千兆位以太网,千兆位以太网是由千兆位以太网联盟开发的 1000Mb/s以太网技术。 IEEE 802.3z定义的传输介质为光纤和宽带同轴 电缆，链路操作模式为全双工操作。其中光纤系统 支持多模光纤和单模光纤系统，多模光纤的传输距 离为500m；单模光纤的传输距离为2000m。宽带同 轴电缆系统的传输距离为25m。,局域网

14、络,3. 100VG-AnyLAN网络,100VG-AnyLAN 是由100VG-AnyLAN 论坛开发 的一种1 0 0 Mb/s 高速网络。IEEE已将 1 0 0 VG- AnyLAN确定为IEEE 802.12标准。100VG-AnyLAN 的涵义是指在语音级的UTP电缆上进行100Mb/s速率 传输且支持IEEE 802.3和802.5两种帧格式（不是同 时支持）。,100VG-AnyLAN技术规范主要定义了物理层和 MAC层两层。其中，物理层由物理介质独立,（PMI）子层和物理介质相关（PMD）子层组成。,局域网络,4. FDDI网络,FDDI（光纤分布式数据接口）是由美国国家 标

15、准化协会（ANSI）的X3T9.5委员会制定的一种 以光纤为传输介质、传输速率为100Mb/s的网络标 准。 FDDI 采用双环结构，主环进行正常的数据传 输，次环为冗余的备用环，一旦主环链路发生故 障，则备用环的相应链路就代行其工作，使FDDI 具备较强的容错能力。FDDI网络的覆盖区域比较 大，可达100km，可连接500多个站点，站点间的 最大距离为2km。,广域网络,由于局域网通过高速交换式网络技术能,够较容易地解决网络带宽和延迟问题，对多 媒体通信的支持比较充分，因此多媒体通信 技术的重点是解决广域网支持多媒体流的综 合传输和QoS问题。近几年，相继推出了一 些以光纤为传输介质的广域

16、网，如同步光纤 网（SONET）、同步数字序列（SDH）等， 其传输速率已达10Gbs，大大改善了广域网 的拥挤状况。,广域网络,1. X.25网络,分组交换网是一种采用分组交换方式的数据通 信网，它所提供的网络功能相当于ISO/OSI参考模 型的低三层，即物理层、数据链路层和网络层功能。 ITU的X.25建议就是针对分组交换网而制定的国际标准。 因此，分组交换网有时也称为X.25网。,广域网络,2.帧中继网络,为了给用户提供高质量、低成本的数 据传输业务，在90年代初推出了一种新型 技术：帧中继（Frame Relay）。 帧中继实质上是由X.25分组交换技术 演 变 而 来 的 ： 它 一

17、 方 面 继 承 了 X.25 的 优点，如提供统计复用功能、永久虚电路、 交换虚电路等；另一方面又改进了X.25 的性能。,广域网络,帧中继的改进主要表现在两个方面： 一是提高了网络传输速率，用户接入速率可在 56/64kb/s到1.544/2.048Mb/s的范围内，而上限速 率实际可达50Mb/s； 二是简化了大量的网络功能，网络不再提供流 量控制、纠错和确认等功能，由用户终端根据 需要自行解决。这样，就可以减少网络时延， 降低通信费用。,广域网络,3ISDN网络,综合业务数字网ISDN(Integrated Services Digital Network)是一种由数字交换机和数字信道

18、构成的， 以传输数字信号为目的的综合数字网，并利用这个 网提供话音、数据等各种业务。,ISDN主要是依靠数字电话网的交换和接续功能 提供话音和各种非话音业务的，是一种电路交换网 络，传输速率一般为64kb/s，这种通信速率很难满 足不断增长的多媒体业务对带宽的要求。,ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line ，非对称数字用户环路）是一种新的数据传输方式。 它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质

19、量下降的情况。 通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。,ADSL（中国网通）,广域网络,4IP宽带网络,宽带Internet骨干网是以宽带IP网络为基础，其,物理网络采用ATM、SONET、SDH和DWDM等高速 网络，通过IP Over ATM、IP Over SONET、IP Over SDH以及IP Over DWDM等技术构成基于IP协议的集 成平台，在网络基础结构上解决数据、话音和视频 流的综合传输和网络带宽问题，实现各种应用的有 机集成。再通过IPv6、RSVP和区分服务等协议协调 网络资源，提供QoS保证和特性化

20、服务，以满足应 用对网络服务质量的需求。这种宽带IP网络也是下 一代Internet(如Internet 2)的核心技术。,ATM网络,1ATM的特点,面向连接的传输机制,以信元(Cell)为信息传输单位 基于ATM交换机的交换式网络 多种速率接口 多种服务类型,高层进行差错控制和流量控制,多媒体通信协议,IP v6协议,IPv6是下一代的互联网协议。它的提出最初是因为采用32位地址长度的IPv4协议，只有大约43亿个地址，近年来被分配完毕。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地

21、球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。,IP v6协议,IPv6的一个重要设计目标是保证与IPv4兼容。 128位的地址空间允许更多的主机被寻址，并且,允许地址层上有更多的层次。,改进的多站点寻址方案允许将多站点路由限制在,指定的范围内。,组块头的新定义的“流标志字段”允许鉴别属于同,一数据流的所有组块。,用于真实性、完整性及数据加密性的新机制。,IP v6协议,IPv6的路由选择是基于地址前缀概念实现,的，这样可

22、以很方便地建立层次化的路由选择关 系，服务提供者可以根据网络规模来汇聚IP地 址，充分利用IP地址空间。IPv6中的路由协议尽 量保持了与IP v4相一致，当前Internet的路由协议 稍加修改后便可用于IPv6路由。,IPv6报头中的优先级和流标识字段提供了,QoS支持机制。,ST 协议（流协议）,ST协议是面向发送方的，由发送方规定QoS和 接收组。 优点是发送方总知道谁是接收者，并控制接收组新成 员的加入，这对于某些需要限制多媒体信息传播范围 的应用系统(如视频会议内容不便公开广播，仅限少数 有关人员收看)来说是必要的，但也会带来一些不便之 处，还会增加网络流量负担。,RSVP协议（资

23、源预留协议）,RSVP协议是一种基于网络资源保留的多媒体通 信协议，它是通过建立连接为特定的媒体流保留资 源，提供QoS 保证的，并定义了GS 和CLS 两个QoS 类，主要用于支持Internet视频会议之类的多媒体应 用。,在RSVP中，可将QoS分成三类：,确定型QoS(如GS)，必须严格保证QoS,统计型QoS(如CLS)，允许QoS有一定范围的波动 尽力型QoS(如最佳效果传输)，不提供任何QoS保 证,RSVP协议,RSVP报文由公共头和报文体组成。,报文体是用对象表示的，每个对象的第一个32,位字段是对象头。,RSVP 规定，发送者在发送数据前首先要发送 Path报文与接收者建立

24、一个传输路径，并协商QoS 级。,RTP协议（实时传输协议 ）,RTP协议提供了一种端到端的强制性同 步控制机制，以满足多媒体流内和流间的同 步控制需求。基于RTP的带宽调节控制算法 可以将报文丢失率限制在某一范围内，使基 于无连接协议的网络传输质量的不稳定性得 到了一定的补偿。,RTP协议,RTP定义了两种报文：RTP报文和RTCP 报文。RTP报文用于传送媒体数据(如音频 和 视 频 ) ， 它 由 RTP 报 头 和 数 据 两 部 分 组 成 ， RTP 数 据 部 分 称 为 有 效 载 荷 (payload)；RTCP报文用于传送控制信息， 以实现协议控制功能。RTP报文和RTCP报文 将作为下层协议的数据单元进行传输。,RTP报文由两部分组成：报头和有效载,荷。,RTP协议,RTP控制协议(RTCP)通过周期性地发送 RTCP报文实施协议控制功能。RTCP报文是 一种短报文，由固定的RTCP报头和结构化 的元素两部分组成，其发送机制与RTP报文 相同。为了实施不同的控制功能，RTCP定 义了四种不同的报文类型。SR：发送者报 告报文；RR：接收者报告报文；SDES：信 源描述报文；BYE：结束报文。,