第一章多媒體通信技術(shù)概論

1、第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 1.1 引言引言 1.2 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征 1.3 多媒體通信的性能描述與需求多媒體通信的性能描述與需求 1.4 多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量 1.5 多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境 1.6 分布式多媒體應(yīng)用分布式多媒體應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 1.1 引引 言言 人類的信息交流已從單一媒體過渡到多媒體的形式。多媒 體信息形式有四種: 音頻、音頻、 視頻、圖形和文本視頻、圖形和文本。其中，音頻和 視頻媒體與時間相關(guān), 稱為

2、連續(xù)媒體; 圖形和文本媒體與時間無 關(guān), 稱為靜態(tài)媒體。連續(xù)媒體具有隱含的時間關(guān)系, 其播放速度 將影響所含信息的再現(xiàn), 必須在一段特定的時間內(nèi)按特定的速度 播放; 否則, 媒體信息的完整性就會受到影響。而靜態(tài)媒體則是 與時間無關(guān)的媒體, 其播放速度不會影響所含信息的再現(xiàn)。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 多媒體數(shù)據(jù)多媒體數(shù)據(jù) 文本，有：無格式文本、有格式文本、超文本；文本，有：無格式文本、有格式文本、超文本； 超文本，是帶鏈接的有格式文本，超文本，是帶鏈接的有格式文本，HTML，是超文本的語言；，是超文本的語言； URL：internet網(wǎng)的統(tǒng)一資源定位符，包含存儲頁面

3、的主機名、網(wǎng)的統(tǒng)一資源定位符，包含存儲頁面的主機名、 文件名，供訪問頁面信息時使用；文件名，供訪問頁面信息時使用； 萬維網(wǎng)與超空間（萬維網(wǎng)與超空間（ internet網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的巨大的數(shù)字化信息空間）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的巨大的數(shù)字化信息空間） 圖像，有：計算機圖形、數(shù)字化掃描文檔、數(shù)字化圖片；圖像，有：計算機圖形、數(shù)字化掃描文檔、數(shù)字化圖片； 音頻，有：音頻，有：PCM（脈沖編碼調(diào)制）語音、（脈沖編碼調(diào)制）語音、CD的音頻、樂器合成的的音頻、樂器合成的 音頻。音頻。 PCM語音，主要用于公共電話交換網(wǎng)（語音，主要用于公共電話交換網(wǎng)（PSTN），國際標(biāo)準(zhǔn)），國際標(biāo)準(zhǔn)G.711； 視頻，有：廣播電視、數(shù)字視頻

4、、視頻，有：廣播電視、數(shù)字視頻、PC視頻。視頻。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 語音的語音的PCM脈沖調(diào)制編碼原理脈沖調(diào)制編碼原理 抽樣脈沖的頻率f奈奎斯特抽樣頻率 不會失真。 抽樣脈沖 音頻信號 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)），又稱窄帶ISDN、N- ISDN，起初是為了 使PSTN用戶有能力享有其他服務(wù)，在ISDN中，接入電路稱為數(shù)字 用戶線（DSL）。ISDN可支持多媒體通信的應(yīng)用。 PSTN（公共電話交換網(wǎng)） B-ISDN（寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)），可支持多媒體通信的應(yīng)用。 寬帶，指一次通信所占電路的比特速率超過IS

5、DN最大的2M比特速 率。大量使用ATM（異步傳輸模式）技術(shù)，寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)也叫 ATM網(wǎng)。 數(shù)據(jù)網(wǎng)（X.25和因特網(wǎng)）， X.25只用于低比特速率應(yīng)用，不適合 多媒體通信。因特網(wǎng)（Internet）是數(shù)據(jù)通信的主要形式，支持多媒體 通信。 廣播電視網(wǎng)，使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面廣播網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)電纜調(diào)制解調(diào)器 集成到機頂盒時，可以為用戶提供低速信道和高速信道。低速信道 可連接PSTN，高速信道可連接因特網(wǎng)，可支持多媒體通信。 公共的數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 PSTN網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 N-ISDN應(yīng)用（接入速率

6、較低） 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論因特網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上 以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，僅用于兩個高層 協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)互連，也可以用 于局域網(wǎng)互連。 網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設(shè)備。 在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全 不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。 與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對收到的信息要重新打 包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。 同時，網(wǎng)關(guān)也可以提供

7、過濾和安全功能。大多數(shù)網(wǎng)關(guān)運行在OSI 7層協(xié)議的頂層-應(yīng)用層。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 廣播電視/因特網(wǎng) 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 B-ISDN應(yīng)用 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 1.2 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征 比特率可變性比特率可變性 (1) 恒定比特率（Constant BitRate, CBR）傳輸 (2) 可變比特率（Variable BitRate, VBR）

8、傳輸 2. 時間依賴性時間依賴性 3. 信道對稱性信道對稱性 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 (1) 異步通信 異步通信用于在端系統(tǒng)之間交換那些不需要實時存儲或者處理 的靜態(tài)媒體數(shù)據(jù)。 例如, 多媒體電子函件就是采用的就是這種通信 方式。 (2) 等時通信 等時通信用于在端系統(tǒng)之間傳送諸如語音、 視頻之類需要實 時處理的連續(xù)媒體數(shù)據(jù), 產(chǎn)生低延遲、低抖動的連續(xù)位流（Bit Stream）。 例如, 在多媒體視頻會議系統(tǒng)中, 對于NTSC制式的視頻 信號, 網(wǎng)絡(luò)必須每隔33毫秒就應(yīng)向播放地點提交一個視頻幀, 端到 端的延遲應(yīng)當(dāng)保持在250 毫秒以下。由于連續(xù)媒體通信具有等時

9、性, 通常采用“數(shù)據(jù)流”來抽象表示端到端連續(xù)媒體通信。 數(shù)據(jù)通信的兩大類型 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 1.3 多媒體通信的性能描述與需求多媒體通信的性能描述與需求 1.3.1 多媒體通信的性能描述多媒體通信的性能描述 網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù) (1) 吞吐量 網(wǎng)絡(luò)吞吐量網(wǎng)絡(luò)吞吐量（Throughput）是指有效的網(wǎng)絡(luò)帶寬, 通常定義 成物理鏈路的傳輸速率減去各種傳輸開銷, 如物理傳輸開銷以及 網(wǎng)絡(luò)沖突、 瓶頸、 擁塞和差錯等開銷, 它反映了網(wǎng)絡(luò)的最大極限 的傳輸有用信息的容量, 測量內(nèi)容與具體的對象相關(guān)。 例如: 在 網(wǎng)絡(luò)層, 吞吐量可表示成單位時間內(nèi)接收、 處理和

10、通過網(wǎng)絡(luò)的分 組數(shù)或比特數(shù)。 它是一種靜態(tài)參數(shù), 反映了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的情況。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 (2) 差錯率 差錯率（Error Rate）是一種重要的性能指標(biāo), 反映了網(wǎng)絡(luò)傳 輸?shù)目煽啃?。它可以用三種方法定義: 一是位差錯率（BER）, 它定義為出錯的位數(shù)與所傳輸?shù)目偽粩?shù)之比; 二是幀差錯率 （FER）, 它定義為出錯的幀數(shù)與所傳輸?shù)目値瑪?shù)之比; 三是分組 差錯率（PER）, 它定義為出錯的分組數(shù)與所傳輸?shù)目偡纸M數(shù)之 比。 它們分別用于在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上計算差錯率。例如, 在分組交換網(wǎng)中, 其傳輸單位是分組, 通常使用PER計算差錯率; ATM網(wǎng)絡(luò)上的傳

11、輸單位是信元（Cell）, 可以使用FER計算差錯 率; 而物理傳輸網(wǎng)（如：同步光網(wǎng)絡(luò)SONET）以位為傳輸單位, 故使用BER計算差錯率。光纖傳輸網(wǎng)的BER范圍一般為10-910- 12, 衛(wèi)星傳輸網(wǎng)的BER為10-7。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 (3) 延遲 延遲（Delay）是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù), 它可采用多種方式 來表示。這里主要是從端到端延遲的角度來討論延遲問題。端到 端延遲是指發(fā)送端發(fā)送一個分組到接收端正確地接收到該分組所 經(jīng)歷的時間。端到端延遲包含了下列延遲時間: 傳播延遲: 表示端到端之間傳輸一個二進(jìn)制位所需要的時間。 這是一個受光纖光速限制的物

12、理參數(shù), 且是一個常數(shù), 為200 m/s。 它僅僅與所經(jīng)過的傳輸距離有關(guān)。 傳輸延遲: 表示端到端之間傳輸一個數(shù)據(jù)塊（如分組）所需要 的時間。該參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和中間節(jié)點處理延遲有關(guān)。 網(wǎng)絡(luò)延遲: 表示傳播延遲與傳輸延遲之和。 接口延遲: 表示發(fā)送端從開始準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)塊到實際利用網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行發(fā)送所需要的時間。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 2. 影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素 吞吐量吞吐量 網(wǎng)絡(luò)故障。 網(wǎng)絡(luò)擁塞。 瓶頸。 緩沖區(qū)容量。 流量控制。 (2) 差錯差錯 位出錯。 分組丟失和亂序。 (3) 延遲延遲 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論

13、 1.3.2 多媒體通信的性能需求多媒體通信的性能需求 吞吐量需求吞吐量需求 高傳輸帶寬需求。 大緩沖容量需求。 流量需求。 2. 可靠性需求（差錯）可靠性需求（差錯） 3. 延遲需求延遲需求 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 1.4 多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量 服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service, QoS）是一種抽象概念, 用于 說明網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“良好”程度。由于不同的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)性能的 要求不同, 對網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)質(zhì)量期望值也不同。這種期望值 可以用一種統(tǒng)一的QoS概念來描述。 在不同應(yīng)用系統(tǒng)中, QoS參 數(shù)集的定義方法可能是不同的。例如, 可

14、以使用上述的網(wǎng)絡(luò)性能 參數(shù)來定義QoS, 即: QoS = 吞吐量, 差錯率, 端到端延遲, 延遲抖動 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 表表 1.1 QoS 參參 數(shù)數(shù) 舉舉 例例 多媒體對象 最大延遲 /ms 最大延遲抖 動/ms 平均吞吐量 /(Mb/s) 可接受的位出 錯率 語音 視頻(TV品質(zhì)) 壓縮視頻 數(shù)據(jù)(文件傳送) 實時數(shù)據(jù) 圖像 0.25 0.25 0.25 1 0.0011 1 10 10 1 - - - 0.064 100 210 1100 10 210 10-1 10-2 10-6 0 0 10-9 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)

15、概論 1.5 多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境 由于多媒體信息, 特別是連續(xù)媒體信息源將產(chǎn)生大量的實時數(shù)據(jù), 必須經(jīng)過編碼壓縮處理后才能進(jìn)行傳輸, 傳送到目的地后再解壓播 放。 這樣可以節(jié)省大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。數(shù)據(jù)壓縮處理一般由兩個過程 組成: 一是編碼過程, 即對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮, 以便存儲和傳輸; 二是解碼過程, 即對壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓, 恢復(fù)成可用的數(shù)據(jù)。 經(jīng)過壓縮后的連續(xù)媒體數(shù)據(jù)流仍然需要較大的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 例如, 經(jīng)MPEG-2壓縮后的視頻流仍需要大于 3.36 Mb/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 當(dāng)多 個用戶同時需要通過網(wǎng)絡(luò)實時傳送連續(xù)媒體數(shù)據(jù)時, 要求網(wǎng)絡(luò)能夠 提供較大的帶寬,

16、傳統(tǒng)的10 Mb/s Ethernet很難滿足這一需求。因此, 多媒體通信對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（主要是指網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境）提出了較高 的要求, 如高帶寬、低延遲、支持QoS以及資源動態(tài)分配等。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 為了更好地支持多媒體通信, 無論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)都呈 現(xiàn)出高速化的發(fā)展態(tài)勢。目前, 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到10 Gb/s, 為多媒體通信提供了高帶寬的保證。 對于局域網(wǎng), 可提供100 Mb/s及以上傳輸速率的高速網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)有: 快速以太網(wǎng)(100BASE-T)、千兆位以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng) (FDDI)、 100VGCD*2AnyLAN以及ATM網(wǎng)絡(luò)等, 這些網(wǎng)

17、絡(luò)都是 標(biāo)準(zhǔn)化的, 在實際中已得到廣泛的應(yīng)用。 此外, 萬兆位(10 Gb/s)以 太網(wǎng)已經(jīng)研制成功, 不久將出臺有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)。從支持QoS的 角度, 100VG-AnyLAN、 FDDI以及ATM等網(wǎng)絡(luò)都具有一定的支 持能力, 只是程度不同而已。其中，ATM對QoS的支持最為充分。 各種以太網(wǎng)都不提供QoS支持能力。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 在這些局域網(wǎng)絡(luò)中, 根據(jù)所采用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件, 可以組成共享式 網(wǎng)絡(luò)和交換式網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)類型。 在共享式網(wǎng)絡(luò)中, 各個節(jié)點共享一段有沖突的介質(zhì), 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù) 載（節(jié)點）增加時, 沖突將不可避免地發(fā)生, 導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可用帶寬急 劇下降

18、。即使是100 Mb/s的高速網(wǎng)絡(luò), 也會因共享介質(zhì)而產(chǎn)生多個 用戶同時競爭介質(zhì)來傳輸媒體數(shù)據(jù)的問題, 這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲的 增加, QoS的下降。 在交換式網(wǎng)絡(luò)中, 通過交換機提供端點之間的并行的傳送通 道和獨享的網(wǎng)絡(luò)帶寬, 因而不會發(fā)生任何沖突, 且大大降低了傳輸 延遲, 有效地保證了網(wǎng)絡(luò)的QoS。 因此, 多媒體通信應(yīng)當(dāng)采用高速 交換式網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 由于局域網(wǎng)通過高速交換式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠較容易地解決網(wǎng)絡(luò) 帶寬和延遲問題, 對多媒體通信的支持比較充分，因此多媒體通 信技術(shù)的重點是解決廣域網(wǎng)支持多媒體流的綜合傳輸和QoS問題。 近幾

19、年, 相繼推出了一些以光纖為傳輸介質(zhì)的廣域網(wǎng), 如同步光纖 網(wǎng)(SONET)、 同步數(shù)字序列(SDH)和密集波分復(fù)用(DWDM)等, 其傳輸速率已達(dá)10 Gb/s, 大大改善了廣域網(wǎng)的擁擠狀況。 隨著Internet的發(fā)展, 大量的話音和視頻信息需要在基于分組 交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸, 這就需要在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上解決數(shù)據(jù)、話 音和視頻流的綜合傳輸和資源協(xié)調(diào)問題, 實現(xiàn)各種應(yīng)用的有機集 成, 使整個廣域網(wǎng)絡(luò)具有高度的適應(yīng)性、 開放性和可伸縮性。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 一種有效的解決方案是寬帶IP網(wǎng)絡(luò), 它是以ATM、SONET、 SDH和DWDM等高速網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ), 通過

20、IP Over ATM、IP Over SONET 、 IP Over SDH以及IP Over DWDM等技術(shù)構(gòu)成基于IP協(xié)議 的集成平臺, 再通過IP v6、 RSVP和區(qū)分服務(wù)等協(xié)議協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源, 提供QoS保證和特性化服務(wù), 以滿足應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求。 寬帶IP網(wǎng)絡(luò)也是下一代Internet (如Internet 2)的核心技術(shù)。 另一方面, 寬帶Internet必須和用戶高速接入技術(shù)相配合才能真 正發(fā)揮作用, 使基于Internet的多媒體應(yīng)用能夠走進(jìn)千家萬戶, 也就 是必須解決高速信息公路的“最后1公里”問題。目前, 用戶高速 接入技術(shù)主要有: 基于交互式電視網(wǎng)的Cable

21、Modem的接入和基于 電話網(wǎng)的ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)的接入, 它們分 別適用于不同的用戶環(huán)境, 其接入方法和性能也不同。這些接入技 術(shù)可以提供130 Mb/s的接入速率, 是當(dāng)前普遍使用的模擬Modem 幾十kb/s接入速率所無法比擬的。 第1章 多媒體通信技術(shù)概論 第一章多媒體通信技術(shù)概論 1.6 分布式多媒體應(yīng)用分布式多媒體應(yīng)用 多媒體會議系統(tǒng)是一種在計算機網(wǎng)絡(luò)支持下, 利用多媒體信 息進(jìn)行會議交流的會議系統(tǒng), 人們足不出戶就可以召開會議, 提 高了會議的效率, 降低了會議開銷。 這種新型的會議系統(tǒng)已成為 典型的分布式多媒體應(yīng)用系統(tǒng)之一。多媒體會議系統(tǒng)是一種點 對多點的實時應(yīng)用系統(tǒng), 對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求除了高帶寬、 低延遲 和支持QoS外, 還應(yīng)當(dāng)具有組播通信能力。此外, 高效的視頻/音 頻編解碼器也是必不可少的。為了規(guī)范會議系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用, 有關(guān)國際組織制定了一系列有關(guān)會議系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn), 在編解碼 器、 數(shù)據(jù)壓縮、通信協(xié)議等方面進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。從Internet發(fā)展 趨勢來看, 基于寬帶IP網(wǎng)的桌面會議系統(tǒng)將是今后多媒體