多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及通信技術(shù)課件

1、7.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用7.2 因特網(wǎng)上存取聲音和電視的方法7.3 多媒體應(yīng)用的通信需求7.4 多 媒 體 通 信7.5 流媒體技術(shù)7/21/2022多媒體信息技術(shù)1信息工程學(xué)院因特網(wǎng)上已經(jīng)開發(fā)了很多應(yīng)用，歸納起來大致可分成兩類:一類是以文本為主的數(shù)據(jù)通信，包括文件傳輸、電子郵件、遠程登錄、網(wǎng)絡(luò)新聞和Web等;另一類是以聲音和電視圖像為主的通信。通常把任何一種聲音通信和圖像通信的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用稱為多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(multimedia networking application)。網(wǎng)絡(luò)上的多媒體通信應(yīng)用和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用有比較大的差別:多媒體應(yīng)用要求在客戶端播放聲音和圖像時要流暢，聲音和圖像要同步，因此對

2、網(wǎng)絡(luò)的時延和帶寬要求很高。而數(shù)據(jù)通信應(yīng)用則把可靠性放在第一位，對網(wǎng)絡(luò)的時延和帶寬的要求不那么苛刻。 7.1多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用7/21/2022多媒體信息技術(shù)2信息工程學(xué)院7.1.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例(1) 現(xiàn)場聲音和電視廣播或者預(yù)錄制內(nèi)容的廣播：這種應(yīng)用類似于普通的無線電廣播和電視廣播;不同的是在因特網(wǎng)上廣播，用戶可以接收世界上任何一個角落里發(fā)出的聲音和電視廣播。這種廣播可使用單目標(biāo)廣播(unicast)傳輸;也可使用更有效的多目標(biāo)廣播(multicast)傳輸;現(xiàn)在市場上有許多因特網(wǎng)廣播產(chǎn)品，包括RealNetworks公司的廣播軟件廣播器(broadcasters)。7/21/2022多媒體

3、信息技術(shù)3信息工程學(xué)院7.1.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例(2)聲音點播(audio on demand)：在這一類應(yīng)用中，客戶請求傳送經(jīng)過壓縮并存放在服務(wù)機上的聲音文件，這些文件可以包含任何類型的聲音內(nèi)容。例如，教授的講課、搖滾樂、交響樂、著名的無線電廣播檔案文件和歷史檔案記錄?？蛻粼谌魏螘r間和任何地方都可以從聲音點播服務(wù)器中讀聲音文件。使用因特網(wǎng)點播軟件時，在用戶啟動播放器幾秒鐘之后就開始播放，一邊播放一邊從服務(wù)機上接收文件，而不是在整個文件下載之后開始播放。邊接收文件邊播放的特性叫做流放(streaming)。許多這樣的產(chǎn)品也為用戶提供交互功能。例如，暫停/重新開始播放，跳轉(zhuǎn)等功能。現(xiàn)在已經(jīng)有

4、許多因特網(wǎng)聲音點播產(chǎn)品，包括RealNetworks公司的RealPlayer和Vocaltec公司的Internet Wave。7/21/2022多媒體信息技術(shù)4信息工程學(xué)院7.1.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例(3)影視點播(video on demand)，也稱交互電視(Interactive Television)：這種應(yīng)用與聲音點播應(yīng)用完全類似。存放在服務(wù)機上的壓縮的影視文件可以是教授的講課、整部電影、預(yù)先錄制的電視片、(文獻)紀(jì)錄片、歷史事件檔案片、卡通片和音樂電視片等等。存儲和播放影視文件比聲音文件需要大得多的存儲空間和傳輸帶寬?，F(xiàn)在，已經(jīng)有很多因特網(wǎng)影視點播產(chǎn)品，包括RealNetwo

5、rks公司的產(chǎn)品5。7/21/2022多媒體信息技術(shù)5信息工程學(xué)院7.1.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例(4)因特網(wǎng)電話(Internet telephony)：這種應(yīng)用是人們在因特網(wǎng)上進行通話，就像人們在傳統(tǒng)的線路交換電話網(wǎng)絡(luò)上相互通信一樣，可以近距離通信，也可以長途通信，而費用卻非常低。分組實時電視會議(group real-time video conferencing)：這類多媒體應(yīng)用產(chǎn)品與因特網(wǎng)電話類似，但可允許許多人參加。在會議期間，你可為你所想看到的人打開一個窗口?，F(xiàn)在也已經(jīng)有許多在因特網(wǎng)上召開分組實時電視會議的產(chǎn)品，包括Cornell University開發(fā)的CU-SeeMe電視會議

6、產(chǎn)品，下圖是電視會議的一個畫面。7/21/2022多媒體信息技術(shù)6信息工程學(xué)院7.1.2 應(yīng)用分類 (1) 按照交互頻繁程度來劃分 ：現(xiàn)場交互應(yīng)用(live interactive applications)：因特網(wǎng)電話和實時電視會議.在這種應(yīng)用場合下，與會者在任何時候都可能說話或者移動。從與會者說話或者移動的動作到達接收端的時延應(yīng)該小于幾百毫秒才能為用戶接受。人的聽覺系統(tǒng)對小于150毫秒延遲感覺不到150毫秒400毫秒之間時延可以接受時延超過400毫秒令人甚感別扭交互應(yīng)用(interactive applications)：聲音點播、影視點播是交互應(yīng)用的例子.在這種應(yīng)用場合下，用戶僅僅是要求

7、服務(wù)器開始傳輸文件、暫停、從頭開始播放或者是跳轉(zhuǎn)而已。從用戶發(fā)出請求播放到在客戶機上開始播放之間的時延大約在15秒鐘就可以接受對信息包時延和抖動的要求不像因特網(wǎng)電話和實時會議那樣高 7/21/2022多媒體信息技術(shù)7信息工程學(xué)院7.1.2 應(yīng)用分類 (2)按照交互頻繁程度來劃分 ：現(xiàn)場交互應(yīng)用(live interactive applications)：交互應(yīng)用(interactive applications)：非實時交互應(yīng)用(non-interactive applications)：現(xiàn)場聲音廣播和電視廣播或者預(yù)錄內(nèi)容的廣播.在這些應(yīng)用場合下，發(fā)送端連續(xù)發(fā)出聲音和電視數(shù)據(jù)，而用戶只是簡單

8、地調(diào)用播放器播放，如同普通的無線電廣播或者電視廣播。用戶只是簡單地調(diào)用播放器播放時延在10秒或者更多一些都可以接受對信號的抖動要求也可以比交互應(yīng)用的要求低 7/21/2022多媒體信息技術(shù)8信息工程學(xué)院電視會議的一個畫面。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)9信息工程學(xué)院7.1.3 應(yīng)用開發(fā)面臨的問題 (1)因特網(wǎng)提供兩種類型的服務(wù)：可靠的面向連接服務(wù)(reliable connection-oriented service) 可靠的TCP服務(wù)保證把信息包傳送到對方，對信息包的時延要求并不高 TCP(Transfer Control Protocol)協(xié)議提供的服務(wù)屬于可靠服務(wù)不可靠的無連接服務(wù)

9、( unreliable connectionless service) 不可靠的UDP服務(wù)不作任何擔(dān)保，既不保證傳送過程中不丟信息包，也不保證時延滿足應(yīng)用要求使用UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議提供的服務(wù)屬于不可靠服務(wù)因特網(wǎng)現(xiàn)在提供的服務(wù)對所有信息包的傳送都是平等的對時延要求很高的信息包在路由器的隊列中都沒有優(yōu)先權(quán)在因特網(wǎng)上任何人都要排隊等待綜上：對信息包的時延和時延的大小缺乏任何保證 7/21/2022多媒體信息技術(shù)10信息工程學(xué)院8.1.3 應(yīng)用開發(fā)面臨的問題 (2)時至今日，因特網(wǎng)上的多媒體應(yīng)用取得了重大的成就，但還只是有限度的成功直至現(xiàn)在，成功的因特網(wǎng)電話和

10、實時電視會議產(chǎn)品比成功的聲音點播和影視點播產(chǎn)品少實時聲音和電視產(chǎn)品可在帶寬足夠?qū)挼囊蛱鼐W(wǎng)上工作得很好但當(dāng)一遇到擁擠鏈路時，聲音和圖像的質(zhì)量就惡化到不能接受的地步目前多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要集中解決個問題是：提高網(wǎng)絡(luò)帶寬減少時延(delay) 減少抖動(jitter) 7/21/2022多媒體信息技術(shù)11信息工程學(xué)院7.1.4 改善服務(wù)質(zhì)量 因特網(wǎng)的可靠性服務(wù)要求任何信息包不管多么有價值，都必須參加排隊和等待，在這種條件的限制下，人們已經(jīng)作出了種種努力來改進設(shè)計：使用UDP協(xié)議而不使用TCP在接收端增加延遲播放時間(例如100毫秒或者更多)來減少網(wǎng)絡(luò)引入的延遲抖動在發(fā)送端給信息包打上時間標(biāo)記，接收端就可

11、以知道信息包什么時候應(yīng)該播放給信息包添加錯誤校正碼以減少傳輸過程中丟失的信息包所造成的質(zhì)量下降 7/21/2022多媒體信息技術(shù)12信息工程學(xué)院7.1.5 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的爭論 爭論的焦點是如何更好地安排對時間要求非常苛刻的多媒體的交通。一個極端是某些研究人員主張對最佳服務(wù)和底層的因特網(wǎng)協(xié)議不作任何改變，用擴大鏈路帶寬的辦法來解決；反對這種觀點的研究人員認(rèn)為，加大帶寬費用太大，擴大的帶寬也會很快被對帶寬貪得無厭的多媒體應(yīng)用吃掉。例如，高清晰度影視點播就是一個例子。另一個極端是某些研究人員主張應(yīng)該對因特網(wǎng)做基本變更，為各種應(yīng)用保留端端的帶寬。例如，某些研究人員覺得，如果用戶想從主機A給主機B打因

12、特網(wǎng)電話，就應(yīng)該給由A到B路途上的每個鏈路明確保留帶寬。采用這種方法解決多媒體的交通問題須要做一些比較大的變更：(1) 須要開發(fā)保留帶寬協(xié)議。(2) 須要修改路由器隊列中行程安排的策略才能實現(xiàn)帶寬的保留。采用這種方案之后，信息包在傳送過程中不再平等對待，而是付錢越多的信息包，帶寬保留的越多。(3) 須要給網(wǎng)絡(luò)一個交通說明，這樣網(wǎng)絡(luò)就必須要維持每種應(yīng)用的交通。(4) 網(wǎng)絡(luò)必須要有一種手段以確定是否有足夠的帶寬來支持新的帶寬保留請求。把上述這些變更組合在一起時，就需要有新的和復(fù)雜的軟件來支持。7/21/2022多媒體信息技術(shù)13信息工程學(xué)院7.1.5 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的爭論 在這兩個極端之間，某些研

13、究人員不主張對因特網(wǎng)作比較多的更改，而是在網(wǎng)沿(edge of network)，即在用戶和ISP之間的接口上添加簡單的定價和監(jiān)視措施，根據(jù)用戶沖浪使用的速率和時間來收費。例如，用戶使用28.8 Kb/s速率去沖浪是一種價格，使用10 Mb/s速率去沖浪又是一種價格，這種定價方案對距離是不敏感的。這些研究人員認(rèn)為，通過簡單地增加價格，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)明顯擁擠時多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量有可能得到保證。7/21/2022多媒體信息技術(shù)14信息工程學(xué)院因特網(wǎng)的改造方案在現(xiàn)有的基于TCP/IP協(xié)議的因特網(wǎng)基礎(chǔ)上增加鏈路帶寬，并使用一些輔助手段。（FEC、RTP、RTCP、IGMP、H.323）對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)

14、境進行徹底改造，制定新的適合多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。（100VG-AnyLAN、ATM、IPv6、RSVP）對網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層進行很小的改變，且在網(wǎng)絡(luò)邊緣（用戶與ISP之間）引入簡單的記價和規(guī)劃策略（DiffServ） 。7/21/2022多媒體信息技術(shù)15信息工程學(xué)院IPV4與Ipv6TCP/IP協(xié)議的核心協(xié)議之一就是IP地址編碼協(xié)議。IPv6的全稱是“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版”，目前的IPv4的地址是32位編碼。IPv6的地址是128位編碼，能產(chǎn)生2的128次方個IP地址，其資源幾乎是無窮的。第一代互聯(lián)網(wǎng)美國軍方從60年代開始，70年代正式進行開發(fā)建設(shè)，1994年正式投入商業(yè)運營，并統(tǒng)一采用TCP/I

15、P協(xié)議。Ipv4的Ip地址大約為40多億，但因為美國掌握了絕對的控制權(quán)，IP地址這種資源的分配上，明顯偏袒美國，加上不珍惜，目前IP地址面臨枯竭，以Ipv6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)就提上了日程。Ip地址的不平衡，從一個例子就可以看出。美國一個大學(xué)擁有的IP地址就幾乎等于全中國的IP地址。我們的公眾網(wǎng)因IP地址匱乏，被迫大量使用轉(zhuǎn)換地址，嚴(yán)重影響了互聯(lián)網(wǎng)本身的效益及安全。 Ipv6地址具體有多少呢？有人形容說：世界上每一粒沙子都可以分配一個地址，也就是說，在IPV6下，IP地址將可充分滿足數(shù)字化生活的需要，不再需要地址的轉(zhuǎn)換，還互聯(lián)網(wǎng)本來的面目。更重要的是，將提供更安全，更為廣闊的應(yīng)用與服務(wù)。國于1

16、998年由CERNET率先建立了Ipv6試驗床，并獲得國際組織認(rèn)可，于1999年開始分配Ipv6地址。7/21/2022多媒體信息技術(shù)16信息工程學(xué)院針對現(xiàn)有因特網(wǎng)的措施盡量利用UDP來傳送音頻和視頻。在客戶端采用推遲播放和緩沖區(qū)技術(shù)以減弱傳輸延遲和傳輸抖動的影響。在各個分組上加上順序號、時間戳和同步標(biāo)記，使客戶端能夠正確播放。針對分組丟失可以采用冗余糾錯技術(shù)、交錯傳輸技術(shù)和插值技術(shù)進行修復(fù)。7/21/2022多媒體信息技術(shù)17信息工程學(xué)院冗余糾錯技術(shù)每n個原始塊后發(fā)送一個冗余編碼塊，冗余塊是由n個原始塊的或(OR)運算生成的。捎帶低質(zhì)量冗余信息。7/21/2022多媒體信息技術(shù)18信息工程學(xué)

17、院7.2因特網(wǎng)上存取聲音和電視的方法 經(jīng)過壓縮的聲音或者電視文件放在Web服務(wù)器上，由Web服務(wù)器通過HTTP協(xié)議把文件傳送給客戶。經(jīng)過壓縮的聲音或者電視文件放在聲音/電視流放服務(wù)器(streaming server)上，由流放服務(wù)器通過非HTTP協(xié)議把文件傳送給客戶由一個單獨的應(yīng)用程序幫助器(helper)，通常叫做媒體播放器(media player)來播放聲音和影視典型的媒體播放器要執(zhí)行好幾個功能，包括解壓縮、消除抖動、錯誤糾正和用戶播放等功能可以使用像插件這種技術(shù)把媒體播放器的用戶接口放在Web客戶機的用戶界面上瀏覽器在當(dāng)前Web頁面上保留屏幕空間，并且由媒體播放器來管理7/21/20

18、22多媒體信息技術(shù)19信息工程學(xué)院7.2.1 讀取聲音和影視文件的方法(1)通過Web瀏覽器傳送給媒體播放器 Web瀏覽器請求消息請求傳送聲音/電視文件Web服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)消息和請求的聲音/電視文件Web瀏覽器調(diào)用相應(yīng)的媒體播放器媒體播放器播放聲音/電視文件特點：簡單比較大的時延媒體播放器必須Web瀏覽器得到文件瀏覽器需要下載整個文件后才傳送給媒體播放器在傳輸過程中時延很難接受 7/21/2022多媒體信息技術(shù)20信息工程學(xué)院7.2.1 讀取聲音和影視文件的方法 (2)直接把聲音/電視從Web服務(wù)器傳送給媒體播放器 用戶點擊超鏈接請求傳送超級鏈接指向一個播放說明文件(presentation

19、description file)，這個文件包含有實際的聲音/電視文件的地址(URL)。播放說明文件被封裝在HTTP響應(yīng)消息中播放說明文件也稱元文件(meta file)，它可以是僅由聲音/電視文件網(wǎng)址組成的只有一行的文本文件，也可以包含更多內(nèi)容的文件。如，播放說明文件可以是同步多媒體集成語言(Synchronized Multimedia Integration Language，SMIL)文件，讀成“smile”Web瀏覽器檢查響應(yīng)消息中的內(nèi)容的類型，調(diào)用媒體播放器，把響應(yīng)消息中的播放說明文件傳送給媒體播放器媒體播放器直接與Web服務(wù)器建立TCP連接，然后把傳送聲音/電視文件的HTTP請求

20、消息發(fā)送到TCP連接上在HTTP響應(yīng)消息中把聲音/電視文件傳送該媒體播放器并開始播放 7/21/2022多媒體信息技術(shù)21信息工程學(xué)院7.2.1 讀取聲音和影視文件的方法(3)特點：依然使用HTTP傳送文件不容易使用戶獲得滿意的交互性能7/21/2022多媒體信息技術(shù)22信息工程學(xué)院7.2.1 讀取聲音和影視文件的方法(4)直接把聲音/電視從多媒體流放服務(wù)器傳送給媒體播放器 特點：可考慮從獨立的多媒體服務(wù)器(如聲音服務(wù)器、電視服務(wù)器)把多媒體文件傳送給媒體播放器允許應(yīng)用開發(fā)人員為多媒體點播(multimedia-on-demand)設(shè)計一種流(式播)放協(xié)議(streaming protocol

21、) 使用這種結(jié)構(gòu)，媒體播放器就向流放服務(wù)器請求傳送文件，而不是向Web服務(wù)器請求傳送文件，媒體播放器和流放服務(wù)器之間可以使用它們自己的協(xié)議進行通信，聲音/電視文件可以使用UDP而不是TCP直接從流放服務(wù)器傳送給媒體播放器。7/21/2022多媒體信息技術(shù)23信息工程學(xué)院7.2.1 讀取聲音和影視文件的方法(5)直接把聲音/電視從多媒體流放服務(wù)器傳送給媒體播放器 特點：需要兩個服務(wù)器：HTTP服務(wù)器，用于Web頁面服務(wù)流放服務(wù)器，用于聲音/電視文件服務(wù)兩個服務(wù)器可以運行在同一服務(wù)機上，也可以運行在不同的服務(wù)機上。如果Web服務(wù)器非常繁忙，使用兩臺服務(wù)機是有利的 媒體播放器(media playe

22、r) 功能:(1) 解壓縮(2) 去抖動：由于到達接收端的每個聲音信息包和電視圖像信息包的時延不是一個固定的數(shù)值，如果直接播放，聽起來就會有抖動的感覺，甚至無法理解。簡單方法是使用緩存技術(shù)，就是把聲音或者電視圖像數(shù)據(jù)先存放在緩沖存儲器中，經(jīng)過一段延時之后再播放。(3) 錯誤處理：信息包流中的部分信息包在傳輸過程中就可能會丟失。如果連續(xù)丟失的信息包太多，用戶接收的聲音和圖像質(zhì)量就不能容忍。采取的辦法往往是重傳。(4) 用戶可控制的接口：媒體播放器為用戶提供的控制功能通常包括聲音的音量大小、暫停/重新開始和跳轉(zhuǎn)等等。7/21/2022多媒體信息技術(shù)24信息工程學(xué)院7.3多媒體應(yīng)用的通信需求高網(wǎng)絡(luò)帶

23、寬低傳輸延遲低傳輸延遲抖動對傳輸可靠性要求相對較低支持多播支持服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service）機制7/21/2022多媒體信息技術(shù)25信息工程學(xué)院 1比特率可變性 多媒體傳輸按其特點可以分為恒定比特率和可變比特率兩種類型。 2時間依賴性 連續(xù)媒體的傳輸必須是實時的，端到端的等待時間應(yīng)當(dāng)控制在一個很短的時間段內(nèi)。 3信道對稱性 在端到端的傳輸系統(tǒng)中，傳輸信道是雙向的。根據(jù)多媒體應(yīng)用類型的不同，上行和下行信道的通信量可能是對稱的，也可能是不對稱的。 7.3.1 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征7/21/2022多媒體信息技術(shù)26信息工程學(xué)院7.3.2 多媒體通信的性能需求 1吞吐量需求 網(wǎng)絡(luò)

24、吞吐量是指有效的網(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，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)的最大極限容量。視頻（未壓縮）：140Mbps左右ITU H.261 64K2MbpsISO/IEC MPEG 1.4Mbps40Mbps 7/21/2022多媒體信息技術(shù)27信息工程學(xué)院7.3.2 多媒體通信的性能需求 2可靠性需求 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)目煽啃浴?位差錯率、幀差錯率、分組差錯率分別用于在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上計算差錯率。 控制差錯的方法：ARQ， 但對于時間要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)，ARQ沒有意義FEC7/21/2022

25、多媒體信息技術(shù)28信息工程學(xué)院7.3.2 多媒體通信的性能需求 3延遲需求 延遲（Delay）是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)。延遲傳播延遲、傳輸延遲、網(wǎng)絡(luò)延遲、接口延遲等。與延遲有關(guān)的另一個性能參數(shù)是延遲抖動 。 傳輸延遲：含信源處、信宿處的采樣、編碼、解碼、打包、拆包；傳輸延遲；端點系統(tǒng)的排隊和播放延遲。對于端端延遲，一般要求小于150ms。 網(wǎng)絡(luò)延遲：可分成固有延遲和隨機延遲。固有延遲與傳播延遲和鏈路比特率高低有關(guān)，而隨機延遲則由網(wǎng)絡(luò)故障、傳輸錯誤以及網(wǎng)絡(luò)擁塞等引起，一般是不可預(yù)測的。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)29信息工程學(xué)院7.3.2 多媒體通信的性能需求 4多點通信需求 多媒體通信涉

26、及音頻和視頻數(shù)據(jù)，在分布式多媒體應(yīng)用中有廣播和多播信息。因此，除常規(guī)的點對點通信外，多媒體通信需要支持多播通信方式。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)30信息工程學(xué)院7.3.2 多媒體通信的性能需求 5同步需求 流間同步 流間同步是不同媒體間的同步，和具體應(yīng)用有關(guān)，是一種端到端的服務(wù)。 流內(nèi)同步 流內(nèi)同步是保持單個媒體流內(nèi)部的時間關(guān)系，即按照一定的延遲和抖動約束來傳送媒體分組流，以滿足感官上的需要。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)31信息工程學(xué)院7.4 多 媒 體 通 信多媒體通信也是相對于以往的通信而言，在網(wǎng)上的通信內(nèi)容由單純的傳送文字和圖形發(fā)展到了傳送聲音和圖像，這將成為本世紀(jì)通信的主體

27、。所謂多媒體通信主要指以下方面。靜止圖像和活動圖像傳送可視電話可視電話控制器的框圖如圖所示。7/21/2022多媒體信息技術(shù)32信息工程學(xué)院7/21/2022多媒體信息技術(shù)33信息工程學(xué)院多媒體終端多媒體終端不同于計算機網(wǎng)絡(luò)上的一般終端，也不同于通信領(lǐng)域的傳真機、電話機、可視電話等通信終端。它有如下一些特點。 集成性 交互性 同步性 實時性7/21/2022多媒體信息技術(shù)34信息工程學(xué)院7.4.1 多目標(biāo)廣播的概念單目標(biāo)廣播服務(wù)7/21/2022多媒體信息技術(shù)35信息工程學(xué)院7.4.1 多目標(biāo)廣播的概念多目標(biāo)廣播服務(wù)7/21/2022多媒體信息技術(shù)36信息工程學(xué)院7.4.1 多目標(biāo)廣播的概念多

28、播（Multicast）也叫組播，它不同于廣播，其傳送方式是把相同的數(shù)據(jù)送到一組選擇的目的地站點，而廣播是把相同數(shù)據(jù)傳送到其它所有站點。多播技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于因特網(wǎng)電臺、因特網(wǎng)電視、視頻會議、股市報價、分布式多媒體游戲等多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中。多播信息傳遞用的是組（group）地址，組地址是網(wǎng)絡(luò)上與多個站點相關(guān)的一種多目的地址。7/21/2022多媒體信息技術(shù)37信息工程學(xué)院7.4.2 IP組播地址IP多播地址（也稱為組地址）在到55的D類地址范圍內(nèi)，這是通過將前四個高序位設(shè)置為1110來定義的。在網(wǎng)絡(luò)前綴或無類別域間路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）表示

29、法中，IP多播地址縮寫為/24。 從到55 (/8)范圍的多播地址保留用于本地子網(wǎng)。 - 該子網(wǎng)上的所有主機。 - 該子網(wǎng)上的所有路由器。7/21/2022多媒體信息技術(shù)38信息工程學(xué)院IP多播的組模型 IP多播定義的組模型是一種無根（no root）控制模式，其理解要點如下：1、偵聽特定IP多播地址的那一組主機稱為一個多播組(主機組)。2、主機組的成員關(guān)系是動態(tài)的，主機可以在任何時候加入或離開該組。3、主機組的成員數(shù)量沒有限制。4、主機組可以跨越多個網(wǎng)段。這需要沿路各個路由器上的IP多播支持，并且IGMP協(xié)議和多播路由協(xié)議配合來完成。5、在網(wǎng)絡(luò)層，發(fā)送方無法控制也不知道具體一臺主機是否屬于該

30、多播組。6、任何一臺主機無論它是否屬于該多播組，都可以向該多播地址發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以被該主機組的所有成員接收。7/21/2022多媒體信息技術(shù)39信息工程學(xué)院7.4.3 在LAN上實現(xiàn)多播在LAN上，網(wǎng)絡(luò)層定義的多播工作方式最終還要借助于MAC層的多播機制來實現(xiàn)。幾乎所有的LAN采用的都是廣播式信道，所以在LAN上都是借助于廣播機制實現(xiàn)多播的。具體工作過程為：發(fā)送方將組播數(shù)據(jù)幀廣播到LAN共享信道上，處在本LAN中的該多播組的成員主機監(jiān)聽到之后將其接收，其它主機則將其丟棄。MAC層也定義了單播MAC地址和組播MAC地址，以使網(wǎng)卡對監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)幀區(qū)別對待。組播IP地址要映射為組播MAC地址。7/

31、21/2022多媒體信息技術(shù)40信息工程學(xué)院將IP多播映射到MAC層多播為了支持IP多播，Internet權(quán)威機構(gòu)把01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF范圍的多播地址保留用于以太網(wǎng)和FDDI。IP多播地址的23個低序位被直接映射到MAC層多播地址23個低序位。0：表示單播地址1：表示組播地址7/21/2022多媒體信息技術(shù)41信息工程學(xué)院7.4.4 以太網(wǎng)卡的工作模式單播偵聽模式：網(wǎng)卡底層硬件只接收目的MAC地址與本網(wǎng)卡物理地址匹配的數(shù)據(jù)幀和目的MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF（廣播地址）的數(shù)據(jù)幀。單播偵聽擴展模式：在單播偵聽模式的基礎(chǔ)上，網(wǎng)卡底

32、層硬件還接收目的MAC地址與硬件MAC地址過濾器中某個值相匹配的數(shù)據(jù)幀。硬件MAC地址過濾器中的值可以通過軟件配置?；旌夏Ｊ剑壕W(wǎng)卡底層硬件接收所有的數(shù)據(jù)幀。多播混合模式：網(wǎng)卡底層硬件接收單播/組播標(biāo)志位為1的所有的數(shù)據(jù)幀。7/21/2022多媒體信息技術(shù)42信息工程學(xué)院7.4.5 在Internet上實現(xiàn)多播為了實現(xiàn)Internet上的多播，主機必須通知本地子網(wǎng)邊界路由器關(guān)于它正在偵聽某個特定組地址的多播流量的情況。此處用的是IGMP協(xié)議。子網(wǎng)邊界路由器必須將組成員關(guān)系傳達給其他IP多播路由器，這是通過某種多播路由協(xié)議顯式的或者隱式的進行的。7/21/2022多媒體信息技術(shù)43信息工程學(xué)院IG

33、MP協(xié)議因特網(wǎng)組管理協(xié)議工作在主機和直接與其相連的路由器之間。路由器用IGMP協(xié)議收集子網(wǎng)內(nèi)主機的組成員信息。7/21/2022多媒體信息技術(shù)44信息工程學(xué)院IGMP消息版本類型最大響應(yīng)時間校驗和多播組地址（D類IP地址）消息類型發(fā)送者作用普通成員資格查詢路由器多子網(wǎng)內(nèi)所有主機的參與多播組的情況進行查詢特定成員資格查詢路由器查詢子網(wǎng)內(nèi)是否有特定多播小組中的主機存在成員資格報告主機主機想要或者已經(jīng)加入到特定多播小組向路由器作出匯報離組報告主機主機離開特定多播小組時向路由器作出匯報IGMP消息格式：7/21/2022多媒體信息技術(shù)45信息工程學(xué)院IGMP消息消息類型目的IP地址組地址字段普通成員資

34、格查詢特定成員資格查詢特定組地址成員資格報告特定組地址特定組地址離組報告特定組地址7/21/2022多媒體信息技術(shù)46信息工程學(xué)院多播路由協(xié)議多播路由協(xié)議的作用：顯式或者隱式的在多個多播路由器之間傳遞組成員信息。構(gòu)造多目標(biāo)廣播樹，為每個多播路由器構(gòu)造相應(yīng)的多播轉(zhuǎn)發(fā)表。7/21/2022多媒體信息技術(shù)47信息工程學(xué)院多播路由協(xié)議分類(1) 密集型多目標(biāo)廣播路由協(xié)議，假定多目標(biāo)廣播組成員密布在整個網(wǎng)絡(luò)上。它是依靠一種稱為“流放(flooding)”技術(shù)來把信息傳播到網(wǎng)絡(luò)上的所有路由器。這個協(xié)議包含距離矢量多目標(biāo)廣播路由協(xié)議(DVMRP)、多目標(biāo)廣播開放式最短路徑優(yōu)先(MOSPF)協(xié)議和協(xié)議獨立的多

35、目標(biāo)廣播-密集型(PIM-DM)路由協(xié)議。(2) 稀疏型多目標(biāo)廣播路由協(xié)議，假定多目標(biāo)廣播組成員稀疏地分布在整個網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)這種假設(shè)制定的協(xié)議叫做。稀疏型多目標(biāo)廣播路由協(xié)議包括用幾個核心路由器構(gòu)造的核心基干樹(CBT)協(xié)議和協(xié)議獨立的多目標(biāo)廣播-稀疏型(PIM-SM)路由協(xié)議。7/21/2022多媒體信息技術(shù)48信息工程學(xué)院7.5 流媒體（Stream Media）技術(shù)狹義上的流媒體是相對于傳統(tǒng)的下載回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，它能從Internet上獲取音頻和視頻等連續(xù)的多媒體流，客戶端可以邊接收邊播放，使時延大大減少，而不用等到完全下載完畢再播放。廣義上

36、的流媒體是使音頻和視頻形成穩(wěn)定和連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、方法、協(xié)議和軟件的總稱，我們習(xí)慣上稱之為流媒體系統(tǒng)。流媒體技術(shù)不是單一的技術(shù),它是建立在很多基礎(chǔ)技術(shù)之上的技術(shù)。它的基礎(chǔ)技術(shù)包括:網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體數(shù)據(jù)采集、多媒體數(shù)據(jù)壓縮、多媒體數(shù)據(jù)存儲、多媒體數(shù)據(jù)傳輸。然而，流媒體實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。7/21/2022多媒體信息技術(shù)49信息工程學(xué)院與下載方式相比, 流式傳輸具有顯著的優(yōu)點：一方面大大地縮短了啟動延時,同時也降低了對緩存容量的需求；另一方面，又可以實現(xiàn)現(xiàn)場直播形式的實時數(shù)據(jù)傳輸，這是下載等方式無法實現(xiàn)的，同時有助于保護多媒體數(shù)據(jù)的著作權(quán)。7/21/2022多媒體信息技術(shù)5

37、0信息工程學(xué)院1.流媒體傳輸流程 流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)還需要合適的傳輸協(xié)議。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實時聲音視頻數(shù)據(jù)。流媒體的具體傳輸流程如圖所示： HTTP/TCP 控制信息 RTSP/TCP(UDP ) 數(shù)據(jù)流 RTP/UDP 7.5.1 流媒體技術(shù)7/21/2022多媒體信息技術(shù)51信息工程學(xué)院一般來說,流式傳輸?shù)倪^程包括三個步驟：(1)用戶選定一流媒體服務(wù)后,Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,得到需要傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)。然后客戶機上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程序,使用HTTP從Web服務(wù)器檢

38、索相關(guān)參數(shù)對Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。(2)A/V Helper程序及A/V服務(wù)器運行實時流協(xié)議(RTSP),以交換A/V傳輸所需的控制信息。RTSP提供了操縱播放、快進、快退、暫停及錄制等命令的方法。(3)A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序(一般可認(rèn)為客戶程序等同于Helper程序),一旦A/V數(shù)據(jù)抵達客戶端,A/V客戶程序即可播放輸出。在流式傳輸中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP兩種不同的通信協(xié)議與A/V服務(wù)器建立聯(lián)系,是為了能夠把服務(wù)器的輸出重定向到一個不同于運行A/V He

39、lper程序所在客戶機的目的地址。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)52信息工程學(xué)院 2. 流媒體系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)存流媒體解決方案采用的技術(shù)是多樣的，但其體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是相近的。 流媒體的體系構(gòu)成：編碼工具：用于創(chuàng)建、捕捉和編輯多媒體數(shù)據(jù)，形成流媒體格式；流媒體數(shù)據(jù)；服務(wù)器：存放和控制流媒體的數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)：適合多媒體傳輸協(xié)議甚至實時傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)；播放器：供客戶端瀏覽流媒體文件（通常是獨立的播放器和ActiveX方式的插件）。7/21/2022多媒體信息技術(shù)53信息工程學(xué)院3.流媒體傳輸協(xié)議 流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中，一般

40、采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時多媒體數(shù)據(jù)。（1）實時傳輸協(xié)議RTP(Real-time Transport Protocol) RTP是用于Internet/Intranet針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對一或一對多傳輸?shù)那闆r下工作，其目的是提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議上工作。7/21/2022多媒體信息技術(shù)54信息工程學(xué)院(2)實時傳輸控制協(xié)議RTCP(Real-time Transport Control Protocol) RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制

41、服務(wù)。通常RTP和RTCP配合使用，RTP依靠RTCP為傳送的數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機制、流量控制和擁塞控制，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)。 (3)實時流協(xié)議RTSP(Real-time Streaming Protocol) 實時流協(xié)議RTSP由Real Networks和Netscape共同提出，該協(xié)議定義了一對多應(yīng)用程序如何有效通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請求由客戶機發(fā)出，服務(wù)器作出響應(yīng)；使用RTSP時，客戶機和服務(wù)器都可以發(fā)出

42、請求，即RTSP可以是雙向的。7/21/2022多媒體信息技術(shù)55信息工程學(xué)院（4）資源預(yù)訂協(xié)議RSVP(Resource Reservation Protocol) 它是網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，運行在傳輸層。由于音頻和視頻數(shù)據(jù)流比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的延時更敏感，要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻信息，除帶寬要求之外，還需其他更多的條件。RSVP是Internet上的資源預(yù)訂協(xié)議，使用RSVP預(yù)留一部分網(wǎng)絡(luò)資源（即帶寬），能在一定程度上為流媒體的傳輸服務(wù)質(zhì)量提供QoS。7/21/2022多媒體信息技術(shù)56信息工程學(xué)院4. 緩存技術(shù)Internet以包傳輸為基礎(chǔ)進行斷續(xù)的異步傳輸，實時A/V源或存儲的A/V文件

43、在傳輸中被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，故到達客戶端的時間延遲也就不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補延遲和抖動的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出，而不會因為網(wǎng)絡(luò)暫時擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)，通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。7/21/2022多媒體信息技術(shù)57信息工程學(xué)院5. 流媒體的播放方式 單播：客戶端與媒體服務(wù)器之間要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務(wù)器上送出的數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機。 組播：允

44、許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個通道上。單臺服務(wù)器能夠?qū)资f臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時。 點播與廣播：點播連接是客戶端與服務(wù)器之間主動的連接。用戶可以開始、暫停、快進、快退或停止流。而廣播是用戶被動的接收流。在廣播端用戶接收流，但不能控制流。7/21/2022多媒體信息技術(shù)58信息工程學(xué)院2.5 流媒體的文件格式 壓縮媒體文件格式: 如Mov,Mpg,mp3,Wav,Avi文件等。 文件壓縮過程 Compressed Media File Format(Small File Size)Standard MediaFile Format(Large File Size)Compressi

45、on Softwareor Hardware7/21/2022多媒體信息技術(shù)59信息工程學(xué)院 流式文件格式 如：Asf, Rm, Ra, Rp, Rt 文件。Streaming Media File Format(Small File Size)Standard MediaFile Format(Large File Size)Stream Encoding Softwareor Hardware7/21/2022多媒體信息技術(shù)60信息工程學(xué)院 流媒體的發(fā)布格式 媒體發(fā)布格式既不是壓縮格式，也不是傳輸協(xié)議，其本身并不描述視聽數(shù)據(jù)，也不提供編碼方法。媒體發(fā)布格式是視聽數(shù)據(jù)安排的唯一途徑，物理數(shù)據(jù)

46、無關(guān)緊要，僅需要知道數(shù)據(jù)類型和安排方式。以特定方式安排數(shù)據(jù)有助于流式多媒體發(fā)展，因為我們需要有一個開放的媒體發(fā)布格式為所有商業(yè)流式產(chǎn)品應(yīng)用?？傆幸惶?，單個媒體發(fā)布格式能包含不同類型媒體的所有信息，如計時、多個流同步、版權(quán)和其它信息。實際視聽數(shù)據(jù)可位于多個文件中，而由媒體發(fā)布文件包含的信息控制流的播放。常用的媒體發(fā)布格式有：Asf, Smil, Ram, Rpm等文件。7/21/2022多媒體信息技術(shù)61信息工程學(xué)院6. 流媒體發(fā)展現(xiàn)狀 Internet/Intranet上使用較多的流媒體技術(shù)主要有Real Networks公司的Real System，Microsoft公司的Windows M

47、edia Technology和Apple公司的QuickTime，它們是當(dāng)今流媒體傳輸系統(tǒng)的主流技術(shù)。流媒體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于遠程教育、網(wǎng)絡(luò)電臺、視頻點播、收費播放等，在企業(yè)一級的應(yīng)用包括電子商務(wù)、遠程培訓(xùn)、視頻會議、客戶支持等。 在國內(nèi)，流媒體技術(shù)在國外成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步擴大應(yīng)用，諸如網(wǎng)上現(xiàn)場直播、網(wǎng)上教育系統(tǒng)、網(wǎng)上手術(shù)數(shù)字化直播系統(tǒng)等，他們的體系結(jié)構(gòu)是類似的。7/21/2022多媒體信息技術(shù)62信息工程學(xué)院7.5.2 流媒體技術(shù)發(fā)展新趨勢 早期的流媒體系統(tǒng)用在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸一些低質(zhì)量的多媒體信息，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一些高質(zhì)量的流媒體應(yīng)用已經(jīng)開始出現(xiàn)，如IPTV將向用戶傳輸標(biāo)清甚至高清的電

48、視節(jié)目。另外，隨著無線網(wǎng)絡(luò)和各種各樣手持設(shè)備的出現(xiàn)，無線流媒體的應(yīng)用也變得越來越重要。并且由于很多現(xiàn)代家庭中既有高端的PC和電視，又有多種功能的手機，PDA（Personal Digital Assistant ），便攜式媒體播放器，因此流媒體也將在家庭娛樂和數(shù)據(jù)共享上一顯身手。7/21/2022多媒體信息技術(shù)63信息工程學(xué)院針對這些應(yīng)用的需求，流媒體技術(shù)本身也在迅速地變革和發(fā)展，例如利用一些高效的編碼技術(shù)和傳輸技術(shù)提高流媒體系統(tǒng)性能；發(fā)展新的標(biāo)準(zhǔn)擴展流媒體技術(shù)到各種不同的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備；在流媒體系統(tǒng)中增加更多的新功能來滿足應(yīng)用的需要。 流媒體新服務(wù) 1. IPTV IPTV，也叫交互式網(wǎng)絡(luò)電視，

49、就是利用流媒體技術(shù)通過寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字電視信號給用戶，這種應(yīng)用有效地將電視、電訊和PC三個領(lǐng)域結(jié)合在一起，具有很強的發(fā)展前景。IPTV可以采用兩種不同的方式提供用戶電視服務(wù)，組播或者廣播方式和視頻點播（VOD）方式。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)64信息工程學(xué)院2. 無線流媒體 2.5G、3G以及超3G無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也使得流媒體技術(shù)可以被用到無線終端設(shè)備上。 手機設(shè)備運算能力越來越強，存儲空間越來越大，不用說SMART Phone和Pocket PC等高端手機，就是一般的中檔手機，如Nokia 6610，也能實現(xiàn)基本的H.264的軟件解碼。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)65信息工程學(xué)院3. 電子家庭 現(xiàn)代家庭中的越來越多的設(shè)備可以用來采集，接收，發(fā)送和播放多媒體數(shù)據(jù)。并且家庭中的網(wǎng)絡(luò)連接也是多樣化的，所有這些設(shè)備所收到的多媒體數(shù)據(jù)如何在家庭網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備間共享，為流媒體的發(fā)展提供了一個更大的舞臺，真正實現(xiàn)一種無所不在、隨心所至的多媒體服務(wù)，讓多媒體真正地像液體一樣自由流動起來。流媒體在家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的關(guān)鍵是如何使多媒體數(shù)據(jù)能夠適應(yīng)不同的設(shè)備的能力，如在電視和PC機中播放的視頻的大小可能是標(biāo)清甚至是高清，但是同樣的內(nèi)容就可能需要經(jīng)過流媒體系統(tǒng)有效的轉(zhuǎn)換才能成為最適合在手持設(shè)備上播放的媒體。 7/21/2022多媒體信息技術(shù)66信息工程學(xué)院 流媒體新技術(shù)1.