第八章互聯(lián)網(wǎng)中音視頻

第八章互聯(lián)網(wǎng)中音視頻第一頁，共36頁。指引概述流式存儲音頻/視頻交互式音頻/視頻改進“盡最大努力交付”的服務第二頁，共36頁。概述計算機網(wǎng)絡最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設計的。因特網(wǎng)IP層提供的“盡最大努力交付”服務，以及每一個分組獨立交付的策略，對傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。因特網(wǎng)使用的TCP協(xié)議可以很好地解決網(wǎng)絡不能提供可靠交付這一問題。第三頁，共36頁。多媒體信息的特點多媒體信息（包括聲音和圖像信息）與不包括聲音和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大的區(qū)別。多媒體信息的信息量往往很大。在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高的要求。多媒體數(shù)據(jù)往往是實時數(shù)據(jù)(realtimedata)，它的含義是：在發(fā)送實時數(shù)據(jù)的同時，在接收端邊接收邊播放。第四頁，共36頁。因特網(wǎng)是非等時的模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的（等時的）。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。因此經(jīng)過因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。tt因特網(wǎng)t模擬信號t采樣后的信號構成分組恒定速率非恒定速率第五頁，共36頁。在接收端設置緩存接收端需設置適當大小的緩存。當緩存中的分組數(shù)達到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進行還原播放。緩存實際上就是一個先進先出的隊列。圖中標明的T叫做播放時延。tT緩存（隊列）恒定速率t非恒定速率有可能發(fā)生分組丟失第六頁，共36頁。緩存的影響緩存使所有到達的分組都經(jīng)受了遲延。早到達的分組在緩存中停留的時間較長，而晚到達的分組在緩存中停留的時間則較短。以非恒定速率到達的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，就能夠在一定程度上消除了時延的抖動。但我們付出的代價是增加了時延。第七頁，共36頁。分組發(fā)出1

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6t到達分組數(shù)6543211

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6t緩存時間緩存時間再推遲播放時間如果網(wǎng)絡無時延推遲播放分組遲到網(wǎng)絡出現(xiàn)時延分組1的時延分組到達1

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6t實際的網(wǎng)絡第八頁，共36頁。需要解決的問題在傳送時延敏感(delaysensitive)的實時數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必須受到限制。對于傳送實時數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的影響并不大（因為這是由人來進行主觀評價的），因而是可以容忍的。丟失容忍(losstolerant)也是實時數(shù)據(jù)的另一個重要特點。第九頁，共36頁。需要解決的問題由于分組的到達可能不按序，但將分組還原和播放時又應當是按序的。因此在發(fā)送多媒體分組時還應當給每一個分組加上序號。這表明還應當有相應的協(xié)議支持才行。要使接收端能夠?qū)⒐?jié)目中本來就存在的正常的短時間停頓（如音樂中停頓幾拍）和因某些分組的較大遲延造成的“停頓”區(qū)分開來。這就需要增加一個時間戳(timestamp)，以便告訴接收端應當在什么時間播放哪個分組。第十頁，共36頁。必須改造現(xiàn)有的因特網(wǎng)大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡的時延和時延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實時數(shù)據(jù)就不會有問題。把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰崿F(xiàn)預留(reservation)，把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡。部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改進。第十一頁，共36頁。目前因特網(wǎng)提供的音頻/視頻服務大體上可分為三種類型流式(streaming)存儲音頻/視頻——邊下載邊播放。流式實況音頻/視頻——邊錄制邊發(fā)送。交互式音頻/視頻——實時交互式通信。第十二頁，共36頁?！斑呄螺d邊播放”中的“下載”“邊下載邊播放”結束后，在用戶的硬盤上沒有留下有關播放內(nèi)容的任何痕跡。流媒體(streamingmedia)，即流式音頻/視頻。流媒體特點就是“邊下載邊播放”(streamingandplaying)。第十三頁，共36頁。指引概述流式存儲音頻/視頻交互式音頻/視頻改進“盡最大努力交付”的服務第十四頁，共36頁。流式存儲音頻/視頻傳統(tǒng)的下載文件方法萬維網(wǎng)服務器客戶機服務器媒體播放器

GET:音頻/視頻文件

RESPONSE

音頻/視頻文件瀏覽器第十五頁，共36頁。具有元文件的萬維網(wǎng)服務器元文件就是一種非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。萬維網(wǎng)服務器客戶機服務器媒體播放器

元文件瀏覽器

GET:元文件

RESPONSEGET:音頻/視頻文件RESPONSE第十六頁，共36頁。媒體服務器媒體服務器也稱為流式服務器(streamingserver)，它支持流式音頻和視頻的傳送。媒體播放器與媒體服務器的關系是客戶與服務器的關系。媒體播放器不是向萬維網(wǎng)服務器而是向媒體服務器請求音頻/視頻文件。媒體服務器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議進行交互。第十七頁，共36頁。使用媒體服務器萬維網(wǎng)服務器媒體播放器

元文件瀏覽器

GET:元文件

RESPONSEGET:音頻/視頻文件RESPONSE媒體服務器客戶機服務器第十八頁，共36頁?？蛻舳薟eb服務器WindowsMediaServices2134第十九頁，共36頁?？蛻舳诉h程發(fā)布點Windows

Media服務器文件服務器編碼器數(shù)字信號第二十頁，共36頁。MediaServer客戶端發(fā)布點名稱TV1路徑c:\WMPub\WMRoot\TVArchive.wmvURLmms://mediaServer/TV1客戶端客戶端第二十一頁，共36頁。第二十二頁，共36頁。第二十三頁，共36頁。IP電話概述狹義的IP電話就是指在IP網(wǎng)絡上打電話。所謂“IP網(wǎng)絡”就是“使用IP協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡稱。廣義的IP電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡上進行交互式多媒體實時通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時傳信IM(InstantMessaging)。第二十四頁，共36頁。IP電話網(wǎng)關的幾種連接方法分組交換電路交換電路交換

因特網(wǎng)PC到PC公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關

因特網(wǎng)PC到固定電話機公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關因特網(wǎng)固定電話機到固定電話機第二十五頁，共36頁。IP電話通話質(zhì)量IP電話的通話質(zhì)量主要由兩個因素決定。一個是通話雙方端到端的時延和時延抖動，另一個是話音分組的丟失率。但這兩個因素是不確定的，是取決于當時網(wǎng)絡上的通信量。經(jīng)驗證明，在電話交談中，端到端的時延不應超過250ms，否則交談者就能感到不自然。第二十六頁，共36頁。指引概述流式存儲音頻/視頻交互式音頻/視頻改進“盡最大努力交付”的服務第二十七頁，共36頁。改進“盡最大努力交付”的服務服務質(zhì)量QoS是服務性能的總效果，此效果決定了一個用戶對服務的滿意程度。因此在最簡單的意義上，有服務質(zhì)量的服務就是能夠滿足用戶的應用需求的服務。服務質(zhì)量可用若干基本的性能指標來描述，包括可用性、差錯率、響應時間、吞吐量、分組丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間等。服務提供者可向其用戶保證某一種等級的服務質(zhì)量。第二十八頁，共36頁。主機H1和H2分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊列1Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標記。當H1和H2的分組進入R1時，R1應能識別實時數(shù)據(jù)分組，并使這些分組以高優(yōu)先級進入輸出隊列，而僅在隊列有多余空間時才準許低優(yōu)先級的FTP數(shù)據(jù)分組進入。第二十九頁，共36頁。主機H1和H2分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊列1Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù)高優(yōu)先級的FTP文件數(shù)據(jù)應當使路由器增加分類(classification)機制，即路由器根據(jù)某些準則（例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址）對輸入分組進行分類，然后對不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先級。第三十頁，共36頁。主機H1和H2分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊列數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)路由器應能將對數(shù)據(jù)流進行通信量的管制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡中通過。例如，可將H1的數(shù)據(jù)率限定為1Mb/s。R1不停地監(jiān)視H1的數(shù)據(jù)率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的1Mb/s，R1就將其中的某些分組丟棄。第三十一頁，共36頁。主機H1和H2分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊列數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)應在路由器中再增加調(diào)度(scheduling)機制。利用調(diào)度功能給實時音頻分配1.0Mb/s的帶寬，給文件傳送分配0.5Mb/s的帶寬（相當于在帶寬為1.5Mb/s的鏈路中劃分出兩個邏輯鏈路），因而對這兩種應用都有相應的服務質(zhì)量保證。第三十二頁，共36頁。主機H1和H2分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊列1Mb/s的實時數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)率已超過了1.5Mb/s鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個數(shù)據(jù)流通過1.5Mb/s的鏈路，而阻止另一個數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(calladmission)機制。數(shù)據(jù)流要預先聲明所需的服務質(zhì)量，然后或者被準許進入網(wǎng)絡，或者被拒絕進入