(26)-6.6 多媒體應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

27.1多媒體應(yīng)用本講要點實時多媒體數(shù)據(jù)傳輸中的問題實時運輸協(xié)議RTP流式存儲音頻/視頻流式實況音頻/視頻實時交互音頻/視頻重點：RTP協(xié)議的概念、三類多媒體應(yīng)用音視頻文件的特點難點：實時多媒體數(shù)據(jù)傳輸中的問題27.1.1概述多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用往往數(shù)據(jù)量巨大，要求更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并且與傳統(tǒng)的彈性應(yīng)用（如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽等）不同的是，對端到端時延和時延抖動高度敏感，但卻可容忍少量的數(shù)據(jù)丟失。三類多媒體應(yīng)用：流式存儲音頻/視頻流式實況音頻/視頻實時交互音頻/視頻27.1.2實時多媒體數(shù)據(jù)傳輸中的問題1.音/視頻壓縮含有音頻或視頻的多媒體信息往往信息量巨大，會消耗大量的存儲空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致很大的傳輸時延。因此在網(wǎng)上傳送多媒體信息都無例外地采用各種信息壓縮技術(shù)。話音壓縮技術(shù)立體聲音樂的壓縮技術(shù)視頻壓縮技術(shù)2.時延抖動消除實時音頻/視頻源以恒定速率產(chǎn)生并發(fā)送分組，因而這些分組是等時(isochronous)的。但由于端到端的時延抖動，通過因特網(wǎng)到達(dá)接收方的分組則是非等時的tt因特網(wǎng)等時到達(dá)的分組恒定速率非恒定速率2.時延抖動消除接收端需設(shè)置適當(dāng)大小的緩存。當(dāng)緩存中的分組數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進(jìn)行還原播放（需要打上時間戳）。緩存實際上就是一個先進(jìn)先出的隊列。圖中標(biāo)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3.丟失分組恢復(fù)數(shù)據(jù)丟失會直接影響多媒體的播放質(zhì)量。雖然TCP可以有效解決分組丟失問題，但會導(dǎo)致比UDP大很多的時延抖動。事實上，重傳一個已經(jīng)錯過播放時間的分組是毫無意義的。在實時多媒體應(yīng)用中傾向于使用前向糾錯或數(shù)據(jù)恢復(fù)等技術(shù)來重建丟失的分組，或采用交織技術(shù)來減少分組丟失對對媒體流質(zhì)量的影響。前向糾錯前向糾錯的基本思想是在原始分組流中添加冗余信息。對于少量的丟失分組，能夠用這些冗余信息重建丟失數(shù)據(jù)。一個例子：數(shù)據(jù)塊1,2,3,4異或生成數(shù)據(jù)塊51因特網(wǎng)接收方發(fā)送方234512345由數(shù)據(jù)塊1,2,4,5異或重建丟失的數(shù)據(jù)塊3接收方數(shù)據(jù)恢復(fù)利用音視頻流的短期自相似特性，當(dāng)少量數(shù)據(jù)丟失時，可以用相鄰數(shù)據(jù)來估算丟失數(shù)據(jù)的近似值，從而減少丟失數(shù)據(jù)對音視頻播放質(zhì)量的影響。最簡單的方法：用丟失分組的前一個分組來代替丟失分組。效果更好但計算量更大的方法：使用內(nèi)插法，根據(jù)丟失分組的前后數(shù)據(jù)來估計它們之間的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交織一個大間隙的數(shù)據(jù)丟失對音頻/視頻流質(zhì)量影響較大，而多個小間隙的數(shù)據(jù)丟失對音頻/視頻流質(zhì)量影響較小。交織技術(shù)的基本思想是打亂原始流中數(shù)據(jù)單元的順序，把原來連續(xù)的數(shù)據(jù)單元分散到不同的分組中去，當(dāng)單個分組丟失時，僅導(dǎo)致重建流中多個小的間隔，而不是一個大的間隔。數(shù)據(jù)交織實例例子：因特網(wǎng)交織后的媒體流12345678910111213141516159132610143711154812161234567891011121314151615913

丟失371115481216原始媒體流接收到的媒體流恢復(fù)的媒體流交織恢復(fù)27.1.2實時傳輸協(xié)議RTPTCP并不適合傳輸實時多媒體數(shù)據(jù)。相比而言，UDP更加適合于實時多媒體通信，但是UDP缺少實時多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需的序號、時間戳等機(jī)制。實時傳輸協(xié)議RTP(Real-timeTransportProtocol)在UDP之上為實時多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供端到端的傳輸服務(wù)。RTP分組的主要字段發(fā)送RTP分組UDP用戶數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報IP首部UDP首部RTP首部RTP有效載荷（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）有效載荷類型序號時間戳同步源標(biāo)識符其他字段思考題1、常用的多媒體應(yīng)用有哪三種？2、實時多媒體數(shù)據(jù)傳輸中存在哪些問題？3、RTP有哪幾個主要字段，分別起什么作用？27.1.3流式存儲音頻/視頻1.從萬維網(wǎng)服務(wù)器下載后播放萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器

GET:音頻/視頻文件

RESPONSE

音頻/視頻文件瀏覽器2.

使用媒體服務(wù)器邊下載邊播放萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器

元文件瀏覽器媒體服務(wù)器音頻/視頻流

GET:元文件

RESPONSESETUP

RESPONSEPLAY

RESPONSE

RESPONSE

TEARDOWN

3.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN

(ContentDistributionNetwork)將大量流式存儲視頻流按需傳送到世界各地的大量用戶是個巨大的挑戰(zhàn)：用戶可能遠(yuǎn)離服務(wù)器，會產(chǎn)生較大的時延和丟包率對于熱播視頻，大量用戶的重復(fù)下載勢必會消耗大量的帶寬，造成服務(wù)器周邊網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)重?fù)砣鸆DN提前將多媒體數(shù)據(jù)直接推送到靠近用戶的多個冗余服務(wù)器上，使用戶能從最靠近自己的服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)，避免大量重復(fù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，大大減小了整個系統(tǒng)的傳輸時延和網(wǎng)絡(luò)流量。3.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN

(ContentDistributionNetwork)位于北美的原始服務(wù)器重定向內(nèi)容分發(fā)CDN分發(fā)結(jié)點位于歐洲的CDN服務(wù)器位于南美的CDN服務(wù)器位于亞洲的CDN服務(wù)器位于中國的用戶利用DNS實現(xiàn)用戶請求重定向27.1.4流式實況音頻/視頻個實況直播節(jié)目可能有大量用戶在同時收聽或收看，因此特別適合使用多播技術(shù)來實現(xiàn)流式實況音頻/視頻。由于IP多播還沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，今天的實況音頻/視頻的分發(fā)，通常是通過應(yīng)用層多播（P2P應(yīng)用層多播或內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)CDN）或多個獨立的媒體服務(wù)器到客戶機(jī)的單播來實現(xiàn)的。P2P應(yīng)用層多播媒體服務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)…媒體服務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)…(a)基于IP多播的流媒體直播(b)基于P2P應(yīng)用層多播的流媒體直播P2P應(yīng)用層多播采用P2P應(yīng)用層多播技術(shù)，每個對等方既是服務(wù)的請求者，也是服務(wù)的提供者，因而請求服務(wù)的用戶越多，每個用戶獲得的媒體服務(wù)質(zhì)量反而越高。PPLive是當(dāng)前最流行的因特網(wǎng)視頻直播軟件之一，其采用的技術(shù)就是P2P應(yīng)用層多播。加入PPLive系統(tǒng)的用戶越多，播放節(jié)目就越流暢。27.1.5實時交互音頻/視頻典型的實時交互應(yīng)用包括因特網(wǎng)電話和視頻會議。在這方面IETF和ITU制定了很多標(biāo)準(zhǔn)[RFC3261-3266]。會話發(fā)起協(xié)議SIP(SessionInitiationProtocol)用于因特網(wǎng)電話，是一個由IETF制定的一套較為簡單且實用的實時交互協(xié)議，能夠用來定位用戶、建立、管理和終止多媒體會話（呼叫），支持雙方、多方或多播會話。一個簡單的SIP會話

主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，選項建立會話BYE終止會話電話交談通信ttSIP的地址十分靈活可以是電話號碼，也可以是電子郵件地址、IP地址或其他類型的地址。但一定要使用SIP的地址格式，例如：電話號碼

sip:zhangsan@8625-87654321IPv4地址sip:zhangsan@6電子郵件地址sip:zhangsan@SIP的用戶定位

主叫方被叫方INVITE查找回答電話交談tSIP代理服務(wù)器SIP登記器INVITEOKOKACKACKBYEtt通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)因特網(wǎng)端系統(tǒng)和公用電話的互通在基于分組交換的因特網(wǎng)和基于電路交換的電話網(wǎng)之間部署若干網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)兩個完全不同技術(shù)網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換關(guān)于SkypeSkype是目前極為流行的P2P應(yīng)用程序。Skype除了能提供PC到PC的因特網(wǎng)電話服務(wù)外，還提供PC到固定電話、固定電話到PC以及PC到PC的視頻會議服務(wù)。Sk