多媒体协议及组播.ppt

第六章 多媒体协议及组播,流媒体的概念 实时协议 视频点播系统 组播,网络上A/V传输的两种方式,下载：文件大，存储容量大，网络带宽有限，下载时间长，延迟大。 流（stream）传输：音视频服务器将时基媒体向用户计算机进行连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过很短的启动延时即可进行观看。当时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。,流媒体的概念,指在网络上使用流传输技术的连续时基媒体，如：音频、视频或多媒体文件。 流媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。 流媒体实现的关键技术就是流传输。,流传输的定义,现在泛指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。 实现流传输的两种方法 实时流传输（realtime streaming）：若视频为实时广播，或使用流传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流传输。 顺序流传输（progressive streaming）：若使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。,顺序流传输,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部分。 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，它经常被称作HTTP流传输。 顺序流传输的速度是不能调整的。 在低带宽下，顺序流传输比较适合高质量的短片段，但用户在观看前，必须经历延迟 。 顺序流文件是放在标准HTTP 或 FTP服务器上，易于管理。 顺序流传输不适合长片段（低带宽）和有随机访问要求的视频，也不支持现场广播。,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。 媒体信号带宽与网络连接必须是匹配的。 需要专用的流媒体服务器，如：RealServer、Windows Media Server、QuickTime Streaming Server。这些服务器允许对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。 需要特殊网络传输协议，如：RTSP （Realtime Streaming Protocol）或MMS （Microsoft Media Server）。,流媒体的关键技术,高速缓存： 用来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，使媒体数据能连续输出。 使用环形链表结构来存储数据：通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容，因此所需容量并不大。 传输协议：一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时音像数据。 需要专用服务器和播放器。,流媒体传输的过程,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，检索出所需传输的实时数据。 Web浏览器启动A/V Helper程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数（目录信息、编码类型等）对Helper程序初始化。 A/V Helper程序及A/V服务器之间运行实时流控制协议（RTSP），交换A/V传输所需的控制信息。RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。 A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序（Helper程序）即可播放输出。,流传输基本原理图,流媒体文件格式,压缩媒体文件格式 流文件格式 媒体发布格式,压缩媒体文件格式,通过某种压缩算法对A/V信息重新编码，使文件大小被处理得更小。 在压缩媒体文件再次成为媒体格式前，其中数据需要解压缩。,常用视频、音频压缩文件类型,流文件格式,经过特殊编码，使其适合在网络上边下载边播放，而不是等到下载完整个文件才能播放。 将压缩媒体文件编码成流文件，必须加入一些附加信息，如：计时、压缩和版权信息。 可以在网上以流的方式播放标准媒体文件，但效率不高。,常用流文件格式,媒体发布格式,是一种专门针对多媒体文件的html语言格式。 用来对视听数据进行组织和安排。,常用媒体发布格式,实时流传输协议,RTP（Real-time Transport Protocol）实时传输协议。 RTCP（Real-time Transport Control Protocol）实时传输控制协议 RTSP（Real Time Streaming Protocol）实时流协议 RSVP（Resource Reserve Protocol） MMS（Microsoft Media Server protocol）,实时传输协议RTP,RTP（Real-time Transport Protocol）是用于同步传输实时多媒体数据流的一种传输协议。 RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。 RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。 当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。 RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。,RTP报文头格式,前12个字节是必须的。CSRC标识符列表只有在混合器（mixer）插入时才存在,RTP报文说明,V(version)：RTP版本，现为2。 P(padding)：填充标志。若设置则报文包含一个填充的八位字节集，用于某些加密算法。 X(extension)：扩展位标志。若设置则在固定报文头后跟一个报文头扩展。 CSRC计数：指出固定报文头后跟的作用源标识符的数量。 M(maker)：允许标记（帧边界）报文流中的重要事件。 载荷类型：规定RTP报文中载荷的格式。 序号：被接收方用来恢复报文序列和检测报文丢失。 时间戳：表示抽样载荷数据时的时间。 SSRC(synchronization source)标识符：同步源标识符是为一个RTP主机随机选择的标识符，相同源的所有报文具有相同的SSRC标识符，同一个RTP会话中的每个设备必须有一个惟一的SSRC标识符。 CSRC(contributing source)标识符：作用源标识符包含一个当前报文中载荷源的列表，用于接收方标识源发送方。该字段只有当使用混合器组合不同的报文流时才使用。,RTP载荷类型,见P.307308 表13-1 RTP不仅支持音/视频流，任何连续数据流的应用都可使用RTP服务。,实时传输控制协议RTCP,RTCP（Real-time Transport Control Protocol）和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。 在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，服务器利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。 RTCP也使用UDP进行通信，它和 RTP配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。,RTCP定义了五种反馈的控制信息,发送方报告（Sender Report）：由RTP数据流的源通过组播发送，提供发送方观察到的传输和接收统计信息。 接收方报告（Receiver Report）：提供非主动发送方的参与者的接收统计信息。 源描述报告（Source DEScription）：被RTP发送方用来提供本地能力信息。 BYE（goodBYE）：一个源离开一个会话时将使用此消息。 APP（APPlication defined）：在开发了新应用和新特征时作为试验使用。,RTCP报文格式,见P.311 图13-5 分为三个部分： 报文头：规定报文类型、长度及发送方标识符。 发送方信息。 接收方报告块（可以为多个）。,RTP转换器和混合器,RTP转换器用来改变RTP报文中的数据类型。例如将高速的视频流转换成低带宽的视频流。 RTP混合器将多个数据流组合成一个单独的RTP流。只能用于音频。,实时流协议RTSP,RTSP（Real Time Streaming Protocol）是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络同步传送多媒体数据。 RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。 本身并不发送数据流，只控制实时数据的发送。,HTTP与RTSP的比较,HTTP传送HTML，而RTSP传送的是多媒体数据。 HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。 RTSP在语法和操作上与HTTP/1.1类似，因此HTTP的扩展机制大都可加入RTSP。,资源预留协议RSVP,RSVP（Resource reSerVe Protocol）是Internet上的网络控制协议，运行在IP和UDP的上层。 使用RSVP预留一部分网络资源，能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。,三种网络视频传输应用系统,RealNetworks Real System Microsoft Media Service Apple QuickTime,Real System,RealNetworks公司的Real Media包括RealAudio、RealVideo和RealFlash三类文件。 RealNetworks公司自1995年发布RealAudio 1.0以来，RealAudio和RealVideo产品已经成为Internet网上最受欢迎的解决方案。,REAL的压缩方式,采用SVT（Scalable Video Technology）技术，此编码解码具有扩展其行为的能力，如连接速率低于编码时采用的速率，播放时服务器端丢弃不重要的信息。播放器在其解码能力范围内尽可能还原视频质量。 双向编码技术类似于VBR根据带宽的限制选择最优化压缩码率，这就是所谓的SureStream技术。在网络带宽自适应方面，REAL优于WM。,Real System的产品,RealServer RealProducer RealPlayer RealProxy RealPresenter,RealServer的运行环境,推荐使用的系统平台： sun solaris7/8 RedHat Linux7, Turbo Linux 6 Windows2000 Server,RealServer的内存需求,在原先RealServer占用的64MB可用内存基础上，每1kbps数据流还要占用12K的内存，所以在固定了媒体传输流的速率的基础上，在使用最大流数时的内存计算公式可以通过下表得到：,系统配置参考： 100并发用户，250Kbps以下的应用，512M内存，应用实例：网上直播。 100并发用户，250Kbps以上的应用，1GM内存，应用实例：局域网的VOD点播应用,RealServer的网络带宽需求,所需带宽的计算方法：每kbps数据速率最大流数,RealServer的存储空间,系统需要的存储空间大小需要依据用户的实际情况来确定，对于互联网直播应用的情况，需要相对较小的存储空间，而对于VOD的应用情况则需要较大的存储空间。估算方法： 流的带宽(bps)时间8 = 文件的大小(Byte) 示例：用225kbps带宽压缩的影片文件，55分钟左右的时长，文件的大小大约在90M左右。,RealServer的管理界面,RealProducer,RealProducer是一个编码、 压缩转换工具。用来制作Real视频、音频文件。 主要功能： 将常见格式视音频文件转换成RealNetworks公司的rm流格式文件。 能够将视频捕捉卡捕获的影像实时地压缩转换成直播信息流（或者rm流格式文件），然后送到RealServer服务器，实现直播。,RealProducer的界面,RealPlayer,播放rm文件。,Media Service,Windows Media 服务可以通过各类网络传送流媒体内容。 Microsoft的Windows Media的核心是ASF（Advanced Stream Format）。 ASF是一种数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。,Windows Media的压缩方式,Windows Media Video派生于MPEG-4，几个专有扩展功能（True-VBR和Two-Pass Encoding）使其可在给定位率下提供更好图象质量。可以说WMV是流式视频中质量最高的。 Windows Media Audio类似于MP3, 并具有两大优势：特别适合于低速率传输，在给定速率下可获得更好的质量。,Windows Media管理器,Windows Media编码器,QuickTime,Apple公司的QuickTime于1991年登台亮相，是Apple公司面向专业视频编辑、Web网站创建和CD-ROM内容制作领域开发的多媒体技术平台。 QuickTime支持几乎所有主流的个人计算平台，是数字媒体领域事实上的工业标准，是创建3D动画、实时效果、虚拟现实、A/V和其他数字流媒体的重要基础。,QuickTime的压缩方式,可以选择包括H.263在内的多种编码，但主要以SorensonVideo为主，5.0开始已经采用了MPEG-4压缩技术。 QuickTime中的声音Codec为QualcomPureVolM，从4.1版本中开始支持VBR。QuickTime的音乐Codec为QDesiglMusic2。,中科大Video City简介,建立在美国RealNetworks公司的Real System视频解决方案基础上的一套技术先进、功能完善的视频服务提供系统。 目前可提供超过1000条高质量的视频并发流，其中包含有约1500个视频节目（文件）内容提供视频点播，三个视频广播节目提供视频直播。 作用：远程教学、科学研究、政治宣传、新闻传播、娱乐生活等方面。,结构（最基本形式）,网络,Server,Encoder,Player,结构（Video City模式）,广播服务组,点播服务组,Web服务器,技术,实时流媒体控制技术 SNMP及网络负载均衡 交换的快速（千兆）以太网 RAID-5 Multicast PHP及JAVA,用户界面,管理界面,服务器监测,广播服务器 点播服务器 综合 亚洲 欧美 音乐及卡通,流量监测,/mrtg/host.html,流媒体的三种播放方式,单播 组播 广播,单播（Unicast）,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。 每个用户分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器向每个用户发送所申请的数据包拷贝，用户可对流进行最大的控制。 服务器负担沉重，响应时间长，对硬件和带宽要求高。,广播（Broadcast）,数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户，不管用户是否需要。 用户被动接收流，客户端只能接收流，但不能控制流。例如，用户不能暂停、快进或后退该流。 对无需求的用户来说，会浪费网络带宽资源。,组播（Multicast）,单台服务器将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户，所有发出请求的客户端共享同一信息包。 必须构建一个具有组播能力的网络，允许路由器（交换机）一次将数据包复制到多个通道上，技术较复杂。 减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。,组播编址,IP采用D类地址来支持组播。每个D类地址代表一组主机，共有28位可用来标识小组（55）。 Internet支持两类组地址： 永久（permanent）地址：总是存在，不必创建，每个永久组有一个永久组地址。如： ：LAN上的所有系统 ：LAN上的所有路由器 ：LAN上的所有OSPF路由器 ：LAN上的所有指定OSPF路由器 临时（temporary）地址：必须先创建再使用，主机上的进程可灵活地加入或退出某个组。,D类IP地址到以太网地址的映射,采用静态方式。 IANA保留从01-00-5e-00-00-00到01-00-5e-7f-ff-ff的223个