（通信与信息系统专业论文）面向对象技术在octopus多媒体通信中间件中的应用.pdf

重庆邮电学院硕士论文 摘要 多媒体通信中间件作为流媒体技术、中间件技术、多媒体服务质量( q o s ) 、 组播技术等的综合产物。它作为一种系统软件以自身的复杂换取应用的简捷，屏 蔽、疏通复杂的基础技术细节，使应用开发、部署与管理变得轻松和谐。 随着市场的需求、中间件技术发展的需求、n g n 网络的发展，各软件厂商 和多媒体研究机构都在努力为用户提供自己的流媒体应用系统和中间件系统，但 是目前的多媒体通信中间件系统都存在各种各样的问题。因此目前并没有一个真 正的商业多媒体通信中间件系统。 本课题着重对以下几个方面的内容进行了研究： 1 研究和分析面向对象技术，应用面向对象技术的各种理论和方法，以及 面向对象分析设计工具。 2 研究利用统一建模语言( u m l ) 对流管理器进行用户需求分析。系统分析， 系统设计的方法。 3 研究多媒体通信中间件平台模型和机理。 4 从分布式计算发展的角度和中间件平台体系结构和主要功能的角度，研 究多媒体流管理器具备的核心功能和应用需求。 5 研究多媒体流管理器的功能结构，抽象出流管理器中的功能模块。 6 研究多媒体流管理器与其它部分的交互和协同工作，定义标准的接口和 方法； 7 研究软件设计的设计模式和设计方法与技术。 8 研究流媒体技术。 构建完善的多媒体通信中间件是一项长期而艰巨的任务，本文对其中最为基 本和核心的一个方面进行了探索，这对构建一个完整而系统的多媒体通信中间件 平台，并促进其向较高层次的发展，具有较好的借鉴和推动作用。 关键词：多媒体通信中间件、面向对象技术、统一建模语言、流媒体、组管理 i i l 重庆邮电学院硕士论文 a b s t r a c t am i d d l e w a r ef o rm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ni sa c o m p r e h e n s i r e p r o d u c t i o no fs t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u e ，m i d d l e w a r et e c h n i q u e ，q u a l i t y o fs e r v i c e ( q o s ) ，a n dm u l t i c a s tt e c h n i q u e a l t h o u g hi t i sc o m p l e xa sa k i n do fs y s t e ms o l 。：w a r e ，i tp r o v i d e sas i m p l e ，c o n s i s t e n ta n di n t e g r a t e d d i s t r i b u t e dp r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t i ta b s t r a c t so v e rt h ec o m p l e x i t ya n d h e t e r o g e n e i t yo ft h eu n d e r l y i n gd i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n tw i t hi t s m u l t i t u d eo fn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ， m a c h i n ea r c h i t e c t u r e s ， o p e r a t i n g s y s t e m sa n dp r o g r a n m d n gl a n g u a g e s i no r d e rt om e e tt h o s ed e m a n d si nm a r k e t p l a c e ，m a n ys o f t w a r ef a c t o r i e s a n dr e s e a r c hi n s t i t u t et r yt op r o d u c ei t so w ns t r e a m i n gm e d i aa p p l i c a t i o n s y s t e ma n dm i d d l e w a r e s of a r ，m o s to ft h em i d d l e w a r ef o rm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o nh a v es o m es h o r t c o m i n g t h ef o l l o w i n gc o n t e n t sa r es o m ek e y s t o n et h a tt h ea u t h o rs t u d i e so n i nt h i st h e s i s ： 1 r e s e a r c ha n da n a l y z eo b j e c tm o d e li n gt e c h n i q u e ( o m t ) 2 r e s e a r c ht h em e t h o do fu s i n gu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) t o a n a l y z ea n dd e s i g ns t r e a mm a n a g e r 3 r e s e a r c ht h em o d e lo fm i d d l e w a r ef o rm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n 4 r e s e a r c ht h ec r i t i c a l f u n c t i o no fs t r e a mm a n a g e r 5 r e s e a r c ht h ea r c h i t e c t u r ea n dc o m p o n e n t so fs t r e a mm a n a g e r 6 r e s e a r c ht h ec o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i o nw i t ho t h e rc o m p o n e n t s a n di n t e r f a c eo fs t r e a mm a n g e r 7 r e s e a r c ht h ed e s i g np a t t e r na n dm e t h o do fs o f t w a r ed e s i g n 8 r e s e a r c ht h et e c h n o l o g yo fs t r e a m i n gm e d i a i t i sal o n ga n dh a r dw o r kt ob u i l dam i d d l e w a r ef o rm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n t h i sp a p e re x p l o r e sa ni m p o r t a n tp a r to fi t t h i sw o r k s u p p l i e sag o o dr e f e r e n c ef o rb u i l d i n gt h em i d d l e w a r e ，a n dc a np r o m o t e i td e v e l o p m e n tg r e a t l y k e yw o r d s ：am i d d l e w a r ef o r m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ，o m t ( o b j e c tm o d e l i n g t e c h n i q u e ) ，u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ，s t r e a mm e d i a ，g r o u p m a n a g e m e n t i v 重庆邮电学院硕士论文 图索引 图l 流媒体通信协议图3 图2 面向对象模型分析与设计开发过程一5 图3 中间件的层次结构图7 图4u m l 模型关系表示图2 2 图5u i l l 的9 种图与模型的关系圈2 4 图6 多媒体中间件平台结构2 6 图7 连接管理器用例图3 1 图8 建立多媒体流的活动图3 2 图9 简单的流管理器结构图。3 4 图1 0 流管理器逻辑层次结构图3 5 图1 1 流管理器对象关系结构图。3 5 图1 2 简化分布式流媒体建立顺序图3 7 图1 3 媒体流和单个音频视频流之间的关系图。3 8 图1 4 单个音频或视频流建立协作图3 9 图1 5 多播原理图4 0 图1 6 组合并前4 l 图1 7 组合并后4 2 图1 8 流管理器包图示4 3 图1 9 流管理器核心包类图4 4 图2 0 适配器包类图4 5 图2 1j i n i 服务包类图4 6 图2 2 事件监听包类图4 6 图2 3 组管理包类图4 7 图2 4 基于多媒体中间件开发的测试平台配置图4 8 表索弓 表1u m l 模型2 l 表2u m l 9 种图定义2 4 表3u m l 模型视图2 5 重庆邮电学院硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得重迭邮电堂暄或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：唐伦签字日期：2 0 0 4 年5 月2 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖邮电堂院有关保留、使 用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重废邮电堂瞳 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：唐伦导师签名： 签字日期：2 0 0 4 年5 月2 0 日 签字日期：沙i f f 年，月加日 重庆邮电学院硕士论文 1 1 研究背景 1 1 1 市场需求 第一章绪论 技术的进步以及商业的推动，促进了多媒体技术的产生和发展。多媒体技术 与高速网络技术的结合，以及相关技术如压缩技术、计算机技术的成熟，在 i n t e r n e t 上进行多媒体的实时传输已经成为可能，流媒体技术应运而生，流媒 体正在改变着人们互相交流和获取信息的方式。随着网络宽带化的发展趋势，人 们不再满足于信息高速公路中仅有文本、图像或声音这一类简单的信息，而越来 越希望进行更直观、更丰富的多媒体通信。它能广泛应用于多媒体新闻发布、在 线直播、视频点播、网络广告、电子商务、远程教育、远程医疗、远程监控、网 络电台、实时视频会议、网络游戏等诸多领域。 i i 2 中间件技术发展的需求 随着计算机软硬件技术的飞速发展，客户服务器技术、分布式计算技术和 高性能并行计算技术等的广泛应用，信息系统对用户所呈现的环境变得异常复 杂，其中存在着种类繁多的硬件，它包括：p c 机、多种类型的工作站，还可能 有各种类型的大中型机。在这些硬件系统上，运行着不同厂商的操作系统和应用 软件，同时运行在不同的网络结构中。当这些系统一起组成一个信息系统时，就 要求这些异构平台能够协同地去完成工作。用户环境的复杂性和多样性，导致了 中间件及其相关技术的出现。 分布式面向对象中间件将对象用于分布式计算环境中。这种中间件实现了真 正的通用软件总线，具有优良的互操作性和应用程序集成能力。这些应用程序可 以部署在网络的任何地方，彼此实现透明协作，即使是向不同供应商购买的产品 也可以协同工作。分布式面向对象中间件可以采用的标准和规范有：i s o 、i e c 和i t u t 联合制定的国际标准r m o d p i 0 0 1 0 4 和o m g 制订的规范 c o r b a 1 0 5 一1 0 7 ，非规范的有m i c r o s o f t 公司的d c o m 和s u n 公司的r m i 。就目 前实际应用的情况来看，r m - o d p 主要对其它规范起指导作用，即标准的角色。 重庆邮电学院硕士论文 c o r b a 在市场的占有率最高，究其原因是它技术较为成熟、支持的厂商多，用户 易于为自己的平台找到使用的产品。d c o m 则主要在w i n d o w s 平台上使用较多。 虽然存在不同的分布式面向对象中间件系统，但它们的共同特点是，( 1 ) 它 们的下层网络环境往往都是i p 网络，近几年i p 网络技术的普及和飞速发展，由 i p v 4 逐步发展成i p v 6 ，提出了服务质量、d w d m 、m p l s 、s d h 、a t m 、宽带无线网 络、移动i p 、i p s e c 等新概念、新技术，以致人们提出了“i po v e re v e r y t h i n g ” 的口号；( 2 ) 同时分布式计算环境从原来仅仅适用于科学计算、数据交互、信息 检索、远程控制等应用，发展成为适用于各种类型应用( 如实时、多媒体等业务) 的通用平台，即“e v e r y h i n go ni p ”的分布式计算环境，特别把分布式多媒 体和实时应用作为比较重要的应用之一。这一变化使得原来的分布式面向对象中 间件系统的内涵和外延迅速地变化和丰富，它不仅要充分地支持下层i p 网络本 身的变化，同时也要满足高层用户的不同应用( 科学计算、实时、多媒体等应用) 的需求，于是适用于新一代高速网络的分布式面向对象中间件系统的研究开始变 得十分重要。 i i 3n g n 网络应用的需求 下一代网络( n g n - n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 并不是电信网、计算机网 和有线电视网的物理结合，它主要是在高层业务应用上的融合，在网络层上实现 互联互通，所以，n g n 明确的概念是：n o n 是以业务驱动为特征的网络，让电信 与电视和数据业务灵活地构建在一个统一的开放平台上，构成可以提供现有3 种 网络上的语音、数据、视频和各种业务的网络解决方案。从n g n 的概念出发，可 以看到n g n 的一个核心思想：媒体与业务分离，媒体与控制分离，即业务驱动， 业务与网络分离。用户可以自行配置和定义自己的业务特征而不必关心承载业务 的网络形式以及终端类型，使得业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用 户不断发展新的业务需求，也使得网络具备了可扩展性和快速部署新业务的能 力，使网络运营者更具竞争力。 随着多媒体和数据业务需求的增长，现有网络日益表现出不适应性。这也是 现有网络向n g n 演进的主要原因之一，反之，n g n 向前发展推动了多媒体和数据 业务需求的增长。 与现有网络相比，在不涉及具体业务的情况下，可以看出，n g n 业务具有以 下几个方面的特点： 多媒体特性明显_ n g n 中发展最快的特性将是多媒体特性，同时多媒体特 性也是n g n 最基本、最明显的特性。 2 重庆邮电学院硕士论文 日益完善的开茚：性水g n 网络具有标准的、开放的接口( o p e n a p i ) ，为 用户快速提供多样的定制业务。 业务提供个性化个性化业务的提供将给未来的运营商带来丰厚的利润。 虚拟业务将逐步发展虚拟业务是将个人身份、联系方式甚至于住所都虚 拟化。用户可以使用个人号码、号码可携带等虚拟业务，实现在任何时候、任何 地点的通信。 业务的智能化n g n 的通信终端具有多样化、智能化的特点，网络业务和 终端特性结合起来可以提供更加智能化的业务。 n g n 新业务主要是多媒体增值业务，n g n 将数据、语音、视频融为一体，因 此多种媒体协同工作是n g n 最有特色的业务，典型的应用包括统一消息业务、即 时消息、多媒体会议电话业务、视频点播( v o b ) 、白板业务、网络游戏、可视 电话、i n t e r n e t 呼叫等待等层出不穷的多媒体业务。 1 2 研究现状 为了使多媒体流能够基于i p 网络广泛传播得以实现。i e t f 建议了几种流媒 体( s t r e a mm e d i a ) 通信协议来支持多媒体流实时传输。如圈l 所示，包括实时传 输协议( r t p 一一r e a 卜t i et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) ”1 、实时控制协议( r t c p 一 r e a l t i m et r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 、实时流协议( r t s p r e a l _ t i m e s t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 、资源预留协议( r s v p 一一r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o ) “ 。 * m g 。m 血乜r e p m “严( 等汗f 甲薹 ， 产 u d p + + ( t c p i 鬻羲瀚攀粼麟瓣缫畿戮糕燃麟麟 i li 隳鼍8 8 | 絮8 3 鐾笋f 峰霎 ：5 b n e t )( 1 而 昨忑神厂谅广 图1 流媒体通信协议图 以上几种多媒体流协议被广泛运用到诸如w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g i e s 珊， 一 l j ieuf一-t，l|l illl一 重庆邮电学院硕士论文 r e a l m e d i a ， a p p l eq u i c kt i m e ，j m f 【8 j 等产品中。利用流协议提供的时间戳， 序列号等信息，这些产品能为流媒体提供好的流控制和同步控制。但是，由于这 些产品提供的流服务须与终端多媒体设备楣匹配。导致终端多媒体设备缺乏灵活 性和多样性。 相互作用的多媒体应用需要中间件环境提供编程接口，会话控制和管理，以 及q o s 管理和调整。各软件厂商和多媒体研究机构都在努力为用户提供自己的流 媒体应用系统和中间件系统，o m g 已经发布了a v 流控制和管理服务规范作为一 个c o r b a 的流服务。目前根据这个规范的不同方面已经实现了几个框架，例如： t a oa vs t r e a m i n gs e r v i c e ，c o r b as t r e a ms e r v i c e ，和m u l t i m e d i ao r b u s 然而，这些系统中的大多数都存在各种各样的问题，例如；服务质量管理，组管 理，服务自动发现等问题。 1 3 本文主要的研究内容 本论文的选题和研究工作是适应流媒体技术和计算机技术发展方向，并根据 新加坡国立大学计算机学院多媒体技术研究实验室d r p u n g 与我院光互联网及 无线信息网络研究中心的合作意向，开始本课题的研究、设计和开发工作。通过 对面向对象技术、 i m l 的研究和实践，设计开发多媒体通信中间件。由于是一项 庞大而复杂的任务，本文仅对o c t o p u s 多媒体通信中间件的重要组成部分多 媒体流管理器进行了比较深入的研究、分析和系统设计。 本文研究的主要内容： 研究和分析面向对象技术，应用面向对象技术的各种理论和方法，以及 面向对象分析设计工具。 研究利用统一建模语言( u m l ) 对流管理器进行用户需求分析，系统分析， 系统设计的方法。 研究多媒体通信中间件平台模型和机理。 从分布式计算发展的角度和中间件平台体系结构和主要功能的角度，研 究多媒体流管理器具备的核心功能和应用需求。 研究多媒体流管理器的功能结构，抽象出流管理器中的功能模块。 研究多媒体流管理器与其它部分的交互和协同工作，定义标准的接口和 方法： 研究软件设_ ：十的设计模式和设计方法与技术。 研究流媒体技术。 整个多媒体通信中间件主要采用的开发方法：主要采用新一代的软件工程方 法r a t i o n a lu n i f l e dp r o c e s s ( r u p ) 。即：以用例为驱动、架构为中心、增量 4 重庆邮电学院硕士论文 迭代的开发方法。具体而言，整个流管理器采用如图2 所示的面向对象模型分析 与设计开发过程。 圈2 面向对象模型分析与设计开发过程 本论文章节安排如f ： 第l 章：绪论。阐述了研究工作的选题背景，以及研究的内容、方法。 第2 章：相关理论知识介绍。介绍了多媒体通信中间件分析和设计中的4 个 主要的理论知识：中间件、流媒体技术、面向对象技术和统一建模语言( u m l 一 n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 。 第3 章：o c t o p u s 多媒体中间件平台结构概述。分析了o c t o p u s 多媒体中间 件平台的总体结构，各部分主要功能介绍。 重庆邮电学院硕士论文 第4 章：流管理器的面向对象分析和设计。利用面向对象技术对流管理器进 行了系统需求分析、总体结构设计、和类图结构设计等。 第5 章：结论。对作者的工作进行了总结，并提出了进一步的工作目标。 1 4 本章小结 本章首先简要地阐述了在市场需求、中间件技术发展的需求、n g n 网络的应 用的需求背景下推动了多媒体通信中间件的研究，然后说明了本文所要研究的主 6 重庆邮电学院硕士论文 2 1 中间件概述 第二章相关理论知识介绍 中间件是一种系统软件，它位于应用和平台( 硬件和操作系统) 之间，能够 实现跨网络的协同工作，如图3 所示： 应用软件应用软件 誊曩誊i = = i 翔伟中间件 网络阱议j 州，w l * 胤作系统操作系统 硬件甲台硬什平台 图3 中间件的层次结构图 中间件是一个通道，保障应用信息的可靠传递；中间件是一个桥梁，达成商 务构件的互连互通；中间件是一个框架，促成企业应用的完整集成；中间件是一 个平台，实现分布式应用的顺利部署。中间件以自身的复杂换取了企业应用的简 捷，屏蔽、疏通复杂的基础技术细节，使企业的应用开发、部署与管理变得轻松 和谐。 中间件保证了分布式计算模式的实现。整个分布式系统可以看作是一系列的 应用和对用户可用的应用程序接口( a p i ) ，用户不关心数据的位置或应用发生的 真正地点，所有的应用利用一套统一的应用程序接口( a p i ) 来完成。 中间件应具有如下的一些特点： 满足大量应用的需要 - 运行于多种硬件和o s 平台 _ 支持分布计算，提供跨网络、硬件和o s 平台的透明性的应用或服务的交 互 一支持标准的l 办议 支持标准的接口 由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成 为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络 重庆邮电学院硕士论文 服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不 管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持 中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应 用软件开发和维护中的重大投资。 根据权威机构对中间件分类。”： 一消息中间件( m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e w a r e ) _ 面向对象中间件( o b j e c to r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 事务处理中间件( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm i d d l e w a r e ) 数据库中间件( d a t a b a s em i d d l e w a r e ) 一远程过程调用中间件( r p cm i d d l e w a r e ) 世界著名的咨询机构s t a n d i s hg r o u p 在一份研究报告中归纳了中间件的十 大优越性： 一缩短应用的开发周期 一节约应用的开发成本 减少系统初期的建设成本 降低应用开发的失败率 保护已有的投资 一简化维护费用 提高应用的开发质量 保证技术进步的连续性 一增强应用的生命力 具体地说，中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个 简单而统一的开发王 境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上， 不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负 担。 中间件带给应用系统的不只是开发的简便，开发周期的缩短，也减少了系统 的维护，运行和管理的工作量，还减少了软件开发总体费用的投入，s t a n d i s h 的调查报告显示，由于采用了中间件技术，应用系统的总建设费用可以减少5 0 左右。 其次，中间件作为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期，在不同操 作系统上开发的软件集成起来，彼此像一个天衣无缝的整体协调工作，这是操作 系统，数据库管理系统本身做不了的，中间件的这一作用，使得在技术不断发展 之后，我们以往在应用软件上的劳动成果仍然物有所为，节约了大量的人力、物 力投入。 8 重庆邮电学院硕士论文 2 2 流媒体技术 2 2 1 流媒体技术概述 作为多媒体和网络领域的学科，流媒体技术的应用和研究得到了发展。多媒 体使计算机能够综合处理声音、文字、图像和视频，它以丰富的音频、视频、图 文信息和方便的交互性，极大地改善了人机界面，改变了人们使用计算机的方式， 从而为计算机进入人类生活和生产的各个领域打开了方便之门，给人们的工作、 生活和娱乐带来了巨大的变化。随着网络宽带化的发展趋势，人们不再满足于信 息高速公路中仅有文本、图像或声音这一类简单的信息，而越来越希望更直观、 更丰富的新一代信息的表现形式，流媒体( m e d i as t r e a m i n g ，又称s t r e a m i n g m e d i a ) 技术由此便应运而生。 流媒体的发展现状 网络多媒体的发展方兴未艾，这得益于两个方面：多媒体技术促进了计算机 的人性化，而网络技术促进了计算机的普及化。面向计算的传统计算机功能简单 且操作复杂，而多媒体技术通过视频、音频和更广义的人机交互等手段拓展了计 算机的功能，同时降低了计算机的操作复杂度。计算机硬件水平按照摩尔定律飞 速发展，多媒体数据的存储、压缩、检索技术也逐渐成熟，多媒体技术已进入其 发展的高潮阶段。i n t e r n e t 为广大用户提供了规模非常大的信息服务，极大地 提高了人们获得信息的能力，日益成为人们通信、交流、娱乐、工作的重要信息 工具。目前，i n t e r n e t 使世界日益变成一个“地球村”，在这样的背景下，多媒 体和网络的交叉课题流媒体的发展成为一个必然结果。流媒体的应用系统、 国际标准和基础研究正成为目前产业界和科研机构密切关注的焦点。 典型的流媒体应用系统包括v o d ( v i d e o o n d e m a n d ) 系统、视频会议( v i d e o c o n f e r e n c e ) 系统、远程教育( d i s t a n c el e a r n i n g ) 系统、数字图书馆( d i g i t a l 1 i b r a r y ) 等。目前，i n t e r n e t 中最通用的流媒体系统包括m i c r o s o f tw i n d o w s m e d i ap l a y e r ， a p p l eq u i c k t i m e ， r e a lr e a l n e t v o r k s 等，w i n d o w sm e d i a p l a y e r ，r e a l n e t w o r k s 等流媒体播放器甚至已成为p c 的标准配置。流媒体的各 种产品受到i t 产业界的极大关注。这些产品的普及和应用，极大地促进了流媒 体的国际标准和协议的制定与竞争，同时也推动了流媒体基础研究的逐步展开。 目前，多媒体及网络领域的相应国际标准和协议充分考虑了流媒体的应用。 在多媒体方面，m p e g 系列标准( m p e g 一1 m p e g 一2 m p e g - - 4 ) 对网络传输的重视 逐渐加强。m p e g - - 2 定义了传输流( t r a n s p o r ts t r e a m ) ，支持多路m p e g 一2 码 9 重庆邮电学院硕士论文 流在网络中的传输复用；m p e g 一4 标准中精细的可扩展性编码f g s ( f i n eg r a n u l a r s c a l a b e ) 和渐进，j 精细可扩展性编码p f g s ( p r o g r e s s i v ef i n eg r a n u l a r s c a l a b e ) 均针对网络中码率变动的特性而制定。h 系列协议包括h 2 6 1 ，h 2 6 3 ， h 2 6 l 等视频编码标准，h 3 2 3 ，h 3 2 4 等系统标准更直接地面向网络应用。在 网络领域，i n t e r n e t 专家任务组i e t f ( i n t e r n e te x p e r tt a s kf o r c e ) 制定了 实时传输协议实时传输控制协议r t p r t c p ( r e a l t i m et r a n s f e r p r o t o c 0 1 r e a l t i m et r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议族。该协议族流媒体的 应用层协议，早在1 9 9 6 年就成为i n t e r n e t 的国际标准。针对具体应用，i e t f 还制定了r t p 与选定媒体相结合的标准( r f c ) ，如h 2 6 3o v e rr t p ，i n t e r l e a v e d m e d i ao v e rr t p ，g e n e r a la u d i oo v e rr t p ，f e co v e rr t p 等。m f e go v e rr t p 的标准为r f c 2 2 5 0 ，该协议在r t p 对m p e g 的封装过程中，将m p e g 码特征信息 如时间戳、编码层次结构等拷贝到r t p 包头( h e a d e r ) 中，对m p e g 视频的解析 和封装直达片层( s li c e ) ，从而使r t p 分级有很强的q o s 保障，传输终端可通 过r t p 包头分析传输中的差错( 丢失率、乱序、延迟和抖动) ，再通过一定的缓 冲和补偿算法，修复相当程度的网络。随着r t p 协议族的成功应用，最新制定的 多媒体标准就涉及了r t p 封装和传输，同时i e t f 也制定了针对m p e g 一4 的r t p 封装协议。除了r t p 协议以外，还有很多其他支持多媒体的传输和控制协议，如 r s v p ( 资源预留协议) 、r t s p ( 实时流媒体协议) 等。 2 0 世纪9 0 年代中后期，不以语音业务为中心的第三代无线通信系统( 3 g ) 以及未来的宽带无线通信网络，均以提供高速接入和多媒体服务为特征。例如， 属于第三代无线通信标准i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 ) 中的u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 承诺，u m t s 用户的网络接入速度在快速移动时可达到1 4 4 k b p s ，步行时 可达到3 8 4k b p s ，户内可达到2m b p s 。w l a n ( w i r e l e s sl o c a la c c e s sn e t w o r k ) 的网络接入速度为l 2 0 mb p s 。蓝牙( b l u e t o o t h ) 则致力于在低功耗、小范围( 1 0 m ) 的前提下提供高达1 m b p s 的接入速度。高接入带宽为无线网络多媒体服务提供了 物质基础，使无线通信与多媒体通信的结合成为可能。未来的i n t e r n e t 与无线 通信网的发展将不再是孤立的，通信世界正面临着通信( t e l e c o m m u n i c a t i o n s ) 、 计算( c o m p u t i n g ) 与i n t e r n e t 的结合，固定服务( f i x e ds e r v i c e s ) 与移动服务 ( m o b i l es e r v i c e s ) 的结合。跨越网络界限，自由地传递多媒体信息，将使人类 在任何地点、任何时间、与任何人通信的梦想成为现实，从而为流媒体的发展带 来新的空间和挑战。 流媒体的应用推动了流媒体研究的发展。流媒体的研究包括流媒体编解码技 术、流媒体服务器技术、端到端( e n dt oe n d ) 流媒体技术和流媒体系统技术等。 流媒体编解码技术建立在传统多媒体编解码技术的基础上，在最近5 年内得到蓬 勃发展。典型的流媒体编解码技术有：用于6 4k b p s 视频音频传输的h 2 6 1 、 l o 重庆邮电学院硕士论文 面向1 5 m b p s 视频音频和存储的m p e g 一1 、面向高品质数字视频传输和存储的 m p e g 一2 以及适于低码率视频编码的h 2 6 3 。到目前为止，最具代表性的流媒体编 解码技术为可扩展性编解码技术f g s ( f i n eg r a n u l a rs c a l a b l e ) 和 p f g s ( p r o g r e s s i v ef i n eg r a n u l a rs c a l a b l e ) 。端到端流媒体技术用于解决媒体 流在两个端系统间传输的相关问题，典型的研究包括媒体流拥塞控制 ( c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 ) 策略、差错( e r r o rc o n t r 0 1 ) 控制策略、速率整形( r a t e s h a p i n g ) 策略等，端到端技术的研究目标是为了提高流媒体应用的q o s 。而流媒 体系统技术不仅仅关注流媒体的q o s ，还注重提高流媒体的系统效率。典型的流 媒体系统技术包括流媒体调度技术( s t r e a m i n gs c h e d u l i n g ) 、多媒体代理服务器 及缓存技术( m u l t i m e d i ap r o x ya n dc a c h i n g ) 、流媒体的应用层组播技术 ( s t r e a m i n ga p p l i c a t i o nl e v e lm u l t i c a s t ) 等。由于流媒体系统技术不仅要综 合其他三类技术，还要优化系统的综合性能，因此该类研究非常具有挑战性，也 是流媒体技术研究的重点和趋势。 2 2 2 流媒体的网络传输特征 多媒体业务流的网络传输特征表现在以下几个方面： 高带宽( b a n d w i d t h ) 当2 0 世纪9 0 铒：代初期在网络上传输视频流成为迫切需要时，人们认为网络 必须提供1 4 0 m b p s 的以上的带宽才能满足一般的实时视频传输的需求，人们普遍 开始研究对视频和音频进行压缩。目前3 种得到广泛应用的视频压缩标准是：i s o m p e g ( m o v i n gp i c t u r e se x p e r tg r o u p ) 标准，i n t e l 的d v i ( d i g i t a lv i d e o i n t e r a c t i v e )和i t u t ( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n ， t e l e c o m m u n i c a t i o ns e c t o r ) 的h 2 6 1 。但即使是传输压缩数据，对带宽的要求 还是很大的，m p e g 一1 的要求是1 5 m b p s ，m p e g 一2 则为1 5 4 0 m b p s ；d v i 的为 1 6 1 8 m b p s ；h 2 6 1 为0 0 6 4 2 m b p s 。实践证明，对d v i 和m p e g 一1 来说，如 果配合使用性能良好的视听设备，租用t l 类传输线( 1 5 m b p s ) 就能达到中等质量 的视频传输需求。但对远距离的传输而言，h 2 6 1 的6 4k b p s 的传输标准只适用 于基本静止的“固定头像”对话的应用，而至少采取3 8 4k b p s ( 六路i s d n 的b 通道) 的传输带宽才能满足更一般的需求。综合上述情况可知，目前多媒体应用 的带宽需求在0 4 1 5 n b p s 之间。多媒体数据流对带宽的需求还表现出单向的 特性，这是因为多媒体应用多为非对称的结构，即往往是从发送方传送大量的数 据流给接收方，而反向的传输量则很小。单向传输特性在带宽分配管理的策略中 也是关注的因素。 低传输延迟( t r a n s m is s i o nd e l a y ) 重庆邮电学院硕士论文 对交互的分布式多媒体应用而言，比带宽更加难以处理的是传输延迟问题。 传输延迟的一个表现形式是端到端延迟( e n d t o e n dd e l a y ) 。例如，通过卫 星传输连接的通话业务，由于往返传输延迟达到0 7 s ，用户很难实现正常的会 话沟通。对此类会话业务，必须把端到端延迟限制在0 3 s 以内，而多媒体视频 会议的实践和i t u 的建议更将交互式视频应用的端到端延迟在1 5 0 m s 以内。 传输延迟的另一个表现形式是传输抖动( j i t t e r ) 。抖动是由于传输中各个分 组的不同传送时间和错序造成的。多媒体业务流，特别是音频数据流对抖动要求 非常严格，因此抖动是衡量多媒体业务的重要参数。 从时间角度来看，数据流的传输表现为行为特征：同步( s y n c h r o n o u s ) 和非 同步( a s y n c h r o n o u s ) 。同步的传输，端到端延迟被严格限制，数据流间的相关同 步，即抖动也受到严格的限制。同步表现为数据传输的双方可以同时精确地回放。 在实际情况中，即使是局域网的传输也无法保证同步。非同步传输数据流的上述 参数是未加限制的，只要求数据准确地到达即可，即使时间上延误很久也是能够 容忍的。但对一些多媒体业务传输而言，一定的端到端延迟是可以忍受的，但抖 动则不能忍受。例如在视频点播系统中，即使数据从视频服务器到达终端超过数 秒，用户也可以接受，但轻微的抖动则严重影响用户的质量。 支持组播( m u l t i c a s t ) 模式 分布式多媒体应用系统要求网络支持多播的通信模式，尤其体现在多点视频 会议系统中。由于单播与广播的局限性，在实践中产生组播的概念。单播是网络 体系中最为常见的通信模式，它是点对点的网络数据传输；广播则是指单点对所 有点的网络数据传输。在多点视频会议中，网络传输表现为视频流与音频流从一 个源节点传送到数个终端节点。显然，如果采取单播通信模式不仅浪费了网络的 带宽，而且由于重复传输同一数据引起延时而影响后续数据流的实时传输；广播 虽然解决了数据重复传输的问题，但是广播将数据发往网络上的所有节点，在局 域网络环境中，网络节点少，无效数据不多，但在广域网环境下，并非所有的网 络节点都是数据的接收者，广播大量的无效数据，严重浪费了网络资源。多播设 置了一个多播组，源节点仅将数据同时传送至多播组中的节点，数据的拷贝和发 送都由网络动态完成，最大限度地保证数据占用尽可能少的带宽资源，这正是符 合分布式多媒体多点传输要求的。 可靠性( r e l i a b i l i t y ) 传统的网络传输目标是提供可靠的端到端的通信。为实现这一目标，通信系 统采用校验( 如c r c 校验) 及序列编号，进行差错检验。然而，对差错校验来说， 如果不是在m a c 子层或l