第九章多媒体网络通信技术概述.ppt

第9章多媒体网络通信技术 9 1多媒体网络技术基础 2 基于计算机网络的分布式多媒体应用 计算机网络 应用非常广泛 3 9 1多媒体网络技术基础 分布式多媒体的应用特点同步 各媒体之间必须同步地向用户表现 分布性 媒体数据具有分布性 通信可能是在一个群组内部进行 实时性 视频和音频媒体进行通信必须达到实时性要求 需要传输 多媒体数据传输与应用的智能化以及信息传递的可靠性和保密性 数据量大 多媒体数据量大 尤其是连续的视频流 甚至是多路视频流 虽然经过压缩 数据量仍然较大 4 9 1多媒体网络技术基础 续 分布式多媒体的传输要求基本要求带宽等特殊要求对连续媒体流的支持能力实时性交互能力时空约束性 5 与多媒体通信相关几个网络传输概念 传输源 传输目的 带宽 吞吐量 单位时间数据传输量 抖动 包传输间隔时间有变化 数据包传输间隔 延迟 丢包 6 9 1多媒体网络技术基础 续 带宽视频必须以压缩形式传送 二种常用的压缩标准 ITU的H 26x标准ISO的MPEG标准多媒体通信量在二个方向上可能是非对称的 7 例如 8 吞吐量网络物理链路的比特率减去各种额外开销 如某高速网比特率为155Mbps 实际最大吞吐量为136Mbps 3 开销用于同步光缆 9 开销用于ATM 其他因素还有网络拥塞 瓶颈 缓冲区容量 流量控制 节点或线路故障等 9 1多媒体网络技术基础 续 9 9 1多媒体网络技术基础 续 延迟延迟的来源 信源处的媒体采样和压缩编码 以及打包延迟传输延迟端点系统的排队和播放缓冲延迟信宿处的拆包 解码和输出延迟 10 抖动 延迟的变化 发送方 接收方 时间 9 1多媒体网络技术基础 续 11 发送方 targetdestroyed fire observer 节点 抖动所带来的 12 9 1多媒体网络技术基础 续 有效支持连续比特流通信基于延迟的通信类型异步 对报文分组的传输延迟没有限制同步 对每个报文分组的传输延迟有一定的限制等时 每个报文分组具有恒定的传输延迟 13 9 1多媒体网络技术基础 续 可靠性 Reliability 可接受的比特差错率BER BitErrorRate 可接受的分组差错率PER PacketErrorRate 以下为部分媒体可接受差错率 14 9 1多媒体网络技术基础 续 服务质量QoS QualityofService QoS是分布式多媒体信息系统为了达到应用所要求的性能所需的一组定量和定性的特性 可用一组参数表示 Innetworkedmultimediaapplications variousentitiestypicallycooperateinordertoprovidethereal timeguaranteestoallowdatatopresentedattheuserinterface TheserequirementsaremostoftendefinedintermsofQoS QoSisdefinedasthesetofparametersthatdefinesthepropertiesofmediastreams MultimediaCommunicationSystems Techniques Standards andNetworks p 3 15 9 1多媒体网络技术基础 续 QoS参数层次模型 16 分类 17 9 1多媒体网络技术基础 续 分类从通信的角度 按照ISO OSI基本参考模型 QoS参数可以分为如下三个层次 与网络传输技术相关的QoS涉及物理层和数据链路层的QoS参数 与通信相关的QoS定义与通信协议有关的处理用户数据的功能特性 如差错检测 信息同步 延迟或吞吐量等参数 从第3层网络层到第7层应用层面向应用的QoS主要有出错率 分辨率 优先级等 18 9 1多媒体网络技术基础 续 分类从用户对系统服务的感受来看 QoS可以分为如下两个方面 性能相关的QoS用户看到的与性能相关的QoS参数都是可以按数值衡量的 因此 我们也称这类参数为数量上的QoS Quantatitive 功能相关的QoS与功能相关的QoS则从质量 Qualitative 的角度表述 如安全性 优先级和同步特性等 而且各个功能可能有各自不同的安全性 优先级和同步特性 19 9 1多媒体网络技术基础 续 分类从系统的组成的角度来看 QoS可以分为如下两个方面 与端系统相关的QoS包括端系统和中间转接系统在内的系统参数 如内存管理方法或调度机制 系统的负载等与通信协议相关的QoS包括重新传输次数 确认计时器等与通信协议有关的参数 20 9 1多媒体网络技术基础 续 多媒体传输QoS参数相关国际标准ISO通信协议 如TP4 ISO88 CLNP ISO88 2 QoS基本体系结构 ISO95 ITU T提出的服务类型 ITU94 2 ITU T标准E 800 ITU94 3 QoS和相关特性ITU T标准I 350 ITU94 4 数字网络的QoS和网络性能的一般问题ITU T关于ATM的标准 如I 356 ITU94 1 和I 371 ITU94 5 21 9 1多媒体网络技术基础 续 国际标准对QoS参数支持 22 9 1多媒体网络技术基础 续 与多媒体传输有关的QoS参数 23 9 1多媒体网络技术基础 续 与多媒体传输有关的QoS参数 24 9 1多媒体网络技术基础 续 与多媒体传输有关的QoS参数 25 9 1多媒体网络技术基础 续 QoS管理的几个概念QoS参数的定义和映射QoS参数的定义指定QoS性能指标的上下界限指定达不到要求时系统的反应等 QoS映射系统自动将用户的高层次QoS请求解释成较低层次的QoS参数 26 9 1多媒体网络技术基础 续 QoS协商和准许控制协商指用户和系统之间协商确定最终通信的QoS参数的过程 准许控制对于用户应用的每个新需求 系统都要对其对应的QoS与系统当前的资源进行比较 并根据一定的策略确定该行为是否能够实施 这种比较过程和判断策略就是QoS准许控制的主要内容 27 9 1多媒体网络技术基础 续 资源分配和调度资源资源包括CPU 进程 线程 内存缓冲 网络带宽和路由等 系统通过分配和调度这些资源满足用户应用的QoS请求 28 9 1多媒体网络技术基础 续 QoS资源维护 监视和控制动态管理资源 以确保QoS协商过程中所确定的QoS不受负载变化的影响 29 9 1多媒体网络技术基础 续 Internet与TCP IP因特网 Internet TCP IP协议堆网关设备动态路由技术TCP IP 实际上已成为因特网的代名词 现今对网络多媒体的研究集中在因特网领域 为对多媒体网络应用有比较深入的理解 就需要了解因特网的基本术语 结构和协议 30 9 1多媒体网络技术基础 续 TCP IP基础 31 9 1多媒体网络技术基础 续 TCP IP基础TCP IP协议与网络 32 9 1多媒体网络技术基础 续 TCP IP基础TCP 可靠的 面向连接的协议发送端 允许从一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其它主机 它把输入的字节流分成报文段并传给Internet层 接收端 TCP接收进程把收到的报文再组装成输出流 流量控制 避免快速发送方向低速接收方发送过多的报文而使接收方无法处理 33 9 1多媒体网络技术基础 续 TCP IP基础UDP 不可靠的 无连接的协议 不排序无流量控制速度 快应用场合 对准确性要求不严格的场合 比如语音或影像 34 9 1多媒体网络技术基础 续 多点通信多媒体涉及音频和视频数据 在交互和分配型应用中 典型的是广播 broadcast 和组播 Multicast 信息 35 9 1多媒体网络技术基础 续 广播是把相同数据传送到其它所有站点 组播又称多播或多路投递把相同的数据送到一组选择的目的地站点 组播信息传递用的是组 group 地址 组地址是网络上与多个站点相关的多目的地址组播通信是在群组 多个 对等层之间建立连接或通信关系 36 9 1多媒体网络技术基础 续 组播Multicast 非组播 组播 37 9 1多媒体网络技术基础 续 组播环境TCP IP协议堆 族 中可支持IP多目标广播软件支持网际主机组管理协议 InternetGroupManagementProtocol IGMP 这样就可以申请参加多目标广播组 multicastgroup 和接收多目标广播要有IP多目标广播应用软件 例如电视会议软件在发送与接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能 许多新的路由器都有这个功能 38 9 1多媒体网络技术基础 续 组播环境 39 IGMP协议 IGMP协议工作在主机和直接与其相连的路由器之间 路由器用IGMP协议收集子网内主机的组成员信息IGMP消息封装在IP数据报 IPdatagram 中 而数据报有两种类型 主机成员查询 HostMembershipQuery 数据报主机成员报告 HostMembershipReport 数据报 给LAN上的所有地址 40 9 1多媒体网络技术基础 续 多目标广播树组播树 multicasttree 或者叫做组播生成树 multicastspanningtree 用来描述服务器 播送器 和接收机之间构成的播放与接收关系 服务器只向外传送一个信息包流 组播路由器按组播树为每个分支复制一个信息包 41 9 1多媒体网络技术基础 续 组播树可以是同构树和异构树同构树的所有分支都支持相同目标的QoS规范 便于对组播QoS的控制 异构树支持异构节点 42 9 1多媒体网络技术基础 续 例如在一个多播组中 有N个参与者直接连到高速网络 如ATM网 上 K个参与者通过较低速网络 如窄带ISDN 间接接入 那么 对于同构树来说 所有的N K个接收方将忍受相同的经缩减以适合窄带ISDN传送的数据流 而在异构树中 N个接收方可以享受到全面的QoS服务 仅仅K个接收方收到降低的QoS数据 43 9 1多媒体网络技术基础 续 组播源把数据或者组播通知发送给所有路由器不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支在组播源生成最短路径树使用联结和删除功能改变成员之间的关系 组播建立过程 44 9 1多媒体网络技术基础 续 IP组播地址RFC1112 使用IP地址中的D类地址来实现IP多目标广播 IPMulticast D类地址 224 0 0 0到239 255 255 255共28位表示 同时可有25亿个组主机组地址分为两种 永久性地址 临时性地址永久地址如 224 0 0 1是LAN上的所有地址244 0 0 2是LAN上的所有路由器的地址244 0 0 5是LAN上的所有OSPF OpenShortestPathFirst 路由器的地址244 0 0 6是LAN上的所有指定OSPF路由器的地址 45 9 1多媒体网络技术基础 续 组播路由协议两种基本路径选择法 密集型多目标广播路由协议 dense modemulticastroutingprotocols 假设多目标广播组成员密布在整个网络上 也就是许多子网至少包含一个成员 并且带宽很充裕 根据这种假设制定的协议稀疏型多目标广播路由协议 Sparse ModeMulticastRoutingProtocols 假设多目标广播组成员稀疏地分布在整个网络 并且未必有充裕的带宽可用 根据这种假设制定的协议 46 9 1多媒体网络技术基础 续 RTP简介RTP定义在RFC1889中 由IETF TheInternetEngineeringTaskForce的多媒体传输工作小组1996年公布 是一种提供端对端传输服务的实时传输协议 用来支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据 47 9 1多媒体网络技术基础 续 RTP标题由4个信息包标题域和其他域组成 有效载荷类型 payloadtype 域 指示载荷类型 对于声音流 这个域用来指示声音使用的编码类型 如 PCM 自适应增量调制或线性预测编码等顺序号 sequencenumber 域 据此可用判断是否有信息包丢失 实现按顺序号处理信息包时间戳 timestamp 域 信息包第一个字节的采样时刻 接收端据此去除信息包的抖动 并在接收端为播放提供同步功能同步源标识符 SynchronizationSourceIdentifier 域 标识RTP信息包的起源其它域 48 RTP实际上是一个表示层协议 它规定了多媒体相关数据如何封装在传输层 UDP TCP 分组中RTP不提供QoS机制 也不保证分组的顺序递交RTP是应用层的一部分RTP定义在RFC1889中 被应用在单播和组播网络中实时传输多媒体数据 流媒体 H 323视频会议 9 1多媒体网络技术基础 续 49 9 1多媒体网络技术基础 续 RTCP简介也定义在RFC1889中 为应用程序提供会话质量或者广播性能质量的信息 每个RTCP信息包不封装声音数据或者电视数据而是封装发送端和 或者接收端的统计报表 这些信息包括发送的信息包数目 丢失的信息包数目和信息包的抖动等情况 RTCP规格没有指定应用程序应该使用这个反馈信息做什么 50 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会话期间 每个参与者周期性地向所有其他参与者发送RTCP控制信息包 9 1多媒体网络技术基础 续 51 9 1多媒体网络技术基础 续 RTSP简介实时流放协议 Real TimeStreamingProtocol RTSP 被描述在RFC2326文件中 RTSP是应用级的协议 它主要目标是为单目标广播和多目标广播上的流式多媒体应用提供牢靠的播放性能 以及支持不同厂家提供的客户机和服务机之间的协同工作能力RTSP协议想要提供控制多种应用数据传送的功能 提供一种选择传送通道的方法RTSP能够与资源保留协议一起使用 用来设置和管理保留带宽的流式会话或者广播 52 9 1多媒体网络技术基础 续 资源保留协议资源保留协议 ResourceReservationProtocol RSVP 定义在RFC2205中 它提供一种机制允许应用程序保留因特网上的资源 目的是为多媒体网络应用提供服务质量 QoS 有保证的服务 保留多目标广播树上的带宽 单目标广播是一个特殊情况接收端导向 也就是接收端启动和维护资源的保留 53 9 1多媒体网络技术基础 续 资源保留协议 RSVP标准没有指定网络如何为数据流保留资源仅是允许应用程序提出保留必要的链路带宽 实际上是路由器来为数据流保留带宽 让路由器接口来维护途经这个接口的各种数据流信息包 54 9 1多媒体网络技术基础 续 互联网上多媒体应用的模式使用标准浏览器应用B S模式通过WEB获取多媒体信息通过定制媒体播放器应用B S模式获取多媒体信息使用专用媒体播放器连接专用服务器获取多媒体信息 55 9 1多媒体网络技术基础 续 互联网上多媒体应用的模式使用标准浏览器应用B S模式通过WEB获取多媒体信息 56 9 1多媒体网络技术基础 续 互联网上多媒体应用的模式通过定制媒体播放器应用B S模式获取多媒体信息 57 9 1多媒体网络技术基础 续 互联网上多媒体应用的模式使用专用媒体播放器连接专用服务器获取多媒体信息 58 9 1多媒体网络技术基础 续 网络多媒体应用分类现场交互应用 liveinteractiveapplications 交互应用 interactiveapplications 非实时交互应用 non interactiveapplications 第9章多媒体网络通信技术 9 2多媒体通信技术 60 线路交换网络概念 61 Sourcedata Choppedintopre determinedlength Header Packetization node node 信息包交换网络概念 62 9 2多媒体通信技术 技术概要 发展公共网络发展趋势 线路交换网络 circuitswitchednetworks 和信息包交换网络 packetswitchednetworks 紧密地融合 63 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 传输特点与传统通信系统的不同 传输速率高信息同步变化较大的误码率通信系统的动态重构 动态连接或断开通信伙伴或服务器 64 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 传输特点多媒体通信系统两种传输模式 信息传输对称模式计算机支持的协同编辑视频会议系统分布式多媒体数据库系统等信息传输的不对称模式ITV InteractiveTelevision VOD VideoOnDemand 电子图书馆远程教育等 65 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 应用特性集成性多媒体数据的集成处理这些媒体设备与设施的集成交互性用户可以通过终端对通信全过程具有完全的交互控制能力同步性多媒体通信终端要以同步方式输出多媒体数据 66 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 标准ITU系列 A Z 与多媒体通信关系最密切的7个系列标准 67 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 标准3个主要的系列标准 68 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 标准多媒体通信核心技术标准 国际电信联盟 ITU 几个标准T 120是实时数据会议标准 H 320是综合业务数字网 ISDN 电视会议标准 H 323是局域网上的多媒体通信标准 H 324是公众交换电话网络上的多媒体通信标准 69 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 应用结构多媒体通信系统的整体结构示意网关 gateway 会务器 gatekeeper 通信终端 terminal 包括执行H 320 H 323或者H 324协议的计算机和执行H 324的电话机网关和会务器密切配合完成多媒体通信的任务 70 9 2多媒体通信技术 续 技术概要 网关能够提供异种网络 如电话网和信息包交换网络 之间的联通性 不同网络之间转换协议 转换信息格式和传输信息等 71 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准分类 点对点视频会议系统可视电话桌面视频会议系统会议室型视频会议系统多点视频会议系统允许三个或三个以上不同地点的与会者同时参加会议 关键技术是解决多点控制问题 通过多点控制单元 MCU 在通信网络上控制各个点的数据与信号流向 维持会议正常进行 72 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准视频会议系统的组成 视频会议终端多点控制器 MCU 信道 网络 控制管理软件安全保密系统 73 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准视频会议系统的标准 H 320系列H 323系列H 324系列T 120系列PCS PersonalConferencingSpecification 74 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 320系列 主要应用 窄带ISDN 75 9 2多媒体通信技术 续 H 320系列具体标准视频解码 H 261音频解码 G 711 G 722 G 728信道 64kbits s整数倍 最高达2048kbit s 使用H 221帧格式呼叫控制 在H 242和H 243中规定多点会议控制单元MCU MultipointControlUnit 在H 231中描述低开销 执行时间和延迟短的简单协议 H 224点到点 点到多点单向远端摄像机控制 H 281 基于H 224 信息加密 H 233密钥传送及其他相关管理规定 H 234 76 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 320标准系统框图 77 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323系列 主要应用 无QoS保证LAN多媒体通信终端 设备和服务 78 9 2多媒体通信技术 续 H 323系列具体标准视频业务编解码器 H 261和H 263音频编解码器 G 711 G 722 G 728和G 723 1中央同步控制 H 230 视听系统的帧同步控制和指示 C L 信号多媒体通信控制协议 H 245 流程控制 加密和抖动管理 启动呼叫信号 磋商终端特性 终止呼叫 确定主控方呼叫信令和呼叫建立 Q 931网关注册 准入 状态 RAS协议实时传输 控制 RTP RTCP网络接口 H 222 H 225 0 79 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323标准系统框图 黄色字体表示与H 320标准相同处 80 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323与ITU各标准间的互操作 81 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323终端 电视图像编码器 H 263 H 261 声音编码器 G 71X G 72X G 723 1 T120实时数据会议MCU的功能H 245 多媒体通信控制协议 82 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323网关 在H 323会议中 网关是一个可选部件对H 323会议终端与其他类型的终端之间传输的数字信号进行转换 包括 传输格式之间的转换通信过程之间的转换 83 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323会务器 会务器不是必需的主要服务 所有呼叫的中心控制点 并且为注册的端点提供呼叫控制服务 象虚拟交换机 具体有 地址转换准入控制带宽管理区域管理 84 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323多点 会议 控制单元 MCU 支持在3个或3个以上的端点之间召开电视会议 由1个多点控制器MC MultipointController 和0 多个多点处理器MP MultipointProcessors 组成MC 控制相关终端之间进行协商的方法 实现相关的会议资源调配MP 处理媒体声音 电视图像和普通数据 实现相关媒体的混合 85 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323多点控制单元 MCU 86 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323协议栈标志信息和数据信息通过可靠的传输控制协议 TCP 进行传输声音 电视 声音 电视的控制信息以及部分的会务控制信息通过不可靠的用户数据包协议 UDP 来传输 87 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 323协议栈 88 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准T 120系列是ITU为多点和多媒体会议系统发送数据而制定的标准 是目前多媒体会议必须支持的数据协议标准 为多媒体会议系统提供了 数据共享程序共享远程指示多点二进制文件传输 89 H 323工作示意图 90 H 323工作示意图 91 H 323工作示意图 92 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 324系列 主要应用 低速率通信网络 公众交换电话网PSTN 具体标准系列 93 9 2多媒体通信技术 续 视频会议系统及标准H 324系列支持H 324的可视电话产品 标准型可视电话 单机型可视电话 standalonevideophone 在电话机上安装有摄像机和LCD显示TV基可视电话 TV base