第6章_多媒体通信网络技术

1、第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 第第6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.1 多媒体通信对通信网的要求多媒体通信对通信网的要求 6.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况现有网络对多媒体通信的支撑情况 6.3 宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（B-ISDN） 6.4 多媒体通信的实时通信协议多媒体通信的实时通信协议 练习与思考题练习与思考题 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.1 多媒体通信对通信网的要求多媒体通信对通信网的要求 多媒体通信对通信网络的要求是相当高的。 它要求实现一点对多点， 或者多点对多点的实时不间断的信息传输。 例如

2、， 在复杂的多媒体会议系统中， 参与者能够随时加入或退出， 能够实现分组开小会、 任意两个与会者之间的信息传递等复杂功能。 在多媒体通信系统中， 在网络上运行的不再是单一的媒体， 而是多种媒体综合而成的一种复杂的数据流。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 在这些媒体中， 有速率低至几百比特的文本信息， 也可能有速率高达数百兆比特的高清晰度电视信息。 如何处理好速率相差如此悬殊的信息， 这就对通信网提出了相当高的要求， 它不但要求网络对信息具有高速传输能力， 还要求网络对各种信息具有高效综合能力， 这些能力归纳起来有四点。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术

3、 1 吞吐要求 网络的吞吐量就是它的有效比特率或有效带宽， 即传输网络物理链路的比特率减去各种额外开销。 为了简便， 在许多情况下直接把吞吐量看成与系统的比特率相等， 而实际吞吐量可能比这个值要小。 除上述各种额外开销外， 还有一些其他因素影响网络的吞吐量， 如网络拥塞、 瓶颈、 缓冲区容量、 流量控制、 节点或线路故障等。 多媒体通信对网络的吞吐需求具体有以下三个方面： 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (1) 传输带宽要求。 由于多媒体传输由大量突变数据组成， 并且常包括实时音频和视频信息， 所以对于传送多媒体信息的网络来讲， 它必须有充足可用的传输带宽来完成多媒体信息

4、的传送， 这同时也意味着网络必须具备成倍处理这类信息资源的能力。 在通信拥塞时， 有效带宽的不足常常导致端到端延迟的增加及分组的丢失。 同时多媒体通信业务通过网络传输时， 其带宽要求与通信质量密切相关， 通常高带宽意味着高质量， 但高带宽也意味着高成本和高代价， 实践中一般根据不同的应用环境采取带宽与质量的折中方案。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 不同的媒体对通信网的速率要求有所不同， 但一个多媒体应用往往要涉及两个以上的媒体， 并常以图像数据（数据量大）为核心， 故多媒体网络至少要能满足压缩图像传输的要求。 (2) 存储带宽的要求。 在吞吐量大的网络中， 接收端系统必

5、须保证有足够的缓冲空间来接收不断送来的多媒体信息。 另外， 缓冲区的数据输入速率也必须足够大， 以便容纳从网络不断传来的数据流。 这种数据输入速率有时被看作缓冲区存储带宽。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (3) 流量要求。 多媒体通信网络必须能够处理一些诸如视频、 音频信息之类的冗长信息流， 简要来讲， 就是网络必须有足够的吞吐能力来确保大带宽信道在延长的时间段内的有效性。 例如， 如果用户要发送流量为30 Gbit的信息流， 而网络只提供给用户1.5 Mb/s的吞吐能力及5 s的时间片是肯定不够的。 但是如果网络允许用户持续不断地使用这个1.5 Mb/s的信道， 则这

6、个流量要求就能够得以满足， 如果网络在任何时刻都存在许多数据流， 那么该网络的有效吞吐能力就必须大于或等于所有这些数据流的比特率的总和。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 2 实时性和可靠性要求 多媒体通信的实时性要求， 除了与网络速率相关， 还受通信协议的影响。 在多媒体通信中， 为了获得真实的临场感， 一般对实时性的要求都很高， 即对传输的时延要求越小越好。 例如， 语音和图像可以接受的时延都要求小于0.25 s， 静止图像要求小于1 s。 在分组交换中， 组与组之间的延时小于10 ms时图像才有连续感。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 由于多媒体

7、应用在一定程度上是允许传输网络存在错误的， 因此若要精确地量化表示多媒体网络的差错控制要求是困难的， 容许错误存在的原因是源于人类感知能力的局限， 比如， 一个冗长的视频流中个别组块出了错， 这种错误通常人眼是感觉不到的。 音频传输同样也会出现类似情况， 但是人的视觉和听觉对这类错误的容忍程度则不同。 同时由于在多媒体通信系统中对所传输的信息大都采取了压缩编码的措施， 为了获得高的可靠性， 对网络误码性能的要求也很高。 如压缩的活动图像， 可接受的误码率应小于10-6， 误分组率应小于10-9； 对于数据的误码则要求为0。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 不同媒体对通信网

8、的要求见表6.1-1所示。 为了满足多媒体通信要求， 网络要能满足这些参数的不同组合。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 表6.1-1 不同媒体对通信网的要求 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 3. 时空约束 在多媒体通信系统中同一对象的各种媒体之间是相互约束、 相互关联的， 它包括空间上和时间上的关联及约束， 多媒体通信系统必须正确反映它们之间的这种约束关系。 而信息传输又具有串行性， 这就要求采取延迟同步的方法进行再合成， 包括时间合成、 空间合成以及时空同步等三个方面。 时间合成将在时间轴上统一原来属于同一时间轴上各类媒体的时序， 使其能在时间上正

9、确表现； 空间合成则是指在空间上媒体的排放位置， 最后使时间空间统一成正确的表现。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 通过时间上的合成、 空间上的合成， 达到多种媒体的时空一致的目的。 目前， 在视频、 音频系统中， 主要的约束还是时间上的同步， 实时情况下， 网络必须以最小的延迟来传输视频、 音频信息流， 并且必须同时到达， 然而， 借助于缓冲区技术， 未必绝对要求并行的音频和视频流同时抵达， 当两数据流基本上同时到达时， 我们就把它们称作是同步流 。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 4. 分布处理要求 从用户角度出发， 对通信网期望是高速率和高带宽

10、、 多媒体化、 个人通信、 可靠和保密、 智能化等诸多方面。 从技术角度出发， 未来通信是多网合一， 业务综合和多媒体化是其发展重点， 但目前的现状是多网共存（如电话网、 计算机网、 广播电视网等）， 媒体各异（声、 图、 文等）， 必须针对这种情况研究如各种媒体信息分布环境下的运行， 通过分布环境解决多点多人合作、 远程多媒体信息服务等问题。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 如此看来， 现有的高速（宽带）光纤通信网， 高速计算机或工作站应该是多媒体通信的理想网络。 然而， 问题并非如此简单， 这里存在一个网络的瓶颈问题。 现有的计算机网络或通信网络协议主要是针对传统的数

11、据传输制定的， 所以在很多方面不适合声音、 图像信息的传输。 此外， 协议的层次过多， 额外增加了传输开销， 影响传输效率； 而且在这种网络中， 由声音和图像传输的突发性引起网络拥挤不能有效地排除， 如此等等， 更进一步增加了实现声音和图像实时传输的难度。 这种对实时性和同步性的严格要求， 迫使我们必须加紧研制针对多媒体信息传输的网络体系结构。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况现有网络对多媒体通信的支撑情况 目前的通信网络大体上分为三类: 一类为电信网络， 如公用电话网（PSTN）、 分组交换网（PSPDN）、 数字数据网（DDN）、

12、 窄带和宽带综合业务数字网（N-ISDN和B-ISDN）等； 一类为计算机网络， 如局域网（LAN）、 广域网（WAN）、 光纤分布式数据接口（FDDI）、 分布列队双总线（DQDB）等； 一类为电视传播网络， 如有线电视网（CATV）、 混合光纤同轴网（HFC）、 卫星电视网等。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 这些通信网络虽然可以传输多媒体信息， 但都不同程度地存在着各种缺陷， 因为这些网络都是在一定历史条件下为了某种应用而建立的， 有的是网络本身的结构不适合传输多媒体信息， 有的则是网络协议不能满足多媒体通信的要求。 从总体上说， 一个真正能为各种多媒体信息服务的通

13、信网络必须达到数据速率大于 100 Mb/s， 连接时间从秒级到几个小时这两个主要方面要求。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 还需要增加语音、 数据图像、 视频信息的检索服务以及有用户参与控制和无用户参与控制的分布服务能力； 增加网络控制能力以适应不同媒体传输的需要； 提供多种网络服务以适应不同应用要求； 提高网络交换能力以适应不同数据流的需要。 根据这些要求， 下面分析现有通信网络对多媒体通信的支撑情况分析。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 公共交换电话网（公共交换电话网（PSTN） PSTN是目前普及程度最高、 成本最低的公用通信网络， 它在网络

14、互连中有广泛的应用。 PSTN以电路交换为基础， 即通过呼叫， 在收、 发端之间建立起一个独占的物理通道， 该通道有固定的带宽。 由于路由固定， 延时较低， 而且不存在延时抖动问题， 这对保证连续媒体的同步和实时传输是有利的。 但是电话信道带宽较窄， 且用户线是模拟的， 多媒体信息需要经过调制解调器（Modem）接入。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 目前， V.90标准的Modem传输速率可达 56 kb/s， 这给开放低速率的多媒体通信业务（例如， 低质量的可视电话和多媒体会议）提供了可能性。 当然， 可以通过对用户双绞线作技术改造（如xDSL、 ISDN等技术），

15、使用户线带宽增加到2 Mb/s甚至更高， 基本上可以支撑多媒体通信的所有业务。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 窄带综合业务数字网（窄带综合业务数字网（N-ISDN） N-ISDN也是以电路交换为基础的网络， 因此也具有延时低而固定的特点。 它的用户接入速率有两种： 基本速率（BRI）144 kb/s(2B+D)和基群速率（PRI）2.048 kb/s(30B+D)。 由于ISDN实现了端到端的数字连接， 从而可以支持包括话音、 数据、 图像等各种多媒体业务， 能够满足不同用户的要求。 通过多点控制单元建立多点连接， 在N-ISDN上开放较高质量的可视电话会议和电视会议是

16、目前最成熟的技术。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 计算机局域网（计算机局域网（LAN） LAN是在许多范围内（例如大的部门、 系统及集团中）普遍使用的网络。 LAN的特点首先是利用一个单独的媒体将所有的端系统连接起来； 其次是以基带方式传输， 在这种模式中， 时间片被分给所有站和每个站的所有通信。 之后， 数据流被分成帧， 利用帧进行传输。 以太网、 令牌环传送网和FDDI为3种常见的共享媒体LAN。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (1) 100Base-T快速以太网： 使用常规以太网存取共享媒体的模式（CSMA-CD）， 但它却运行于100 M

17、b/s工作段。 现在100Base-T快速以太网已有两种变形： 一种是运行在优质的非屏蔽双绞线上； 而另一种则适合于低质的双绞线， 这种仍在使用， 并且可以重新加以利用。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (2) 100VG-AnyLAN： 不同于100Base-T， 它仅仅使用以太网的帧格式， 而不是面向连接的CSMA-CD媒体的存取方法。 所有的段都被连接到一个集线器上。 这种技术有一种支持基于服务的多媒体应用的潜能， 其复杂点是内部集线器的连接容量有可能成为瓶颈。 同步FDDI和令牌环是完全适合已有硬件的软件机制， 它们提供对环的有界存取时间和每个站的平均比特率的保证

18、， 因此， 提供了一个不错的对完全等时性机制的近似方法。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (3) FDDI-II： 又称等时FDDI。 它是一项完全不同的技术， 和FDDI不兼容， 用来处理实时多媒体服务。 它在每信道6 Mb/s的16个宽带信道上支持完全的等时性机制（这是一种专用带宽技术， 设计支持等时的固定位速率(CBR)应用）。 这些信道与线路类似而且完全适合要求固定比特率的多媒体应用。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 (4) 等时以太网和FDDI-II共同的方面： 它除了提供一个10 Mb/s的常规以太网服务外， 还提供一个运行于被分成96条

19、线路的附加6 Mb/s的信道。 每条这样的线路仿真一条ISDN的线路， 于是一个连接于等时以太网上的站通过单一连接器可得到常规数据服务和ISDN服务。 一个中心集线器可把局部的站点和外部的公用ISDN服务互连起来， 并提供一个信关功能使每个站可以在无附加连线或装备的情况下实现存取功能。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 从上面的LAN技术可以看出， LAN在其通信机制下， 实现多点连接不成为问题， 但是每个包的延迟时间不能保证相等， 它与网络的拥塞程度有很大的关系， 这显然不适合于连续媒体的实时传输。 为了解决这个问题， 将目前通信领域中较为先进的ATM交换技术引入LAN的

20、主干网， 解决了主干网的带宽、 等待时间和延时抖动等问题， 这就是ATM局域网仿真技术(LANE)， 这种方法允许现有应用软件在ATM局域网上运行， 可采用不同的技术在ATM网上仿真局域网。 LANE支持传统局域网数据帧结构以无连接模式传输， 也支持局域网多点发送与广播发送功能， 还允许ATM局域网通过标准网桥或路由器连接现有的局域网。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 在概念上， 这种方法较接近于100 Mb/s交换以太网。 LAN成为集中器和交换设备的网状群体， 每个站有一个对最近的集线器点的专用的访问。 它们的差别在于： LANE可提供的设备范围以及对某些多媒体服务有

21、用的最大存取速度； LANE技术在用户端通过局域网仿真技术仍然使用原有的无连接方式的通信协议， 同时采取对实时性有要求的数据包以高的传输优先级等措施， 使改进后的LAN可以提供桌面多媒体会议和其他宽带多媒体业务。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 Internet网 Internet网是路由器和专线构成的数据网， 它可以通过电话网、 分组网和局域网接入。 Internet以其丰富的网上资源、 方便的游览工具和快捷的电子邮件等特点在世界范围内迅速发展与普及。 另一方面， Internet在发展初期并没有考虑在其网络中传输实时多媒体通信业务， 其使用的通信协议为TCP/IP，

22、由于该协议难以保证多媒体业务所要求的实时性， 因此， 在Internet网络上开展实时多媒体应用存在一定问题。 为了解决这个问题， IETF (Internet工程任务组)制定了一些新的补充协议（例如RSVP和RTP）， 以解决在Internet网上连续媒体的同步和实时传输问题。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 有线电视有线电视(CATV)网网 CATV网是已经建立起来的伸展到千家万户的宽频带网络， 能否利用这一设施提供宽带多媒体服务自然是人们关心的问题。 但是CATV网是分配型的网络， 不具备电信网的交换功能， 因此难以开展非分配型(例如多媒体会议)的多媒体业务。 要解

23、决这个问题， 必须对CATV网络进行双向改造。 当光纤铺设到小区后， 结合经双向改造后的CATV网络， 从小区到用户的短距离同轴电缆的带宽可以拓宽到750 MHz以上， 然后通过频分多路复用技术， 可以实现电话、 模拟电视广播和交互式数字点播电视(VOD)等业务共网传输， 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 从而实现宽带多媒体业务。 从以上现有各种网络对多媒体通信业务支撑情况的分析， 我们可以看到， 无论哪种网络， 或多或少存在一些需要解决的问题， 而改造这些网络必须采用相应的技术。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.3 宽带综合业务数字网（宽带综合业

24、务数字网（B-ISDN） 从目前来看， 宽带综合业务数字网(B-ISDN)是多媒体通信的发展方向之一。 它采用异步转移模式(ATM)交换技术， 其特点是传输通道带宽大(155622 Mb/s)； 以固定长度(53 byte)的信元进行高速交换， 网络延时小； 能够处理突发性信息， 可以动态分配带宽； 收、 发端通过虚电路(VC)进行连接， 并保证提供网络和终端在连接建立时所商定的服务质量(QoS)， 诸如最小带宽、 最大延时、 延时变化和服务类型等； 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 通过建立多条虚电路可以实现多点连接等等。 这些特点表明， 在目前网络技术的条件下， B-I

25、SDN是提供综合多媒体业务(窄带与宽带， 会议型与分配型， 实时与非实时)的理想支撑环境。 它可支持任何速率的综合业务数字网， 其中可开放从语言、 数据到视频等业务。 它可在单一的网络上提供电话、 数据、 电视、 高清晰度图像等现有的多种通信业务， 并能适应将来新业务的发展需要， 能够支持几乎所有的多媒体应用。 当某些业务的特性发生变化时， 其网络不需要任何变化就可适应。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 ATM是支持B-ISDN服务的技术， 它相当于一种分组交换技术。 选择它来支持 B-ISDN是为了优化网络资源， 避免由于连接暂时空闲时产生的空时隙引起带宽浪费， 提供给

26、连接系统吸收它们的通信量突发的可能性， 而且也不必迫使它们建立与它们平均比特率匹配的线路。 采用固定的信元长度有利于建立能够处理成千上万用户链路的快速和模块化交换机。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 ATM是面向连接的， 也可模仿一个无连接服务。 端系统可以同时与其他用户系统建立若干个虚通路（VC）。 其中一些VC可以合并为虚通道（VP）。 ATM与X.25服务的主要区别是， ATM的虚拟连接是同一个特定的服务类别相联系而建立的。 ATM运行于一个数字传输底层结构上， 该结构可以是PDH或SDH。 ATM也可同模拟传输共存。 家庭用户的接入采取混合方式， 用一条模拟信道来

27、传输模拟电视信号， 用ATM数字信道来传输VOD或交互式电视等数字服务。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 现在已经定义了ATM的四种主要服务类型： 线路仿真、 具有可变比特率的“异步”连接、 数据连接服务以及无连接服务。 ATM可用于局域网。 在广域网环境中， 关键的问题是公用远程通信网络运营公司为用户提供哪些服务。 ATM技术的优势在于： 它可以与应用需求相符合的服务建立联系。 所规定的比特率和误码率满足音频和视频流的实时传输要求。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 B-ISDN网络技术主要包括网络分层以及虚通路和虚通道的应用。 B-ISDN网包括物

28、理层、 ATM层以及其上的各层。 ATM传输网由ATM层和物理层构成。 物理层的传输功能被进一步分解为传输通道、 数字段和再生段三级； 而ATM层的传输功能被进一步分解为虚通路级和虚通道级。 虚通路链路是两个相邻ATM实体间传递ATM信元的单向通信能力的。 级连的虚通路链路组成虚通路连接。 用户与用户、 用户与网以及网与网之间的信息传递是由虚通路连接实现的。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 B-ISDN是大型综合通信网， 支持多终端上多个用户的多种通信业务， 网中必定会出现大量的速率不等的虚通路， 在高速环境下对这些虚通路进行管理必然存在很大的困难。 为了减少管理的复杂性

29、， 采用了分级的办法， 即在物理传输层和虚通路之间引入虚通道概念， 虚通道指有相同终点的一束虚通路。 虚通道是考虑到网的发展趋势提出的， 它将网的控制管理功能主要局限在由虚通路组成的较少的虚通道上， 可减少控制所需的功能， 从而减少控制所需的成本。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.4 多媒体通信的实时通信协议多媒体通信的实时通信协议 在Internet上实现实时多媒体通信是Internet发展到一定阶段后的必然趋势。 然而， Internet原本并不是用于实时通信的， 由于TCP/IP协议不能确保实时通信所需要的带宽， 传输延迟所造成的时间抖动将使实时通信的质量严重下

30、降。 另外， TCP协议负责数据的流量控制， 保证传输的正确性， 具有数据重发功能， 这一点也不适合于实时通信。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 所以在 Internet上传送多媒体信息时， 采用的都是UDP/IP协议， 而UDP和IP均不提供链接保证， 数据传输的可靠性没有保障。 为了解决这个问题， IETF提出了多种实时通信协议， 这里主要介绍应用比较广泛的实时传输协议（RTP）、 实时流协议（RTSP）和资源预留协议 （RSVP）。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.4.1 实时传输协议 实时传输协议（Real-time Transport

31、Protocol， RTP）是一种独立于应用程序的协议规范， 是用来解决IP网上为传送实时数据包的一种IETF标准协议。 开发RTP的目的就是为了满足用于音频和视频这类连续媒体数据的实时通信的要求， 在会话中提供协同工作和控制的能力， 为具有实时特性的数据传送提供服务。第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 RTP可以支持各种实时通信的应用， 比如同步的恢复、 信号丢失的监测、 安全保密和内容的识别等。 RTP具备一种时间戳控制机制， 可以实现带有定时特性的不同信息流之间的同步， RTP采用基于速率的流量控制机制， 使得发送方与接收方之间协同工作。 RTP由两个紧密相关的部分组成

32、： 实时传输协议（RTP）和实时传输控制协议（RTCP）。 为了可靠、 高效地传送实时数据， RTP和RTCP必须配合使用， 通常， RTCP包的数量占所有传输量的5。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 RTP主要用于承载多媒体数据， 并通过包头时间参数的配置使其具有实时的特征。 RTCP主要用于周期地传送RTCP包， 监视RTP传输的服务质量。 在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。 因此， 服务器可以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， 实现流量控制和拥塞控制服务。 下面将对RTP和RTCP分别进行描述。 第第6

33、 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 1 实时传输协议（RTP） RTP提供端对端网络传输功能， 适合通过组播和点播传送实时数据， 如视频、 音频和仿真数据。 RTP没有涉及资源预订和质量保证等实时服务。 RTP报文格式中包括固定的RTP报文头、 可选用的作用标识（CSRC）和负载数据。 如果RTP所依赖的底层协议对RTP报文的格式有所要求， 必须对RTP报文的格式进行修改或重新定义。 通常， 单一的底层数据报文仅包含单一的RTP报文。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 图6.4-1 RTP数据报头格式 版本09841531167填充扩展CSRC计数标记负载类型序

34、列号时戳标记同步源标识(SSRC)贡献源标识(CSRC)1 23第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 图6.4-1为RTP数据报头格式。 其中： （1） 版本（V）： RTP协议版本号， 占用2 bit。 （2） 填充（P）： 指明负载区最后是否有填充数据。 如果有填充数据， 则负载区的最后一字节中装载填充数据的长度， 占用1 bit。 （3） 扩展（X）： 指明12个字节后是否存在扩展部分， 占用1 bit。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （4） CSRC计数（CC）： 指明CSRC的个数， 占用4 bit。 （5） 标记（M）： 根据装载数据类型的不

35、同而不同， 例如， 对于视频信号表示一帧数据结束， 对于音频信号表示两个静默区之间的通话开始， 占用1 bit。 （6） 负载类型（PT）： 表示负载类型和媒体的编码方式， 占用7 bit。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （7） 序列号（Sequence Number， SN）， 接收端可通过序列号检测数据包传输过程中的丢包情况以及失序情况。 序列号的初始值是随机分配的。 每发送一个RTP数据包， 序列号就加 l。 为了通信过程中的安全性， 第一次生成RTP包时， 序列号的初始值是一随机数， 而不是0。 SN占用16 bit。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通

36、信网络技术 （8） 时间戳（Timestamp）： 描述RTP包中数据的采样时刻， 主要用于同步和计算时延。 时钟频率和数据格式有关， 不能使用系统时钟。 对固定速率的音频来说， 每次取样时戳时钟增1。 与包序列号一样， 时间戳的初始值也是一随机数。 如果多个连续的RTP包在逻辑上是同时产生的， 那么它们的时间戳相同。 时间戳占用4 byte。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （9） 同步源标识（Synchronization Source Identifier, SSRC）： 用于标识同步资源。 SSRC是随机选取的。 在一个RTP会话中， 两个SSRC不能有相同的值。

37、 SSRC占用 4 byte。 （10） 贡献源标识（Contributing Source Identifiers, CSRC）： 用以识别与 RTP包中负荷相关（提供负荷）的源。 由于CC项只有4位长， 当贡献源超过15个时， 只能识别15个。 CSRC由混合器（Mixer）通过贡献源的SSRC识别符插入到RTP包中。 CSRC包含015项、 每项占4 byte。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 在所有RTP报文中， 开始12个字节的格式完全按照RTP报文头定义的格式， 而CSRC标识列表仅出现在混合器插入时。 标准的RTP数据报文头部参数对RTP支持的所有应用类的共

38、同需要是完整的。然而，为了维持ALF（Application Layer Framing：应用层分帧）设计原则， 报文头部还可以通过改变、 增加参数实现优化， 或适应特殊应用的需要。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 由于标志位和负载类型段携带特定设置信息， 所以很多应用都需要它们， 否则要容纳它们， 就要增加另外32位字， 因此， 标志位和负载类型允许分配在固定头中。 包含这些段的八进制可通过设置重新定义以适应不同要求， 例如采用更多或更少标志位。 如果有标志位， 既然设置无关监控器能观察报文丢失模式和标志位间关系， 我们就可以定位八进制中最重要的位。 第第6 6章章 多

39、媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 如果RTP协议需要负载其他特殊格式（如视频编码）的音视频数据， 所要求的信息应该携带在报文的数据负载部分。 所需信息也可以出现在报文头部， 但必须总是在载荷部分开始处， 或在数据模式的保留值中指出。 如果特殊应用类需要独立负载格式的附加功能， 应用运行设置应该在现存固定报文头部的SSRC参数之后， 定义附加固定段。 这些设置能使客户端迅速而直接访问附加段， 同时， 与监控器和记录器无关设置仍能通过仅解释开始12个八进制来处理RTP报文。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 2 实时传输控制协议（RTCP） RTP本身并不能为按顺序传送数据包

40、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（Real-time Transport Control Protocol）提供这些服务。 RTP的RTCP通过在会话用户之间周期性地递交控制报文来完成监听服务质量和交换会话用户信息等功能。 根据用户间的数据传输反馈信息， 可以制定流量控制的策略， 而会话用户信息的交互， 可以制定会话控制的策略。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 RTCP将控制包周期发送给所有连接者， 应用与数据报文相同的分布机制。 底层协议提供数据与控制包的复用， 如使用单独的UDP端口号。 RTCP执行下列四大功能： （1） 提供数据发

41、布的质量反馈， 这是RTCP最主要的功能。 作为RTP的一部分， 与其他传输协议的流和阻塞控制有关。 反馈对自适应编码控制直接起作用。 反馈功能由RTCP发送者和接收者报告执行。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （2） 发送带有称作规范名字（CNAME）的RTP源持久传输层标识。 如发现冲突， 或程序重新启动， 即使SSRC标识可改变， 接收者也需要CNAME跟踪参加者， 同时需要CNAME与相关RTP连接中给定的几个数据流联系。 （3） 用于控制RTCP包数量的数量用语。 前两种功能要求所有参加者发送RTCP包， 因此， 为了RTP扩展到大规模数量， 速率必须受到控制。

42、 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （4） 传送最小连接控制信息， 如参加者辨识、 最可能用在“松散控制”连接， 那里参加者自由进入或离开没有成员控制或参数协调， RTCP充当通往所有参加者的方便通道， 但不必支持应用的所有控制通信要求。 RTCP报文格式与RTP报文类似， 包括固定的报文头部分和可变长结构元素， 结构元素的意义由RTCP报文的类型决定， 因为通常RTCP包非常小， 一般把多个RTCP包合并为一个RTCP包， 然后利用一个底层协议所定义的报文格式进行发送。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 RTCP报文头部参数首先要区别携带不同控制信息的

43、RTCP报文的类型， RTCP报文的类型主要有以下几种： （l） SR（Sender Report）： 发送报告， 当前活动发送者发送、 接收统计。 （2） RR（Receiver Report）： 接收报告， 非活动发送者接收统计。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 （3） SDES（Source Description）： 源描述项， 包括CNAME。 （4） BYE（Goodbye）： 表示结束。 （5） APP（Application-defined）： 特定应用函数。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 其中， 最主要的RTCP报文是SR和RR。

44、 通常SR报文占总RTCP包数量的25， RR报文占75。 类似于RTP数据包， 每个RTCP报文以固定的包头部分开始， 紧接着的是可变长结构元素， 但是以32位长度为结束边界。 在RTCP报文中， 不需要插入任何分隔符就可以将多个RTCP报文连接起来形成一个RTCP组合报文。 由于需要底层协议提供整体长度来决定组合报文的结尾， 所以在组合报文中没有单个RTCP报文的显式计数。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 RTCP控制报文的发送周期是变化的， 与报文长度L、 用户数N和控制报文带宽B相关； 周期PLN/B。 原因是， RTP被设计成允许应用自动扩展的模式， 连接数可从

45、几个到上千个。 在一般的音频会议中， 因为同一时刻一般只有两个人说话， 所以数据流和控制流都是内在限制的， 控制流不会对传输造成影响。 而在组播发送模式下， 给定连接数据率独立于用户数， 仍是常数， 但控制流量不是内在限制的。 如果每个参加者以固定速率发送接收报告， 控制流量将随参加者数量线性增长， 因此， 速率必须按比例下降。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 3. RTP的实现 RTP仅仅实现了网络传输层的功能， 要真正实现流媒体的网络传输， 网络层和会话层协议也必不可少， 图6.4-2中描述的是典型的服务器端RTP的实现方式， 在会话层， RTSP（Real-Time

46、 Streaming Protocol）和 SIP（Session Initiation Protocol）协议完成会话控制； 在传输层， 为实现真正的端对端传输， RTP还必须以UDP或TCP为底层协议； 在网络层， IP完成网络寻址等最基本的网络层功能。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 图6.4-2 服务器端的RTP实现框图 压缩打包后的音频、视频数据数据平面控制层面RTP层RTCP层RTSP/SIP层UDP/TCP层IP层Internet第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 在数据平面， 服务器端将压缩打包后的音视频数据按照RTP的报文格式装入RTP

47、报文的数据负载段， 同时配置RTP报文头部的时间截、 同步信息、 序列号等重要参数， 此时的数据报文已经具有典型的时间特征， 即被“流化”了。 在UDP/TCP层， RTP报文作为负载数据装入UDP/TCP报文中， 最后， 由 IP层负责最后的报文头部配置， 实现网络传输。 在客户端， 实现方式相反， 各网络层依次去除报文头部， 并读取相关的控制参数和时间参数， 最终获取可以实时播放的音视频数据。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 在控制平面， RTCP和RTSP报文通过UDP/TCP层后， 同样由IP层负责发送。 RTSP的主要功能是实现停滞、 暂停、 快进等VCR控制操作， SIP与RTSP功能类似， RTCP仅负责控制RTP报文的传输。 第第6 6章章 多媒体通信网络技术多媒体通信网络技术 6.4.2 实时流协议 1. RTSP简介 实时流协议RTSP（Real Time Streaming Protocol）是由RealNetworks和Netscape以及哥伦比亚大学共同提出的。 它是从RealNetworks的“RealAudio”和 Netscape的“LiveMedia”的实践和经验发展来的。 该协议定义了一对多应用程序如