多媒体网络应用及通信技术课件

1、7.1 多媒体网络应用7.2 因特网上存取声音和电视的方法7.3 多媒体应用的通信需求7.4 多 媒 体 通 信7.5 流媒体技术7/21/2022多媒体信息技术1信息工程学院因特网上已经开发了很多应用，归纳起来大致可分成两类:一类是以文本为主的数据通信，包括文件传输、电子邮件、远程登录、网络新闻和Web等;另一类是以声音和电视图像为主的通信。通常把任何一种声音通信和图像通信的网络应用称为多媒体网络应用(multimedia networking application)。网络上的多媒体通信应用和数据通信应用有比较大的差别:多媒体应用要求在客户端播放声音和图像时要流畅，声音和图像要同步，因此对

2、网络的时延和带宽要求很高。而数据通信应用则把可靠性放在第一位，对网络的时延和带宽的要求不那么苛刻。 7.1多媒体网络应用7/21/2022多媒体信息技术2信息工程学院7.1.1 多媒体网络应用举例(1) 现场声音和电视广播或者预录制内容的广播：这种应用类似于普通的无线电广播和电视广播;不同的是在因特网上广播，用户可以接收世界上任何一个角落里发出的声音和电视广播。这种广播可使用单目标广播(unicast)传输;也可使用更有效的多目标广播(multicast)传输;现在市场上有许多因特网广播产品，包括RealNetworks公司的广播软件广播器(broadcasters)。7/21/2022多媒体

3、信息技术3信息工程学院7.1.1 多媒体网络应用举例(2)声音点播(audio on demand)：在这一类应用中，客户请求传送经过压缩并存放在服务机上的声音文件，这些文件可以包含任何类型的声音内容。例如，教授的讲课、摇滚乐、交响乐、著名的无线电广播档案文件和历史档案记录。客户在任何时间和任何地方都可以从声音点播服务器中读声音文件。使用因特网点播软件时，在用户启动播放器几秒钟之后就开始播放，一边播放一边从服务机上接收文件，而不是在整个文件下载之后开始播放。边接收文件边播放的特性叫做流放(streaming)。许多这样的产品也为用户提供交互功能。例如，暂停/重新开始播放，跳转等功能。现在已经有

4、许多因特网声音点播产品，包括RealNetworks公司的RealPlayer和Vocaltec公司的Internet Wave。7/21/2022多媒体信息技术4信息工程学院7.1.1 多媒体网络应用举例(3)影视点播(video on demand)，也称交互电视(Interactive Television)：这种应用与声音点播应用完全类似。存放在服务机上的压缩的影视文件可以是教授的讲课、整部电影、预先录制的电视片、(文献)纪录片、历史事件档案片、卡通片和音乐电视片等等。存储和播放影视文件比声音文件需要大得多的存储空间和传输带宽。现在，已经有很多因特网影视点播产品，包括RealNetwo

5、rks公司的产品5。7/21/2022多媒体信息技术5信息工程学院7.1.1 多媒体网络应用举例(4)因特网电话(Internet telephony)：这种应用是人们在因特网上进行通话，就像人们在传统的线路交换电话网络上相互通信一样，可以近距离通信，也可以长途通信，而费用却非常低。分组实时电视会议(group real-time video conferencing)：这类多媒体应用产品与因特网电话类似，但可允许许多人参加。在会议期间，你可为你所想看到的人打开一个窗口。现在也已经有许多在因特网上召开分组实时电视会议的产品，包括Cornell University开发的CU-SeeMe电视会议

6、产品，下图是电视会议的一个画面。7/21/2022多媒体信息技术6信息工程学院7.1.2 应用分类 (1) 按照交互频繁程度来划分 ：现场交互应用(live interactive applications)：因特网电话和实时电视会议.在这种应用场合下，与会者在任何时候都可能说话或者移动。从与会者说话或者移动的动作到达接收端的时延应该小于几百毫秒才能为用户接受。人的听觉系统对小于150毫秒延迟感觉不到150毫秒400毫秒之间时延可以接受时延超过400毫秒令人甚感别扭交互应用(interactive applications)：声音点播、影视点播是交互应用的例子.在这种应用场合下，用户仅仅是要求

7、服务器开始传输文件、暂停、从头开始播放或者是跳转而已。从用户发出请求播放到在客户机上开始播放之间的时延大约在15秒钟就可以接受对信息包时延和抖动的要求不像因特网电话和实时会议那样高 7/21/2022多媒体信息技术7信息工程学院7.1.2 应用分类 (2)按照交互频繁程度来划分 ：现场交互应用(live interactive applications)：交互应用(interactive applications)：非实时交互应用(non-interactive applications)：现场声音广播和电视广播或者预录内容的广播.在这些应用场合下，发送端连续发出声音和电视数据，而用户只是简单

8、地调用播放器播放，如同普通的无线电广播或者电视广播。用户只是简单地调用播放器播放时延在10秒或者更多一些都可以接受对信号的抖动要求也可以比交互应用的要求低 7/21/2022多媒体信息技术8信息工程学院电视会议的一个画面。 7/21/2022多媒体信息技术9信息工程学院7.1.3 应用开发面临的问题 (1)因特网提供两种类型的服务：可靠的面向连接服务(reliable connection-oriented service) 可靠的TCP服务保证把信息包传送到对方，对信息包的时延要求并不高 TCP(Transfer Control Protocol)协议提供的服务属于可靠服务不可靠的无连接服务

9、( unreliable connectionless service) 不可靠的UDP服务不作任何担保，既不保证传送过程中不丢信息包，也不保证时延满足应用要求使用UDP(User Datagram Protocol)协议提供的服务属于不可靠服务因特网现在提供的服务对所有信息包的传送都是平等的对时延要求很高的信息包在路由器的队列中都没有优先权在因特网上任何人都要排队等待综上：对信息包的时延和时延的大小缺乏任何保证 7/21/2022多媒体信息技术10信息工程学院8.1.3 应用开发面临的问题 (2)时至今日，因特网上的多媒体应用取得了重大的成就，但还只是有限度的成功直至现在，成功的因特网电话和

10、实时电视会议产品比成功的声音点播和影视点播产品少实时声音和电视产品可在带宽足够宽的因特网上工作得很好但当一遇到拥挤链路时，声音和图像的质量就恶化到不能接受的地步目前多媒体网络应用要集中解决个问题是：提高网络带宽减少时延(delay) 减少抖动(jitter) 7/21/2022多媒体信息技术11信息工程学院7.1.4 改善服务质量 因特网的可靠性服务要求任何信息包不管多么有价值，都必须参加排队和等待，在这种条件的限制下，人们已经作出了种种努力来改进设计：使用UDP协议而不使用TCP在接收端增加延迟播放时间(例如100毫秒或者更多)来减少网络引入的延迟抖动在发送端给信息包打上时间标记，接收端就可

11、以知道信息包什么时候应该播放给信息包添加错误校正码以减少传输过程中丢失的信息包所造成的质量下降 7/21/2022多媒体信息技术12信息工程学院7.1.5 多媒体网络应用的争论 争论的焦点是如何更好地安排对时间要求非常苛刻的多媒体的交通。一个极端是某些研究人员主张对最佳服务和底层的因特网协议不作任何改变，用扩大链路带宽的办法来解决；反对这种观点的研究人员认为，加大带宽费用太大，扩大的带宽也会很快被对带宽贪得无厌的多媒体应用吃掉。例如，高清晰度影视点播就是一个例子。另一个极端是某些研究人员主张应该对因特网做基本变更，为各种应用保留端端的带宽。例如，某些研究人员觉得，如果用户想从主机A给主机B打因

12、特网电话，就应该给由A到B路途上的每个链路明确保留带宽。采用这种方法解决多媒体的交通问题须要做一些比较大的变更：(1) 须要开发保留带宽协议。(2) 须要修改路由器队列中行程安排的策略才能实现带宽的保留。采用这种方案之后，信息包在传送过程中不再平等对待，而是付钱越多的信息包，带宽保留的越多。(3) 须要给网络一个交通说明，这样网络就必须要维持每种应用的交通。(4) 网络必须要有一种手段以确定是否有足够的带宽来支持新的带宽保留请求。把上述这些变更组合在一起时，就需要有新的和复杂的软件来支持。7/21/2022多媒体信息技术13信息工程学院7.1.5 多媒体网络应用的争论 在这两个极端之间，某些研

13、究人员不主张对因特网作比较多的更改，而是在网沿(edge of network)，即在用户和ISP之间的接口上添加简单的定价和监视措施，根据用户冲浪使用的速率和时间来收费。例如，用户使用28.8 Kb/s速率去冲浪是一种价格，使用10 Mb/s速率去冲浪又是一种价格，这种定价方案对距离是不敏感的。这些研究人员认为，通过简单地增加价格，当网络出现明显拥挤时多媒体网络应用的服务质量有可能得到保证。7/21/2022多媒体信息技术14信息工程学院因特网的改造方案在现有的基于TCP/IP协议的因特网基础上增加链路带宽，并使用一些辅助手段。（FEC、RTP、RTCP、IGMP、H.323）对现有的网络环

14、境进行彻底改造，制定新的适合多媒体通信的网络协议。（100VG-AnyLAN、ATM、IPv6、RSVP）对网络层和传输层进行很小的改变，且在网络边缘（用户与ISP之间）引入简单的记价和规划策略（DiffServ） 。7/21/2022多媒体信息技术15信息工程学院IPV4与Ipv6TCP/IP协议的核心协议之一就是IP地址编码协议。IPv6的全称是“互联网协议第6版”，目前的IPv4的地址是32位编码。IPv6的地址是128位编码，能产生2的128次方个IP地址，其资源几乎是无穷的。第一代互联网美国军方从60年代开始，70年代正式进行开发建设，1994年正式投入商业运营，并统一采用TCP/I

15、P协议。Ipv4的Ip地址大约为40多亿，但因为美国掌握了绝对的控制权，IP地址这种资源的分配上，明显偏袒美国，加上不珍惜，目前IP地址面临枯竭，以Ipv6为核心的下一代互联网就提上了日程。Ip地址的不平衡，从一个例子就可以看出。美国一个大学拥有的IP地址就几乎等于全中国的IP地址。我们的公众网因IP地址匮乏，被迫大量使用转换地址，严重影响了互联网本身的效益及安全。 Ipv6地址具体有多少呢？有人形容说：世界上每一粒沙子都可以分配一个地址，也就是说，在IPV6下，IP地址将可充分满足数字化生活的需要，不再需要地址的转换，还互联网本来的面目。更重要的是，将提供更安全，更为广阔的应用与服务。国于1

16、998年由CERNET率先建立了Ipv6试验床，并获得国际组织认可，于1999年开始分配Ipv6地址。7/21/2022多媒体信息技术16信息工程学院针对现有因特网的措施尽量利用UDP来传送音频和视频。在客户端采用推迟播放和缓冲区技术以减弱传输延迟和传输抖动的影响。在各个分组上加上顺序号、时间戳和同步标记，使客户端能够正确播放。针对分组丢失可以采用冗余纠错技术、交错传输技术和插值技术进行修复。7/21/2022多媒体信息技术17信息工程学院冗余纠错技术每n个原始块后发送一个冗余编码块，冗余块是由n个原始块的或(OR)运算生成的。捎带低质量冗余信息。7/21/2022多媒体信息技术18信息工程学

17、院7.2因特网上存取声音和电视的方法 经过压缩的声音或者电视文件放在Web服务器上，由Web服务器通过HTTP协议把文件传送给客户。经过压缩的声音或者电视文件放在声音/电视流放服务器(streaming server)上，由流放服务器通过非HTTP协议把文件传送给客户由一个单独的应用程序帮助器(helper)，通常叫做媒体播放器(media player)来播放声音和影视典型的媒体播放器要执行好几个功能，包括解压缩、消除抖动、错误纠正和用户播放等功能可以使用像插件这种技术把媒体播放器的用户接口放在Web客户机的用户界面上浏览器在当前Web页面上保留屏幕空间，并且由媒体播放器来管理7/21/20

18、22多媒体信息技术19信息工程学院7.2.1 读取声音和影视文件的方法(1)通过Web浏览器传送给媒体播放器 Web浏览器请求消息请求传送声音/电视文件Web服务器发送响应消息和请求的声音/电视文件Web浏览器调用相应的媒体播放器媒体播放器播放声音/电视文件特点：简单比较大的时延媒体播放器必须Web浏览器得到文件浏览器需要下载整个文件后才传送给媒体播放器在传输过程中时延很难接受 7/21/2022多媒体信息技术20信息工程学院7.2.1 读取声音和影视文件的方法 (2)直接把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器 用户点击超链接请求传送超级链接指向一个播放说明文件(presentation

19、description file)，这个文件包含有实际的声音/电视文件的地址(URL)。播放说明文件被封装在HTTP响应消息中播放说明文件也称元文件(meta file)，它可以是仅由声音/电视文件网址组成的只有一行的文本文件，也可以包含更多内容的文件。如，播放说明文件可以是同步多媒体集成语言(Synchronized Multimedia Integration Language，SMIL)文件，读成“smile”Web浏览器检查响应消息中的内容的类型，调用媒体播放器，把响应消息中的播放说明文件传送给媒体播放器媒体播放器直接与Web服务器建立TCP连接，然后把传送声音/电视文件的HTTP请求

20、消息发送到TCP连接上在HTTP响应消息中把声音/电视文件传送该媒体播放器并开始播放 7/21/2022多媒体信息技术21信息工程学院7.2.1 读取声音和影视文件的方法(3)特点：依然使用HTTP传送文件不容易使用户获得满意的交互性能7/21/2022多媒体信息技术22信息工程学院7.2.1 读取声音和影视文件的方法(4)直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器 特点：可考虑从独立的多媒体服务器(如声音服务器、电视服务器)把多媒体文件传送给媒体播放器允许应用开发人员为多媒体点播(multimedia-on-demand)设计一种流(式播)放协议(streaming protocol

21、) 使用这种结构，媒体播放器就向流放服务器请求传送文件，而不是向Web服务器请求传送文件，媒体播放器和流放服务器之间可以使用它们自己的协议进行通信，声音/电视文件可以使用UDP而不是TCP直接从流放服务器传送给媒体播放器。7/21/2022多媒体信息技术23信息工程学院7.2.1 读取声音和影视文件的方法(5)直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器 特点：需要两个服务器：HTTP服务器，用于Web页面服务流放服务器，用于声音/电视文件服务两个服务器可以运行在同一服务机上，也可以运行在不同的服务机上。如果Web服务器非常繁忙，使用两台服务机是有利的 媒体播放器(media playe

22、r) 功能:(1) 解压缩(2) 去抖动：由于到达接收端的每个声音信息包和电视图像信息包的时延不是一个固定的数值，如果直接播放，听起来就会有抖动的感觉，甚至无法理解。简单方法是使用缓存技术，就是把声音或者电视图像数据先存放在缓冲存储器中，经过一段延时之后再播放。(3) 错误处理：信息包流中的部分信息包在传输过程中就可能会丢失。如果连续丢失的信息包太多，用户接收的声音和图像质量就不能容忍。采取的办法往往是重传。(4) 用户可控制的接口：媒体播放器为用户提供的控制功能通常包括声音的音量大小、暂停/重新开始和跳转等等。7/21/2022多媒体信息技术24信息工程学院7.3多媒体应用的通信需求高网络带

23、宽低传输延迟低传输延迟抖动对传输可靠性要求相对较低支持多播支持服务质量（Quality of Service）机制7/21/2022多媒体信息技术25信息工程学院 1比特率可变性 多媒体传输按其特点可以分为恒定比特率和可变比特率两种类型。 2时间依赖性 连续媒体的传输必须是实时的，端到端的等待时间应当控制在一个很短的时间段内。 3信道对称性 在端到端的传输系统中，传输信道是双向的。根据多媒体应用类型的不同，上行和下行信道的通信量可能是对称的，也可能是不对称的。 7.3.1 多媒体数据流的基本特征7/21/2022多媒体信息技术26信息工程学院7.3.2 多媒体通信的性能需求 1吞吐量需求 网络

24、吞吐量是指有效的网络带宽，通常定义成物理链路的传输速率减去各种传输开销，以及网络冲突、瓶颈、拥塞和差错等开销，它反映了网络的最大极限容量。视频（未压缩）：140Mbps左右ITU H.261 64K2MbpsISO/IEC MPEG 1.4Mbps40Mbps 7/21/2022多媒体信息技术27信息工程学院7.3.2 多媒体通信的性能需求 2可靠性需求 差错率（Error Rate）是一种重要的性能指标，反映了网络传输的可靠性。 位差错率、帧差错率、分组差错率分别用于在不同的网络协议层次上计算差错率。 控制差错的方法：ARQ， 但对于时间要求严格的数据，ARQ没有意义FEC7/21/2022

25、多媒体信息技术28信息工程学院7.3.2 多媒体通信的性能需求 3延迟需求 延迟（Delay）是衡量网络性能的重要参数。延迟传播延迟、传输延迟、网络延迟、接口延迟等。与延迟有关的另一个性能参数是延迟抖动 。 传输延迟：含信源处、信宿处的采样、编码、解码、打包、拆包；传输延迟；端点系统的排队和播放延迟。对于端端延迟，一般要求小于150ms。 网络延迟：可分成固有延迟和随机延迟。固有延迟与传播延迟和链路比特率高低有关，而随机延迟则由网络故障、传输错误以及网络拥塞等引起，一般是不可预测的。 7/21/2022多媒体信息技术29信息工程学院7.3.2 多媒体通信的性能需求 4多点通信需求 多媒体通信涉

26、及音频和视频数据，在分布式多媒体应用中有广播和多播信息。因此，除常规的点对点通信外，多媒体通信需要支持多播通信方式。 7/21/2022多媒体信息技术30信息工程学院7.3.2 多媒体通信的性能需求 5同步需求 流间同步 流间同步是不同媒体间的同步，和具体应用有关，是一种端到端的服务。 流内同步 流内同步是保持单个媒体流内部的时间关系，即按照一定的延迟和抖动约束来传送媒体分组流，以满足感官上的需要。 7/21/2022多媒体信息技术31信息工程学院7.4 多 媒 体 通 信多媒体通信也是相对于以往的通信而言，在网上的通信内容由单纯的传送文字和图形发展到了传送声音和图像，这将成为本世纪通信的主体

27、。所谓多媒体通信主要指以下方面。静止图像和活动图像传送可视电话可视电话控制器的框图如图所示。7/21/2022多媒体信息技术32信息工程学院7/21/2022多媒体信息技术33信息工程学院多媒体终端多媒体终端不同于计算机网络上的一般终端，也不同于通信领域的传真机、电话机、可视电话等通信终端。它有如下一些特点。 集成性 交互性 同步性 实时性7/21/2022多媒体信息技术34信息工程学院7.4.1 多目标广播的概念单目标广播服务7/21/2022多媒体信息技术35信息工程学院7.4.1 多目标广播的概念多目标广播服务7/21/2022多媒体信息技术36信息工程学院7.4.1 多目标广播的概念多

28、播（Multicast）也叫组播，它不同于广播，其传送方式是把相同的数据送到一组选择的目的地站点，而广播是把相同数据传送到其它所有站点。多播技术可以广泛应用于因特网电台、因特网电视、视频会议、股市报价、分布式多媒体游戏等多媒体网络应用中。多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一种多目的地址。7/21/2022多媒体信息技术37信息工程学院7.4.2 IP组播地址IP多播地址（也称为组地址）在到55的D类地址范围内，这是通过将前四个高序位设置为1110来定义的。在网络前缀或无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）表示

29、法中，IP多播地址缩写为/24。 从到55 (/8)范围的多播地址保留用于本地子网。 - 该子网上的所有主机。 - 该子网上的所有路由器。7/21/2022多媒体信息技术38信息工程学院IP多播的组模型 IP多播定义的组模型是一种无根（no root）控制模式，其理解要点如下：1、侦听特定IP多播地址的那一组主机称为一个多播组(主机组)。2、主机组的成员关系是动态的，主机可以在任何时候加入或离开该组。3、主机组的成员数量没有限制。4、主机组可以跨越多个网段。这需要沿路各个路由器上的IP多播支持，并且IGMP协议和多播路由协议配合来完成。5、在网络层，发送方无法控制也不知道具体一台主机是否属于该

30、多播组。6、任何一台主机无论它是否属于该多播组，都可以向该多播地址发送数据。数据可以被该主机组的所有成员接收。7/21/2022多媒体信息技术39信息工程学院7.4.3 在LAN上实现多播在LAN上，网络层定义的多播工作方式最终还要借助于MAC层的多播机制来实现。几乎所有的LAN采用的都是广播式信道，所以在LAN上都是借助于广播机制实现多播的。具体工作过程为：发送方将组播数据帧广播到LAN共享信道上，处在本LAN中的该多播组的成员主机监听到之后将其接收，其它主机则将其丢弃。MAC层也定义了单播MAC地址和组播MAC地址，以使网卡对监听到的数据帧区别对待。组播IP地址要映射为组播MAC地址。7/

31、21/2022多媒体信息技术40信息工程学院将IP多播映射到MAC层多播为了支持IP多播，Internet权威机构把01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF范围的多播地址保留用于以太网和FDDI。IP多播地址的23个低序位被直接映射到MAC层多播地址23个低序位。0：表示单播地址1：表示组播地址7/21/2022多媒体信息技术41信息工程学院7.4.4 以太网卡的工作模式单播侦听模式：网卡底层硬件只接收目的MAC地址与本网卡物理地址匹配的数据帧和目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF（广播地址）的数据帧。单播侦听扩展模式：在单播侦听模式的基础上，网卡底

32、层硬件还接收目的MAC地址与硬件MAC地址过滤器中某个值相匹配的数据帧。硬件MAC地址过滤器中的值可以通过软件配置。混合模式：网卡底层硬件接收所有的数据帧。多播混合模式：网卡底层硬件接收单播/组播标志位为1的所有的数据帧。7/21/2022多媒体信息技术42信息工程学院7.4.5 在Internet上实现多播为了实现Internet上的多播，主机必须通知本地子网边界路由器关于它正在侦听某个特定组地址的多播流量的情况。此处用的是IGMP协议。子网边界路由器必须将组成员关系传达给其他IP多播路由器，这是通过某种多播路由协议显式的或者隐式的进行的。7/21/2022多媒体信息技术43信息工程学院IG

33、MP协议因特网组管理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。7/21/2022多媒体信息技术44信息工程学院IGMP消息版本类型最大响应时间校验和多播组地址（D类IP地址）消息类型发送者作用普通成员资格查询路由器多子网内所有主机的参与多播组的情况进行查询特定成员资格查询路由器查询子网内是否有特定多播小组中的主机存在成员资格报告主机主机想要或者已经加入到特定多播小组向路由器作出汇报离组报告主机主机离开特定多播小组时向路由器作出汇报IGMP消息格式：7/21/2022多媒体信息技术45信息工程学院IGMP消息消息类型目的IP地址组地址字段普通成员资

34、格查询特定成员资格查询特定组地址成员资格报告特定组地址特定组地址离组报告特定组地址7/21/2022多媒体信息技术46信息工程学院多播路由协议多播路由协议的作用：显式或者隐式的在多个多播路由器之间传递组成员信息。构造多目标广播树，为每个多播路由器构造相应的多播转发表。7/21/2022多媒体信息技术47信息工程学院多播路由协议分类(1) 密集型多目标广播路由协议，假定多目标广播组成员密布在整个网络上。它是依靠一种称为“流放(flooding)”技术来把信息传播到网络上的所有路由器。这个协议包含距离矢量多目标广播路由协议(DVMRP)、多目标广播开放式最短路径优先(MOSPF)协议和协议独立的多

35、目标广播-密集型(PIM-DM)路由协议。(2) 稀疏型多目标广播路由协议，假定多目标广播组成员稀疏地分布在整个网络。根据这种假设制定的协议叫做。稀疏型多目标广播路由协议包括用几个核心路由器构造的核心基干树(CBT)协议和协议独立的多目标广播-稀疏型(PIM-SM)路由协议。7/21/2022多媒体信息技术48信息工程学院7.5 流媒体（Stream Media）技术狭义上的流媒体是相对于传统的下载回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户端可以边接收边播放，使时延大大减少，而不用等到完全下载完毕再播放。广义上

36、的流媒体是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法、协议和软件的总称，我们习惯上称之为流媒体系统。流媒体技术不是单一的技术,它是建立在很多基础技术之上的技术。它的基础技术包括:网络通信、多媒体数据采集、多媒体数据压缩、多媒体数据存储、多媒体数据传输。然而，流媒体实现的关键技术就是流式传输。7/21/2022多媒体信息技术49信息工程学院与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助于保护多媒体数据的著作权。7/21/2022多媒体信息技术5

37、0信息工程学院1.流媒体传输流程 流式传输的实现还需要合适的传输协议。在流式传输的实现方案中,一般采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时声音视频数据。流媒体的具体传输流程如图所示： HTTP/TCP 控制信息 RTSP/TCP(UDP ) 数据流 RTP/UDP 7.5.1 流媒体技术7/21/2022多媒体信息技术51信息工程学院一般来说,流式传输的过程包括三个步骤：(1)用户选定一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,得到需要传输的实时数据。然后客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序,使用HTTP从Web服务器检

38、索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。(2)A/V Helper程序及A/V服务器运行实时流协议(RTSP),以交换A/V传输所需的控制信息。RTSP提供了操纵播放、快进、快退、暂停及录制等命令的方法。(3)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(一般可认为客户程序等同于Helper程序),一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。在流式传输中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系,是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V He

39、lper程序所在客户机的目的地址。 7/21/2022多媒体信息技术52信息工程学院 2. 流媒体系统结构 现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其体系结构的本质是相近的。 流媒体的体系构成：编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；流媒体数据；服务器：存放和控制流媒体的数据；网络：适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；播放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放器和ActiveX方式的插件）。7/21/2022多媒体信息技术53信息工程学院3.流媒体传输协议 流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般

40、采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。（1）实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol) RTP是用于Internet/Intranet针对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传输的情况下工作，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等其他协议上工作。7/21/2022多媒体信息技术54信息工程学院(2)实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control Protocol) RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制

41、服务。通常RTP和RTCP配合使用，RTP依靠RTCP为传送的数据包提供可靠的传送机制、流量控制和拥塞控制，因而特别适合传送网上的实时数据。 (3)实时流协议RTSP(Real-time Streaming Protocol) 实时流协议RTSP由Real Networks和Netscape共同提出，该协议定义了一对多应用程序如何有效通过IP网络传送多媒体数据。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。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP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

42、请求，即RTSP可以是双向的。7/21/2022多媒体信息技术55信息工程学院（4）资源预订协议RSVP(Resource Reservation Protocol) 它是网络控制协议，运行在传输层。由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输服务质量提供QoS。7/21/2022多媒体信息技术56信息工程学院4. 缓存技术Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，实时A/V源或存储的A/V文件

43、在传输中被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存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。7/21/2022多媒体信息技术57信息工程学院5. 流媒体的播放方式 单播：客户端与媒体服务器之间要建立一个单独的数据通道，从一台服务器上送出的数据包只能传送给一个客户机。 组播：允

44、许路由器一次将数据包复制到多个通道上。单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。 点播与广播：点播连接是客户端与服务器之间主动的连接。用户可以开始、暂停、快进、快退或停止流。而广播是用户被动的接收流。在广播端用户接收流，但不能控制流。7/21/2022多媒体信息技术58信息工程学院2.5 流媒体的文件格式 压缩媒体文件格式: 如Mov,Mpg,mp3,Wav,Avi文件等。 文件压缩过程 Compressed Media File Format(Small File Size)Standard MediaFile Format(Large File Size)Compressi

45、on Softwareor Hardware7/21/2022多媒体信息技术59信息工程学院 流式文件格式 如：Asf, Rm, Ra, Rp, Rt 文件。Streaming Media File Format(Small File Size)Standard MediaFile Format(Large File Size)Stream Encoding Softwareor Hardware7/21/2022多媒体信息技术60信息工程学院 流媒体的发布格式 媒体发布格式既不是压缩格式，也不是传输协议，其本身并不描述视听数据，也不提供编码方法。媒体发布格式是视听数据安排的唯一途径，物理数据

46、无关紧要，仅需要知道数据类型和安排方式。以特定方式安排数据有助于流式多媒体发展，因为我们需要有一个开放的媒体发布格式为所有商业流式产品应用。总有一天，单个媒体发布格式能包含不同类型媒体的所有信息，如计时、多个流同步、版权和其它信息。实际视听数据可位于多个文件中，而由媒体发布文件包含的信息控制流的播放。常用的媒体发布格式有：Asf, Smil, Ram, Rpm等文件。7/21/2022多媒体信息技术61信息工程学院6. 流媒体发展现状 Internet/Intranet上使用较多的流媒体技术主要有Real Networks公司的Real System，Microsoft公司的Windows M

47、edia Technology和Apple公司的QuickTime，它们是当今流媒体传输系统的主流技术。流媒体技术已广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等，在企业一级的应用包括电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。 在国内，流媒体技术在国外成熟技术的基础上逐步扩大应用，诸如网上现场直播、网上教育系统、网上手术数字化直播系统等，他们的体系结构是类似的。7/21/2022多媒体信息技术62信息工程学院7.5.2 流媒体技术发展新趋势 早期的流媒体系统用在互联网上传输一些低质量的多媒体信息，随着网络技术的发展，一些高质量的流媒体应用已经开始出现，如IPTV将向用户传输标清甚至高清的电

48、视节目。另外，随着无线网络和各种各样手持设备的出现，无线流媒体的应用也变得越来越重要。并且由于很多现代家庭中既有高端的PC和电视，又有多种功能的手机，PDA（Personal Digital Assistant ），便携式媒体播放器，因此流媒体也将在家庭娱乐和数据共享上一显身手。7/21/2022多媒体信息技术63信息工程学院针对这些应用的需求，流媒体技术本身也在迅速地变革和发展，例如利用一些高效的编码技术和传输技术提高流媒体系统性能；发展新的标准扩展流媒体技术到各种不同的网络和设备；在流媒体系统中增加更多的新功能来满足应用的需要。 流媒体新服务 1. IPTV IPTV，也叫交互式网络电视，

49、就是利用流媒体技术通过宽带网络传输数字电视信号给用户，这种应用有效地将电视、电讯和PC三个领域结合在一起，具有很强的发展前景。IPTV可以采用两种不同的方式提供用户电视服务，组播或者广播方式和视频点播（VOD）方式。 7/21/2022多媒体信息技术64信息工程学院2. 无线流媒体 2.5G、3G以及超3G无线网络的发展也使得流媒体技术可以被用到无线终端设备上。 手机设备运算能力越来越强，存储空间越来越大，不用说SMART Phone和Pocket PC等高端手机，就是一般的中档手机，如Nokia 6610，也能实现基本的H.264的软件解码。 7/21/2022多媒体信息技术65信息工程学院3. 电子家庭 现代家庭中的越来越多的设备可以用来采集，接收，发送和播放多媒体数据。并且家庭中的网络连接也是多样化的，所有这些设备所收到的多媒体数据如何在家庭网络和设备间共享，为流媒体的发展提供了一个更大的舞台，真正实现一种无所不在、随心所至的多媒体服务，让多媒体真正地像液体一样自由流动起来。流媒体在家庭网络应用中的关键是如何使多媒体数据能够适应不同的设备的能力，如在电视和PC机中播放的视频的大小可能是标清甚至是高清，但是同样的内容就可能需要经过流媒体系统有效的转换才能成为最适合在手持设备上播放的媒体。 7/21/2022多媒体信息技术66信息工程学院 流媒体新技术1.