42第九讲-数字媒体的传输技术new课件

数字媒体传输技术淮永建huaiyj@163.com1:2121/huaiyongjian2023/7/271数字媒体的传输技术2023/7/272流媒体流媒体（StreamingMedia）？2023/7/273流媒体产生背景宽带网络应用——娱乐性、互动性移动互联网视频服务StreamingMedia2023/7/274流媒体概念、特征流媒体是指运用可变带宽技术，在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据的一种格式。流媒体在播放前只将部分内容缓存，并不下载整个文件，在数据流传送的同时，用户可在计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间，使时延大大减少，而多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。流媒体数据流特征连续性、实时性、时序性（严格的前后时序关系）实现流式传输有两种方法：顺序流式传输和实时流式传输。

(1)顺序流式传输

(2)实时流式传输2023/7/275流媒体系统流媒体系统包括音/视频源的编码/解码、存储、流媒体服务器、流媒体传输网络、用户端播放器5个部分2023/7/27Web浏览器Web服务器媒体播放器媒体服务器HTTP/TCP检索控制信息RTSP/TCP描述媒体流流媒体的传输过程流媒体传输过程2023/7/277流媒体文件格式流媒体系统开发工具服务器组件播放器WindowsMediaWindowsMedia工具WindowsMediaServerMediaPlayerRealSystemRealProducerRealServerRealPlayerQuickTimeQuickTimePlayer2023/7/27流媒体文件格式MicrosoftMediaTechnology*.asfASF是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息在内的数据格式，通过分成一个个的网络数据包在Internet上传输，实现流式多媒体内容发布。包括流媒体制作（MediaTools）、发布（MediaServer）和播放软件（MediaPlayer）的信息流式播放方案。ASF支持任意的压缩／解压缩编码方式，并可以使用任何一种底层网络传输协议，具有很大的灵活性。MediaServer可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，具有多种文件发布形式和监控管理功能。MediaPlayer则提供强大的流信息的播放功能，不仅用于Web方式播放，还可以用于在浏览器以外的地方播放影音文件。2023/7/279流媒体文件格式RealNetworks公司realsystem.rm视频影像格式和.ra的音频格式RealSystem由媒体内容制作工具RealProducer、服务器端RealServer、客户端软件（ClientSoftware）组成。流媒体文件包括RealAudio，RealVideo，RealPresentation和RealFlash。2023/7/27realsystem流媒体文件特征RealAudio和RealVideo中所采用的自适应流（SureStream）技术是RealNetworks公司具有代表性的技术，可自动并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松地在网上实现视、音频和三维动画的回放。Real格式具有极高的压缩比和很好的传输能力，其流式文件采用RealProducer软件进行制作，将源文件或实时输入变为流式文件，再把流式文件传输到服务器上供用户点播。服务器端软件RealServer8，具有网络管理功能，支持广泛的媒体格式与流媒体商业模式。2023/7/2711流媒体文件格式Apple公司的QuickTimeApple公司于1991年开始发布QuickTime，它几乎支持所有主流的个人计算平台和各种格式的静态图像文件、视频和动画格式，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。2023/7/2712流媒体文件格式QuickTime包括服务器QuickTimeStreamingServer、带编辑功能的播放器QuickTimePlayer（免费）、制作工具QuickTime4Pro、图像浏览器PictureViewer以及使Internet浏览器能够播放QuickTime影片的QuickTime插件。QuickTime4支持两种类型的流：实时流和快速启动流。实时流的QuickTime影片必须从支持QuickTime流的服务器上播放，是真正意义上的流媒体，使用实时传输协议（RTP）来传输数据。快速流可以从任何WebServer上播放，使用超文本传输协议（HTTP）或文件传输协议（FTP）来传输数据。2023/7/2713其它流媒体文件格式多媒体课件和动画方面的流媒体技术还有Macromedia的Shockwave技术和MeataCreation公司的MetaStream技术等。Macromedia的Shockwave技术可以方便地在Web页面中加入图像、动画以及交互式界面等操作。包括FlV，ShockwaveforAuthorware，ShockwaveforDirector等流媒体技术。2023/7/2714其它流媒体文件格式MetaStream3D的图形设计软件是RayDreamStudio5以及RayDream3D，可以方便地在网上创建、发布及浏览被缩放的3D图形，它具有小文件量及流传输的特点，比其它任何一种已存在的Internet3D技术压缩率都高。MPEG-4被认为是对抗微软向媒体市场进军的一种技术。MPEG-4将很大的数字文件压缩成较小的文件，以便在互联网上进行传输，并提供交互功能，使影视节目具有在当今只有互联网网站和视频游戏才能提供的交互性。2023/7/2715流媒体系统的关键技术影响流媒体播放质量的3个关键因素：编码和压缩的性能与效率媒体服务器的性能媒体流传输的质量控制2023/7/2716流媒体系统的关键技术编码/压缩流媒体系统中的编码用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。影响音/视频流的编码性能的因素编码效率。媒体流的码流速率尽量低，以达到压缩流媒体文件的目的；编码的冗余性和可靠性。与普通多媒体文件压缩/编码不同的是，流媒体文件需要在网络上实时传输，因此必须考虑传输中数据丢失对解码质量的影响。2023/7/2717流媒体系统的关键技术编码方法(MDC)在Internet环境下，最典型的方法是多描述编码(MDC)。MDC把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量，多个描述结合起来提供更好的质量。速率调节一种方法是采用可扩展的层次编码，生成多个子位流（Substream），其中一个位流是基本位流，它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列；其他的子位流则起质量增强的作用，所有的子位流一起还原出最好质量的视频序列。当网络速率变化时，可以通过调节流输出的层次来控制码流的速率，从而适应网络速率的变化。2023/7/2718流媒体系统的关键技术媒体服务器流媒体系统中的媒体服务器用于存放和控制流媒体的数据。随着流媒体规模的扩大，流媒体服务器的性能成为制约流媒体服务扩展能力的重要因素。流媒体服务器性能关键指标流输出能力能同时支持的并发请求数量2023/7/2719媒体服务器影响流媒体服务器性能的因素CPU能力、I/O总线、存储带宽等。提高性能途径通常单个流媒体服务器的并发数都在几百以内，具有更好的性能采用大规模并行处理的结构；采用简单的PC集群的方式，这种方式下多个PC流媒体服务器用局域网连接，前端采用内容交换/负载均衡器将流媒体服务的请求分布到各个PC媒体服务单元；后一种方式的性能不如前一种方式，但是成本低，容易实现。2023/7/2720流媒体传输网络流媒体传输网络是适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络。流媒体在因特网上的传输必然涉及到网络传输协议，这是制约流媒体性能的最重要的因素。为了保证对网络拥塞、时延和抖动极其敏感的流媒体业务在面向无连接的IP网络中的服务质量，必须采用合适的协议，其中包括Internet本身的多媒体传输协议，以及一些实时流式传输协议等。2023/7/2721流媒体传输网络Internet本身的多媒体传输协议RSVP(ResourceReserveProtocol)协议预留一部分网络带宽，能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。如网络视频会议工具VIC中就集成了RSVP。流与预定流是从发送者到一个或多个接收者的连接特征，通过IP包中“流标记”来认证。发送一个流之前，发送者传输一个路径信息到目的接收方，这个信息包括源IP地址、目的IP地址和一个流规格。这个流规格是由流的速率和延迟组成的。接收者实现预定后，基于接收者的模式能够实现一种分布式解决方案。2023/7/2722流媒体传输网络实时流式传输协议RTP（Real-TimeTransportProtocol）用于Internet上针对多媒体数据流的实时传输协议RTCP（Real-timeTransportControlProtocol）跟RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务的实时传输控制协议定义了一对多的应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据的实时流协议RTSP（Real-TimeStreamingProtocol）。2023/7/2723RTP协议RTPRTP被定义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，也可在TCP或ATM等其他协议上工作。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。2023/7/2724RTCPRTCP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，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，以适应网络的带宽。网络传输速率调节窗口法。通过逐渐增大传送的码率，当发现网络上出现了包的碰撞，也就是检测到了丢包时，再减小发送的码率；基于速率的方法。先估计网络的带宽资源，再调整编码的目标速率来适应网络的状态。基于窗口的解决方案会引入类似TCP的重传，所以经常采用基于速率的解决方案。RTP和RTCP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。2023/7/2725RTSPRTSPRTSP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区别HTTP的请求由客户机发出，服务器作出响应；RTSP客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。RTSP是应用级协议，控制实时数据的发送，它提供了可扩展框架，使实时数据的受控、点播成为可能。该协议目的在于控制多个数据发送连接，为选择发送通道（如UDP、组播UDP与TCP）提供途径，并为选择基于RTP上发送机制提供方法。2023/7/2726流媒体传输网络采用内容分发网络（CDN）可以实现应用层的质量控制机制。CDN传输流媒体的优点通过应用层的内容分发降低了主干网络的流媒体流量，并实现了基于应用层的组播仿真（即利用主机构建独立于网络层的逻辑组播树，并采用主机上的应用层软件进行组播转发）；通过分布在网络边缘的流媒体服务器，避免了拥塞链路，提高了流媒体传输的性能和响应时间；通过CDN能够有效地提高整个流媒体系统的扩展性，降低对每个流媒体服务器的性能要求。目前，利用CDN传输流媒体是大规模流媒体应用的发展趋势。2023/7/2727流媒体的应用流媒体在宽带网络的应用网上新闻发布在线音/视频直播和VOD点播服务直播网络广告远程教育（员工培训）实时视频会议多媒体互动成了2023/7/2728流媒体国外的发展流媒体发展的广阔前景，业务支撑系统运营商、应用提供商、内容提供商及网络提供商纷纷利用各自的优势向该领域扩张。IBM的媒体资产管理解决方案以内容管理器（ContentManager）为基础层，建立多极存储管理层，可以使媒体公司在多种媒体应用程序和系统之间实现数字化资产的存储、获取、管理和发布。2023/7/2729流媒体在国外的发展YAHOO提供流媒体内容服务，它通过与Carsey-WernerDistribution合作，在其站点上提供了连续剧、名人访谈、电影以及音乐录像等内容，并计划举办在线音乐会和播放在线烹饪录像等内容。2023/7/2730流媒体在国外的发展韩国电信在运营流媒体业务方面为用户提供成人节目、教育节目、电视剧点播，使其获得赢利。2023/7/2731流媒体在国外的发展KeynoteSystems公司已推出了一个为测试Internet上的流媒体性能设计的“TheStreamingMedia20”指数，该公司按音频电子商务、财经音频、广播和有线电视等4类选取了20个流媒体网站，每周收集这些网站流媒体内容的性能信息并进行分析，得到该指数，为流媒体服务提供商向用户提供更优质的服务提供了基础数据。2023/7/2732流媒体在国内的发展在中国的宽带网络市场上，已推出不少基于MPEG-1，MPEG-2，REAL，WMT，QuickTime等各种流媒体编解码技术的产品，推动着宽带应用的发展。2023/7/2733流媒体在国内的发展思华科技的流媒体平台已经在国内部分城市的宽带网络上实现了应用，并推出了适合中国现阶段宽带网络的IP机顶盒解决方案，使传统的电信运营商能够在现有的网络上推出适合电视机终端市场的方案。该公司与微软合作，向市场推出了从视频采集到播出系统一整套基于MicrosoftMediaTechnologies体系开发的MPEG-4流媒体解决方案，这也是中国第一套应用在全城域宽带网络上的端到端的流媒体解决方案。2023/7/2734P2P简介什么是P2P技术

P2P是Peer-to-Peer的缩写，被称为“对等网络”。在网络中的每个结点的地位都是对等的。每个结点既充当服务器，为其他结点提供服务，同时也享用其他结点提供的服务。P2P模式的示意图如图所示。

2023/7/2735P2P技术的特点

P2P是一种新近兴起的网络模型，与传统的C/S、B/S模型比较。P2P技术的特点体现在以下几个方面：

(1)非中心化

(2)可扩展性(3)健壮性(4)高性价比(5)隐私保护(6)负载均衡P2P技术2023/7/2736传统的集中模式其工作原理如图所示。

传统的集中模式P2P技术的原理图传统的集中模式示意图2023/7/2737与传统C/S、B/S模式不同，在P2P的工作方式中，每一个客户终端既是客户机又是服务器。其工作原理图如图所示。

基于P2P的分布式模式P2P技术的原理图：基于P2P的分布式模式示意图2023/7/2738第一代P2P网络采用中央控制网络体系结构如图所示。

P2P的网络体系结构P2P技术的原理图：

第一代P2P网络采用中央控制网络体系结构

2023/7/2739P2P的网络体系结构P2P技术的原理图：第二代P2P采用分散分布网络体系结构

2023/7/2740P2P的网络体系结构P2P技术的原理图：

第三代P2P采用混合网络体系结构

2023/7/2741典型的P2P应用系统

在最近短短几年里，基于P2P的网络应用已经在人们的网络生活中占据了一席之地，知名的即时通信软件ICQ、MSN以及国内的QQ等都是P2P的经典应用。而在网络资源下载方面，目前最为热门的基于P2P的BT下载和电驴下载，基于P2P技术下载的MP3和视频文件已经成为宽带用户流量的主体。还有基于P2P技术的流媒体网络视频应用系统。2023/7/2742P2P的应用前景P2P技术的特点

与传统的分布式系统相比，