第九章多媒体网络通信技术概述

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39.1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。49.1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69.1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)99.1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…129.1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139.1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语音图像视频压缩视频BER<10-1<10-4<10-2<10-6PER<10-1<10-9<10-3<10-9149.1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

159.1多媒体网络技术基础(续)QoS参数层次模型16分类179.1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189.1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199.1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。209.1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〗219.1多媒体网络技术基础(续)国际标准对QoS参数支持229.1多媒体网络技术基础(续)与多媒体传输有关的QoS参数239.1多媒体网络技术基础(续)与多媒体传输有关的QoS参数249.1多媒体网络技术基础(续)与多媒体传输有关的QoS参数259.1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

269.1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。279.1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。289.1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。299.1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309.1多媒体网络技术基础(续)TCP/IP基础OSI参考模型TCP/IP参考模型7654321应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层

传输层

Internet层主机至网络不存在319.1多媒体网络技术基础(续)TCP/IP基础TCP/IP协议与网络{协议网络层：应用

传输

Internet/网络层物理+数据链路Telnet,FTP,Http,SMTP,NNTP,DNS,…TCP,UDPIP,ICMP,ARPEthernet,WLAN,TokenBus,……329.1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339.1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349.1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。359.1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369.1多媒体网络技术基础(续)组播Multicast非组播组播379.1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）。389.1多媒体网络技术基础(续)组播环境39IGMP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409.1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。419.1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429.1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439.1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449.1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：到55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：是LAN上的所有地址是LAN上的所有路由器的地址是LAN上的所有OSPF(OpenShortestPathFirst)路由器的地址是LAN上的所有指定OSPF路由器的地址459.1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469.1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479.1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48RTP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)499.1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)519.1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529.1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539.1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549.1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559.1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569.1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579.1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589.1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线路交换网络概念基于线路交换的电话网络线路AB

A

B接通某条线路611234SourcedataChoppedintopre-determinedlength1234HeaderPacketizationnodenode信息包交换网络概念629.2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。639.2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649.2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659.2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669.2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：679.2多媒体通信技术(续)技术概要---标准3个主要的系列标准：689.2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699.2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709.2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）。719.2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729.2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739.2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）ITU（国际电信联盟）标准100多家公司联合制定749.2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。759.2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.234769.2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：视频输入输出视频编解码多路复用/解复用音频输入输出用户应用数据系统控制音频编解码延迟控制协议SRP/LAPM处理网络接口ISDN网MCUH.261H.221G.711(722,728)T.120H.230,H.242,H.243779.2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789.2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.225.0799.2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：视频输入输出视频编解码数据打包/解包视频输入输出用户应用数据系统控制音频编解码延迟控制协议H.245呼叫控制Q.931LAN网络接口H.261H.222G.711(722,723,728)T.120黄色字体表示与H.320标准相同处809.2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：819.2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829.2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839.2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849.2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859.2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）869.2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879.2多媒体通信技术(续)视频会议系统及标准H.323协议栈889.2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建议内容T.120多媒体数据传输规程T.122声像会议多点通信业务规程T.123声像会议的通信规程栈T.124通用会议控制T.126允许用户在多点文件会议中查询图像或对其解释、共享应用和交换传真图像T.127为用户提供同时初始化多点文件传输能力89H.323工作示意图PictureTel(1)ARQ（AdmissionReQuest）：我能否呼叫“Bob”?(2a)进行地址转换，把“Bob”解析为IP地址。(2b)应用准入控制(3)ACF（AdmissionsConFirmation）：是。请使用这个IP地址BillBob会务器90H.323工作示意图PictureTel(4)SETUP(创建连接)BillBob会务器(5)ARQ我能否应答?(6)ACF是(7)ALERTING(8)CONNECT(应答)91H.323工作示意图PictureTelBillBob(9)H.245连接建立-协商-启动音视频逻辑通道929.2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：H.263视频编码标准，压缩后的速率为20kb/sG.723.1音频编码标准，压缩后的速率为5.3kb/s(用于声音＋数据)或者6.3kb/sH.223低位速率多媒体通信的复用协议H.245多媒体通信控制协议H.233视听服务的安全系统H.234视听服务的密钥管理和验证系统T.120实时数据会议标准939.2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