第9章多媒體網絡通信技術9.1多媒體網絡技術基礎2基于計算機網絡的分布式多媒體應用計算機網絡應用非常廣泛39.1多媒體網絡技術基礎分布式多媒體的應用特點同步：各媒體之間必須同步地向用戶表現；分布性：媒體數據具有分布性，通信可能是在一個群組內部進行。實時性：視頻和音頻媒體進行通信必須達到實時性要求。需要傳輸：多媒體數據傳輸與應用的智能化以及信息傳遞的可靠性和保密性。數據量大：多媒體數據量大，尤其是連續的視頻流，甚至是多路視頻流，雖然經過壓縮，數據量仍然較大。49.1多媒體網絡技術基礎(續)分布式多媒體的傳輸要求基本要求

帶寬等特殊要求

對連續媒體流的支持能力實時性交互能力時空約束性5與多媒體通信相關幾個網絡傳輸概念傳輸源傳輸目的帶寬、吞吐量：單位時間數據傳輸量抖動：包傳輸間隔時間有變化數據包傳輸間隔延遲丟包69.1多媒體網絡技術基礎(續)帶寬

視頻必須以壓縮形式傳送。二種常用的壓縮標準：ITU的H.26x標準ISO的MPEG標準多媒體通信量在二個方向上可能是非對稱的。7例如：8吞吐量網絡物理鏈路的比特率減去各種額外開銷。如某高速網比特率為155Mbps,實際最大吞吐量為136Mbps,3%開銷用于同步光纜，9%開銷用于ATM.

其他因素還有網絡擁塞，瓶頸，緩沖區容量，流量控制，節點或線路故障等。 9.1多媒體網絡技術基礎(續)99.1多媒體網絡技術基礎(續)延遲延遲的來源：信源處的媒體采樣和壓縮編碼，以及打包延遲傳輸延遲端點系統的排隊和播放緩沖延遲信宿處的拆包、解碼和輸出延遲。10抖動：延遲的變化發送方接收方時間9.1多媒體網絡技術基礎(續)11發送方“targetdestroyed”“fire”observer節點抖動所帶來的…129.1多媒體網絡技術基礎(續)有效支持連續比特流通信基于延遲的通信類型異步

———對報文分組的傳輸延遲沒有限制同步

———對每個報文分組的傳輸延遲有一定的限制等時

———每個報文分組具有恒定的傳輸延遲139.1多媒體網絡技術基礎(續)可靠性（Reliability）可接受的比特差錯率

BER（BitErrorRate）可接受的分組差錯率

PER（PacketErrorRate）以下為部分媒體可接受差錯率語音圖像視頻壓縮視頻BER<10-1<10-4<10-2<10-6PER<10-1<10-9<10-3<10-9149.1多媒體網絡技術基礎(續)服務質量QoS（QualityofService）

QoS是分布式多媒體信息系統為了達到應用所要求的性能所需的一組定量和定性的特性，可用一組參數表示。 Innetworkedmultimediaapplications,variousentitiestypicallycooperateinordertoprovidethereal-timeguaranteestoallowdatatopresentedattheuserinterface.TheserequirementsaremostoftendefinedintermsofQoS.

QoSisdefinedasthesetofparametersthatdefinesthepropertiesofmediastreams.

《MultimediaCommunicationSystems.Techniques,Standards,andNetworks》p.3

159.1多媒體網絡技術基礎(續)QoS參數層次模型16分類179.1多媒體網絡技術基礎(續)分類從通信的角度，按照ISO/OSI基本參考模型，QoS參數可以分為如下三個層次。與網絡傳輸技術相關的QoS涉及物理層和數據鏈路層的QoS參數。與通信相關的QoS定義與通信協議有關的處理用戶數據的功能特性，如差錯檢測、信息同步、延遲或吞吐量等參數。從第3層網絡層到第7層應用層面向應用的QoS主要有出錯率、分辨率、優先級等189.1多媒體網絡技術基礎(續)分類

從用戶對系統服務的感受來看，QoS可以分為如下兩個方面。性能相關的QoS用戶看到的與性能相關的QoS參數都是可以按數值衡量的，因此，我們也稱這類參數為數量上的QoS(Quantatitive)功能相關的QoS與功能相關的QoS則從質量(Qualitative)的角度表述。如安全性、優先級和同步特性等，而且各個功能可能有各自不同的安全性、優先級和同步特性199.1多媒體網絡技術基礎(續)分類從系統的組成的角度來看，QoS可以分為如下兩個方面。與端系統相關的QoS包括端系統和中間轉接系統在內的系統參數，如內存管理方法或調度機制，系統的負載等與通信協議相關的QoS包括重新傳輸次數、確認計時器等與通信協議有關的參數。209.1多媒體網絡技術基礎(續)多媒體傳輸QoS參數相關國際標準ISO通信協議，如TP4〖ISO88〗，CLNP〖ISO88－2〗QoS基本體系結構〖ISO95〗ITU-T提出的服務類型〖ITU94－2〗ITU-T標準E.800〖ITU94－3〗，QoS和相關特性ITU-T標準I.350〖ITU94－4〗，數字網絡的QoS和網絡性能的一般問題ITU-T關于ATM的標準，如I.356〖ITU94－1〗和I.371〖ITU94－5〗219.1多媒體網絡技術基礎(續)國際標準對QoS參數支持229.1多媒體網絡技術基礎(續)與多媒體傳輸有關的QoS參數239.1多媒體網絡技術基礎(續)與多媒體傳輸有關的QoS參數249.1多媒體網絡技術基礎(續)與多媒體傳輸有關的QoS參數259.1多媒體網絡技術基礎(續)QoS管理的幾個概念QoS參數的定義和映射QoS參數的定義指定QoS性能指標的上下界限指定達不到要求時系統的反應等。QoS映射系統自動將用戶的高層次QoS請求解釋成較低層次的QoS參數

269.1多媒體網絡技術基礎(續)QoS協商和準許控制協商指用戶和系統之間協商確定最終通信的QoS參數的過程；準許控制對于用戶應用的每個新需求，系統都要對其對應的QoS與系統當前的資源進行比較，并根據一定的策略確定該行為是否能夠實施，這種比較過程和判斷策略就是QoS準許控制的主要內容。279.1多媒體網絡技術基礎(續)資源分配和調度資源資源包括CPU、進程、線程、內存緩沖、網絡帶寬和路由等。系統通過分配和調度這些資源滿足用戶應用的QoS請求。289.1多媒體網絡技術基礎(續)QoS資源維護、監視和控制動態管理資源，以確保QoS協商過程中所確定的QoS不受負載變化的影響。299.1多媒體網絡技術基礎(續)Internet與TCP/IP因特網(Internet)TCP/IP協議堆網關設備動態路由技術TCP/IP:實際上已成為因特網的代名詞。現今對網絡多媒體的研究集中在因特網領域。為對多媒體網絡應用有比較深入的理解，就需要了解因特網的基本術語、結構和協議309.1多媒體網絡技術基礎(續)TCP/IP基礎OSI參考模型TCP/IP參考模型7654321應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層

傳輸層

Internet層主機至網絡不存在319.1多媒體網絡技術基礎(續)TCP/IP基礎TCP/IP協議與網絡{協議網絡層：應用

傳輸

Internet/網絡層物理+數據鏈路Telnet,FTP,Http,SMTP,NNTP,DNS,…TCP,UDPIP,ICMP,ARPEthernet,WLAN,TokenBus,……329.1多媒體網絡技術基礎(續)TCP/IP基礎TCP：可靠的、面向連接的協議發送端：允許從一臺主機發出的字節流無差錯地發往互聯網上的其它主機。它把輸入的字節流分成報文段并傳給Internet層。接收端：TCP接收進程把收到的報文再組裝成輸出流。流量控制：避免快速發送方向低速接收方發送過多的報文而使接收方無法處理339.1多媒體網絡技術基礎(續)TCP/IP基礎UDP：不可靠的、無連接的協議。不排序無流量控制速度：快應用場合：對準確性要求不嚴格的場合，比如語音或影像349.1多媒體網絡技術基礎(續)多點通信多媒體涉及音頻和視頻數據，在交互和分配型應用中，典型的是廣播（broadcast）和組播（Multicast）信息。359.1多媒體網絡技術基礎(續)廣播是把相同數據傳送到其它所有站點。組播又稱多播或多路投遞把相同的數據送到一組選擇的目的地站點，組播信息傳遞用的是組（group）地址，組地址是網絡上與多個站點相關的多目的地址組播通信是在群組（多個）對等層之間建立連接或通信關系369.1多媒體網絡技術基礎(續)組播Multicast非組播組播379.1多媒體網絡技術基礎(續)組播環境TCP/IP協議堆（族）中可支持IP多目標廣播軟件支持網際主機組管理協議(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)，這樣就可以申請參加多目標廣播組(multicastgroup)和接收多目標廣播要有IP多目標廣播應用軟件，例如電視會議軟件在發送與接收兩端之間的所有路由器都具備多目標廣播的功能（許多新的路由器都有這個功能）。389.1多媒體網絡技術基礎(續)組播環境39IGMP協議IGMP協議工作在主機和直接與其相連的路由器之間。路由器用IGMP協議收集子網內主機的組成員信息IGMP消息封裝在IP數據報(IPdatagram)中，而數據報有兩種類型：主機成員查詢(HostMembershipQuery)數據報主機成員報告(HostMembershipReport)數據報給LAN上的所有地址409.1多媒體網絡技術基礎(續)多目標廣播樹組播樹(multicasttree)或者叫做組播生成樹(multicastspanningtree)用來描述服務器(播送器)和接收機之間構成的播放與接收關系。服務器只向外傳送一個信息包流，組播路由器按組播樹為每個分支復制一個信息包。419.1多媒體網絡技術基礎(續)組播樹可以是同構樹和異構樹同構樹的所有分支都支持相同目標的QoS規范，便于對組播QoS的控制；異構樹支持異構節點429.1多媒體網絡技術基礎(續)例如在一個多播組中，有N個參與者直接連到高速網絡（如ATM網）上，K個參與者通過較低速網絡（如窄帶ISDN）間接接入。那么，對于同構樹來說，所有的N＋K個接收方將忍受相同的經縮減以適合窄帶ISDN傳送的數據流。而在異構樹中，N個接收方可以享受到全面的QoS服務，僅僅K個接收方收到降低的QoS數據439.1多媒體網絡技術基礎(續)組播源把數據或者組播通知發送給所有路由器

不想參加多目標廣播的終端逆向發送一個刪除消息刪除沒有成員的分支和不在最短路徑樹上的分支

在組播源生成最短路徑樹使用聯結和刪除功能改變成員之間的關系組播建立過程449.1多媒體網絡技術基礎(續)IP組播地址RFC1112：使用IP地址中的D類地址來實現IP多目標廣播(IPMulticast)D類地址：到55共28位表示，同時可有25億個組

主機組地址分為兩種：永久性地址，臨時性地址永久地址如：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多媒體網絡技術基礎(續)組播路由協議兩種基本路徑選擇法：密集型多目標廣播路由協議(dense-modemulticastroutingprotocols)假設多目標廣播組成員密布在整個網絡上，也就是許多子網至少包含一個成員，并且帶寬很充裕，根據這種假設制定的協議稀疏型多目標廣播路由協議(Sparse-ModeMulticastRoutingProtocols)假設多目標廣播組成員稀疏地分布在整個網絡，并且未必有充裕的帶寬可用。根據這種假設制定的協議469.1多媒體網絡技術基礎(續)RTP簡介RTP定義在RFC1889中(由IETF---TheInternetEngineeringTaskForce的多媒體傳輸工作小組1996年公布

)，是一種提供端對端傳輸服務的實時傳輸協議，用來支持在單目標廣播和多目標廣播網絡服務中傳輸實時數據479.1多媒體網絡技術基礎(續)RTP標題由4個信息包標題域和其他域組成：有效載荷類型(payloadtype)域：指示載荷類型。對于聲音流，這個域用來指示聲音使用的編碼類型，如，PCM、自適應增量調制或線性預測編碼等順序號(sequencenumber)域：據此可用判斷是否有信息包丟失，實現按順序號處理信息包時間戳(timestamp)域：信息包第一個字節的采樣時刻。接收端據此去除信息包的抖動，并在接收端為播放提供同步功能同步源標識符(SynchronizationSourceIdentifier)域：標識RTP信息包的起源其它域48RTP實際上是一個表示層協議，它規定了多媒體相關數據如何封裝在傳輸層（UDP/TCP）分組中RTP不提供QoS機制，也不保證分組的順序遞交RTP是應用層的一部分RTP定義在RFC1889中，被應用在單播和組播網絡中實時傳輸多媒體數據（流媒體、H.323視頻會議）9.1多媒體網絡技術基礎(續)499.1多媒體網絡技術基礎(續)RTCP簡介也定義在RFC1889中,為應用程序提供會話質量或者廣播性能質量的信息。每個RTCP信息包不封裝聲音數據或者電視數據而是封裝發送端和/或者接收端的統計報表。這些信息包括發送的信息包數目、丟失的信息包數目和信息包的抖動等情況。RTCP規格沒有指定應用程序應該使用這個反饋信息做什么。50當應用程序開始一個RTP會話時將使用兩個端口：一個給RTP，一個給RTCP。RTP會話期間，每個參與者周期性地向所有其他參與者發送RTCP控制信息包。9.1多媒體網絡技術基礎(續)519.1多媒體網絡技術基礎(續)RTSP簡介實時流放協議(Real-TimeStreamingProtocol，RTSP)被描述在RFC2326文件中。RTSP是應用級的協議，它主要目標是為單目標廣播和多目標廣播上的流式多媒體應用提供牢靠的播放性能，以及支持不同廠家提供的客戶機和服務機之間的協同工作能力RTSP協議想要提供控制多種應用數據傳送的功能，提供一種選擇傳送通道的方法RTSP能夠與資源保留協議一起使用，用來設置和管理保留帶寬的流式會話或者廣播529.1多媒體網絡技術基礎(續)資源保留協議資源保留協議(ResourceReservationProtocol，RSVP)定義在RFC2205中，它提供一種機制允許應用程序保留因特網上的資源，目的是為多媒體網絡應用提供服務質量(QoS)有保證的服務：保留多目標廣播樹上的帶寬，單目標廣播是一個特殊情況接收端導向，也就是接收端啟動和維護資源的保留539.1多媒體網絡技術基礎(續)資源保留協議RSVP標準沒有指定網絡如何為數據流保留資源僅是允許應用程序提出保留必要的鏈路帶寬。實際上是路由器來為數據流保留帶寬，讓路由器接口來維護途經這個接口的各種數據流信息包549.1多媒體網絡技術基礎(續)互聯網上多媒體應用的模式使用標準瀏覽器應用B/S模式通過WEB獲取多媒體信息通過定制媒體播放器應用B/S模式獲取多媒體信息使用專用媒體播放器連接專用服務器獲取多媒體信息559.1多媒體網絡技術基礎(續)互聯網上多媒體應用的模式使用標準瀏覽器應用B/S模式通過WEB獲取多媒體信息569.1多媒體網絡技術基礎(續)互聯網上多媒體應用的模式通過定制媒體播放器應用B/S模式獲取多媒體信息579.1多媒體網絡技術基礎(續)互聯網上多媒體應用的模式使用專用媒體播放器連接專用服務器獲取多媒體信息589.1多媒體網絡技術基礎(續)網絡多媒體應用分類現場交互應用(liveinteractiveapplications)交互應用(interactiveapplications)非實時交互應用(non-interactiveapplications第9章多媒體網絡通信技術9.2多媒體通信技術60線路交換網絡概念基于線路交換的電話網絡線路AB

A

B接通某條線路611234SourcedataChoppedintopre-determinedlength1234HeaderPacketizationnodenode信息包交換網絡概念629.2多媒體通信技術技術概要---發展公共網絡發展趨勢：線路交換網絡(circuitswitchednetworks)和信息包交換網絡(packetswitchednetworks)緊密地融合。639.2多媒體通信技術(續)技術概要---傳輸特點與傳統通信系統的不同:傳輸速率高信息同步變化較大的誤碼率通信系統的動態重構：動態連接或斷開通信伙伴或服務器649.2多媒體通信技術(續)技術概要---傳輸特點多媒體通信系統兩種傳輸模式：信息傳輸對稱模式

計算機支持的協同編輯視頻會議系統分布式多媒體數據庫系統等信息傳輸的不對稱模式ITV(InteractiveTelevision)VOD(VideoOnDemand)電子圖書館遠程教育等659.2多媒體通信技術(續)技術概要---應用特性集成性多媒體數據的集成處理這些媒體設備與設施的集成交互性用戶可以通過終端對通信全過程具有完全的交互控制能力同步性多媒體通信終端要以同步方式輸出多媒體數據669.2多媒體通信技術(續)技術概要---標準ITU系列(A～Z)與多媒體通信關系最密切的7個系列標準：679.2多媒體通信技術(續)技術概要---標準3個主要的系列標準：689.2多媒體通信技術(續)技術概要---標準多媒體通信核心技術標準：國際電信聯盟(ITU)幾個標準T.120是實時數據會議標準；H.320是綜合業務數字網(ISDN)電視會議標準；H.323是局域網上的多媒體通信標準；H.324是公眾交換電話網絡上的多媒體通信標準699.2多媒體通信技術(續)技術概要---應用結構多媒體通信系統的整體結構示意網關(gateway)會務器(gatekeeper)通信終端(terminal)

包括執行H.320、H.323或者H.324協議的計算機和執行H.324的電話機網關和會務器密切配合完成多媒體通信的任務709.2多媒體通信技術(續)技術概要---網關能夠提供異種網絡（如電話網和信息包交換網絡）之間的聯通性（不同網絡之間轉換協議、轉換信息格式和傳輸信息等）。719.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準分類：點對點視頻會議系統

可視電話桌面視頻會議系統會議室型視頻會議系統多點視頻會議系統

允許三個或三個以上不同地點的與會者同時參加會議。關鍵技術是解決多點控制問題，通過多點控制單元（MCU）在通信網絡上控制各個點的數據與信號流向，維持會議正常進行729.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準視頻會議系統的組成：視頻會議終端多點控制器（MCU）信道（網絡）控制管理軟件安全保密系統739.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準視頻會議系統的標準：H.320系列H.323系列H.324系列T.120系列PCS（PersonalConferencingSpecification）ITU（國際電信聯盟）標準100多家公司聯合制定749.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.320系列，主要應用：窄帶ISDN。759.2多媒體通信技術(續)H.320系列具體標準視頻解碼：H.261音頻解碼：G.711、G.722、G.728信道：64kbits/s整數倍(最高達2048kbit/s)，使用H.221幀格式呼叫控制：在H.242和H.243中規定多點會議控制單元MCU(MultipointControlUnit)：在H.231中描述低開銷、執行時間和延遲短的簡單協議：H.224點到點、點到多點單向遠端攝像機控制：H.281(基于H.224)信息加密：H.233密鑰傳送及其他相關管理規定：H.234769.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.320標準系統框圖：視頻輸入輸出視頻編解碼多路復用/解復用音頻輸入輸出用戶應用數據系統控制音頻編解碼延遲控制協議SRP/LAPM處理網絡接口ISDN網MCUH.261H.221G.711(722,728)T.120H.230,H.242,H.243779.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323系列，主要應用：無QoS保證LAN多媒體通信終端、設備和服務789.2多媒體通信技術(續)H.323系列具體標準視頻業務編解碼器：H.261和H.263音頻編解碼器：G.711,G.722,G.728和G.723.1中央同步控制：H.230---視聽系統的幀同步控制和指示(C&L)信號多媒體通信控制協議：H.245---流程控制、加密和抖動管理、啟動呼叫信號、磋商終端特性、終止呼叫、確定主控方呼叫信令和呼叫建立：Q.931網關注冊/準入/狀態：RAS協議實時傳輸（控制）：RTP/RTCP網絡接口：H.222,H.225.0799.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323標準系統框圖：視頻輸入輸出視頻編解碼數據打包/解包視頻輸入輸出用戶應用數據系統控制音頻編解碼延遲控制協議H.245呼叫控制Q.931LAN網絡接口H.261H.222G.711(722,723,728)T.120黃色字體表示與H.320標準相同處809.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323與ITU各標準間的互操作：819.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323終端

：電視圖像編碼器(H.263/H.261)聲音編碼器(G.71X/G.72X/G.723.1)T120實時數據會議MCU的功能H.245---多媒體通信控制協議829.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323網關

：在H.323會議中，網關是一個可選部件對H.323會議終端與其他類型的終端之間傳輸的數字信號進行轉換。包括：傳輸格式之間的轉換通信過程之間的轉換839.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323會務器：會務器不是必需的主要服務：所有呼叫的中心控制點，并且為注冊的端點提供呼叫控制服務（象虛擬交換機），具體有：地址轉換準入控制帶寬管理區域管理849.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323多點(會議)控制單元（MCU）：支持在3個或3個以上的端點之間召開電視會議，由1個多點控制器MC(MultipointController)和0～多個多點處理器MP(MultipointProcessors)組成MC：控制相關終端之間進行協商的方法，實現相關的會議資源調配MP：處理媒體聲音、電視圖像和普通數據，實現相關媒體的混合859.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323多點控制單元（MCU）869.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323協議棧標志信息和數據信息通過可靠的傳輸控制協議（TCP）進行傳輸聲音、電視、聲音/電視的控制信息以及部分的會務控制信息通過不可靠的用戶數據包協議（UDP）來傳輸879.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.323協議棧889.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準T.120系列是ITU為多點和多媒體會議系統發送數據而制定的標準。是目前多媒體會議必須支持的數據協議標準。為多媒體會議系統提供了：數據共享程序共享遠程指示多點二進制文件傳輸建議內容T.120多媒體數據傳輸規程T.122聲像會議多點通信業務規程T.123聲像會議的通信規程棧T.124通用會議控制T.126允許用戶在多點文件會議中查詢圖像或對其解釋、共享應用和交換傳真圖像T.127為用戶提供同時初始化多點文件傳輸能力89H.323工作示意圖PictureTel(1)ARQ（AdmissionReQuest）：我能否呼叫“Bob”?(2a)進行地址轉換，把“Bob”解析為IP地址。(2b)應用準入控制(3)ACF（AdmissionsConFirmation）：是。請使用這個IP地址BillBob會務器90H.323工作示意圖PictureTel(4)SETUP(創建連接)BillBob會務器(5)ARQ我能否應答?(6)ACF是(7)ALERTING(8)CONNECT(應答)91H.323工作示意圖PictureTelBillBob(9)H.245連接建立-協商-啟動音視頻邏輯通道929.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.324系列，主要應用：低速率通信網絡（公眾交換電話網PSTN）具體標準系列：H.263視頻編碼標準，壓縮后的速率為20kb/sG.723.1音頻編碼標準，壓縮后的速率為5.3kb/s(用于聲音＋數據)或者6.3kb/sH.223低位速率多媒體通信的復用協議H.245多媒體通信控制協議H.233視聽服務的安全系統H.234視聽服務的密鑰管理和驗證系統T.120實時數據會議標準939.2多媒體通信技術(續)視頻會議系統及標準H.324系列支持H.324的可視電