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1、第6章 多媒体通信与网络技术,6.1 多媒体通信概述 6.2 多媒体通信协议 6.3 组播 6.4 视频会议系统 6.5 基于多媒体网络的视频点播系统,6.1 多媒体通信概述,在系统或网络中，声音、图形、图像、数据等多种形式信息同步进行的交互式通信称为多媒体通信，多媒体通信是多媒体、通信与计算机技术相结合的产物。 6.1.1 多媒体通信系统的特性 (1) 集成性 系统至少可以对两种以上的媒体进行处理和显示。 (2) 交互性 通信网络需要双向的数据传输能力，用户可以通过终端对通信的全过程进行控制。,(3) 分布性 系统中各种物理资源和逻辑资源在功能上和地理上往往都是分散的，需要通过分布式处理和协
2、同工作对系统的各部分和多个用户的活动进行统一控制和协调。如视频会议系统、多用户协同编辑系统、分布式多媒体数据库系统等。 (4) 同步性 系统要将不同的媒体信息从不同的信息库中提取，经过不同的传输媒体，并使这些图文声信息同步，构成一个完整的资料，通过多媒体终端提供给用户。,6.1.2 多媒体通信的关键技术 (1) 声音、视频、动画等的传输技术 (2) 数据压缩和解压缩技术 (3) 解决多媒体时间同步问题 (4) 解决协议和标准化问题,6.1.3 多媒体通信网络 多媒体网络本质上是一种计算机网络系统，利用现有或专门的网络来传输多种媒体信息就构成多媒体网络。多媒体网络可以是局域网，也可以是广域网。
3、多媒体网络由多媒体终端、多媒体接入网络、多媒体传输骨干网络以及能满足多媒体网络化应用的网络软件等4个部分组成。 多媒体终端系统是多媒体网络中的基本单元，是网络数据发送端或接收端或中转站，包括多媒体服务器和多媒体工作站，其基本结构包括多媒体硬件系统和软件系统。,多媒体骨干网络承担全网的数据传输、转接、加工和变换等处理工作，一般采用光纤结构，传输速度快。 多媒体接入网处于骨干网与用户终端之间，其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为“最后一公里”。接入网应该满足覆盖面广、带宽充裕、手段灵活、价格低廉等多种要求。随着计算机网络技术及通讯技术的高速发展，出现了许多高速宽带网络，如B-ISDN(宽带
4、综合业务数字网)、ATM网、HFC网(光纤和同轴电缆混合网)、FDDI(光纤分布式数据接口)及快速以太网(Fast Ethernet)等，这些使得多媒体信息的网络传输成为可能。,6.1.4 多媒体通信网络的服务质量(Quality of Service, QoS) 服务质量是一个抽象的概念，用于说明网络服务的好坏程度。它是分布式多媒体信息系统为了达到应用要求的能力所需要的一组定量的和定性的特性。 ITU将QoS定义为用户对服务的满意程度的一组性能参数，典型的有吞吐量、延时、延时抖动、差错率等。 吞吐量(throughput)：指网络传输二进制信息的速率，又称比特率(单位：bps)。支持不同应用
5、的网络应该满足不同吞吐量需求。持续的大数据量的传输是多媒体信息传输的一个特点。,传输延时(transmission delay)： (1) 网络传输延时：从信源发出第1个比特到信宿接收到第1个比特之间的时间差，它包含信号在物理介质中的传播延时和数据在网中的处理延时。 (2) 接口延时：发送端从开始准备发送数据块到实际利用网络发送所需要的时间。 (3) 端到端延时：一组数据在信源上准备好数据发送的时刻到信宿接收到这组数据的时刻之间的时间差。包括发送端的接口延时，传输这组数据 ( 从第1个比特到最后1个比特 ) 的时间和网络的传输延时 3 个部分。,延时抖动(delay jitter)：指网络传输
6、延时的变化。度量延时抖动的方法之一是：用一段时间内最长和最短的传输延时之差来表示。 人耳对声音抖动比较敏感，人眼对视频抖动不敏感。CD质量声音：延时抖动小于100ms；电话质量：延时抖动小于400ms；广播质量电视：抖动小于100ms；会议质量电视：抖动小于400ms；虚拟现实等：小于20-30ms。 误码率 BER(bit error rate, BER)：出错的二进制位数与所传输的总位数之比。 压缩的CD质量音乐，BER10-4；未压缩的CD质量音乐，BER10-3；电话，BER10-2；压缩的广播电视，BER10-9；压缩的会议质量电视， BER10-8。,不同的应用对网络的要求不同，Q
7、oS的分类也不同，如表6-1所示。,表6-1 QoS的不同分类方法,其他QoS参数包括： 通量：单位时间内在一连接上传送的最大字节数。 连接失败率：建立连接失败的概率。 传输失败率：传输失败的概率。 释放失败率：释放连接时失败的概率。 优先级：包括传输优先级和使用优先级。 成本：信息传输时所消耗的资源或资金以及访问权限等。 一旦通信双方协商好QoS，网络就要为此通信预留资源，并在通信过程中随时根据网络状况动态调整资源分配或重新协商QoS，甚至终止通信。,6.2 多媒体通信协议,6.2.1 通信协议的概念 通信协议是为了使网络中的不同设备能正常地交换数据而预先制定的一整套通信双方相互了解和共同遵
8、守的格式和约定。比如，如何寻找被叫方、如何建立应答、如何按照彼此的数据处理能力发送数据等。通信协议以标准的形式固定下来，由若干个协议集合在一起形成的协议体系，则叫做“协议族”。,通常网络协议都按结构化的层次方式来进行组织，每层完成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上，每一层都是通过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服务是如何实现的细节对上层屏蔽。 分层结构使每一层的发送和接收软件可独立于其他层进行设计、实现和测试。,图6-1 协议分层的概念,6.2.2 多媒体通信协议 国际上比较有影响的多媒体通信协议包括ITU-T提出的H.323协议和IETF提出的SIP协议。 H.323协议注重互
9、联网与普通电话网的兼容性；而SIP的特点在于简单易用，用最便捷的方式建立并控制网络多媒体通信。 (1) H.323协议 H.323是一个协议体系，它包含TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。其中，TCP负责数据传输通信工作，UDP负责语音、视频等多媒体的通信工作。,图6-2 H.323协议体系示意图,TCP (Transmission Controi Protocol)：是建立在IP协议之上的面向连接的端到端的通信协议，提供可靠的服务，采取了确认、超时重发、流量控制等可靠性保证机制。 TCP 将需要传送的信息分成若干个小包 (packet) 发给目的端，最后在目的端再把它们按照原来
10、的次序重新组合起来。 UDP (User Datagram Protocol)：是建立在IP协议之上的无连接的端到端的通信协议，不提供任何可靠性保障机制，不对发出的报文进行跟踪, 也就不能保证每个UDP报文到达目的地址，提供的是不可靠的传输。 但UDP由于减少了网络开销,因此效率很高，协议和协议格式都很简单。,IP (Internet Protocol) 从TCP接收包和包的目的端地址,而对包与包之间的关系不予理会。当TCP把其头信息加在每个包前面之后，它给IP提供一个目的端计算机的IP地址，并把此包交给IP, 由IP负责在网络上发送。IP完成互联网中包的路由选择，并跟踪这些包到达不同目的端的
11、路径。 IP不保证传送的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据报，同时IP也不检查被数据链路层丢失的报文。 IP 地址用来标识出网络和网内主机 , 它在 IPv4 中是一个 32 位的二进制整数 , 在 IPv6 中扩展到 128 位的二进制整数。由于该地址难于记忆和理解 , 通常采用域名来标识一个主机， 域名由域名系统 (domain name system, DNS) 统一管理。,(2) SIP协议 (Session Initiation Protocol) SIP是由 IETF(因特网工程任务组)制定的面向Internet会议和电话的信令协议，可以建立、修改或者中止多媒体会话
12、或者呼叫。SIP具有以下特点： 简洁性：SIP的协议栈比其它的VoIP协议都要小。 可扩展性：当要增加新的用户到基于SIP协议的系统中时，与其它的VoIP协议相比，SIP需要增加的软件和硬件要少得多。 分布式的功能：非集中式的智能可以在每个组件中实现更多的功能。而要修改某个组件时，对系统其余部分的影响很小。,6.3 组播,网络传输的方法根据传输目标的多少可以分为：单播 (unicast)，组播 (multicast)和广播 (broadcast) 。 (1) 单播 在 Internet 上要传输多媒体信息最常用的是单播技术，即每个信息包都使用一个惟一的 IP 地址，进行点对点的传输。 如果需要
13、把相同的内容传输给 N 个目标站点 , 就需要传输 N 次。这种方法既浪费了链路的带宽又加重了服务器的负担。,(2) 广播 网上一点到网上所有其他点传输信息。这种方法只需把相同的内容传输一次就可达到全网所有目标站点，减少了服务器的负担。 但是, 因为通常不是所有站点都需要广播的信息，所以广播会导致带宽资源的浪费。 (3) 组播或多播 指网上一点到网上多个指定点 (同一个工作组内成员) 传输信息。它一次性地把相同的内容传输给一组目标站点，在 Internet 上称为 IP 组播。它是一种较好的节省带宽减少服务器负担的传输方法。,(4) 组播地址 Internet 中的 IP 地址分为 5 类 ：
14、A 类、B 类、C 类、D 类和E 类。其中，A 类、 B 类和 C 类是基本的因特网地址，是用户使用的地址。D类 (224.0.0.0239.255.255.255) 用于组播的地址。E 类是保留地址。 (5) 组播支持 为支持组播功能，发送端和接收端及其之间的网络设施都必须具备多播功能。 对本地的IP多播，主机节点所需要的环境是TCP/IP 协议中可以支持 IP 组播。 软件支持 Internet 组管理协议 (IGMP)，这样就可以申请参加组播组和接收组播。还要有 IP 组播应用软件。,6.4 视频会议系统,视频会议系统是一种在位于两个或多个地点的一群用户之间提供语音和运动彩色画面的双向
15、实时传送的视听会话型电信会议业务。 6.4.1 视频会议系统分类 (1) 根据运行的网络类型分类 多媒体视频会议运行的网络类型是多样化的 , 包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、综合业务数字网(ISDN) 、因特网以及 B-ISDN 等，每种网络的带宽和传输协议是不同的。,桌面会议系统：较高档的通常在数字数据网(DDN) 与 ISDN 环境中运行，在 112768kbps 速率下,可提供每秒 2530 帧 CIF (公共中间图像格式，规定为 352 点 288 行，每秒 30 帧，逐行扫描方式) 或 QCIF 图像；低档的通常在 LAN/WAN 环境中运行, 在 384kbps 速率下,提
16、供每秒 1520 帧图像。 高档会议室型：使用 DDN 或专网 , 一 般运行在300kbps - 2Mbps 速率下，提供高质量的多点控制会议服务, 配有高档摄像、音响与显示设备, 以保证高质量的多媒体效果。,可视电话型：该类系统运行在 Internet 和普通公共电话网 (PSTN) 上，在 28.8kbps 或 33.6kbps 等速率下,一般可提供 5 -10 帧 QCIF 格式的图像。 (2) 根据通信终端的数量分类 两方会议，即点对点视频会议系统(Point-to-Point)； 多方会议，即多点视频会议系统(Multiparty)。,图6-3 点对点视频会议系统示意图,6.4.2 多点视频会议系统,图6-5 多点视频会议系
