多媒体通信与网络

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1、多媒体通信与网络,传统的下载方式用户从网络服务器将整个多媒体文件下载到本地的存储设备上，然后利用相应的多媒体播放工具打开播放。 缺点音/视频等多媒体信息是在时间上展开的数据流，数据量大，多媒体终端（如用户PC）要保存整个多媒体文件，需要较大的存储容量。由于网络带宽限制，完成整个下载过程需要时间较长,多媒体信息的网络传输-下载方式,流媒体,多媒体信息的网络传输-流式传输,流式传输把声音、影像或动画等多媒体信息由网络服务器向用户终端（如PC）连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完成，而只需经过几秒或数十秒的启动延时（缓冲）即可在用户的计算机上利用解压设备（硬件或软件）对压缩的多媒体数据进行

2、解压回放。,流式传输的种类-顺序流式传输,顺序流式传输顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可以观看，但是，用户的观看与服务器上的传输并不是同步进行的，用户是在一段延时后才能看到服务器上传出来的信息，或者说用户看到的总是服务器在若干时间以前传出来的信息。在这过程中，用户只能观看已下载的那部分，而不能要求跳到还未下载的部分。适应场合：可以较好地保证节目播放的最终质量。也适合于在网站上发布供用户点播的音视频节目。不支持现场广播，严格说来，只是一种点播技术。,流式传输的种类-实时流式传输,实时流式传输实时流式传输总是实时传送，因而特别适合现场事件，且支持随机访问，用户可对观看内容进行快进或后退

3、以观看前面或后面的内容。必须保证多媒体信号带宽与网络连接相匹配。 适应场合：支持现场广播，随机访问，如演说、视频监控、视频会议。必须匹配带宽，否则帧丢失或拥塞引起图像质量变差。,技术方式,目前主流的流媒体技术有三种 1.Apple公司的QuickTime QuickTime是数字媒体领域事实上的工业标准。QuickTime是一个开放式的架构，包含了各种各样的流式媒体技术。QuickTime是最早的视频工业标准，1999年发布，QuickTime本身也存在着平台的便利(MacOS)，因此拥有不少的用户。 2.RealNetworks公司的RealMedia RealMedia发展的时间比较长，因

4、此具有很多先进的设计，例如，可伸缩视频技术可以根据用户电脑速度和连接质量而自动调整媒体的播放质素。自适应流技术，可通过一个编码流提供自动适合不同带宽用户的流播放。 3.Microsoft公司的WindowsMedia WindowsMedia是三家之中最后进入这个市场的，但凭借其操作系统的便利很快便取得了较大的市场份额。采用的是mpeg-4视频压缩技术，音频方面采用的是WindowsMediaAudio技术。,多媒体数据流的基本特征,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。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信

5、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,多媒体通信的性能需求吞吐量需求网络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,H.261,64K2Mbps,MPEG,1.4Mbps40Mbps,多媒体通信的性能需求,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。,

6、控制差错的方法：,ARQ：对于时间要求严格的数据，ARQ没有意义FEC：前向纠错，适用于光纤技术，一位纠错。,多媒体通信的性能需求,延迟需求,延迟（Delay）是衡量网络性能的重要参数。主 要有传输延迟、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；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。,多媒体通信的性能需求,多点通信需求,多媒体通信涉及音频和视频数据

7、，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。,多媒体通信的性能需求,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。,音频对网络的要求,人对声音信号的变化比对视频信号的变化更敏感，因此对音频流的传输要求高。 音频质量分为两级： 电话语音质量（带宽限制在3.4kHz） 未压缩：传输速率64Kbps 压缩：传输速率32Kbps和传输速率4.8Kbps CD质量（带宽限制在10kHz） 未压缩：

8、传输速率1411.2Kbps 压缩：传输速率192Kbps和传输速率256Kbps,图像对网络的要求,典型计算机显示屏幕上图像的传送时间,图像对网络的要求,图像传输延迟 从发送端发送一幅图像到接收端并被接受系统显示所用的时间。 大多数典型网络的传送延时一般从10微秒到0.5秒。,视频对网络的要求,视频质量等级 高清晰度电视：19201080/16：9 /15M25Mbps广播质量电视：与大多数局域网技术兼容4Mbps VCR（录像机）质量电视：1.4Mbps 低速视频会议质量电视：适合于一个双倍窄带ISDN连接。32kbps,视频对网络的要求,实时视频要求的延时抖动 对传输延时和延时抖动的要求

9、通常由音频数据流决定。 HDTV质量的网络传输延时的变化应当不超过50ms，广播质量应不超过100ms，视频会议质量应不超过400ms。,多媒体通信的服务质量,多媒体通信的服务质量,服务质量(Quality of Service，QoS)是一,种抽象概念，用于说明网络服务的“好坏”程,度。,由于不同的应用对网络性能的要求不,同，对网络所提供的服务质量期望值也不同 。这种期望值可以用一种统一的QoS概念来 描述。从支持QoS的角度，多媒体网络系统 必须提供QoS参数定义和相应的管理机制。,QoS的基本概念,1QoS参数,QoS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

10、性的特性，它用一组参数表示， 典型的有吞吐量、延迟、延迟抖动和可 靠性等。,QoS的基本概念,QoS参数举例,QoS的基本概念,2压缩编码对QoS参数的影响,多媒体数据压缩编码的方法影响QoS参数，尤其是视频编码。仅采用帧内压缩编码（如运动JPEG）时，由于每帧都独 立编码的，可采用减低帧率(丢帧)来允许QoS变化。当吞吐 量减小，数据率降低时，可以利用各种显示抖动算法，通过 降低视频显示质量而保持原帧率不变。同时采用帧内和帧间压缩的编码（如MPEG和H.261编码）， 通过建立不同的优先级，发送MPEG视频的I、P和B帧， 达到QoS的调节。,QoS的基本概念,3QoS参数体系结构,在QoS

11、 参数体系结构中，通信双方的对 等层之间表现为一种对等协商关系，双方按 所承诺的QoS 参数提供相应的服务。同一端 的不同层之间表现为一种映射关系，应用的 QoS 需求应当自顶向下地映射到各层相对应 的QoS参数集，各层协议按其QoS参数提供相 对应的服务，共同完成对应用的QoS承诺。,QoS的基本概念,QoS参数体系结构,QoS的管理,QoS服务的分类,确定型QoS。在数据传输过程中，网络提供“硬”的,QoS保证。,统计型QoS。在数据传输过程中，网络提供“软”的,QoS保证。,尽力型QoS。也称最佳效果传输，网络不提供任何 QoS保证，网络性能将随着负载的增加而明显下降。为了保证端到端的Q

12、oS，在媒体流传输路径上的各 个中间点（路由器）都必须支持和保证所承诺的QoS， 并且按确定型、统计型及尽力型QoS的优先级次序为相应 的媒体流分配和保留资源。,多媒体通信网络环境,多媒体通信网络环境,网络环境是指网络的硬件环境，也,称网络基础结构。为了更好地支持多媒体 通信，无论是局域网还是广域网都呈现 出高速化的发展态势。目前，网络的传 输速率已经达到10Gbit/s，为多媒体通 信提供了高带宽的保证。,局域网络,在局域网络中，根据所采用的网络构件，可以组成共享式网络和交换式网络两种网络类型。共享式网络：各个节点共享一段有冲突的介质，节点使用相应的介质访问控制方法来占用介质传送数据。任一时

13、刻只能有一个节点发送数据，其它节点处于接收状态，并根据地址匹配规则确定是否接收数据。数据以广播方式沿着传输介质传输，必须遍历每个节点。,局域网络,交换式网络：节点分成两类端点和中间节点。端点是用户站点，中间节点是交换机，所有端点都通过交换机连接起来，交换机为端点提供存储转发和路由选择功能，使端点间能沿着指定的路径传输数据，这相当于实现一个并行网络系统，通过交换机提供端点之间的并行的传送通道和独享的网络带宽，因而不会发生冲突，且大大降低了传输延迟，有效地保证了网络的QoS。,局域网络,1. 100BASET网络,100BASET是由快速以太网联盟开发 的100Mb/s以太网，也称快速以太网。,1

14、00BASET标准主要定义了物理层规,范，定义了新的信号收发标准，将传输速率 提高到100Mb/s。100BASET定义三种物 理层规范：100BASET4、100BASETX 和100BASEFX，分别支持不同的传输介 质。,局域网络,2.千兆位以太网,千兆位以太网是由千兆位以太网联盟开发的 1000Mb/s以太网技术。IEEE 802.3z定义的传输介质为光纤和宽带同轴 电缆，链路操作模式为全双工操作。其中光纤系统 支持多模光纤和单模光纤系统，多模光纤的传输距 离为500m；单模光纤的传输距离为2000m。宽带同 轴电缆系统的传输距离为25m。,局域网络,3. 100VG-AnyLAN网络

15、,100VG-AnyLAN 是由100VG-AnyLAN 论坛开发 的一种1 0 0 Mb/s 高速网络。IEEE已将 1 0 0 VG- AnyLAN确定为IEEE 802.12标准。100VG-AnyLAN 的涵义是指在语音级的UTP电缆上进行100Mb/s速率 传输且支持IEEE 802.3和802.5两种帧格式（不是同 时支持）。,100VG-AnyLAN技术规范主要定义了物理层和 MAC层两层。其中，物理层由物理介质独立,（PMI）子层和物理介质相关（PMD）子层组成。,局域网络,4. FDDI网络,FDDI（光纤分布式数据接口）是由美国国家 标准化协会（ANSI）的X3T9.5委员

16、会制定的一种 以光纤为传输介质、传输速率为100Mb/s的网络标 准。FDDI 采用双环结构，主环进行正常的数据传 输，次环为冗余的备用环，一旦主环链路发生故 障，则备用环的相应链路就代行其工作，使FDDI 具备较强的容错能力。FDDI网络的覆盖区域比较 大，可达100km，可连接500多个站点，站点间的 最大距离为2km。,局域网络,5. 万兆以太网,万兆以太网标准包含7种不同的节制类型适用于局域网、 城域网和广域网。 10GBASE-CX4 - 短距离铜缆方案，最大长度15米。 10GBASE-SR - 用于短距离多模光纤，可以达到300米。 10GBASE-LX4 - 使用波分复用支持多

17、模光纤240300米。 10GBASE-LR 和10GBASE-ER - 通过单模光纤支持40公里 10GBASE-T- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线，使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。,局域网络,5. 十万兆以太网,40G/100G 以太网标准在2010年中制定完成， 包含若干种不同的节制类型。40GBASE-KR4 - 最少距离1米。 40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 - 短距离铜缆方案，最大长度大约7米。 40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 - 用于短距离多模光纤，长度至少在100米以上。 40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 - 使用单模光纤,距离超过10公里。 100GBASE-ER4 - 使用单模光纤,距离超过40公里。,