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1、第八章 分布式多媒体及其典型应用,邮箱:,主讲:,电话:,概述,多媒体技术与高速通信网络技术相结合产生了分布式多媒体技术这个新型边缘研究领域，分布式多媒体系统是指将多个分布在不同地点的多媒体终端、交换设备和多媒体服务器通过高速通信网络互连在一起并能够完成多媒体通信业务的系统，分布式多媒体系统也称为多媒体通信系统。多媒体信息处理技术、分布式数据处理技术和多媒体计算机网络技术的迅速发展为分布式多媒体应用系统的实现奠定了良好的基础，分布式多媒体技术可以向用户提供多媒体信息检索与查询、视频会议系统、多媒体电子邮件、多媒体文档交换、计算机支持协同工作、多媒体点播服务系统、远程计算机辅助教学等多种多媒体综
2、合信息服务。,主要内容,8.1 分布式系统概述8.2 分布式多媒体系统8.3 分布式多媒体服务质量管理8.4 流媒体技术8.5 移动多媒体通信8.6 分布式多媒体典型应用系统,8.1 分布式系统概述,8.1.1 分布式系统概念与组成多个计算机自治处理单元通过网络互连在一起协作完成一个总体任务的系统称为分布式系统，分布式系统中各个自治计算机通过网络交换信息才能共同完成同一项工作。自治计算机拥有自己的处理器和存储器，自治计算机之间采用消息传递机制实现信息交换。分布式系统由分布式硬件、分布式数据和分布式控制组成分布式硬件系统中的自治计算机和通信网络分布式系统至少包含两个或两个以上的自治计算机分布式数
3、据将数据划分为多个部分，存放在不同的自治计算机上。,8.1 分布式系统概述,8.1.2 分布式系统的特点1. 系统资源分布的模块性2. 计算机处理单元的自治性3. 计算机处理单元的协作性4. 分布式系统的透明性访问透明性。位置透明性。并发透明性。复制透明性。故障透明性。5. 分布式系统的可扩展性,8.2 分布式多媒体系统,8.2.1 分布式多媒体系统概念分布式多媒体系统是指能够实现多媒体功能的分布式系统。分布式多媒体系统集计算机的交互性、网络通信的分布性、多媒体信息表示的综合性于一体，能够提供诸如多媒体信息检索与查询、视频会议系统、多媒体电子邮件、多媒体文档交换、计算机支持协同工作、多媒体点播
4、服务系统、远程计算机辅助教学等多种服务。,8.2 分布式多媒体系统,8.2.2 分布式多媒体系统的基本特征1. 媒体综合性：分布式多媒体系统可以将多种媒体整合在一起，形成一个集音频、视频、文本于一体的完善的综合性系统，具有媒体综合性的特征。2. 时间依赖性：音频和视频信息都属于时基媒体，需要系统实时地进行处理。另外，分布式多媒体应用的交互性也给系统带来实时性的要求。3. 数据突发性：由于多媒体数据都需要先压缩后再进行传输，而压缩后的数据流量与待压缩数据的序列有关，因此发生数据流量随时间发生变化的现象。,8.2 分布式多媒体系统,8.2.3 多媒体数据流对分布式系统性能的要求1. 分布式多媒体对
5、网络性能的要求（1）网络的吞吐量。吞吐量是指通信网络单位时间内传输的二进制位数，吞吐量也称为带宽、比特率或数据传输速率。实时传输动态图像对网络的吞吐量要求最高。（2）网络的传输延迟。网络的传输延迟定义为信源发出第一位比特到信宿接收到该比特之间的时间差，传输延迟包括信号在物理介质中的传播时间和信号在网络中的处理时间。对于实时会话应用，网络的传输延迟时间应小于250ms，对于多媒体信息检索与查询应用，系统对用户的响应时间不应超过12s。,8.2 分布式多媒体系统,（3）网络的延时抖动。网络传输延迟时间的变化称为网络的延时抖动（Delay jitter），延时抖动通常采用在一次会话过程中最长和最短传
6、输延迟时间差来表示。延时抖动会破坏多媒体的同步。在网络终端采用大容量缓冲器能够对延时抖动进行适当补偿。（4）数据传输误码率。常用的数据传输误码率主要有比特出错率、包出错率和包丢失率。比特出错率BER（Bit Error Rate）是指数据在传输过程中出错的位数与数据的总位数之比。包出错率PER（Packet Error Rate）是指数据包在传输过程中由于包丢失、包次序颠倒或同一个包接收了两次以上等现象而导致的数据包错误。包丢失率PLR（Packet Loss Rate）也称为信元丢失率CLR（Cell Loss Rate），包丢失率只关心数据包在传输过程中的丢失概率，而不关心数据包在传输过程
7、中的其他错误。,8.2 分布式多媒体系统,2. 分布式多媒体对网络传播方式的要求（1）单向与双向网络。信息只能向一个方向传输的网络称为单向网络，而信息可以在终端与服务器之间或终端与终端之间双向传输的网络称为双向网络。交互性是分布式多媒体应用的重要特征，因而只有双向网络才能满足分布式多媒体应用的需求。（2）单播、广播与组播通信方式。网络上节点到节点之间的信息传输方式叫做单播通信（Unicast），信息从网络上的某个节点向所有其他节点传输的通信方式就称为广播通信（Broadcast），如果信息可以从网络上的某个节点向多个指定节点传输则称为组播通信或多点通信（Multicast）。,8.3 分布式多
8、媒体服务质量管理,8.3.1 服务质量管理概述服务质量QoS（Quality of Service）是用户对某种服务的满意程度，用户对分布式多媒体应用都会有一定的服务质量要求。通信网络的吞吐量、传输延迟时间、延时抖动和数据传输误码率等技术指标都会直接影响分布式多媒体应用的服务质量，因此服务质量是多媒体传输网络的一个重要概念。服务质量管理分静态资源管理和动态资源管理，静态资源管理是指按照通信建立时约定的QoS参数对网络资源进行的管理，动态资源管理则是指在业务流传送过程中对资源进行的管理。,8.3 分布式多媒体服务质量管理,8.3.2 服务质量静态资源管理连续媒体具有很强的实时性，因此分布式多媒体
9、应用系统的QoS管理应当容许用户灵活配置，以建立与特定应用相匹配的QoS等级。静态资源管理主要包括服务质量映射、服务质量协商、服务质量接纳和服务质量资源预留。1. 服务质量映射2. 服务质量协商3. 服务质量接纳4. 服务质量资源预留,8.3 分布式多媒体服务质量管理,8.3.4 服务质量动态资源管理动态资源管理分为QoS监控和QoS管理两部分，QoS监控是指在业务流传送过程中对资源进行的实时控制，根据在较长一段时间内监测业务流传送的情况来确定对资源进行调整就是QoS管理。1. 服务质量监控（1）流调度：指在终端或网络节点上传送数据包的策略。（2）流成形：是按照用户对峰值速率、平均速率或突发度
10、等业务流性能的要求，使进入网络的业务流的流量变化变的平缓一些，流量变化平缓的业务流容易实现资源预留和流调度处理。（3）流监管：指用户在通信过程中是否违背了与网络在通信建立时约定的QoS要求。（4）流控制：流控制是ATM网络特有的QoS保障机制，能够支持可变速率的数据传输。,8.3 分布式多媒体服务质量管理,2. 服务质量维护与缩放（1）服务质量维护。服务质量维护（QoS Maintenance）任务就是将监测到的QoS参数与用户要求的QoS参数进行比较，然后根据比较结果对相应的资源进行调整来满足用户的QoS要求。（2）服务质量缩放。如果在通信过程中，由于网络拥塞或负载过重等原因导致不能维持协商
11、好的QoS参数值，QoS维护机制将调整资源来设法保持QoS水平。,8.4 流媒体技术,流媒体指在分布式多媒体系统中使用流式传输技术的时基媒体，如：音频、视频或其它多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入数据缓冲区，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。就如农民为庄稼浇水时，并不是把从水渠流来的水收集在一起后再行灌溉，而是渠水来一些就灌溉一些。,8.4 流媒体技术,8.4.1流式传输的基础网络上多媒体信息的传输目前主要有下载和流式传输两种方式。流式传输时，多媒体数据流由服务器向用户计算机连续、实时地传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过很
12、短的启动延时即可进行播放。流媒体实现的关键技术就是流式传输。实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real-time streaming）和顺序流式传输（progressive streaming）。一般说来，如果要传输的多媒体信息为实时广播，或者使用的是流式媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议进行传输，即为实时流式传输。如使用HTTP服务器，文件通过顺序流发送，则为顺序流式传输。,8.4 流媒体技术,8.4.2流媒体技术原理流式传输的实现需要数据缓存技术。数据缓存技术的作用有两个：一是对到达的数据包进行正确的排序，二是预存一定数量的数据以供连续播放。流式传输的实现需要合适的传输协议。在流式
13、传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时数据。,8.4 流媒体技术,8.4.3 流媒体传输协议1. 实时传输协议RTP：是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议，为交互式音频、视频等具有实时特征的数据提供端到端的传送服务。2. 实时传输控制协议RTCP：是RTP的控制协议，RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。实时流协议RTSP：该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。资源预留协议RSVP：是网络中预留所需资源的传送通道建立和控制的信令协议，可沿着数据流所选定的路由来预留资源（如带宽）。,8.4 流媒
14、体技术,RTP、RTCP、RTSP、RSVP各协议的关系如下图所示。,8.4 流媒体技术,8.4.4流媒体文件格式流式文件格式经过特殊编码，使其适合在网络上边下载边播放。将压缩媒体文件编码成流式文件，必须加入一些附加信息，如计时、压缩和版权信息。编码过程如下图所示。到目前为止，Internet上使用较多的流媒体格式主要有RealNetworks公司的RealMedia、Apple公司的QuickTime和Microsoft公司的Windows Media。,8.4 流媒体技术,8.4.5 IPTV与“三网合一”IPTV（Interactive Personal TV OR Internet P
15、rotocol TV）是采用流媒体技术通过宽带网络将多媒体业务传输到用户终端的分布式多媒体系统。IPTV能够提供组播、点播、可视电话、网络游戏、远程教育、电子商务等业务，其用户终端可以是PC，也可以是机顶盒+电视机，还可以是手机或其他智能终端设备。IPTV的快速发展有力地推动了“三网合一”的进程。IPTV技术的成功运用从根本上改变了以往电视信号只能单向传输的状况，使得各个网络在进行它所擅长业务的同时，逐渐融合进更多的更先进的数据业务，真正实现了数据互通、资源共享的目的。“三网合一”甚至“多网合一”是信息时代的必然趋势，“三网合一”的时代正在来临。,.移动多媒体通信,在任何时候、任何地方可以和任
16、何人进行通信，这自古以来就是人类美好的梦想。移动通信技术的推广和应用使得人们的这一理想成为了现实。 3G无线网络给多媒体业务提供384 kbit/s2 M bit/s的带宽，使得在无线链路上提供集成的数据，语音，音频，视频业务成为可能。目前，国际电联接受的第三代移动通信系统标准主要有三个，即美国提出的CDMA 2000，欧洲和日本提出的WCDMA和我国提出的TD-SCDMA。,.移动多媒体通信,8.5.1移动多媒体通信系统的组成移动多媒体通信系统由移动多媒体通信网络和移动多媒体通信终端构成，其基本的系统结构如下图所示。,.移动多媒体通信,8.5.2 移动多媒体通信的关键技术1. 数据压缩技术2. 信息同步技术3. 高速信号处理技术4. 信道编码和差错恢复技术,8.6 分布式多媒体典型应用系统,
