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1、多媒体技术基础,多媒体网络应用,计算机科学系 黄 剑 ,因特网上已经开发了很多应用，归纳起来大致可分成两类: 一类是以文本为主的数据通信，包括文件传输、电子邮件、远程登录、网络新闻和Web等; 另一类是以声音和电视图像为主的通信。 通常把任何一种声音通信和图像通信的网络应用称为多媒体网络应用(multimedia networking application)。 网络上的多媒体通信应用和数据通信应用有比较大的差别: 多媒体应用要求在客户端播放声音和图像时要流畅，声音和图像要同步，因此对网络的时延和带宽要求很高。 而数据通信应用则把可靠性放在第一位，对网络的时延和带宽的要求不那么苛刻。,多媒体网
2、络应用举例,现场声音和电视广播或者预录制内容的广播： 这种应用类似于普通的无线电广播和电视广播; 不同的是在因特网上广播，用户可以接收世界上任何一个角落里发出的声音和电视广播。 这种广播可使用单目标广播(unicast)传输; 也可使用更有效的多目标广播(multicast)传输; 现在市场上有许多因特网广播产品，包括RealNetworks公司的广播软件广播器(broadcasters)。,声音点播(audio on demand)： 在这一类应用中，客户请求传送经过压缩并存放在服务机上的声音文件，这些文件可以包含任何类型的声音内容。 例如，教授的讲课、摇滚乐、交响乐、著名的无线电广播档案文
3、件和历史档案记录。 客户在任何时间和任何地方都可以从声音点播服务器中读声音文件。使用因特网点播软件时，在用户启动播放器几秒钟之后就开始播放，一边播放一边从服务机上接收文件，而不是在整个文件下载之后开始播放。 边接收文件边播放的特性叫做流放(streaming)。许多这样的产品也为用户提供交互功能。 例如，暂停/重新开始播放，跳转等功能。 现在已经有许多因特网声音点播产品，包括RealNetworks公司的RealPlayer和Vocaltec公司的Internet Wave4。,影视点播(video on demand)，也称交互电视(Interactive Television)： 这种应用
4、与声音点播应用完全类似。 存放在服务机上的压缩的影视文件可以是教授的讲课、整部电影、预先录制的电视片、(文献)纪录片、历史事件档案片、卡通片和音乐电视片等等。 存储和播放影视文件比声音文件需要大得多的存储空间和传输带宽。 现在，已经有很多因特网影视点播产品，包括RealNetworks公司的产品5。,因特网电话(Internet telephony)： 这种应用是人们在因特网上进行通话，就像人们在传统的线路交换电话网络上相互通信一样，可以近距离通信，也可以长途通信，而费用却非常低。 分组实时电视会议(group real-time video conferencing)： 这类多媒体应用产品与
5、因特网电话类似，但可允许许多人参加。在会议期间，你可为你所想看到的人打开一个窗口。 现在也已经有许多在因特网上召开分组实时电视会议的产品，包括Cornell University开发的CU-SeeMe电视会议产品，下图是电视会议的一个画面。,应用分类,按照交互频繁程度来划分 ： 现场交互应用(live interactive applications)： 因特网电话和实时电视会议 人的听觉系统对小于150毫秒延迟感觉不到 150毫秒400毫秒之间时延可以接受 时延超过400毫秒令人甚感别扭 交互应用(interactive applications)： 声音点播、影视点播是交互应用的例子 从用
6、户发出请求播放到在客户机上开始播放之间的时延大约在15秒钟就可以接受 对信息包时延和抖动的要求不像因特网电话和实时会议那样高 非实时交互应用(non-interactive applications)： 现场声音广播和电视广播或者预录内容的广播 用户只是简单地调用播放器播放 时延在10秒或者更多一些都可以接受 对信号的抖动要求也可以比交互应用的要求低,应用开发面临的问题,因特网提供两种类型的服务： 可靠的面向连接服务(reliable connection-oriented service) 可靠的TCP服务保证把信息包传送到对方，对信息包的时延要求并不高 TCP(Transfer Contr
7、ol Protocol)协议提供的服务属于可靠服务 不可靠的无连接服务( unreliable connectionless service) 不可靠的UDP服务不作任何担保，既不保证传送过程中不丢信息包，也不保证时延满足应用要求 使用UDP(User Datagram Protocol)协议提供的服务属于不可靠服务 因特网现在提供的服务对所有信息包的传送都是平等的 对时延要求很高的信息包在路由器的队列中都没有优先权 在因特网上任何人都要排队等待 综上：对信息包的时延和时延的大小缺乏任何保证,应用分类,按照用户使用时的交互的频繁程度来划分，多媒体网络应用可分成3类： 现场交互应用(live i
8、nteractive applications)：因特网电话和实时电视会议是频繁交互的应用例子。在这种应用场合下，与会者在任何时候都可能说话或者移动。从与会者说话或者移动的动作到达接收端的时延应该小于几百毫秒才能为用户接受。人的听觉系统对延迟小于150毫秒的声音感觉不到有时延，在150毫秒400毫秒之间的时延可以接受，时延超过400毫秒的会话就令人甚感别扭。 交互应用(interactive applications)：声音点播、影视点播是交互应用的例子。在这种应用场合下，用户仅仅是要求服务器开始传输文件、暂停、从头开始播放或者是跳转而已。从用户发出请求播放到在客户机上开始播放之间的时延大约在
9、15秒钟就可以接受。对信息包时延和抖动的要求不像因特网电话和实时会议那样高。 非实时交互应用(non-interactive applications)：现场声音广播和电视广播或者预录内容的广播是非实时交互应用的例子。在这些应用场合下，发送端连续发出声音和电视数据，而用户只是简单地调用播放器播放，如同普通的无线电广播或者电视广播。从源端发出声音或者电视信号到接收端播放之间的时延在10秒或者更多一些都可以接受。对信号的抖动要求也可以比交互应用的要求低。,应用开发面临的问题,因特网为所有应用提供两种类型的服务： 可靠的面向连接服务(reliable connection-oriented serv
10、ice)：使用TCP(Transfer Control Protocol)协议提供的服务属于可靠服务，可靠的TCP服务保证把信息包传送到对方，对信息包的时延要求并不高。 不可靠的无连接服务( unreliable connectionless service)：使用UDP(User Datagram Protocol)协议提供的服务属于不可靠服务，不可靠的UDP服务不作任何担保，既不保证传送过程中不丢信息包，也不保证时延满足应用要求。 此外，因特网现在提供的服务对所有信息包的传送都是平等的，像对时延要求很高的声音信息包和电视信息包在路由器的队列中都没有任何的优先权，在因特网上任何人都要排队等待
11、。,应用开发面临的问题,时至今日，因特网上的多媒体应用取得了重大的成就，但还只是有限度的成功 直至现在，成功的因特网电话和实时电视会议产品比成功的声音点播和影视点播产品少 实时声音和电视产品可在带宽足够宽的因特网上工作得很好 但当一遇到拥挤链路时，声音和图像的质量就恶化到不能接受的地步 目前多媒体网络应用要集中解决个问题是： 提高网络带宽 减少时延(delay) 减少抖动(jitter),改善服务质量,因特网的可靠服务要求任何信息包不管多么有价值，都必须参加排队和等待，在这种条件的限制下，人们已经作出了种种努力来改进设计： 使用UDP协议而不使用TCP 在接收端增加延迟播放时间(例如100毫秒
12、或者更多)来减少网络引入的延迟抖动 在发送端给信息包打上时间标记，接收端就可以知道信息包什么时候应该播放 给信息包添加错误校正码以减少传输过程中丢失的信息包所造成的质量下降,因特网上存取声音和电视的方法,经过压缩的声音或者电视文件放在Web服务器上，由Web服务器通过HTTP协议把文件传送给客户。 经过压缩的声音或者电视文件放在声音/电视流放服务器(streaming server)上，由流放服务器通过非HTTP协议把文件传送给客户 由一个单独的应用程序帮助器(helper)，通常叫做媒体播放器(media player)来播放声音和影视 典型的媒体播放器要执行好几个功能，包括解压缩、消除抖动
13、、错误纠正和用户播放等功能 可以使用像插件这种技术把媒体播放器的用户接口放在Web客户机的用户界面上 浏览器在当前Web页面上保留屏幕空间，并且由媒体播放器来管理,读取声音和影视文件的方法,通过Web浏览器传送给媒体播放器 Web浏览器请求消息请求传送声音/电视文件 Web服务器发送响应消息和请求的声音/电视文件 Web浏览器调用相应的媒体播放器 媒体播放器播放声音/电视文件 特点： 简单 比较大的时延 媒体播放器必须Web浏览器得到文件 浏览器需要下载整个文件后才传送给媒体播放器 在传输过程中时延很难接受,读取声音和影视文件的方法,直接把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器 用户点击超链
14、接请求传送 超级链接指向一个播放说明文件(presentation description file)，这个文件包含有实际的声音/电视文件的地址(URL)。播放说明文件被封装在HTTP响应消息中 播放说明文件也称元文件(meta file)，它可以是仅由声音/电视文件网址组成的只有一行的文本文件，也可以包含更多内容的文件。如，播放说明文件可以是同步多媒体集成语言(Synchronized Multimedia Integration Language，SMIL)文件，读成“smile” Web浏览器检查响应消息中的内容的类型，调用媒体播放器，把响应消息中的播放说明文件传送给媒体播放器 媒体播放
15、器直接与Web服务器建立TCP连接，然后把传送声音/电视文件的HTTP请求消息发送到TCP连接上 在HTTP响应消息中把声音/电视文件传送该媒体播放器并开始播放 特点： 依然使用HTTP传送文件 不容易使用户获得满意的交互性能,读取声音和影视文件的方法,直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器 特点： 可考虑从独立的多媒体服务器(如声音服务器、电视服务器)把多媒体文件传送给媒体播放器 允许应用开发人员为多媒体点播(multimedia-on-demand)设计一种流(式播)放协议(streaming protocol) 需要两个服务器： HTTP服务器，用于Web页面服务 流放服务器
16、，用于声音/电视文件服务 两个服务器可以运行在同一服务机上，也可以运行在不同的服务机上。如果Web服务器非常繁忙，使用两台服务机是有利的,网络上的信息交换技术,远程通信网络可分成两类网络： 线路交换网络(circuit-switched networks) 双方交换消息期间通道上的全部资源(如链路带宽等)都被租用 去饭馆之前必须要和第一个打电话(或发email)的人竞争，但到饭馆后通常马上就可与服务员联系并定饭菜 信息包交换网络(packet-switched networks) ，也称数据网络(data networks) 双方交换消息期间不租用通道上的资源，不保留资源，根据需要来使用资源 往往需要等待可用资源 客户没有预定座位的问题，但到饭馆之后也许必须等座位，然后才能定饭菜,例子,电话网络( telephone networks)是线路交换网络 在电话线路上与他人通话或者发送传真，你必须首先与对方建立连接方可进行，这就叫做线路连接，或者叫做线路交换。当线路连接建立之后就租用了这个线路的带宽，你就可以用常数速率传输数据,
