网络多媒体技术及其应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Multimedia,Technology,多媒体技术及应用,第七章 网络多媒体技术与应用,7.1 网络多媒体通信,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息（如声音、图像、图形、数据和文本等）的新型通信方式。与普通的数据传输相比，多媒体数据流具有如基本特征：,速率可变性,实时性,信道对称性,2,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体网络通信的性能需求,多媒体数据流对网络环境的要求很高，主要指标包括传输速率、吞吐量、差错率、传输延迟和延迟抖动等。,不同媒体对网络吞吐量的要求,3,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体网络通信的性能需求,差错率反映网络的可靠性，是多媒体通信网络的一个重要指标。一般来说，普通数据在网络上的传输差错率应该为零，但由于人们的感官能够在一定程度容忍连续变化视频、音频出现的少量干扰，因而允许一些多媒体数据类型在传输过程中出现一定的差错，以提高传输速度。差错率可以用出错的位数与所传输的总位数之比（位出错率）来衡量。,部分媒体可接受的差错率,媒体类型,图像,音频,视频,压缩视频,数据,位差错率（BER）,10,-4,10,-1,10,-2,10,-6,0,4,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信网络,多媒体通信网络是实现多媒体通信的基本设施，一般是在现有的通信网络基础上发展而成的。目前的通信网络大体可分划分为四大类：电信网络、计算机网络、电视传播网络和移动网络。,多媒体通信网络系统,5,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信方式,多媒体应用大多具有交互特性，因而要求多媒体通信网络具有双向通信能力。为提供灵活的、综合的多媒体服务，多媒体通信网络应提供单播、多播和广播等多种通信方式。,单播、组播和广播示意图,6,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信网络的服务质量(QoS),网络服务质量通常用参数方式来定义，一般包括系统吞吐率、网络传输稳定性、可用性、可靠性、传输延迟、传输速率、差错率、传输失败率、安全性等。在这些参数中，传输速率是最重要的一个。,不同的应用对网络性能有不同的要求，因而对网络所提供的服务质量期望值也不同。用户的这种期望值可以用QoS概念来描述。,不同系统、不同网络层次上强调的参数往往不同，例如，用户可以用如下网络性能参数组合来定义QoS：,QoS=吞吐量，差错率，端到端延迟，延迟抖动,7,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信网络的服务质量(QoS),几种媒体对象所需的QoS参数,媒体对象,平均吞吐量（Mbps）,最大延迟,最大延迟,允许差错率,语音,0.064,250,10,10,-1,视频（TV质量）,100,250,10,10,-2,压缩视频,2,10,250,1,10,-6,文件数据,1,100,1000,-,0,实时数据,10,1000,-,0,图像,2,10,1000,-,10,-9,8,7.1.1 网络多媒体通信,多媒体通信网络的服务质量(QoS),QoS大致可分为如下3种类型。,确定型（Deterministic）：在数据传输过程中，网络严格保证所承诺的QoS，否则可能会给被服务方造成严重后果。,统计型（Statistical）：在数据传输过程中，允许网络所承诺的QoS在一定范围内波动，不会对被服务方造成不良后果。,尽力型（Best-Effort）：也称为最佳效果传输。在数据传输过程中，网络不提供任QoS保证，只是在现有条件下尽力传输。网络性能会随着负载增加而明显下降。由于目前网络带宽的限制，大多数媒体应用只提供这类服务。,9,7.1.2 多媒体传输协议,网络协议是网络中互相通信的对等实体间交换信息时必须遵守的规则集合。常用的数据传输协议有TCP、UDP、SPX和AppleTalk等，其中Internet所采用的TCP、UDP协议应用最为广泛。但这些协议在设计时没有考虑支持多媒体通信的问题，因而难以满足日益发展的多媒体应用的需求。,为满足日益发展的多媒体应用的需求。一些新的多媒体传输、控制协议被提出，它们从不同方面、在不同层次上支持多媒体数据传输。,10,7.1.2 多媒体传输协议,RSVP协议,资源预留协议是针对TCP/IP网络传输层不保证QoS以及不支持多点传输的问题而提出的网络控制协议。RSVP协议在业务数据流传送前先预约一定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，保证业务数据流的带宽，避免网络的拥塞和丢包，从而为特定的应用程序提供有保障的数据流服务。,资源预留过程,11,7.1.2 多媒体传输协议,RTP/RTCP协议,IETF开发的一种针对多媒体数据流的一种传输协议，其目的是在一对一或一对多的数据流传输过程中提供时间信息和实现流同步。实时传输控制协议(Real-time Transport Control Protocol，RTCP)用于统计、管理和控制RTP传输，它与RTP一起协作，完成多媒体数据的打包和发送。,RTCP的主要功能是为RTP所提供的QoS提供反馈信息。这种反馈可以用来进行流量、拥塞控制，也可以用来监视网络，诊断网络中的问题。,RTP为数据提供了具有实时特征的端对端传送服务，如在组播或单播网络服务下的交互式视频音频或模拟数据。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。,12,7.1.2 多媒体传输协议,RTSP协议（实时流协议）,由RealNetworks与Netscape共同提出的，定义如何通过IP网络传输流媒体数据的应用层协议。RTSP提供一种可扩展的框架，用于控制流媒体数据在IP网络上的发送。RTSP对流媒体提供了远程控制功能，如暂停、快进、快退和定位等，但它本身并不传输数据，而是通过传输层的TCP、UDP协议或RTP协议传输数据。,该协议目的在于控制多个数据发送连接，选择发送通道（如UDP、组播UDP或TCP），提供使用RTP发送机制的方法。RSTP为单播和多播提供可靠的播放性能。,13,7.1.3 流媒体技术,流媒体(Streaming Media)也称流式媒体，是一种新的媒体传送方式。流式传输方式将视频、声音或动画等多媒体信息经过压缩处理后，由服务器向用户计算机连续、实时传送，让用户一边下载一边观听、收看，而不必等到整个文件全部下载完毕才开始播放。,这种对多媒体文件边下载、边播放的流式传输方式不仅使播放启动延时大幅度缩短，对系统缓存容量的需求也大大降低。,14,7.1.3 流媒体技术,流媒体技术原理,流媒体（Streaming Media）是指在网络上使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件。实现流媒体传输的关键技术就是流式传输。流式传输包括实时流式传输（Realtime Streaming）和顺序流式传输（Progressive Streaming）两种方式。前者用于传输音频、视频等实时数据，而后者用于传输非实时数据。,流式传输基本原理,15,7.1.3 流媒体技术,流媒体平台,一个完整的流媒体平台应包括流媒体制作、存储、播放、发布、负载均衡和用户管理等多种软、硬件系统。目前比较成熟三大流媒体平台分别是RealNetworks公司的Real System，Microsoft公司的Windows Media和Apple公司的QuickTime。,16,7.1.3 流媒体技术,流媒体平台,RealNetworks的流媒体平台,RealNetworks公司多年从事流媒体技术的研究和开发，在流媒体的创作、传送、伺服、下载、播放等各个环节都由相应的产品。而且每个产品都有Basic版和Plus版两种，前者具备有限的基本功能，可免费下载使用；后者提供完整的功能，提供给专业使用者使用。,Real System是可跨平台使用的流媒体平台，支持Windows、Linux、Mac OS、Solaris、HP/UX等几乎所有主流操作系统。,Real System在窄带流媒体传输中表现优异，能很好地适应从28.8kbps的拨号上网到10M 的局域网传输。,Real Media（RM）格式是RealNetworks公司开发的一种流媒体文件格式，主要包括Real Audio（RA）、Real Video（RV）和Real Flash（RF）三部分。,17,7.1.3 流媒体技术,流媒体平台,Microsoft的流媒体平台,Windows Media与Windows操作系统捆绑在一起，操作方便。Microsoft为用户提供了较为完整的流媒体产品线,对Windows上常用的应用软件，如Microsoft Office，进行了很好的整合。使用者可以容易地在Word、FrontPage中加入流媒体播放元件，另外Windows Media能很好地利用Windows的系统性能。,ASF（Advanced Stream Format）是Microsoft开发的一种多媒体数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。,18,7.1.3 流媒体技术,流媒体平台,Apple的流媒体平台,QuickTime是Apple公司面向专业视频编辑、Web网站创建和CD-ROM内容制作领域开发的多媒体技术平台，它支持几乎所有主流的个人计算平台，是数字媒体领域事实上的工业标准，是创建3D动画、实时效果、虚拟现实、A/V和其他数字流媒体的重要基础。,与其它两种流媒体平台相比，Apple 的QuickTime流媒体平台在完整性上居于劣势。同时，由于Mac机使用者较少，所以Apple流媒体平台的第三方厂商数量也少，但也有一些有较高专业水准的厂商。,QuickTime是Apple公司开发的视频播放软件，可以在MAC OS、Linux和Windows操作系统平台上运行，支持HTTP、RTP、RTSP协议。,19,7.1.3 流媒体技术,流媒体制作,创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。,【例7-1】制作RM格式的流媒体文件。,Real Producer Plus v11的主界面,20,7.2 网络多媒体应用,7.2.1 即时通信系统,即时通讯（Instant Messaging，IM）软件是一种用来在Internet上进行实时信息交流的工具。它具有跨平台、实时性强、成本低、效率高等优点，成为人们进行网络沟通的一种重要方式。常用的IM软件包括MSN、QQ、Skype等等。IM软件一般具有消息对话，音频、视频对话，文件传输、组群创建等功能。,21,7.2.1 即时通信系统,腾讯QQ（简称QQ）是腾讯计算机系统有限公司开发的一种基于Internet的IM软件。它支持在线聊天，音频、视频对话，文件传输、共享、网络硬盘、发送电子邮件等多种功能。另外，QQ还可以与移动通讯终端、IP电话网、无线寻呼等多种通讯方式相连，使QQ不仅是一种方便、实用、高效的即时通信工具，也是一种网络虚拟呼机。,【例7-2】加入QQ组群,22,7.2.2 视频点播系统,视频点播（Video on Demand，VOD）是一种根据用户需要播放指定视频节目的技术。,与传统的基于广播模式的电视系统（无线电视、有线电视、图文电视等）不同，用户不再被动地接收广播的节目，而是主动点播要观看的节目，视频服务器响应用户的点播请求，将节目数据以视频流的形式通过传送网络发送到用户端。,VOD系统从根本上改变了用户被动收看电视的模式，也被称为交互式电视（Interactive TV，ITV）系统。,23,7.2.2 视频点播系统,VOD接入技术,VOD用户的接入方法主要分成两大类：第一类方法是基于铜质双绞线的接入方案，包括常见的Modem接入技术、ISDN接入技术及速率更高的数字用户线（Digital Subscriber Line，DSL）技术；第二类方法是基于有线电视系统中的铜轴电缆的HFC接入技术及光纤接入技术。,利用铜质双绞线传送数据信号的技术被通称为xDSL技术。xDSL技术提供的带宽与用