多媒體通信教材全套——第1章

1、第1章 多媒體通信技術概論 整理課件第1章 多媒體通信技術概論 1.1 引言引言 1.2 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征 1.3 多媒體通信的性能描述與需求多媒體通信的性能描述與需求 1.4 多媒體通信的服務質量多媒體通信的服務質量 1.5 多媒體通信的網(wǎng)絡支持環(huán)境多媒體通信的網(wǎng)絡支持環(huán)境 1.6 分布式多媒體應用分布式多媒體應用 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.1 引引 言言 人類的信息交流已從單一媒體過渡到多媒體的形式。多媒體信息形式有四種: 音頻、 視頻、圖形和文本。其中，音頻和視頻媒體與時間相關, 稱為連續(xù)媒體; 圖形和文本媒體與時間無關, 稱為靜態(tài)媒體。連續(xù)媒體

2、具有隱含的時間關系, 其播放速度將影響所含信息的再現(xiàn), 必須在一段特定的時間內按特定的速度播放; 否則, 媒體信息的完整性就會受到影響。而靜態(tài)媒體則是與時間無關的媒體, 其播放速度不會影響所含信息的再現(xiàn)。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 (1) 異步通信 異步通信用于在端系統(tǒng)之間交換那些不需要實時存儲或者處理的靜態(tài)媒體數(shù)據(jù)。 例如, 多媒體電子函件就是采用的就是這種通信方式。 (2) 等時通信 等時通信用于在端系統(tǒng)之間傳送諸如語音、 視頻之類需要實時處理的連續(xù)媒體數(shù)據(jù), 產(chǎn)生低延遲、低抖動的連續(xù)位流（Bit Stream）。 例如, 在多媒體視頻會議系統(tǒng)中, 對于NTSC制式的視頻信號,

3、 網(wǎng)絡必須每隔33毫秒就應向播放地點提交一個視頻幀, 端到端的延遲應當保持在250 毫秒以下。由于連續(xù)媒體通信具有等時性, 通常采用“數(shù)據(jù)流”來抽象表示端到端連續(xù)媒體通信。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.2 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征比特率可變性比特率可變性 (1) 恒定比特率（Constant BitRate, CBR）傳輸 (2) 可變比特率（Variable BitRate, VBR）傳輸 2. 時間依賴性時間依賴性 3. 信道對稱性信道對稱性 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.3 多媒體通信的性能描述與需求多媒體通信的性能描述與需求1.3.1 多媒體通

4、信的性能描述多媒體通信的性能描述 網(wǎng)絡性能參數(shù)網(wǎng)絡性能參數(shù) (1) 吞吐量網(wǎng)絡吞吐量（Throughput）是指有效的網(wǎng)絡帶寬, 通常定義成物理鏈路的傳輸速率減去各種傳輸開銷, 如物理傳輸開銷以及網(wǎng)絡沖突、 瓶頸、 擁塞和差錯等開銷, 它反映了網(wǎng)絡的最大極限容量, 測量內容與具體的對象相關。 例如: 在網(wǎng)絡層, 吞吐量可表示成單位時間內接收、 處理和通過網(wǎng)絡的分組數(shù)或比特數(shù)。 它是一種靜態(tài)參數(shù), 反映了網(wǎng)絡負載的情況。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 (2) 差錯率 差錯率（Error Rate）是一種重要的性能指標, 反映了網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃?。它可以用三種方法定義: 一是位差錯率（BER

5、）, 它定義為出錯的位數(shù)與所傳輸?shù)目偽粩?shù)之比; 二是幀差錯率（FER）, 它定義為出錯的幀數(shù)與所傳輸?shù)目値瑪?shù)之比; 三是分組差錯率（PER）, 它定義為出錯的分組數(shù)與所傳輸?shù)目偡纸M數(shù)之比。 它們分別用于在不同的網(wǎng)絡協(xié)議層次上計算差錯率。例如, 在分組交換網(wǎng)中, 其傳輸單位是分組, 通常使用PER計算差錯率; ATM網(wǎng)絡上的傳輸單位是信元（Cell）, 可以使用FER計算差錯率; 而物理傳輸網(wǎng)（如SONET）以位為傳輸單位, 故使用BER計算差錯率。光纖傳輸網(wǎng)的BER范圍一般為10-910-12, 衛(wèi)星傳輸網(wǎng)的BER為10-7。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 (3) 延遲 延遲（Dela

6、y）是衡量網(wǎng)絡性能的重要參數(shù), 它可采用多種方式來表示。這里主要是從端到端延遲的角度來討論延遲問題。端到端延遲是指發(fā)送端發(fā)送一個分組到接收端正確地接收到該分組所經(jīng)歷的時間。端到端延遲包含了下列延遲時間: 傳播延遲: 表示端到端之間傳輸一個二進制位所需要的時間。 這是一個受光速限制的物理參數(shù), 且是一個常數(shù), 為200 m/s。 它僅僅與所經(jīng)過的傳輸距離有關。 傳輸延遲: 表示端到端之間傳輸一個數(shù)據(jù)塊（如分組）所需要的時間。該參數(shù)與網(wǎng)絡傳輸速率和中間節(jié)點處理延遲有關。 網(wǎng)絡延遲: 表示傳播延遲與傳輸延遲之和。 接口延遲: 表示發(fā)送端從開始準備發(fā)送數(shù)據(jù)塊到實際利用網(wǎng)絡進行發(fā)送所需要的時間。第1章

7、多媒體通信技術概論 整理課件2. 影響網(wǎng)絡性能的因素影響網(wǎng)絡性能的因素 吞吐量吞吐量 網(wǎng)絡故障。 網(wǎng)絡擁塞。 瓶頸。 緩沖區(qū)容量。 流量控制。 (2) 差錯差錯 位出錯。 分組丟失和亂序。 (3) 延遲延遲 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.3.2 多媒體通信的性能需求多媒體通信的性能需求 吞吐量需求吞吐量需求 高傳輸帶寬需求。 大緩沖容量需求。 流量需求。 2. 可靠性需求可靠性需求 3. 延遲需求延遲需求 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.4 多媒體通信的服務質量多媒體通信的服務質量 服務質量（Quality of Service, QoS）是一種抽象概念, 用于說明網(wǎng)絡服務的

8、“良好”程度。由于不同的應用對網(wǎng)絡性能的要求不同, 對網(wǎng)絡所提供的服務質量期望值也不同。這種期望值可以用一種統(tǒng)一的QoS概念來描述。 在不同應用系統(tǒng)中, QoS參數(shù)集的定義方法可能是不同的。例如, 可以使用上述的網(wǎng)絡性能參數(shù)來定義QoS, 即: QoS = 吞吐量, 差錯率, 端到端延遲, 延遲抖動 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件表表 1.1 QoS 參參 數(shù)數(shù) 舉舉 例例多媒體對象 最大延遲/ms 最大延遲抖動/ms 平均吞吐量/(Mb/s) 可接受的位出錯率 語音視頻(TV品質)壓縮視頻數(shù)據(jù)(文件傳送)實時數(shù)據(jù)圖像 0.250.250.2510.00111 10101- 0.0641

9、00210110010210 10-110-210-60010-9第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.5 多媒體通信的網(wǎng)絡支持環(huán)境多媒體通信的網(wǎng)絡支持環(huán)境 由于多媒體信息, 特別是連續(xù)媒體信息源將產(chǎn)生大量的實時數(shù)據(jù), 必須經(jīng)過編碼壓縮處理后才能進行傳輸, 傳送到目的地后再解壓播放。 這樣可以節(jié)省大量的網(wǎng)絡帶寬。數(shù)據(jù)壓縮處理一般由兩個過程組成: 一是編碼過程, 即對原始數(shù)據(jù)進行編碼壓縮, 以便存儲和傳輸; 二是解碼過程, 即對壓縮的數(shù)據(jù)進行解壓, 恢復成可用的數(shù)據(jù)。 經(jīng)過壓縮后的連續(xù)媒體數(shù)據(jù)流仍然需要較大的網(wǎng)絡帶寬。 例如, 經(jīng)MPEG-2壓縮后的視頻流仍需要大于 3.36 Mb/s的網(wǎng)絡帶

10、寬。 當多個用戶同時需要通過網(wǎng)絡實時傳送連續(xù)媒體數(shù)據(jù)時, 要求網(wǎng)絡能夠提供較大的帶寬, 傳統(tǒng)的10 Mb/s Ethernet很難滿足這一需求。因此, 多媒體通信對網(wǎng)絡基礎設施（主要是指網(wǎng)絡硬件環(huán)境）提出了較高的要求, 如高帶寬、低延遲、支持QoS以及資源動態(tài)分配等。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 為了更好地支持多媒體通信, 無論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)都呈現(xiàn)出高速化的發(fā)展態(tài)勢。目前, 網(wǎng)絡的傳輸速率已經(jīng)達到10 Gb/s, 為多媒體通信提供了高帶寬的保證。 對于局域網(wǎng), 可提供100 Mb/s及以上傳輸速率的高速網(wǎng)絡技術有: 快速以太網(wǎng)(100BASE-T)、千兆位以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)(FDD

11、I)、 100VGCD*2AnyLAN以及ATM網(wǎng)絡等, 這些網(wǎng)絡都是標準化的, 在實際中已得到廣泛的應用。 此外, 萬兆位(10 Gb/s)以太網(wǎng)已經(jīng)研制成功, 不久將出臺有關的國際標準。從支持QoS的角度, 100VG-AnyLAN、 FDDI以及ATM等網(wǎng)絡都具有一定的支持能力, 只是程度不同而已。其中，ATM對QoS的支持最為充分。各種以太網(wǎng)都不提供QoS支持能力。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 在這些局域網(wǎng)絡中, 根據(jù)所采用的網(wǎng)絡構件, 可以組成共享式網(wǎng)絡和交換式網(wǎng)絡兩種網(wǎng)絡類型。在共享式網(wǎng)絡中, 各個節(jié)點共享一段有沖突的介質, 當網(wǎng)絡負載（節(jié)點）增加時, 沖突將不可避免地發(fā)

12、生, 導致網(wǎng)絡可用帶寬急劇下降。即使是100 Mb/s的高速網(wǎng)絡, 也會因共享介質而產(chǎn)生多個用戶同時競爭介質來傳輸媒體數(shù)據(jù)的問題, 這會導致網(wǎng)絡延遲的增加, QoS的下降。 在交換式網(wǎng)絡中, 通過交換機提供端點之間的并行的傳送通道和獨享的網(wǎng)絡帶寬, 因而不會發(fā)生任何沖突, 且大大降低了傳輸延遲, 有效地保證了網(wǎng)絡的QoS。 因此, 多媒體通信應當采用高速交換式網(wǎng)絡作為網(wǎng)絡支撐環(huán)境。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 由于局域網(wǎng)通過高速交換式網(wǎng)絡技術能夠較容易地解決網(wǎng)絡帶寬和延遲問題, 對多媒體通信的支持比較充分，因此多媒體通信技術的重點是解決廣域網(wǎng)支持多媒體流的綜合傳輸和QoS問題。 近幾

13、年, 相繼推出了一些以光纖為傳輸介質的廣域網(wǎng), 如同步光纖網(wǎng)(SONET)、 同步數(shù)字序列(SDH)和密集波分復用(DWDM)等, 其傳輸速率已達10 Gb/s, 大大改善了廣域網(wǎng)的擁擠狀況。 隨著Internet的發(fā)展, 大量的話音和視頻信息需要在基于分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸, 這就需要在網(wǎng)絡基礎結構上解決數(shù)據(jù)、話音和視頻流的綜合傳輸和資源協(xié)調問題, 實現(xiàn)各種應用的有機集成, 使整個廣域網(wǎng)絡具有高度的適應性、 開放性和可伸縮性。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件一種有效的解決方案是寬帶IP網(wǎng)絡, 它是以ATM、SONET、 SDH和DWDM等高速網(wǎng)絡為基礎, 通過IP Over ATM、I

14、P Over SONET 、 IP Over SDH以及IP Over DWDM等技術構成基于IP協(xié)議的集成平臺, 再通過IP v6、 RSVP和區(qū)分服務等協(xié)議協(xié)調網(wǎng)絡資源, 提供QoS保證和特性化服務, 以滿足應用對網(wǎng)絡服務質量的需求。 這種寬帶IP網(wǎng)絡也是下一代Internet (如Internet 2)的核心技術。 另一方面, 寬帶Internet必須和用戶高速接入技術相配合才能真正發(fā)揮作用, 使基于Internet的多媒體應用能夠走進千家萬戶, 也就是必須解決高速信息公路的“最后1公里”問題。目前, 用戶高速接入技術主要有: 基于交互式電視網(wǎng)的Cable Modem的接入和基于電話網(wǎng)的

15、ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)的接入, 它們分別適用于不同的用戶環(huán)境, 其接入方法和性能也不同。這些接入技術可以提供130 Mb/s的接入速率, 是當前普遍使用的模擬Modem幾十kb/s接入速率所無法比擬的。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件1.6 分布式多媒體應用分布式多媒體應用 多媒體會議系統(tǒng)是一種在計算機網(wǎng)絡支持下, 利用多媒體信息進行會議交流的會議系統(tǒng), 人們足不出戶就可以召開會議, 提高了會議的效率, 降低了會議開銷。 這種新型的會議系統(tǒng)已成為典型的分布式多媒體應用系統(tǒng)之一。多媒體會議系統(tǒng)是一種點對多點的實時應用系統(tǒng), 對網(wǎng)絡

16、環(huán)境的要求除了高帶寬、 低延遲和支持QoS外, 還應當具有組播通信能力。此外, 高效的視頻/音頻編解碼器也是必不可少的。為了規(guī)范會議系統(tǒng)的開發(fā)和應用, 有關國際組織制定了一系列有關會議系統(tǒng)的國際標準, 在編解碼器、 數(shù)據(jù)壓縮、通信協(xié)議等方面進行了標準化。從Internet發(fā)展趨勢來看, 基于寬帶IP網(wǎng)的桌面會議系統(tǒng)將是今后多媒體會議系統(tǒng)的主流技術。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 視頻點播 (Video On Demand, VOD) 系統(tǒng)是一種交互式多媒體信息服務系統(tǒng), 它采用客戶/服務器模型, 整個系統(tǒng)由視頻服務器、高速網(wǎng)絡和客戶端組成, 客戶可根據(jù)自己的需要和興趣選擇視頻服務器中的

17、多媒體信息內容, 并控制其播放過程。 這種新的多媒體信息服務形式被廣泛應用于交互式有線電視系統(tǒng)、 賓館娛樂服務系統(tǒng)、 數(shù)字圖書館系統(tǒng)、遠程教育系統(tǒng)以及各種公共信息咨詢和服務系統(tǒng)等。VOD系統(tǒng)的信息交互具有不對稱性, 客戶到視頻服務器的上行信道的通信量要遠遠小于視頻服務器到客戶的下行信道的通信量。根據(jù)系統(tǒng)響應時間長短, VOD系統(tǒng)可分成真點播TVOD（True VOD）和準點播NVOD（Near VOD）兩類。TVOD要求有嚴格的即時響應時間, 對視頻服務器的CPU處理能力、緩存空間和磁盤I/O吞吐量以及網(wǎng)絡帶寬提出很高的要求, 系統(tǒng)造價比較昂貴。NVOD對系統(tǒng)響應時間有一定的寬限, 對系統(tǒng)配置

18、和環(huán)境要求相對低一些, 從而降低了系統(tǒng)造價。 目前很多VOD系統(tǒng)產(chǎn)品都屬于NVOD。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 遠程教育和遠程醫(yī)療等都是面向領域的分布式多媒體應用系統(tǒng)。從技術的觀點來看, 它們是在計算機網(wǎng)絡的支持下, 根據(jù)面向領域的某種應用模型, 綜合運用多媒體會議、視頻點播和虛擬現(xiàn)實等多種多媒體技術手段來生動翔實地表現(xiàn)特定的內容。 歸根到底, 還是反映了網(wǎng)絡環(huán)境對多媒體通信的支持能力以及典型分布式多媒體應用技術(如多媒體會議、 視頻點播和虛擬現(xiàn)實等)在特定領域的應用和集成問題。 第1章 多媒體通信技術概論 整理課件 不同的分布式多媒體應用對網(wǎng)絡環(huán)境的要求可能有所不同。 從應用的角度, In