多媒體協(xié)議及組播課件

1、第六章 多媒體協(xié)議及組播流媒體的概念實時協(xié)議視頻點播系統(tǒng)組播網(wǎng)絡(luò)上A/V傳輸?shù)膬煞N方式下載：文件大，存儲容量大，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，下載時間長，延遲大。 流（stream）傳輸：音視頻服務(wù)器將時基媒體向用戶計算機進行連續(xù)、實時傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過很短的啟動延時即可進行觀看。當時基媒體在客戶機上播放時，文件的剩余部分將在后臺從服務(wù)器內(nèi)繼續(xù)下載。流媒體的概念指在網(wǎng)絡(luò)上使用流傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。流媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存，流媒體的數(shù)據(jù)流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。流媒體實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流傳輸。流傳輸

2、的定義現(xiàn)在泛指通過網(wǎng)絡(luò)傳送媒體（如視頻、音頻）的技術(shù)總稱。實現(xiàn)流傳輸?shù)膬煞N方法實時流傳輸（realtime streaming）：若視頻為實時廣播，或使用流傳輸媒體服務(wù)器，或應用如RTSP的實時協(xié)議，即為實時流傳輸。順序流傳輸（progressive streaming）：若使用HTTP服務(wù)器，文件即通過順序流發(fā)送。順序流傳輸順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看在線媒體，在給定時刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的部分。由于標準的HTTP服務(wù)器可發(fā)送這種形式的文件，也不需要其他特殊協(xié)議，它經(jīng)常被稱作HTTP流傳輸。順序流傳輸?shù)乃俣仁遣荒苷{(diào)整的。在低帶寬下，順序流傳輸比較適合高質(zhì)

3、量的短片段，但用戶在觀看前，必須經(jīng)歷延遲 。順序流文件是放在標準HTTP 或 FTP服務(wù)器上，易于管理。順序流傳輸不適合長片段（低帶寬）和有隨機訪問要求的視頻，也不支持現(xiàn)場廣播。實時流式傳輸總是實時傳送，特別適合現(xiàn)場事件，也支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接必須是匹配的。需要專用的流媒體服務(wù)器，如：RealServer、Windows Media Server、QuickTime Streaming Server。這些服務(wù)器允許對媒體發(fā)送進行更多級別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標準HTTP服務(wù)器更復雜。需要特殊網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，如：RTSP （Realti

4、me Streaming Protocol）或MMS （Microsoft Media Server）。流媒體的關(guān)鍵技術(shù)高速緩存：用來彌補延遲和抖動的影響，并保證數(shù)據(jù)包的順序正確，使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出。使用環(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)：通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容，因此所需容量并不大。傳輸協(xié)議：一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時音像數(shù)據(jù)。需要專用服務(wù)器和播放器。流媒體傳輸?shù)倪^程Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，檢索出所需傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)。Web瀏覽器啟動A/V Helper程序，使用HT

5、TP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)（目錄信息、編碼類型等）對Helper程序初始化。A/V Helper程序及A/V服務(wù)器之間運行實時流控制協(xié)議（RTSP），交換A/V傳輸所需的控制信息。RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序（Helper程序）即可播放輸出。流傳輸基本原理圖Web BrowserWeb ServerA/V Player（Helper）A/V ServerRTSP/TCP 控制HTTP/TCP 檢索RTP/UDP 數(shù)據(jù)定位Metafile流媒體文件格式壓縮媒體文件格式流文件格式媒體發(fā)布格式壓縮媒

6、體文件格式通過某種壓縮算法對A/V信息重新編碼，使文件大小被處理得更小。在壓縮媒體文件再次成為媒體格式前，其中數(shù)據(jù)需要解壓縮。常用視頻、音頻壓縮文件類型 流文件格式經(jīng)過特殊編碼，使其適合在網(wǎng)絡(luò)上邊下載邊播放，而不是等到下載完整個文件才能播放。將壓縮媒體文件編碼成流文件，必須加入一些附加信息，如：計時、壓縮和版權(quán)信息。可以在網(wǎng)上以流的方式播放標準媒體文件，但效率不高。常用流文件格式 媒體發(fā)布格式是一種專門針對多媒體文件的html語言格式。用來對視聽數(shù)據(jù)進行組織和安排。常用媒體發(fā)布格式實時流傳輸協(xié)議 RTP（Real-time Transport Protocol）實時傳輸協(xié)議。RTCP（Real

7、-time Transport Control Protocol）實時傳輸控制協(xié)議RTSP（Real Time Streaming Protocol）實時流協(xié)議RSVP（Resource Reserve Protocol）MMS（MicrosoftMediaServerprotocol）實時傳輸協(xié)議RTPRTP（Real-time Transport Protocol）是用于同步傳輸實時多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，但RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當應用程序開始一個

8、RTP會話時將使用兩個端口：一個給RTP，一個給RTCP。RTP本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTP報文頭格式前12個字節(jié)是必須的。CSRC標識符列表只有在混合器（mixer）插入時才存在RTP報文說明V(version)：RTP版本，現(xiàn)為2。P(padding)：填充標志。若設(shè)置則報文包含一個填充的八位字節(jié)集，用于某些加密算法。X(extension)：擴展位標志。若設(shè)置則在固定報文頭后跟一個報文頭擴展。CSRC計數(shù)：指出固定報文頭后跟的作用源標識符的數(shù)量。M(maker)：允許標記（幀邊界）報文流中的重要事件。載荷類

9、型：規(guī)定RTP報文中載荷的格式。序號：被接收方用來恢復報文序列和檢測報文丟失。時間戳：表示抽樣載荷數(shù)據(jù)時的時間。SSRC(synchronization source)標識符：同步源標識符是為一個RTP主機隨機選擇的標識符，相同源的所有報文具有相同的SSRC標識符，同一個RTP會話中的每個設(shè)備必須有一個惟一的SSRC標識符。CSRC(contributing source)標識符：作用源標識符包含一個當前報文中載荷源的列表，用于接收方標識源發(fā)送方。該字段只有當使用混合器組合不同的報文流時才使用。RTP載荷類型見P.307308 表13-1RTP不僅支持音/視頻流，任何連續(xù)數(shù)據(jù)流的應用都可使用R

10、TP服務(wù)。實時傳輸控制協(xié)議RTCPRTCP（Real-time Transport Control Protocol）和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計資料，服務(wù)器利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTCP也使用UDP進行通信，它和 RTP配合使用，能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)。RTCP定義了五種反饋的控制信息發(fā)送方報告（Sender Report）：由RTP數(shù)據(jù)流的源通過組播發(fā)送，提供發(fā)送方觀察到的傳輸和接收統(tǒng)

11、計信息。接收方報告（Receiver Report）：提供非主動發(fā)送方的參與者的接收統(tǒng)計信息。源描述報告（Source DEScription）：被RTP發(fā)送方用來提供本地能力信息。BYE（goodBYE）：一個源離開一個會話時將使用此消息。APP（APPlication defined）：在開發(fā)了新應用和新特征時作為試驗使用。RTCP報文格式見P.311 圖13-5分為三個部分：報文頭：規(guī)定報文類型、長度及發(fā)送方標識符。發(fā)送方信息。接收方報告塊（可以為多個）。RTP轉(zhuǎn)換器和混合器RTP轉(zhuǎn)換器用來改變RTP報文中的數(shù)據(jù)類型。例如將高速的視頻流轉(zhuǎn)換成低帶寬的視頻流。RTP混合器將多個數(shù)據(jù)流組合成

12、一個單獨的RTP流。只能用于音頻。實時流協(xié)議RTSPRTSP（Real Time Streaming Protocol）是由RealNetworks和Netscape共同提出的，該協(xié)議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)同步傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。本身并不發(fā)送數(shù)據(jù)流，只控制實時數(shù)據(jù)的發(fā)送。HTTP與RTSP的比較HTTP傳送HTML，而RTSP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請求由客戶機發(fā)出，服務(wù)器作出響應；使用RTSP時，客戶機和服務(wù)器都可以發(fā)出請求，即RTSP可以是雙向的。RTSP在語法和操作上與HTTP/1.1類似

13、，因此HTTP的擴展機制大都可加入RTSP。 資源預留協(xié)議RSVPRSVP（Resource reSerVe Protocol）是Internet上的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，運行在IP和UDP的上層。使用RSVP預留一部分網(wǎng)絡(luò)資源，能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。三種網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸應用系統(tǒng)RealNetworks RealSystemMicrosoft MediaServiceApple QuickTimeRealSystemRealNetworks公司的Real Media包括RealAudio、RealVideo和RealFlash三類文件。RealNetworks公司自2019年發(fā)布Real

14、Audio 1.0以來，RealAudio和RealVideo產(chǎn)品已經(jīng)成為Internet網(wǎng)上最受歡迎的解決方案。REAL的壓縮方式采用SVT（Scalable Video Technology）技術(shù)，此編碼解碼具有擴展其行為的能力，如連接速率低于編碼時采用的速率，播放時服務(wù)器端丟棄不重要的信息。播放器在其解碼能力范圍內(nèi)盡可能還原視頻質(zhì)量。 雙向編碼技術(shù)類似于VBR根據(jù)帶寬的限制選擇最優(yōu)化壓縮碼率，這就是所謂的SureStream技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應方面，REAL優(yōu)于WM。RealSystem的產(chǎn)品RealServerRealProducerRealPlayerRealProxyRealPr

15、esenter RealServer的運行環(huán)境 推薦使用的系統(tǒng)平臺：sun solaris7/8RedHat Linux7, Turbo Linux 6Windows2000 Server RealServer的內(nèi)存需求在原先RealServer占用的64MB可用內(nèi)存基礎(chǔ)上，每1kbps數(shù)據(jù)流還要占用12K的內(nèi)存，所以在固定了媒體傳輸流的速率的基礎(chǔ)上，在使用最大流數(shù)時的內(nèi)存計算公式可以通過下表得到： 系統(tǒng)配置參考：100并發(fā)用戶，250Kbps以下的應用，512M內(nèi)存，應用實例：網(wǎng)上直播。100并發(fā)用戶，250Kbps以上的應用，1GM內(nèi)存，應用實例：局域網(wǎng)的VOD點播應用 RealServe

16、r的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求 所需帶寬的計算方法：每kbps數(shù)據(jù)速率最大流數(shù)RealServer的存儲空間 系統(tǒng)需要的存儲空間大小需要依據(jù)用戶的實際情況來確定，對于互聯(lián)網(wǎng)直播應用的情況，需要相對較小的存儲空間，而對于VOD的應用情況則需要較大的存儲空間。估算方法：流的帶寬(bps)時間8 = 文件的大小(Byte)示例：用225kbps帶寬壓縮的影片文件，55分鐘左右的時長，文件的大小大約在90M左右。RealServer的管理界面RealProducerRealProducer是一個編碼、 壓縮轉(zhuǎn)換工具。用來制作Real視頻、音頻文件。主要功能：將常見格式視音頻文件轉(zhuǎn)換成RealNetworks公司的r

17、m流格式文件。能夠?qū)⒁曨l捕捉卡捕獲的影像實時地壓縮轉(zhuǎn)換成直播信息流（或者rm流格式文件），然后送到RealServer服務(wù)器，實現(xiàn)直播。RealProducer的界面RealPlayer播放rm文件。MediaServiceWindows Media 服務(wù)可以通過各類網(wǎng)絡(luò)傳送流媒體內(nèi)容。Microsoft的Windows Media的核心是ASF（Advanced Stream Format）。ASF是一種數(shù)據(jù)格式，音頻、視頻、圖像以及控制命令腳本等多媒體信息通過這種格式，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式傳輸，實現(xiàn)流式多媒體內(nèi)容發(fā)布。Windows Media的壓縮方式Windows Media Video

18、派生于MPEG-4，幾個專有擴展功能（True-VBR和Two-Pass Encoding）使其可在給定位率下提供更好圖象質(zhì)量?？梢哉fWMV是流式視頻中質(zhì)量最高的。Windows Media Audio類似于MP3, 并具有兩大優(yōu)勢：特別適合于低速率傳輸，在給定速率下可獲得更好的質(zhì)量。Windows Media管理器Windows Media編碼器QuickTimeApple公司的QuickTime于1991年登臺亮相，是Apple公司面向?qū)I(yè)視頻編輯、Web網(wǎng)站創(chuàng)建和CD-ROM內(nèi)容制作領(lǐng)域開發(fā)的多媒體技術(shù)平臺。QuickTime支持幾乎所有主流的個人計算平臺，是數(shù)字媒體領(lǐng)域事實上的工業(yè)標準

19、，是創(chuàng)建3D動畫、實時效果、虛擬現(xiàn)實、A/V和其他數(shù)字流媒體的重要基礎(chǔ)。 QuickTime的壓縮方式可以選擇包括H.263在內(nèi)的多種編碼，但主要以SorensonVideo為主，5.0開始已經(jīng)采用了MPEG-4壓縮技術(shù)。QuickTime中的聲音Codec為QualcomPureVolM，從4.1版本中開始支持VBR。QuickTime的音樂Codec為QDesiglMusic2。中科大Video City簡介建立在美國RealNetworks公司的Real System視頻解決方案基礎(chǔ)上的一套技術(shù)先進、功能完善的視頻服務(wù)提供系統(tǒng)。目前可提供超過1000條高質(zhì)量的視頻并發(fā)流，其中包含有約15

20、00個視頻節(jié)目（文件）內(nèi)容提供視頻點播，三個視頻廣播節(jié)目提供視頻直播。 作用：遠程教學、科學研究、政治宣傳、新聞傳播、娛樂生活等方面。結(jié)構(gòu)（最基本形式）網(wǎng)絡(luò)ServerEncoderPlayer結(jié)構(gòu)（Video City模式）網(wǎng)絡(luò)廣播服務(wù)組點播服務(wù)組Web服務(wù)器技術(shù)實時流媒體控制技術(shù) SNMP及網(wǎng)絡(luò)負載均衡 交換的快速（千兆）以太網(wǎng) RAID-5 Multicast PHP及JAVA 用戶界面管理界面服務(wù)器監(jiān)測廣播服務(wù)器點播服務(wù)器綜合亞洲歐美音樂及卡通流量監(jiān)測/mrtg/host.html流媒體的三種播放方式 單播組播廣播單播（Unicast）在客戶端與媒體服務(wù)器之間需要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道

21、，從一臺服務(wù)器送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機。每個用戶分別對媒體服務(wù)器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務(wù)器向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝，用戶可對流進行最大的控制。 服務(wù)器負擔沉重，響應時間長，對硬件和帶寬要求高。廣播（Broadcast）數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶，不管用戶是否需要。用戶被動接收流，客戶端只能接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流。對無需求的用戶來說，會浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。組播（Multicast）單臺服務(wù)器將數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝發(fā)送給需要的那些客戶，所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。必須構(gòu)建一個具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器（交換機）一次

22、將數(shù)據(jù)包復制到多個通道上，技術(shù)較復雜。減少網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔目偭俊＞W(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。組播編址IP采用D類地址來支持組播。每個D類地址代表一組主機，共有28位可用來標識小組（55）。Internet支持兩類組地址：永久（permanent）地址：總是存在，不必創(chuàng)建，每個永久組有一個永久組地址。如：LAN上的所有系統(tǒng)：LAN上的所有路由器：LAN上的所有OSPF路由器：LAN上的所有指定OSPF路由器臨時（temporary）地址：必須先創(chuàng)建再使用，主機上的進程可靈活地加入或退出某個組。D類IP地址到以太網(wǎng)地址的映射采用靜態(tài)方式。IANA保留從01-00-5e-00-00-00到01