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多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一章概述第一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五內(nèi)容1.1什么是多媒體1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)1.3媒體及其流特性1.4多媒體與分層的體系結(jié)構(gòu)1.5多媒體標(biāo)準(zhǔn)1.6內(nèi)容結(jié)構(gòu)第二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.1什么是多媒體多媒體是數(shù)據(jù)和信息的載體,多種媒體復(fù)合具有更豐富的信息表現(xiàn)力。多媒體數(shù)據(jù)具有與常規(guī)字符數(shù)值數(shù)據(jù)不同的特性,不同的媒體類型又具有不同的特性,其中時(shí)間特性對(duì)多媒體通信傳輸?shù)挠绊懽畲?。第三頁,共六十三頁,編輯?023年,星期五1.1什么是多媒體多媒體的概念媒體的分類多媒體數(shù)據(jù)的基本類型多媒體數(shù)據(jù)的時(shí)空特性第四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.1什么是多媒體多媒體的概念從用戶角度看,計(jì)算機(jī)信息可以通過音頻、視頻、文本、圖像、圖形和/或動(dòng)畫表現(xiàn)出來,這些媒體的組合就稱為多媒體。從技術(shù)角度看,還要考慮到媒體之間的時(shí)間關(guān)系、集成特性和用戶交互能力。要處理好其中的時(shí)間、集成和交互特性,才是多媒體技術(shù)面臨的真正挑戰(zhàn)。第五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五多媒體通信中,難點(diǎn)是連續(xù)媒體的傳輸.所謂連續(xù)媒體,是指數(shù)字連續(xù)媒體,它的基本單元(幀或數(shù)據(jù)包)是以周期性的序列形式表現(xiàn),稱為連續(xù)媒體.典型的有數(shù)字視頻和音頻.與連續(xù)媒體對(duì)應(yīng)的是離散媒體,其包含的基本數(shù)據(jù)單元之間沒有時(shí)間約束,如文本、圖像和圖形。第六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五連續(xù)媒體具有隱含的時(shí)間關(guān)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(shí)間內(nèi)按特定的速度播放;否則,媒體信息的完整性就會(huì)受到影響。而離散媒體則是與時(shí)間無關(guān)的媒體,其播放速度不會(huì)影響所含信息的再現(xiàn)。第七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五 媒體的分類感知媒體(perceptionmedium)
指能直接作用于人的感官,使人直接產(chǎn)生感覺的媒體。表示媒體(representationmedium)為加工、處理和傳輸感覺媒體而人為研究、構(gòu)造出來的一種媒體。表現(xiàn)媒體(presentationmedium)
指感知媒體和用于通信的電信號(hào)之間轉(zhuǎn)換用的一類媒體,用于信息的表現(xiàn)。存儲(chǔ)媒體(storagemedium)
表示媒體(感覺媒體數(shù)字化后的代碼)的存儲(chǔ)介質(zhì)。傳輸媒體(transmissionmedium)
用來將媒體從一處傳送到另一處的物理載體。
第八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.1什么是多媒體多媒體數(shù)據(jù)的基本類型文本聲音圖形和圖像視頻和動(dòng)畫復(fù)合媒體:由以上兩種或兩種以上數(shù)據(jù)類型合成的媒體。第九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.1什么是多媒體多媒體數(shù)據(jù)的時(shí)空特性空間性1、表現(xiàn)空間顯示空間的安排,或者聽覺空間的安排。實(shí)際是媒體內(nèi)的空間關(guān)系,具有媒體對(duì)象的空間相鄰、方位、疊加等關(guān)系。第十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五2、空間的上下文關(guān)系把環(huán)境中各種表達(dá)信息的媒體按照相互的空間關(guān)系進(jìn)行組織,整體地反映信息的空間結(jié)構(gòu)。本質(zhì)上是根據(jù)媒體內(nèi)容的空間關(guān)系,將信息在空間上進(jìn)行了有序的組織。第十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五3、多種媒體的空間關(guān)系視覺媒體和聽覺媒體即相互獨(dú)立又需要相互結(jié)合,才能構(gòu)成多媒體下的虛擬空間信息環(huán)境。媒體間的空間關(guān)系,是多個(gè)媒體間媒體單元或?qū)ο蟮年P(guān)系。第十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五時(shí)間性媒體的時(shí)間性質(zhì)有兩種含義:1、表現(xiàn)所需的時(shí)間2、媒體單元之間的時(shí)間關(guān)系兩種:一個(gè)是描述單個(gè)媒體內(nèi)部單元之間的時(shí)間結(jié)構(gòu);另一個(gè)是描述多種媒體單元之間的時(shí)間結(jié)構(gòu)。具有這種時(shí)間關(guān)系的媒體為時(shí)基媒體。第十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五按照時(shí)間劃分的媒體:時(shí)基媒體非時(shí)基媒體第十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)什么是通信網(wǎng)絡(luò)常用的通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字匯聚第十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)什么是通信網(wǎng)絡(luò)信息交換和共享的各種通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的統(tǒng)稱第十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)常用的通信網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)有線電視網(wǎng)絡(luò)第十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第二十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的差別是很大的,各自技術(shù)和市場(chǎng)走過的路是不同的,但是可以看到,它們的發(fā)展趨勢(shì)是技術(shù)融合,相互提供其他網(wǎng)絡(luò)涉及的服務(wù)領(lǐng)域,業(yè)務(wù)相互滲透,這個(gè)就是數(shù)字匯聚。第二十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.2多媒體與通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字匯聚多媒體通信網(wǎng)絡(luò)其實(shí)就是數(shù)字匯聚的焦點(diǎn)。通過提供更寬的帶寬、時(shí)間相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量保障、分組傳輸與交互等方式,來支持連續(xù)視頻和音頻的傳送,以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信及其Internet訪問。第二十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第三十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.3媒體及其流特性多媒體信息的特點(diǎn):數(shù)據(jù)量龐大碼率可變、突發(fā)性強(qiáng)復(fù)合性信息多,同步性、實(shí)時(shí)性要求高第三十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.3.1傳輸?shù)臅r(shí)間約束PDU數(shù)據(jù)流異步傳輸模式(AsynchronousTransmissionMode,ATM)
通信雙方?jīng)]有時(shí)間約束,發(fā)送的數(shù)據(jù)包只要盡快到達(dá)接收端即可。也就是說,通信雙方的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間是沒有時(shí)間約束的,不期望它們按照一個(gè)時(shí)間限制到達(dá)接收端,所以稱之為異步。例如,E-MAIL的傳輸。第三十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五同步傳輸模式(SynchronousTransmissionMode,STM)
要求發(fā)送端和接收端之間的傳輸有時(shí)間約束。定義最大的端到端時(shí)延Dmax,則要求每個(gè)數(shù)據(jù)包的端到端傳輸時(shí)延小于Dmax,這就是同步的含義。在時(shí)間約束下,數(shù)據(jù)包及時(shí)傳遞到接收端。注意,如果只定義最大端到端時(shí)延,在滿足最大時(shí)延的前提下,數(shù)據(jù)包可以在任意時(shí)間早到接收端。同步傳輸模式的例子時(shí)視頻傳輸。第三十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五等時(shí)傳輸模式(IsochronousTransmissionMode,ITM)
不僅定義最大端到端時(shí)延,而且定義了最小端到端時(shí)延。所謂等時(shí),就是相等的時(shí)間間隔。這個(gè)舊意味著數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端的時(shí)間受到嚴(yán)格約束。這種模式適合于連續(xù)的音頻流和視頻流傳遞。通常,同步傳輸模式和等時(shí)傳輸模式尤其適合于多媒體通信。第三十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.3媒體及其流特性傳輸?shù)臅r(shí)間約束連續(xù)媒體流的特性媒體與邏輯數(shù)據(jù)單元第三十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.3.2連續(xù)流媒體的特性連續(xù)媒體流的特性在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中,連續(xù)的多媒體流,例如音頻和視頻流,通常是弱周期性的、弱規(guī)則性的、非相連性的數(shù)據(jù)流。1、相繼數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔第三十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五強(qiáng)周期性
兩個(gè)相繼數(shù)據(jù)包之間的時(shí)間間隔是一個(gè)恒定值,呈現(xiàn)強(qiáng)周期性。弱周期性
兩個(gè)相繼數(shù)據(jù)包之間的時(shí)間間隔可以用一個(gè)有限周期的周期函數(shù)來描述,但時(shí)間間隔不恒定,呈現(xiàn)弱周期性。非周期性
其他形式的時(shí)間間隔,不呈現(xiàn)任何周期規(guī)律,稱為非周期間隔。第三十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第三十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五2、相繼數(shù)據(jù)包大小的變化性強(qiáng)規(guī)則性數(shù)據(jù)流通信期間,數(shù)據(jù)包的大小是不變的,稱為強(qiáng)規(guī)則性。弱規(guī)則性數(shù)據(jù)包的大小隨時(shí)間周期性變化,稱為弱周期性。非規(guī)則性數(shù)據(jù)包大小既不是恒定不變,也不按照周期性函數(shù)變化,稱為非規(guī)則性。第三十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第四十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五可變比特率(VariableBitRate,VBR)
多媒體信息源通常具有動(dòng)態(tài)的特性,在不同的時(shí)間周期,會(huì)產(chǎn)生數(shù)目不定的數(shù)據(jù),信息數(shù)據(jù)常常以猝變和跳變的形式出現(xiàn)。為了獲得連續(xù)、真實(shí)的效果,網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率也要隨時(shí)間的變化而變化,這樣的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式稱為可變比特率(VBR)傳輸。
多媒體網(wǎng)絡(luò)不但要具有通常的恒定比特率(CBR)傳輸能力,能很好傳輸以恒定比特率產(chǎn)生的數(shù)據(jù),而且還要能以VBR傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)流稱為可變比特率數(shù)據(jù)流。第四十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五3、數(shù)據(jù)包的相連性相連性相繼數(shù)據(jù)包之間沒有間隔,稱為相連性非相連性相繼數(shù)據(jù)包之間存在間隔,稱為非相連性。第四十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第四十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五4、多媒體數(shù)據(jù)流的特性在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中,連續(xù)的多媒體流,比如音頻流和視頻流,通常是弱周期性、弱規(guī)則性、非相連的數(shù)據(jù)流。第四十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.3媒體及其流特性媒體與邏輯數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDUVS
邏輯數(shù)據(jù)單元LDULDU是按照邏輯意義劃分的數(shù)據(jù)單元,大多數(shù)是高層協(xié)議劃分的數(shù)據(jù)塊。對(duì)于多媒體而言,LDU意義非常重要。從邏輯上講,連續(xù)媒體是由時(shí)間相關(guān)的信息單元序列組成的,如幀,這些可看作是媒體的LDU。第四十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五LDU與PDU的含義不同。PDU是按照信道編碼及其協(xié)議要求組成的數(shù)據(jù)塊。而LDU則是按照信源編碼及其數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的數(shù)據(jù)塊,如視頻的基本LDU是幀。幀由像素構(gòu)成,連續(xù)的幀構(gòu)成鏡頭,多個(gè)鏡頭構(gòu)成場(chǎng)景,多個(gè)場(chǎng)景構(gòu)成一個(gè)視頻節(jié)目。第四十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第四十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五音頻和視頻可以看作是由LDU構(gòu)成的時(shí)間序列。LDU的劃分由具體的應(yīng)用、編碼方式、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式、傳輸方式等因素決定。連續(xù)媒體數(shù)據(jù)的各個(gè)LDU之間存在固定的時(shí)間關(guān)系,比如,視頻數(shù)據(jù)流中以一幀圖像為一個(gè)LDU,每秒25幀圖像,那么相繼的LDU之間的時(shí)間間隔為40ms。這種時(shí)間關(guān)系是在數(shù)據(jù)的獲取時(shí)確定的,而且要在存儲(chǔ)、處理、傳輸和播放過程中保持不變,否則就會(huì)影響媒體顯示時(shí)的質(zhì)量,如產(chǎn)生圖像的停頓、跳動(dòng),或聲音的間斷等。第四十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.4多媒體與分層的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念OSI參考模型TCP/IP參考模型多媒體通信的需求多媒體與層功能第四十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.4.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念協(xié)議協(xié)議的三要素:語法、語義和時(shí)間關(guān)系。郵局寄信的分層結(jié)構(gòu)第五十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五第五十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.4.4多媒體通信的需求數(shù)據(jù)處理時(shí)間的限制端到端時(shí)延帶寬數(shù)據(jù)的波動(dòng)多播(組播)同步兼容性公平性第五十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五1.4.5多媒體與層功能物理層與帶寬提供足夠高的帶寬;有線解決,無線瓶頸數(shù)據(jù)鏈路層與差錯(cuò)控制為連續(xù)媒體的傳輸預(yù)留帶寬,以保障一定的吞吐量;分配較高的介質(zhì)訪問優(yōu)先權(quán),利于連續(xù)媒體的快速發(fā)送;需要改進(jìn)的差錯(cuò)控制機(jī)制,反饋重傳不合適,不采用,或使用簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制,節(jié)約時(shí)間。第五十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期五網(wǎng)絡(luò)層與資源預(yù)留需要為連續(xù)媒體預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源,以提供服務(wù)質(zhì)量保障;采取面向連接的傳遞,減少時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng),強(qiáng)制數(shù)據(jù)包按序到達(dá)接收端;高效的組播機(jī)制的應(yīng)用。傳輸層與端到端服務(wù)質(zhì)量端到端的服務(wù)質(zhì)量,邏輯數(shù)據(jù)單元的同步,單連接和多連接(音頻加視頻);TCP的不足:滑動(dòng)窗口及其差錯(cuò)控制導(dǎo)致數(shù)據(jù)流斷續(xù)起伏,而擁塞控制的慢啟動(dòng)、擁塞避免和快速遞減機(jī)制,亦會(huì)造成數(shù)據(jù)流起伏斷續(xù)。顯著的
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