(26)--6.6 多媒体应用计算机网络计算机网络.ppt

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1、 27.1 多媒体应用本讲要点n实时多媒体数据传输中的问题n实时运输协议RTPn流式存储音频/视频n流式实况音频/视频n实时交互音频/视频n重点：RTP协议的概念、三类多媒体应用音视频文件的特点n难点：实时多媒体数据传输中的问题27.1.1 概述n多媒体网络应用往往数据量巨大，要求更高的网络带宽，并且与传统的弹性应用（如电子邮件、文件传输、网页浏览等）不同的是，对端到端时延和时延抖动高度敏感，但却可容忍少量的数据丢失。n三类多媒体应用：n流式存储音频/视频n流式实况音频/视频n实时交互音频/视频27.1.2实时多媒体数据传输中的问题1.音/视频压缩n含有音频或视频的多媒体信息往往信息量巨大，会

2、消耗大量的存储空间和网络带宽，导致很大的传输时延。因此在网上传送多媒体信息都无例外地采用各种信息压缩技术。n话音压缩技术n立体声音乐的压缩技术n视频压缩技术2.时延抖动消除n实时音频/视频源以恒定速率产生并发送分组，因而这些分组是等时(isochronous)的。n但由于端到端的时延抖动，通过因特网到达接收方的分组则是非等时的tt因特网等时到达的分组恒定速率非恒定速率2.时延抖动消除n接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放（需要打上时间戳）。n缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的 T 叫做播放时延。tT缓存（队列）恒定速率t

3、非恒定速率有可能发生分组丢失3.丢失分组恢复n数据丢失会直接影响多媒体的播放质量。虽然TCP可以有效解决分组丢失问题，但会导致比UDP大很多的时延抖动。事实上，重传一个已经错过播放时间的分组是毫无意义的。n在实时多媒体应用中倾向于使用前向纠错或数据恢复等技术来重建丢失的分组，或采用交织技术来减少分组丢失对对媒体流质量的影响。前向纠错n前向纠错的基本思想是在原始分组流中添加冗余信息。对于少量的丢失分组，能够用这些冗余信息重建丢失数据。一个例子：数据块1,2,3,4 异或生成数据块 51因特网接收方发送方234512345由数据块1,2,4,5 异或重建丢失的数据块 3接收方数据恢复n利用音视频流

4、的短期自相似特性，当少量数据丢失时，可以用相邻数据来估算丢失数据的近似值，从而减少丢失数据对音视频播放质量的影响。n最简单的方法：用丢失分组的前一个分组来代替丢失分组。n效果更好但计算量更大的方法：使用内插法，根据丢失分组的前后数据来估计它们之间的数据。数据交织n一个大间隙的数据丢失对音频/视频流质量影响较大，而多个小间隙的数据丢失对音频/视频流质量影响较小。n交织技术的基本思想是打乱原始流中数据单元的顺序，把原来连续的数据单元分散到不同的分组中去，当单个分组丢失时，仅导致重建流中多个小的间隔，而不是一个大的间隔。数据交织实例n例子：因特网因特网交织后的媒体流 1 2 3 4 5 6 7 8

5、9 10 11 12 13 14 15 16 1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 8 12 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 5 9 13 丢失丢失 3 7 11 15 4 8 12 16原始媒体流接收到的媒体流恢复的媒体流交织交织恢复恢复27.1.2 实时传输协议RTPnTCP并不适合传输实时多媒体数据。相比而言，UDP更加适合于实时多媒体通信，但是UDP缺少实时多媒体网络应用所需的序号、时间戳等机制。n实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol)在UDP之上为实时多媒体网络应用

6、提供端到端的传输服务。RTP分组的主要字段发送RTP 分组UDP 用户数据报IP 数据报IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 有效载荷（应用层数据）有效载荷类型 序号 时间戳 同步源标识符 其他字段思考题n1、常用的多媒体应用有哪三种？n2、实时多媒体数据传输中存在哪些问题？n3、RTP有哪几个主要字段，分别起什么作用？27.1.3 流式存储音频/视频1.从万维网服务器下载后播放万维网服务器客户机服务器媒体播放器 GET:音频/视频文件 RESPONSE 音频/视频文件浏览器2.使用媒体服务器边下载边播放万维网服务器客户机服务器媒体播放器 元文件浏览器媒体服务器音频音频/视频流视频流

7、 GET:元文件 RESPONSESETUP RESPONSEPLAY RESPONSE RESPONSE TEARDOWN 3.内容分发网络CDN(Content Distribution Network)n将大量流式存储视频流按需传送到世界各地的大量用户是个巨大的挑战：n用户可能远离服务器，会产生较大的时延和丢包率n对于热播视频，大量用户的重复下载势必会消耗大量的带宽，造成服务器周边网络的严重拥塞nCDN提前将多媒体数据直接推送到靠近用户的多个冗余服务器上，使用户能从最靠近自己的服务器上获取数据，避免大量重复数据的远程传输，大大减小了整个系统的传输时延和网络流量。3.内容分发网络CDN(C

8、ontent Distribution Network)位于北美的原始服务器重定向内容分发CDN分发结点位于欧洲的CDN服务器位于南美的CDN服务器位于亚洲的CDN服务器位于中国的用户利用DNS实现用户请求重定向27.1.4 流式实况音频/视频n个实况直播节目可能有大量用户在同时收听或收看，因此特别适合使用多播技术来实现流式实况音频/视频。n由于IP多播还没有得到大规模的应用，今天的实况音频/视频的分发，通常是通过应用层多播（P2P应用层多播或内容分发网CDN）或多个独立的媒体服务器到客户机的单播来实现的。P2P应用层多播媒体服务器客户机 客户机客户机 客户机媒体服务器客户机 客户机客户机 客

9、户机(a)基于 IP 多播的流媒体直播(b)基于 P2P 应用层多播的流媒体直播P2P应用层多播n采用P2P应用层多播技术，每个对等方既是服务的请求者，也是服务的提供者，因而请求服务的用户越多，每个用户获得的媒体服务质量反而越高。nPPLive是当前最流行的因特网视频直播软件之一，其采用的技术就是P2P应用层多播。加入PPLive系统的用户越多，播放节目就越流畅。27.1.5 实时交互音频/视频n典型的实时交互应用包括因特网电话和视频会议。在这方面IETF和ITU制定了很多标准RFC 3261-3266。n会话发起协议SIP(Session Initiation Protocol)用于因特网电

10、话，是一个由IETF制定的一套较为简单且实用的实时交互协议，能够用来定位用户、建立、管理和终止多媒体会话（呼叫），支持双方、多方或多播会话。一个简单的 SIP 会话 主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，选项建立会话BYE终止会话电话交谈通信ttSIP 的地址十分灵活n可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、IP 地址或其他类型的地址。但一定要使用 SIP 的地址格式，例如：n电话号码 sip:zhangsan8625-87654321nIPv4 地址 sip:zhangsan201.12.34.56n电子邮件地址 sip:SIP的用户定位 主叫方被叫方INVITE查找回答电话交谈tS

11、IP 代理服务器SIP 登记器INVITEOKOKACKACKBYEtt通过网关实现因特网端系统和公用电话的互通n在基于分组交换的因特网和基于电路交换的电话网之间部署若干网关，实现两个完全不同技术网络间的协议转换关于 SkypenSkype是目前极为流行的P2P应用程序。nSkype除了能提供PC到PC的因特网电话服务外，还提供PC到固定电话、固定电话到PC以及PC到PC的视频会议服务。nSkype的用户定位采用了P2P技术，没有类似SIP的专门的注册服务器和代理服务器。nSkype使用自己专用的协议，而且所有话音和控制分组都进行了加密。本讲小结n实时多媒体数据传输中的问题n实时运输协议RTPn流式存储音频/视频n流式实况音频/视频n实时交互音频/视频n重点：RTP协议的概念、三类多媒体应用音视频文件的特点n难点：实时多媒体数据传输中的问题