第6章_多媒体通信网络技术

第6章 多媒体通信网络技术
(1) 100Base-T快速以太网： 使用常规以太网存取 共享媒体的模式（CSMA-CD）， 但它却运行于100 Mb/s工作段。 现在100Base-T快速以太网已有两种变形： 一种是运行在优质的非屏蔽双绞线上； 而另一种则适 合于低质的双绞线， 这种仍在使用， 并且可以重新加 以利用。
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1． 网络的吞吐量就是它的有效比特率或有效带宽， 即传输网络物理链路的比特率减去各种额外开销。 为 了简便， 在许多情况下直接把吞吐量看成与系统的比 特率相等， 而实际吞吐量可能比这个值要小。 除上述 各种额外开销外， 还有一些其他因素影响网络的吞吐 量， 如网络拥塞、 瓶颈、 缓冲区容量、 流量控制、 节点或线路故障等。 多媒体通信对网络的吞吐需求具 体有以下三个方面：
于 100 Mb/s， 连接时间从秒级到几个小时这两个主
要方面要求。
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还需要增加语音、 数据图像、 视频信息的检索服务以 及有用户参与控制和无用户参与控制的分布服务能力； 增加网络控制能力以适应不同媒体传输的需要； 提供 多种网络服务以适应不同应用要求； 提高网络交换能 力以适应不同数据流的需要。 根据这些要求， 下面分 析现有通信网络对多媒体通信的支撑情况分析。
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6.1 多媒体通信对通信网的要求 6.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况 6.3 宽带综合业务数字网（B-ISDN） 6.4 多媒体通信的实时通信协议 练习与思考题
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6.1 多媒体通信对通信网的要求
多媒体通信对通信网络的要求是相当高的。 它要 求实现一点对多点， 或者多点对多点的实时不间断的 信息传输。 例如， 在复杂的多媒体会议系统中， 参与 者能够随时加入或退出， 能够实现分组开小会、 任意 两个与会者之间的信息传递等复杂功能。 在多媒体通 信系统中， 在网络上运行的不再是单一的媒体， 而是 多种媒体综合而成的一种复杂的数据流。
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不同媒体对通信网的要求见表6.1-1所示。 为了满足 多媒体通信要求， 网络要能满足这些参数的不同组合。
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表6.1-1 不同媒体对通信网的要求
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3. 在多媒体通信系统中同一对象的各种媒体之间是 相互约束、 相互关联的， 它包括空间上和时间上的关 联及约束， 多媒体通信系统必须正确反映它们之间的 这种约束关系。 而信息传输又具有串行性， 这就要求 采取延迟同步的方法进行再合成， 包括时间合成、 空 间合成以及时空同步等三个方面。 时间合成将在时间 轴上统一原来属于同一时间轴上各类媒体的时序， 使 其能在时间上正确表现； 空间合成则是指在空间上媒 体的排放位置， 最后使时间空间统一成正确的表现。
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窄带Βιβλιοθήκη Baidu合业务数字网（N-ISDN）
N-ISDN也是以电路交换为基础的网络， 因此也具 有延时低而固定的特点。 它的用户接入速率有两种： 基本速率（BRI）144 kb/s(2B+D)和基群速率（PRI） 2.048 kb/s(30B+D)。 由于ISDN实现了端到端的数字连 接， 从而可以支持包括话音、 数据、 图像等各种多媒 体业务， 能够满足不同用户的要求。 通过多点控制单 元建立多点连接， 在N-ISDN上开放较高质量的可视电 话会议和电视会议是目前最成熟的技术。
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(4) 等时以太网和FDDI-II共同的方面： 它除了提 供一个10 Mb/s的常规以太网服务外， 还提供一个运行 于被分成96条线路的附加6 Mb/s的信道。 每条这样的 线路仿真一条ISDN的线路， 于是一个连接于等时以太 网上的站通过单一连接器可得到常规数据服务和ISDN 服务。 一个中心集线器可把局部的站点和外部的公用 ISDN服务互连起来， 并提供一个信关功能使每个站可 以在无附加连线或装备的情况下实现存取功能。
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如此看来， 现有的高速（宽带）光纤通信网， 高 速计算机或工作站应该是多媒体通信的理想网络。 然而， 问题并非如此简单， 这里存在一个网络的瓶颈问题。 现有的计算机网络或通信网络协议主要是针对传统的数 据传输制定的， 所以在很多方面不适合声音、 图像信 息的传输。 此外， 协议的层次过多， 额外增加了传输 开销， 影响传输效率； 而且在这种网络中， 由声音和 图像传输的突发性引起网络拥挤不能有效地排除， 如此 等等， 更进一步增加了实现声音和图像实时传输的难度。 这种对实时性和同步性的严格要求， 迫使我们必须加紧 研制针对多媒体信息传输的网络体系结构。
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(1) 传输带宽要求。 由于多媒体传输由大量突变数 据组成， 并且常包括实时音频和视频信息， 所以对于 传送多媒体信息的网络来讲， 它必须有充足可用的传 输带宽来完成多媒体信息的传送， 这同时也意味着网 络必须具备成倍处理这类信息资源的能力。 在通信拥 塞时， 有效带宽的不足常常导致端到端延迟的增加及 分组的丢失。 同时多媒体通信业务通过网络传输时， 其带宽要求与通信质量密切相关， 通常高带宽意味着 高质量， 但高带宽也意味着高成本和高代价， 实践中 一般根据不同的应用环境采取带宽与质量的折中方案。
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(3) 流量要求。 多媒体通信网络必须能够处理一些 诸如视频、 音频信息之类的冗长信息流， 简要来讲， 就是网络必须有足够的吞吐能力来确保大带宽信道在 延长的时间段内的有效性。
例如， 如果用户要发送流量为30 Gbit的信息流， 而网络只提供给用户1.5 Mb/s的吞吐能力及5 s的时间片 是肯定不够的。 但是如果网络允许用户持续不断地使 用这个1.5 Mb/s的信道， 则这个流量要求就能够得以 满足， 如果网络在任何时刻都存在许多数据流， 那么 该网络的有效吞吐能力就必须大于或等于所有这些数 据流的比特率的总和。
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这些通信网络虽然可以传输多媒体信息， 但都不同程
度地存在着各种缺陷， 因为这些网络都是在一定历史
条件下为了某种应用而建立的， 有的是网络本身的结
构不适合传输多媒体信息， 有的则是网络协议不能满
足多媒体通信的要求。
， 一个真正能为
各种多媒体信息服务的通信网络必须达到数据速率大
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在这些媒体中， 有速率低至几百比特的文本信息， 也可能有速率高达数百兆比特的高清晰度电视信息。 如何处理好速率相差如此悬殊的信息， 这就对通信网 提出了相当高的要求， 它不但要求网络对信息具有高 速传输能力， 还要求网络对各种信息具有高效综合能 力， 这些能力归纳起来有四点。
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6.2 现有网络对多媒体通信的支撑情况
目前的通信网络大体上分为三类: 一类为电信网络， 如公用电话网（PSTN）、 分组交换网（PSPDN）、 数字数据网（DDN）、 窄带和宽带综合业务数字网 （N-ISDN和B-ISDN）等； 一类为计算机网络， 如局 域网（LAN）、 广域网（WAN）、 光纤分布式数据 接口（FDDI）、 分布列队双总线（DQDB）等； 一类 为电视传播网络， 如有线电视网（CATV）、 混合光 纤同轴网（HFC）、 卫星电视网等。
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(2) 100VG-AnyLAN： 不同于100Base-T， 它仅仅 使用以太网的帧格式， 而不是面向连接的CSMA-CD 媒体的存取方法。 所有的段都被连接到一个集线器上。 这种技术有一种支持基于服务的多媒体应用的潜能， 其复杂点是内部集线器的连接容量有可能成为瓶颈。 同步FDDI和令牌环是完全适合已有硬件的软件机制， 它们提供对环的有界存取时间和每个站的平均比特率 的保证， 因此， 提供了一个不错的对完全等时性机制 的近似方法。
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公共交换电话网（PSTN）
PSTN是目前普及程度最高、 成本最低的公用通 信网络， 它在网络互连中有广泛的应用。 PSTN以电 路交换为基础， 即通过呼叫， 在收、 发端之间建立起 一个独占的物理通道， 该通道有固定的带宽。 由于路 由固定， 延时较低， 而且不存在延时抖动问题， 这对 保证连续媒体的同步和实时传输是有利的。 但是电话 信道带宽较窄， 且用户线是模拟的， 多媒体信息需要 经过调制解调器（Modem）接入。
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通过时间上的合成、 空间上的合成， 达到多种媒体的 时空一致的目的。 目前， 在视频、 音频系统中， 主 要的约束还是时间上的同步， 实时情况下， 网络必须 以最小的延迟来传输视频、 音频信息流， 并且必须同 时到达， 然而， 借助于缓冲区技术， 未必绝对要求并 行的音频和视频流同时抵达， 当两数据流基本上同时 到达时， 我们就把它们称作是同步流 。
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2． 多媒体通信的实时性要求， 除了与网络速率相关， 还受通信协议的影响。 在多媒体通信中， 为了获得真 实的临场感， 一般对实时性的要求都很高， 即对传输 的时延要求越小越好。 例如， 语音和图像可以接受的 时延都要求小于0.25 s， 静止图像要求小于1 s。 在分 组交换中， 组与组之间的延时小于10 ms时图像才有连 续感。
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目前， V.90标准的Modem传输速率可达 56 kb/s， 这 给开放低速率的多媒体通信业务（例如， 低质量的可 视电话和多媒体会议）提供了可能性。 当然， 可以通 过对用户双绞线作技术改造（如xDSL、 ISDN等技 术）， 使用户线带宽增加到2 Mb/s甚至更高， 基本上 可以支撑多媒体通信的所有业务。
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计算机局域网（LAN）
LAN是在许多范围内（例如大的部门、 系统及集 团中）普遍使用的网络。 LAN的特点首先是利用一个 单独的媒体将所有的端系统连接起来； 其次是以基带 方式传输， 在这种模式中， 时间片被分给所有站和每 个站的所有通信。 之后， 数据流被分成帧， 利用帧进 行传输。 以太网、 令牌环传送网和FDDI为3种常见的 共享媒体LAN。
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(3) FDDI-II： 又称等时FDDI。 它是一项完全不 同的技术， 和FDDI不兼容， 用来处理实时多媒体服 务。 它在每信道6 Mb/s的16个宽带信道上支持完全的 等时性机制（这是一种专用带宽技术， 设计支持等时 的固定位速率(CBR)应用）。 这些信道与线路类似而 且完全适合要求固定比特率的多媒体应用。
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4. 从用户角度出发， 对通信网期望是高速率和高带 宽、 多媒体化、 个人通信、 可靠和保密、 智能化等 诸多方面。 从技术角度出发， 未来通信是多网合一， 业务综合和多媒体化是其发展重点， 但目前的现状是 多网共存（如电话网、 计算机网、 广播电视网等）， 媒体各异（声、 图、 文等）， 必须针对这种情况研究 如各种媒体信息分布环境下的运行， 通过分布环境解 决多点多人合作、 远程多媒体信息服务等问题。
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由于多媒体应用在一定程度上是允许传输网络存 在错误的， 因此若要精确地量化表示多媒体网络的差 错控制要求是困难的， 容许错误存在的原因是源于人 类感知能力的局限， 比如， 一个冗长的视频流中个别 组块出了错， 这种错误通常人眼是感觉不到的。 音频 传输同样也会出现类似情况， 但是人的视觉和听觉对 这类错误的容忍程度则不同。 同时由于在多媒体通信 系统中对所传输的信息大都采取了压缩编码的措施， 为了获得高的可靠性， 对网络误码性能的要求也很高。 如压缩的活动图像， 可接受的误码率应小于10-6 ， 误分组率应小于10-9 对于数据的误码则要求为0。
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不同的媒体对通信网的速率要求有所不同， 但一个多 媒体应用往往要涉及两个以上的媒体， 并常以图像数 据（数据量大）为核心， 故多媒体网络至少要能满足 压缩图像传输的要求。
(2) 存储带宽的要求。 在吞吐量大的网络中， 接 收端系统必须保证有足够的缓冲空间来接收不断送来 的多媒体信息。 另外， 缓冲区的数据输入速率也必须 足够大， 以便容纳从网络不断传来的数据流。 这种数 据输入速率有时被看作缓冲区存储带宽。