分布式多媒体及其典型应用

8.4 流媒体技术
8.4.1流式传输的基础
• 网络上多媒体信息的传输目前主要有下载和流式传输两种 方式。流式传输时，多媒体数据流由服务器向用户计算机 连续、实时地传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕， 而只需经过很短的启动延时即可进行播放。流媒体实现的 关键技术就是流式传输。实现流式传输有两种方法：实时 流式传输（Real-time streaming）和顺序流式传输 （progressive streaming）。一般说来，如果要传输的多 媒体信息为实时广播，或者使用的是流式媒体服务器，或 应用如RTSP的实时协议进行传输，即为实时流式传输。 如使用HTTP服务器，文件通过顺序流发送，则为顺序流 式传输。
• IPTV技术的成功运用从根本上改变了以往电视信号只能单 向传输的状况，使得各个网络在进行它所擅长业务的同时， 逐渐融合进更多的更先进的数据业务，真正实现了数据互 通、资源共享的目的。“三网合一”甚至“多网合一”是 信息时代的必然趋势，“三网合一”的时代正在来临。
８.５移动多媒体通信
• 在任何时候、任何地方可以和任何人进行通信，这自古以 来就是人类美好的梦想。移动通信技术的推广和应用使得 人们的这一理想成为了现实。
量也称为带宽、比特率或数据传输速率。实时传输动态图 像对网络的吞吐量要求最高。 （2）网络的传输延迟。 • 网络的传输延迟定义为信源发出第一位比特到信宿接收到 该比特之间的时间差，传输延迟包括信号在物理介质中的 传播时间和信号在网络中的处理时间。对于实时会话应用， 网络的传输延迟时间应小于250ms，对于多媒体信息检索 与查询应用，系统对用户的响应时间不应超过1~2s。
✓ 分布式系统由分布式硬件、分布式数据和分布式控制组成 分布式硬件——系统中的自治计算机和通信网络 分布式系统——至少包含两个或两个以上的自治计算机 分布式数据——将数据划分为多个部分，存放在不同的 自治计算机上。
8.1 分布式系统概述
8.1.2 分布式系统的特点 1. 系统资源分布的模块性 2. 计算机处理单元的自治性 3. 计算机处理单元的协作性 4. 分布式系统的透明性
• 服务质量QoS（Quality of Service）是用户对某种服务的 满意程度，用户对分布式多媒体应用都会有一定的服务质 量要求。通信网络的吞吐量、传输延迟时间、延时抖动和 数据传输误码率等技术指标都会直接影响分布式多媒体应 用的服务质量，因此服务质量是多媒体传输网络的一个重 要概念。服务质量管理分静态资源管理和动态资源管理， 静态资源管理是指按照通信建立时约定的QoS参数对网络 资源进行的管理，动态资源管理则是指在业务流传送过程 中对资源进行的管理。
8.2 分布式多媒体系统
2. 分布式多媒体对网络传播方式的要求 （1）单向与双向网络。
• 信息只能向一个方向传输的网络称为单向网络，而信息可 以在终端与服务器之间或终端与终端之间双向传输的网络 称为双向网络。交互性是分布式多媒体应用的重要特征， 因而只有双向网络才能满足分布式多媒体应用的需求。
（2）单播、广播与组播通信方式。
概述
✓ 多媒体技术与高速通信网络技术相结合产生了分布式多媒 体技术这个新型边缘研究领域，分布式多媒体系统是指将 多个分布在不同地点的多媒体终端、交换设备和多媒体服 务器通过高速通信网络互连在一起并能够完成多媒体通信 业务的系统，分布式多媒体系统也称为多媒体通信系统。 多媒体信息处理技术、分布式数据处理技术和多媒体计算 机网络技术的迅速发展为分布式多媒体应用系统的实现奠 定了良好的基础，分布式多媒体技术可以向用户提供多媒 体信息检索与查询、视频会议系统、多媒体电子邮件、多 媒体文档交换、计算机支持协同工作、多媒体点播服务系 统、远程计算机辅助教学等多种多媒体综合信息服务。
8.2 分布式多媒体系统
（3）网络的延时抖动。 • 网络传输延迟时间的变化称为网络的延时抖动（Delay
jitter），延时抖动通常采用在一次会话过程中最长和最短传 输延迟时间差来表示。延时抖动会破坏多媒体的同步。在网 络终端采用大容量缓冲器能够对延时抖动进行适当补偿。 （4）数据传输误码率。 • 常用的数据传输误码率主要有比特出错率、包出错率和包丢 失率。比特出错率BER（Bit Error Rate）是指数据在传输过 程中出错的位数与数据的总位数之比。包出错率PER （Packet Error Rate）是指数据包在传输过程中由于包丢失、 包次序颠倒或同一个包接收了两次以上等现象而导致的数据 包错误。包丢失率PLR（Packet Loss Rate）也称为信元丢 失率CLR（Cell Loss Rate），包丢失率只关心数据包在传 输过程中的丢失概率，而不关心数据包在传输过程中的其他 错误。
8.4 流媒体技术
8.4.5 IPTV与“三网合一”
• IPTV（Interactive Personal TV OR Internet Protocol TV） 是采用流媒体技术通过宽带网络将多媒体业务传输到用户 终端的分布式多媒体系统。IPTV能够提供组播、点播、可 视电话、网络游戏、远程教育、电子商务等业务，其用户 终端可以是PC，也可以是机顶盒+电视机，还可以是手机 或其他智能终端设备。IPTV的快速发展有力地推动了“三 网合一”的进程。
8.5.1移动多媒体通信系统的组成 • 移动多媒体通信系统由移动多媒体通信网络和移动多媒体
通信终端构成，其基本的系统结构如下图所示。
８.５移动多媒体通信
8.5.2 移动多媒体通信的关键技术 1. 数据压缩技术 2. 信息同步技术 3. 高速信号处理技术 4. 信道编码和差错恢复技术
4. 资源预留协议RSVP：是网络中预留所需资源的传送通道 建立和控制的信令协议，可沿着数据流所选定的路由来预 留资源（如带宽）。
8.4 流媒体技术
RTP、RTCP、RTSP、RSVP各协议的关系如下图所示。
8.4 流媒体技术
8.4.4流媒体文件格式 • 流式文件格式经过特殊编码，使其适合在网络上边下载边播
（3）流监管：指用户在通信过程中是否违背了与网络在通信建立时约定 的QoS要求。
（4）流控制：流控制是ATM网络特有的QoS保障机制，能够支持可变速 率的数据传输。
8.3 分布式多媒体服务质量管理
2. 服务质量维护与缩放 （1）服务质量维护。 • 服务质量维护（QoS Maintenance）任务就是将监测到的
8.3 分布式多媒体服务质量管理
8.3.2 服务质量静态资源管理 • 连续媒体具有很强的实时性，因此分布式多媒体应用系统
的QoS管理应当容许用户灵活配置，以建立与特定应用相 匹配的QoS等级。静态资源管理主要包括服务质量映射、 服务质量协商、服务质量接纳和服务质量资源预留。 1. 服务质量映射 2. 服务质量协商 3. 服务质量接纳 4. 服务质量资源预留
8.3 分布式多媒体服务质量管理
8.3.4 服务质量动态资源管理 • 动态资源管理分为QoS监控和QoS管理两部分，QoS监控是指在业务
流传送过程中对资源进行的实时控制，根据在较长一段时间内监测业 务流传送的情况来确定对资源进行调整就是QoS管理。 1. 服务质量监控 （1）流调度：指在终端或网络节点上传送数据包的策略。 （2）流成形：是按照用户对峰值速率、平均速率或突发度等业务流性能 的要求，使进入网络的业务流的流量变化变的平缓一些，流量变化平 缓的业务流容易实现资源预留和流调度处理。
8.4 流媒体技术
8.4.3 流媒体传输协议 1. 实时传输协议RTP：是用于Internet上针对多媒体数据流
的一种传输协议，为交互式音频、视频等具有实时特征的 数据提供端到端的传送服务。
2. 实时传输控制协议RTCP：是RTP的控制协议，RTCP和 RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。
3. 实时流协议RTSP：该协议定义了一对多应用程序如何有 效地通过IP网络传送多媒体数据。
✓ 访问透明性。 ✓ 位置透明性。 ✓ 并发透明性。 ✓ 复制透明性。 ✓ 故障透明性。 5. 分布式系统的可扩展性
8.2 分布式多媒体系统
8.2.1 分布式多媒体系统概念
✓ 分布式多媒体系统是指能够实现多媒体功能的分布式系 统。分布式多媒体系统集计算机的交互性、网络通信的 分布性、多媒体信息表示的综合性于一体，能够提供诸 如多媒体信息检索与查询、视频会议系统、多媒体电子 邮件、多媒体文档交换、计算机支持协同工作、多媒体 点播服务系统、远程计算机辅助教学等多种服务。
放。将压缩媒体文件编码成流式文件，必须加入一些附加信 息，如计时、压缩和版权信息。编码过程如下图所示。
• 到目前为止，Internet上使用较多的流媒体格式主要有 RealNetworks公司的RealMedia、Apple公司的QuickTime和 Microsoft公司的Windows Media。
QoS参数与用户要求的QoS参数进行比较，然后根据比较 结果对相应的资源进行调整来满足用户的QoS要求。 （2）服务质量缩放。 • 如果在通信过程中，由于网络拥塞或负载过重等原因导致 不能维持协商好的QoS参数值，QoS维护机制将调整资源 来设法保持QoS水平。
8.4 流媒体技术
• 流媒体指在分布式多媒体系统中使用流式传输技术的时基 媒体，如：音频、视频或其它多媒体文件。流式媒体在播 放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入数据缓冲 区，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时 有一些延迟。就如农民为庄稼浇水时，并不是把从水渠流 来的水收集在一起后再行灌溉，而是渠水来一些就灌溉一 些。
3. 数据突发性：由于多媒体数据都需要先压缩后再进行传输， 而压缩后的数据流量与待压缩数据的序列有关，因此发生 数据流量随时间发生变化的现象。
8.2 分布式多媒体系统
8.2.3 多媒体数据流对分布式系统性能的要求 1. 分布式多媒体对网络性能的要求 （1）网络的吞吐量。 • 吞吐量是指通信网络单位时间内传输的二进制位数，吞吐
主要内容
8.1 分布式系统概述 8.2 分布式多媒体系统 8.3 分布式多媒体服务质量管理 8.4 流媒体技术 8.5 移动多媒体通信 8.6 分布式多媒体典型应用系统
8.1 分布式系统概述
8.1.1 分布式系统概念与组成 ✓ 多个计算机自治处理单元通过网络互连在一起协作完成一
个总体任务的系统称为分布式系统，分布式系统中各个自 治计算机通过网络交换信息才能共同完成同一项工作。自 治计算机拥有自己的处理器和存储器，自治计算机之间采 用消息传递机制实现信息交换。
8.4 流媒体技术
8.4.2流媒体技术原理 • 流式传输的实现需要数据缓存技术。数据缓存技术的作用
有两个：一是对到达的数据包进行正确的排序，二是预存 一定数量的数据以供连续播放。
• 流式传输的实现需要合适的传输协议。在流式传输的实现 方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用 RTP/UDP来传输实时数据。
• 网络上节点到节点之间的信息传输方式叫做单播通信 （Unicast），信息从网络上的某个节点向所有其他节点 传输的通信方式就称为广播通信（Broadcast），如果信 息可以从网络上的某个节点向多个指定节点传输则称为组 播通信或多点通信（Multicast）。
8.3 分布式多媒体服务质量管理
8.3.1 服务质量管理概述
8.2 分布式Biblioteka Baidu媒体系统
8.2.2 分布式多媒体系统的基本特征 1. 媒体综合性：分布式多媒体系统可以将多种媒体整合在一
起，形成一个集音频、视频、文本于一体的完善的综合性 系统，具有媒体综合性的特征。
2. 时间依赖性：音频和视频信息都属于时基媒体，需要系统 实时地进行处理。另外，分布式多媒体应用的交互性也给 系统带来实时性的要求。
• 3G无线网络给多媒体业务提供384 kbit/s～2 M bit/s的带 宽，使得在无线链路上提供集成的数据，语音，音频，视 频业务成为可能。
• 目前，国际电联接受的第三代移动通信系统标准主要有三 个，即美国提出的CDMA 2000，欧洲和日本提出的 WCDMA和我国提出的TD-SCDMA。
８.５移动多媒体通信