计算机网络教学课件 PPT 作者 杨心强 第7章+多媒体服务[1]..

1、1,21世纪高等学校 计算机规划教材精品系列之一 计算机网络 课 件 杨心强制作 人民邮电出版社，2010 年 6 月,2,课件制作人声明,本课件是“21世纪高等学校计算机规划教材”精品系列之一计算机网络的配套服务资料。 本课件共有9个Powerpoint文件(每章一个)。教师可根据教学需要，自行修改或增删此课件内容，但不能自行出版销售。 对于课件中存在的缺点和错误，欢迎读者提出宝贵意见，以便及时修订。 课件制作人的电邮地址：yang_。 课件制作人 杨心强 2010年6月,3,计算机网络 第 7 章 多媒体应用服务,4,第 7 章 多媒体应用服务,教学目的 掌握多媒体信息的传输特性，音频/视频服务的分类，以及音频/视频信号的数字化和压缩 掌握流式存储音频/视频 了解流式直播音频/视频 掌握实时交互音频/视频中的IP电话及实时运输协议RTP和RTCP,学习内容 概述 流式存储音频/视频 流式直播音频/视频 实时交互音频/视频,5,第 7 章 内容提纲,7.1 概述 7.2 流式存储音频/视频 7.3 流式直播音频/视频 7.4 实时交互音频/视频,6,第 7 章 多媒体应用服务,在自然

2、进化的过程中，人类利用自己的视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉各种器官感受和交流各种信息。据统计，在通过各种感官收集到的各种信息中，视觉占65%，听觉占20%，触觉占10%，味觉占2%左右，嗅觉占3%左右。可见，利用视觉和听觉收集的信息占绝大部分。,7,第 7 章 多媒体应用服务(续1),媒体是承载信息的载体，是人们借以感知、表示、显示、存储和传输信息的物质。 按CCITT对媒体的定义，媒体可分为五种类型，即感知媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体。 多媒体服务主要涉及两种媒体和有关技术，一种是感知媒体，指人类感官能直接感知的媒体，如话音、音乐、言语字、数据、动画、图形和图像等；另一种是表示媒体，指用于实现数据交换而对感知媒体实现的编码。,8,第 7 章 多媒体应用服务(续2),现今，科学技术的进步已经改变了人们对音频和视频的使用。 在过去，人们通过无线电收音机收听音频广播，通过电视机观看视频广播节目，通过电话网络与另一方进行交互式通信。 如今时代已经改变，人们使用因特网不仅进行文字和图像通信，而且还要得到音频和视频服务。 本章着重介绍如何使用因特网得到音频和视频服务的应用。,9,7

3、.1 概述 7.1.1 多媒体信息的传输特性,随着因特网的迅速发展和上网带宽的增加，用户要求在因特网上传输多媒体信息，这就促使了流媒体传输技术的开发和发展。 流媒体是指采用流式传输方式在因特网或内部网播放的媒体格式。流媒体的互动性使其广泛应用于视频点播、互动游戏、远程培训等。流媒体所涉及的许多领域，如存储、压缩和传输技术已成为研究和应用的热点。通过网络传输实时流媒体仍面临着许多问题，如带宽限制，时间延迟和拥塞控制等。,10,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续1),利用电路交换的公用电话网上传送多媒体信息已是一项成熟的技术。如电视会议，其传输质量是有保障的，但租用线路费用太高。 多媒体信息与以往的数据信息不同，是指内容上相互关联的文本、图形、图像、声音、动画等多种媒体所形成的信息。,11,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续2),各种多媒体信息的传输指标,12,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续3),多媒体信息的特点 多媒体信息的信息量大，要求存储空间大、传输频带宽。因此因特网上传输大容量信息常采用信息压缩技术，但需注意的是，压缩比的提高是以损失原始数据的信息量为代价的。 不同的多媒

4、体信息的传输速率差异很大，需提高信道（或网络）的传输能力或传输带宽，使网络更能适应多媒体信息传输的要求。 时延对多媒体信息传输有较大的影响。如模拟的多媒体信号经数字化后以分组为单位在因特网上进行传输，尽管发送端发送的分组是等时间隔的，但到达目的端的分组就不一定是非等时间隔的。在接收端采用边接收边还原，就会产生很大的抖动失真。,13,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续4),因特网非等时间隔传输的特点对传输多媒体信息的影响,14,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续5),15,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续6),应对措施 解决抖动失真可使用时间戳。若每一个分组都有一个时间戳，这个时间戳就给出了它相对于第一个(或前一个)分组产生的时间，这样接收端就可以把这个时间加到它开始重放的时间上面，从而把到达时间和播放时间区分开来。 再在接收端设置一定容量的缓存(俗称重放缓存)。当缓存中的分组数达到一定数量后再以恒速按序读出进行还原播放。这样非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以恒定速率读出，就能够在一定程度上消除了时延的抖动。但付出的代价是增加了时延。,16,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续

5、7),播放时延T的选取 对于单向传输的视频节目，选取较大的 T 并无多大影响，无非是使等待较长时间才能看到节目。 对于时延敏感的实时数据，不仅要求传输时延不宜太大，时延抖动也须受到限制。如果选择 T 太小，消除时延抖动的效果会较差；而选择 T 过大，又会使分组的的平均时延增大。所以，T 的选取应折中考虑。,17,7.1.1 多媒体信息的传输特性(续8),对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。丢失容忍(loss tolerant)也是实时数据的另一个重要特点。 由于分组的到达可能不按序，但将分组还原和播放时又应当是按序的。因此在发送多媒体分组时还应当给每一个分组加上序号。这表明还应当有相应的协议支持才行。,18,7.1.2 音频/视频服务的分类,因特网提供的音频/视频服务可分为三大类： 1、流式存储音频/视频 把事先已压缩好的音频/视频文件存储在服务器上，用户按需访问并下载这些音频/视频文件。也称按需音频/视频。其特点是边下载边播放。 2、流式直播音频/视频 发送端通过因特网边录制边发放无线电和电视节目，为用户提供一对

6、多的通信。 3、交互式音频/视频 用户通过因特网进行交互式的音频/视频通信，如电视会议。,19,7.1.2 音频/视频服务的分类(续1),“边下载边播放”的“下载” 它与传统意义上的“下载”有着本质上的区别。 传统的“下载”是把需要下载的内容存储到硬盘上成为一个文件，之后用户可对被下载的文件进行打开、编辑、存储、更名等操作。 音频/视频的“下载”，并没有把下载的内容存储到硬盘上，由于是边下载边播放，所以用户只能在屏幕上观看播放的内容，且不能对下载内容进行任何操作。,20,7.1.3 音频信号的数字化和压缩,音频信号的数字化 对于话音信号，将其频率限制在 4000Hz 以下，为了分辨话音数据，其采样频率为每秒 8000次，每个样本以 8 比特样本表示，则可得到 64kb/s 的数字信号。 对于音乐信号因频带较宽，采样速率应提高到 44100Hz，每个样本以 16 比特表示，则单声道数字信号速率为 705.6kb/s，而立体声数字信号速率为 1.411Mb/s。,21,7.1.3 音频信号的数字化和压缩(续1),音频信号的压缩 话音和音乐信号都可使用音频压缩技术。常用的音频压缩技术有预测编

7、码和感知编码两种。 预测编码是把采样之差而不是把所有采样的值进行编码，现已制定多种标准，如 GSM(13kb/s)、G.720(8kb/s)和 G.723(6.4或5.3kb/s)。 感知编码的基本思想是基于人们的听觉系统中存在的缺陷：某些声音可能掩蔽其他的声音。这种掩蔽现象在时域或频域中都会发生，是指强音过后在一段短时间内掩盖弱音的现象。,22,7.1.4 视频信号的数字化和压缩,视频信号是用帧来表示的，每一帧是一个图像。仅当这些帧在屏幕上以足够快的速率显示时，人们才能有运动图像的感觉。但每秒传送的帧数并无统一的标准。如北美采用每秒 25 帧。 为了避免闪烁，电视信号对每一帧刷新两次，这相当于每秒发送了 50 个帧。电视信号的每一帧划分成许多个小格，称为图像元素(或像素)。对于彩色电视，每个像素是 24位，每个基色为 8 位。因此，在最低分辨率的情况下，每个彩色帧由 1024768 像素组成，彩色电视信号的传送速率为 225102476824=944Mb/s。,23,7.1.4 视频信号的数字化和压缩(续1),视频压缩目前流行的两个标准是：JPEG(用于压缩图像)和MPEG(用于压缩

8、视频)。 图像压缩标准 JPEG 把一个灰度图像被划分为许多 88 像素的块。其基本思想是：把图像转换成能反映冗余度的数的线性（向量）集合，然后再使用一种文本压缩方法移去冗余度。JPEG 的图像压缩过程如下：,24,7.1.4 视频信号的数字化和压缩(续2),视频压缩标准 MPEG 把活动图像视为一组帧的快速流，而每一帧是一个图像。亦即一个帧是像素的空间组合，而视频是一个接一个帧发送的时间组合。因此，压缩视频就是对每一帧进行空间压缩，再对帧的集合进行时间压缩。空间压缩是对每一帧使用 JPEG，时间压缩是删除冗余的帧。 MPEG 有两个版本： MPEG1 为 CD-ROM 设计，数据率为1.5Mb/s； MPEG2 为高质量DVD设计，数据率为36Mb/s。,25,第 7 章 内容提纲,7.1 概述 7.2 流式存储音频/视频 7.3 流式直播音频/视频 7.4 实时交互音频/视频,26,7.2 流式存储音频/视频,传统的下载音频/视频文件的方法,浏览器无播放音频/视频文件 功能。,媒体播放器的主要功能是：管理用户界面、解压缩、消除时延抖动，以及处理传输可能出现的差错。,此方法的缺点：需

9、全部下载完音频/视频文件后才能开始播放，历时太长。,27,7.2 流式存储音频/视频(续1),传统下载音频/视频文件方法的三个步骤： 用户从客户机的浏览器上，通过HTTP协议使用TCP连接向服务器发送GET报文，请求服务器下载某个音频/视频文件。 服务器接收到GET报文后，如有此文件，就通过RESPONSE作为HTTP的响应报文。在响应报文中装有用户所需的被压缩的音频/视频文件。注：整个下载过程可能会花费很长的时间。 当浏览器完全收下这个音频/视频文件后，就可以传送给自己机器上的媒体播放器进行解压缩，然后播放。,28,7.2.1 使用具有元文件的万维网服务器,万维网服务器还存储着一种描述音频/视频文件有关信息的元文件。,29,7.2.1 使用具有元文件的万维网服务器(续1),使用元文件下载音频/视频文件的操作步骤： 浏览器用户点击所请求的音频/视频文件的超链，使用HTTP的GET报文接入到万维网服务器。 万维网服务器收到GET报文后，将该元文件装入HTTP响应报文发回给浏览器。 浏览器收到万维网服务器的响应，调用相关的媒体播放器，提取元文件传送给媒体播放器。 媒体播放器使用元文件中的URL直接与万维网服务器建立TCP连接，并向其发送HTTP请求报文，要求下载浏览器所请求的音频/视频文件。 媒体播放器接收到万维网服务器发送HTTP响应报文，把该音频/视频文件发送给媒体播放器，就以音频/视频流的形式边下载边解压边播放。,30,7.2.2 使用媒体服务器,媒体服务器 又称流式服务器(streaming server) ，它支持流式音频和视频的传送。 媒体播放器与媒体服务器之间采用客户/服务器工作方式。 媒体播放器不是向万维网服务器而是向媒体服务器请求音频/视频文件。 媒体服务器和媒体播放器之间不使用TCP协议，因为TCP可能出现重传出错或丢失报文段，它只适合于读取元文件，不适合于读取音频/视频文件。因此在媒体服务器和媒体播放器之间采用UDP协议进行交互。,31,7.2.2 使用媒体服务器(续1),使用媒体服务器访问音频/视频文件,32,7.2.2 使用媒体服务器(续2),使用媒体服务器下载音频/视频文件的步骤： 前三个步骤与7.2.1节相同。

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