7-多媒体联网

多媒体联网1第7章多媒体联网MultimediaNetworking计算机网络：自顶向下方法(原书第四版)陈鸣译，机械工业出版社，2009年ComputerNetworking:ATopDownApproach4thedition.JimKurose,KeithRossAddison-Wesley,July2007.多媒体联网2多媒体,服务质量:概念多媒体应用:网络音频和视频(“连续媒体”)网络为应用提供运行应用所需的性能水平QoS多媒体联网3第7章目标原则多媒体应用分类确定应用程序所需的网络服务尽可能利用尽力而为服务提供QoS的机制协议和体系结构用于尽力而为的特定协议QoS的体系结构多媒体联网4第7章要点7.1多媒体联网应用程序7.2流式存储音频和视频7.3实时多媒体:因特网电话研究7.4用于实时交互应用程序的协议RTP,RTCP,SIP7.5多媒体分发:内容分发网络7.6超越尽力而为7.7调度和监管机制7.8综合服务和区分服务7.9RSVP多媒体联网5多媒体网络应用基本特性:典型的时延敏感端到端时延时延抖动但容忍丢包:不经常的丢包引起较小的干扰与数据的特性相对，数据不能丢失但容忍时延多媒体应用的分类:1)流式存储音频和视频2)流式实况音频和视频3)实时交互音频和视频时延抖动是在相同分组流中分组时延的变动多媒体联网6流式存储多媒体流式:媒体存储在源中传输到客户机流式：在所有数据到达前，客户机播放开始多媒体联网7流式存储多媒体:概念1.记录的视频2.发送的视频3.收到视频，在客户机播放流式:在此时刻，客户机播放视频的较早部分，而服务器还在发送视频的后面部分网络时延时间多媒体联网8流式存储多媒体:交互性VCR类似的功能：客户机能够暂停、倒带、快进、推动滑动条10sec初始时延OK1-2sec直到命令响应OKRTSP经常使用(详情见后)对仍在传输数据的定时约束：及时播放多媒体联网9流式实况多媒体例子:因特网无线电谈话节目实况体育事件流式重放缓存重放能够滞后传输几十秒仍有定时约束交互性不可能快进倒带、暂停可能！多媒体联网10交互性,实时多媒体端到端时延要求:音频:150msec良好,400msecOK•包括应用级(分组化)和网络时延•较大的时延值得注意，削弱了交互性会话初始化被叫方怎样通告它的IP地址、端口号和编码算法?应用程序:IP电话，视频会议，分布式交互多媒体联网11在今天的因特网上传输多媒体TCP/UDP/IP:“尽力而为服务”对时延、丢包无确保今天的因特网多媒体应用使用应用级技术来减缓(至少可能)时延、丢包的影响但你说过“多媒体应用要求QoS和性能水平才能有效!”???????????多媒体联网12因特网应当怎样演化才能更好地支持多媒体?综合服务观点:因特网有基本改变，因此应用程序能够预约端到端带宽需求在主机和路由器中有新的、复杂软件放任主义无主演改变当需要时更多的带宽内容分布，应用层多播应用层区分服务观点:对因特网基础设施几乎没有改变，能够提供第一类和第二类服务。你的观点是什么?多媒体联网13音频压缩简介以恒定速率对模拟信号取样电话:8,000样本/secCD音乐:44,100样本/sec量化每个样本,即四舍五入如28=256可能的量化值每个量化值用比特来表示8比特表示256个值例子：8,000样本/sec,256个量化值--64,000bps接收方将它转换回模拟信号:某种质量降低速率例子CD:1.411MbpsMP3:96,128,160kbps因特网电话:5.3-13kbps多媒体联网14视频压缩简介视频是以恒速显示的图片序列如24图片/sec数字图片是像素数组每个像素由比特表示冗余空间的时间的例子:MPEG1(CD-ROM)1.5MbpsMPEG2(DVD)3-6MbpsMPEG4(常用于因特网,1Mbps)研究:分层(可扩展的)视频对可用带宽适配层次多媒体联网15第7章要点7.1多媒体联网应用程序7.2流式存储音频和视频7.3实时多媒体:因特网电话研究7.4用于实时交互应用程序的协议RTP,RTCP,SIP7.5多媒体分发:内容分发网络7.6超越尽力而为7.7调度和监管机制7.8综合服务和区分服务7.9RSVP多媒体联网16流式存储多媒体应用级流式技术以最大限度利用尽力而为服务:客户机侧缓存使用UDP而不用TCP多媒体的多重编码取出时延抖动解压缩差错隐藏具有交互控制的图形用户界面媒体播放器多媒体联网17因特网多媒体:最简单的方法音频、视频非流化:“流水线,”直至播放的长时延!存储在文件中的音频和视频文件作为HTTP对象传输客户机完全接收下来然后传给播放器多媒体联网18因特网多媒体:流式方法浏览器GET元文件浏览器调用播放器，传递元文件播放器与服务器联系服务器为播放器流化音频/视频多媒体联网19来自流式服务器的流该体系结构允许服务器和媒体播放器之间采用非HTTP协议也能用UDP代替TCP.多媒体联网20恒定比特率视频传输时间可变的网络时延客户机接收视频客户机以恒定比特率播放客户机播放时延缓存的视频流式多媒体:客户机缓存客户机侧缓存，播放时延补偿网络增加的时延，时延抖动多媒体联网21流式多媒体:客户机缓存客户机侧缓存，播放时延补偿网络增加的时延，时延抖动bufferedvideovariablefillrate,x(t)constantdrainrate,d多媒体联网22流式多媒体:UDP或TCP?UDP服务器以适合客户机的速率发送(忘记了网络拥塞！)通常发送速率=编码速率=恒定速率则供给速率=恒定速率–分组丢包短播放时延(2-5秒)以补偿网络时延抖动差错恢复：时间允许的话TCP在TCP下以最大可能的速率由于TCP拥塞控制，供给速率波动较大的播放时延：平滑的TCP交付速率HTTP/TCP通过防火墙传递更容易多媒体联网23流式多媒体:客户机速率问题:怎样处理不同的客户机接收速率能力?28.8Kbps拨号100Mbps以太网回答:服务器存储,传输视频的多个拷贝，以不同速率编码1.5Mbps编码28.8Kbps编码多媒体联网24流式媒体的用户控制:RTSPHTTP不能针对多媒体内容没有用于快进的命令等RTSP:RFC2326客户机-服务器应用层协议为用户控制播放：倒带，快进，暂停，恢复，重定位等…Whatitdoesn’tdo:不能定义音频/视频怎样为经网络传输的流式而封装不能约定流式媒体如何传输；它能够经UDP或TCP传输不能定义媒体播放器怎样缓存音频/视频多媒体联网25RTSP:带外控制FTP使用一个“带外”控制信道:文件传输通过一条TCP连接控制信息(目录变化、文件删除、文件更名等)经一条单独的TCP连接发送“带外”和“带内”信道使用不同的端口号RTSP报文也在带外发送:RTSP控制报文使用与媒体流不同的端口号：带外端口554媒体流被认为是“带内”多媒体联网26RTSP例子情况:元文件传送给Web浏览器浏览器调用播放器播放器向流式服务器建立一条控制连接和一条数据连接多媒体联网27元文件例子titleTwister/titlesessiongrouplanguage=enlipsyncswitchtracktype=audioe=PCMU/8000/1src=rtsp://audio.exmaple.com/twister/audio.en/lofitracktype=audioe=DVI4/16000/2pt=90DVI4/8000/1src=rtsp://audio.exmaple.com/twister/audio.en/hifi/switchtracktype=video/jpegsrc=rtsp://video.exmaple.com/twister/video/group/session多媒体联网28RTSP操作多媒体联网29RTSP交换例子C:SETUPrtsp://audio.exmaple.com/twister/audioRTSP/1.0Transport:rtp/udp;compression;port=3056;mode=PLAYS:RTSP/1.02001OKSession4231C:PLAYrtsp://audio.exmaple.com/twister/audio.en/lofiRTSP/1.0Session:4231Range:npt=0-C:PAUSErtsp://audio.exmaple.com/twister/audio.en/lofiRTSP/1.0Session:4231Range:npt=37C:TEARDOWNrtsp://audio.exmaple.com/twister/audio.en/lofiRTSP/1.0Session:4231S:2003OK多媒体联网30第7章要点7.1多媒体联网应用程序7.2流式存储音频和视频7.3实时多媒体:因特网电话研究7.4用于实时交互应用程序的协议RTP,RTCP,SIP7.5多媒体分发:内容分发网络7.6超越尽力而为7.7调度和监管机制7.8综合服务和区分服务7.9RSVP多媒体联网31实时交互应用程序PC到PC电话即时讯息服务提供该业务PC到phoneDialpadNet2phoneSkype既有Web摄像的视频会议SkypePolycom现在就去研究PC到PC的因特网电话的详细例子多媒体联网32InternetCDIP电话网关IP电话网关公用电话网BA电路交换电路交换分组交换多媒体联网33IP电话的原理话音编码装成分组分组缓存话音解码Internet多媒体联网34交互多媒体:因特网电话通过一个例子介绍因特网电话讲话者的语音：交互的语涌,静默期.在语涌期间64kbps仅在语涌期产生分组以8Kbytes/sec速率的20msec块:160字节数据在每块上加上应用层首部块+首部封装在UDP段中在语涌期应用程序每20msec向套接字发送UDP段多媒体联网35因特网电话:分组丢失和时延网络丢包:由于网络拥塞的IP数据报丢失(路由器缓存溢出)时延丢包:在接收方，IP数据报到达太迟而无法播放时延:网络中的处理、排队;端系统(发送方，拒)时延典型的最大可容忍时延:400ms丢包容忍:取决于语音编码，差错隐藏丢失，丢包率在1%和10%之间可以容忍多媒体联网36时延抖动考虑两个连续分组的端到端时延：差异能大于或小于20msec恒定比特率视频传输时间可变的网络时延时延抖动客户机接收视频客户机以恒定比特率播放客户机播放时延缓存的视频多媒体联网37因特网电话:固定播放时延接收方试图在块生成后的qmsec来播放每个块块具有时戳t:在t+q播放块在t+q后块到达:数据到达太迟而不能播放，数据“丢失”Q的折衷:大q:分组丢失少小q:更好的交互体验多媒体联网38固定播放时延•发送方在语涌期每20msec产生分组•第一个分组在时间r收到•第一个播放进度：在p开始•第二个播放进度：在p’开始packets时间分组产生分组收到丢包rpp'播放进度p'-r播放进度p-r多媒体联网39自适应播放时延,I络时延的估计接收到分组收到分组i第分组分组i的网络间接收方播放分组收方播间接收方接收分组收方接第i个分组i个分iiiiiidtrprt在接收方平均时延的动态估计)()1(1iiiitrudud其中u是一个固定常数(如u=0.01).目的：最小化播放时延，使后面的丢包率低方法：播放时延适应性调整:在每个语涌的开始时，估计网络时延，调整播放时延静默期压缩和伸长语涌期每20msec仍播放多媒体联网40自适应播放时延II估计时延的平均偏差vi也是