Lch17_多媒体传输

多媒体技术教程第17章多媒体的传输林福宗清华大学计算机科学与技术系[e-mail]2008年9月2019年10月12日第17章多媒体的传输2/84第17章多媒体的传输目录17.1多媒体应用协议套17.1.1多媒体应用协议的类型17.1.2协议套中的主要协议17.2实时传输和控制协议17.2.1实时传输协议(RTP)17.2.2实时控制协议(RTCP)17.3实时流播协议17.3.1RTSP协议概要17.3.2RTSP协议原理17.4资源保留协议17.4.1RSVP协议概要17.4.2RSVP协议原理17.5会话启动协议17.5.1SIP概要17.5.2SIP的请求和响应17.5.3SIP服务器17.5.4SIP的消息结构17.6会话描述和会话通告协议17.6.1会话描述协议(SDP)17.6.2会话通告协议(SAP)17.7多目标广播17.7.1多目标广播的概念17.7.2多目标广播地址17.7.3网际机组管理协议(IGMP)17.8下一代网络(NGN)技术2019年10月12日第17章多媒体的传输3/84第17章多媒体的传输开发互联网的初衷并不是用于传输实时的声音和影视数据，但近年来在IP网上传输声音和影视的研究和开发已成为网络应用的重要方向。众多用户渴望得到服务质量好而费用低的产品，用于可视电话、IPTV、即时通信(instantmessaging)、新闻广播、电视会议、网络游戏、软件发行、协同工作和远程教学。多媒体应用的主要问题是如何保障实时多媒体数据的传输质量，尤其是对那些实时互动的应用。保障传输质量的技术集中体现在多媒体传输协议和控制协议上，协议是技术的精华，是人类智慧的结晶。开发多媒体应用要了解协议的思想，要深入研究协议的细节。如果没有协议可循就要自己去开发，将自己的研究成果变成标准，让大家用你提出的协议。本章将在众多的多媒体传输和控制协议中选择几个基本协议作介绍，然后介绍应用广泛的多目标广播2019年10月12日第17章多媒体的传输4/8417.1多媒体应用协议套17.1.1多媒体应用协议的类型在IP网上的多媒体应用有两种类型的协议会话协议和信令协议，它们构成多媒体应用协议套会话(session)的含义是指两台设备或两个站点之间的持续连接和多媒体数据交换信令(signaling)的含义是通信双方建立和控制连接所需信息的交换方法在多媒体协议套中传输实时视听数据的协议主要靠RTP其余的协议是控制视听数据的控制协议2019年10月12日第17章多媒体的传输5/8417.1多媒体应用协议套(续1)17.1.2协议套中的主要协议过去互联网主要用来提供可靠的数据传送服务，对数据的时延几乎没有什么限制，而且工作得很好。然而，像IP电视和IP电话这样的多媒体应用就要求时延短和抖动小，因此就需要不同的协议来提供所需的服务。现已开发了许多协议并在继续开发新协议，用来加强互联网的体系结构，从而改善多媒体的服务质量在IP网络上，支持实时视听数据传输的协议构成了多媒体应用协议套，其中最重要的协议包括RTP，RTCP，RTSP，RSVP，SIP，SDP和SAP2019年10月12日第17章多媒体的传输6/8417.1多媒体应用协议套(续2)(1)实时传输协议(Real-timeTransportProtocol，RTP)位于应用层和UDP之间，用于传输包括声音和影视等实时数据的协议。实时传输协议早期主要针对网上的多媒体广播应用，如用于单目标广播服务(单个广播源向单台接收机)和多目标广播服务(单个广播源向多台接收机)，通常与监视传输的RTCP联合使用。现在已广泛用在其他视听服务中(2)实时控制协议(Real-TimeControlProtocol,RTCP)与实时协议(RTP)一起工作的传输控制协议，用于在发送者和接收者之间交换控制实时数据传输的消息。RTCP每隔一定时间传送内含控制消息的数据包，用于测定向接收者传送的信息的质量(3)实时流播协议(Real-TimeStreamingProtocol，RTSP)网上传输实时、现场的或存储的声音、影视和三维动画的控制协议，允许用户控制播放方式，如快播、慢播和暂停2019年10月12日第17章多媒体的传输7/8417.1多媒体应用协议套(续3)(4)资源保留协议(ResourceReservationProtocol,RSVP)IETF核准的为“带宽按需调配”开发的传输协议，允许应用程序请求保留专用的带宽，可保障某种程度的服务质量(QoS)。(5)会话启动协议(SessionInitiationProtocol，SIP)在IP网上建立呼叫的协议。SIP借助HTTP和SMTP等协议，为多媒体应用定义了分布式结构，用于网上多个用户之间发起、管理和结束任何形式的通话，包括电视、声音、文字、聊天、互动游戏和虚拟现实。SIP与H.323类似，但比较简单，使用的资源也少，因此有可能会替代H.323。(6)会话描述协议(SessionDescriptionProtocol，SDP)描述流媒体初始化参数的格式，如会话通告和邀请参与会话。可与实时传输协议(RTP)和会话启动协议(SIP)联用2019年10月12日第17章多媒体的传输8/8417.1多媒体应用协议套(续4)(7)会话通告协议(SessionAnnouncementProtocol,SAP)用于向参与多目标广播(multicast)的潜在主机发布广播会话消息。在主机中执行SAP协议的程序可监听公认的多目标广播地址，并接收和组织广播源发送的所有广播通告。SAP发布的广播通告使用会话描述协议(SDP)定义的格式，而实际的广播会话使用实时传输协议(RTP)以上这些重要协议构成的协议套也称互联网多媒体协议套(Internetmultimediaprotocolstack)多媒体应用协议套是TCP/IP协议套中的一部分，它们在整个TCP/IP协议套中的位置和相互关系如图17-1所示多媒体应用协议的更多信息请看年10月12日第17章多媒体的传输9/8417.1多媒体应用协议套(续5)SDPSIPRTCPHTTPSAPRTSPUDPTCP应用监控程序核心程序物理层协议数据链路层(DLC)协议IPv4，IPv6RTP多媒体传输(H.26X，MPEG)信令(signaling)协议服务质量保障协议应用层网络层传输层网络层链路层RSVP图17-1多媒体应用协议套2019年10月12日第17章多媒体的传输10/8417.2实时传输和控制协议实时传输协议(RTP)和实时控制协议(RTCP)是为网上传送实时多媒体数据开发的协议RTP提供端对端的实时数据传输服务RTCP协议用于监视和控制实时数据的传输RTP和RTCP协议的详细规范定义在RFC3550(2003)中，并取代1996年发布的RFC18892019年10月12日第17章多媒体的传输11/8417.2实时传输和控制协议(续1)17.2.1实时传输协议(RTP)实时传输协议(RTP)为在网上传输声音和视像数据定义标准的数据包，广泛用在包括声音点播(AoD)、影视点播(VoD)、因特网电话和电视会议的多媒体应用中1.RTP协议概要RTP协议提供端对端的实时声音和视像数据的传输，而对声音和视像数据的压缩和编码格式没有限制，可支持许多格式的声音和视像，如PCM(脉冲编码调制)、MP3、GSM(全球数字移动通信系统)等格式的声音、AVI和MPEG等格式的影视，也可用来传输专有文件存储格式的声音和影视数据。2019年10月12日第17章多媒体的传输12/8417.2实时传输和控制协议(续2)RTP允许给每个广播源分配单独的RTP数据包流。例如，有两个团体参与的电视会议，两台摄像机和两个麦克风生成4个RTP数据包流。许多流行编码技术(如MPEG影视)在编码过程中都把声音和视像复合在一起以形成单一流媒体，因此也可只生成一个RTP数据包流RTP(Real-timeTransportProtocol)名为“实时传输协议”，其实并非真正的“实时传输”，应理解为“实时数据”的传输协议。因为RTP本身不提供任何机制来确保把实时数据及时送到接收端，不保证在递送过程中不丢失数据包，也没有使用防止数据包次序被打乱的方法，但提供了减少或消除抖动、视听数据同步和视听数据流复合的方法。因此，RTP协议需要使用RTCP来提高服务质量2019年10月12日第17章多媒体的传输13/8417.2实时传输和控制协议(续3)2.RTP协议原理使用RTP协议的多媒体应用程序运行在应用层，而执行RTP协议的程序运行在应用程序和UDP之间，目的是利用UDP的端口和检查和等功能RTP既可看成应用层的子层，也可看成传输层的子层，如图17-2所示由多媒体应用程序生成的声音和影视数据块被封装在RTP数据包中，而每个RTP数据包被封装在UDP数据包中，然后再封装在IP数据包中在发送端，开发人员必须把执行RTP协议的程序编写到创建RTP数据包的应用程序中，然后应用程序把RTP数据包发送到UDP套接口(socket)，通过执行UDP协议的程序生成UDP数据包2019年10月12日第17章多媒体的传输14/8417.2实时传输和控制协议(续4)在接收端，RTP数据包通过UDP套接口输入到应用程序，因此开发人员必须把执行RTP协议的程序编写到从RTP数据包抽出媒体数据的应用程序中视听数据RTP有效载荷(视听数据)IP包头(b)数据包的封装RTP包头RTP有效载荷(视听数据)RTP包头UDP包头RTP有效载荷(视听数据)RTP包头UDP包头IP包头RTP有效载荷(视听数据)RTP包头UDP包头以太网包头UDP有效载荷IP有效载荷以太网有效载荷TCP/IP模型传输层应用层网络层IP链路层物理层套接口RTPUDP应用程序(a)RTP在协议套中的位置图17-2协议套中的RTP及其数据封装2019年10月12日第17章多媒体的传输15/8417.2实时传输和控制协议(续5)3.RTP数据包头结构RTP包头主要由4个域组成：有效载荷类型、顺序号、时间戳和同步源标识符，它的结构如图17-3所示01234567012345670123456701234567V=2PXCCMPayloadType(载荷类)SequenceNumber(顺序号)Timestamp(时间戳)SynchronizationSource(SSRC)Identifier(同步源标识符)ContributingSource(CSRC)Identifiers(贡献源标识符)…ContributingSource(CSRC)Identifiers(贡献源标识符)图17-3RTP数据包头结构2019年10月12日第17章多媒体的传输16/8417.2实时传输和控制协议(续6)(1)有效载荷类型域：7位，可支持128种不同的有效载荷类型对于声音数据，这个域用来指示声音使用的编码类型，如PCM、G.721等。如果发送端在会话或广播的中途决定改变编码方法，发送端可通过改变这个域的内容来通知接收端。表17-2列出了RFC3551(2003)指定的部分声音有效载荷类型对于视像数据，有效载荷类型用来指示视像编码类型，如MPEG-1，H.261，MPEG-2，和MPEG-4。发送端也可以在会话期间改变视像的编码方法。表17-3列出了RFC3551(2003)指定的部分视像有效载荷类型(2)顺序号：16位每发送一个RTP数据包顺序号加1。接收端可用它来检查数据包是否有丢失，并按顺序号来处理数据包。例如，接收端的应用程序接收一个RTP数据包流，这个RTP数据包在顺序号86和89之间有一个间隔，这就表明数据包87和88已经丢失，需要采取措施来处理2019年10月12日第17章多媒体的传输17/8417.2实时传