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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linfz@mail.tsinghua.edu.cn2008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