CH8-5ed 音频视频

1计算机网络第8章因特网上的音频/视频服务2第8章因特网上的音频/视频服务8.1概述8.2流式存储音频/视频8.2.1具有元文件的万维网服务器8.2.2媒体服务器8.2.3实时流式协议RTSP38.3交互式音频/视频8.3.1IP电话概述8.3.2IP电话所需要的几种应用协议8.3.3实时运输协议RTP8.3.4实时运输控制协议RTCP8.3.5H.3238.3.6会话发起协议SIP第8章因特网上的音频/视频服务（续）48.1概述计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网IP层提供的“尽最大努力交付”服务，以及每一个分组独立交付的策略，对传送数据信息也是很合适的。因特网使用的TCP协议可以很好地解决网络不能提供可靠交付这一问题。5多媒体信息的特点多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音和图像的数据信息有很大的区别。多媒体信息的信息量往往很大。在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。多媒体数据往往是实时数据(realtimedata)，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。6因特网是非等时的模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒定的（等时的）。传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网的分组变成了非恒定速率的分组。tt因特网t模拟信号t采样后的信号构成分组恒定速率非恒定速率7接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的T叫做播放时延。在接收端设置缓存tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失8缓存使所有到达的分组都经受了迟延。早到达的分组在缓存中停留的时间较长，而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较短。以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。但我们付出的代价是增加了时延。缓存的影响分组发出123456t到达分组数654321123456t缓存时间缓存时间再推迟播放时间如果网络无时延推迟播放分组迟到网络出现时延分组1的时延分组到达123456t实际的网络10必须改造现有的因特网大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservation)，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。11目前因特网提供的音频/视频服务大体上可分为三种类型流式(streaming)存储音频/视频——边下载边播放。流式实况音频/视频——边录制边发送。交互式音频/视频——实时交互式通信。12“边下载边播放”中的“下载”“边下载边播放”结束后，在用户的硬盘上没有留下有关播放内容的任何痕迹。流媒体(streamingmedia)，即流式音频/视频。流媒体特点就是“边下载边播放”(streamingandplaying)。138.2流式存储音频/视频传统的下载文件方法万维网服务器客户机服务器媒体播放器GET:音频/视频文件RESPONSE音频/视频文件浏览器148.2.1具有元文件的万维网服务器元文件就是一种非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。万维网服务器客户机服务器媒体播放器元文件浏览器GET:元文件RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE158.2.2媒体服务器媒体服务器也称为流式服务器(streamingserver)，它支持流式音频和视频的传送。媒体播放器与媒体服务器的关系是客户与服务器的关系。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采用另外的协议进行交互。16使用媒体服务器万维网服务器媒体播放器元文件浏览器GET:元文件RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE媒体服务器客户机服务器178.2.3实时流式协议RTSP(Real-TimeStreamingProtocol)RTSP协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续、后退、前进等。因此RTSP又称为“因特网录像机遥控协议”。要实现RTSP的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的媒体播放器(mediaplayer)和媒体服务器(mediaserver)。万维网服务器客户机服务器媒体播放器元文件浏览器媒体服务器音频/视频流GET:元文件RESPONSESETUPRESPONSEPLAYRESPONSERESPONSETEARDOWN198.3交互式音频/视频8.3.1IP电话概述狭义的IP电话就是指在IP网络上打电话。所谓“IP网络”就是“使用IP协议的分组交换网”的简称。广义的IP电话则不仅仅是电话通信，而且还可以是在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），甚至还包括即时传信IM(InstantMessaging)。IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换因特网PC到PC公用电话网IP电话网关因特网PC到固定电话机公用电话网IP电话网关公用电话网IP电话网关因特网固定电话机到固定电话机21IP电话的通话质量IP电话的通话质量主要由两个因素决定。一个是通话双方端到端的时延和时延抖动，另一个是话音分组的丢失率。但这两个因素是不确定的，是取决于当时网络上的通信量。经验证明，在电话交谈中，端到端的时延不应超过250ms，否则交谈者就能感到不自然。22IP电话的端到端时延(1)话音信号进行模数转换要经受时延。(2)话音比特流装配成话音分组的时延。(3)话音分组的发送需要时间，此时间等于话音分组长度与通信线路的数据率之比。(4)话音分组在因特网中的存储转发时延。(5)话音分组在接收端缓存中暂存所引起的时延。(6)话音分组还原成模拟话音信号的时延。(7)话音信号在通信线路上的传播时延。(8)终端设备的硬件和操作系统产生的接入时延。23低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kb/s的共轭结构代数码激励线性预测声码器CS-ACELP(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinearPrediction)。(2)G.723.1——速率为5.3/6.3kb/s的为多媒体通信用的低速率声码器。24D播放时延有一个最佳值分组丢失率端到端时延20%10%5%100ms150ms400msABCN良好基本可用不好长途电话质量接收端播放时延增大25线速路由器提高路由器的转发分组的速率对提高IP电话的质量也是很重要的。据统计，一个跨大西洋的IP电话一般要经过2030个路由器。若能改用吉比特路由器（又称为线速路由器），则每秒可转发5百万至6千万个分组（即交换速率达60Gb/s左右）。这样还可进一步减少由网络造成的时延。26关于SkypeSkype采用了P2P和全球索引技术提供快速路由选择机制，管理成本大大降低。由于用户路由信息分布式存储于因特网的结点中，因此呼叫连接完成得很快。Skype采用了端对端加密方式，保证信息的安全性。Skype使用P2P的技术，用户数据主要存储在P2P网络中，因此必须保证存储在公共网络中的数据是可靠的和没有被篡改的。Skype对公共目录中存储的和用户相关的数据都采用了数字签名，保证了数据无法被篡改。Skype的问世给全球信息技术和通信产业带来深远的影响，也给每一位网络使用者带来生活方式的改变。8.3.2IP电话所需要的几种应用协议TCPUDP信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP应用层协议音频/视频SDP底层网络288.3.3实时运输协议RTP(Real-timeTransportProtocol)RTP为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给RTP封装成为RTP分组，再装入运输层的UDP用户数据报，然后再交给IP层。RTP是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。RTP自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。29图表示了在一次多媒体传输中RTP的操作。音频数据和视频数据在从发送方传输到接收方之前先封装到RTP报文中。308.3.4实时运输控制协议RTCP(RTPControlProtocol)RTCP是与RTP配合使用的协议。RTCP协议的主要功能是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。RTCP分组也使用UDP传送，但RTCP并不对声音或视像分组进行封装。可将多个RTCP分组封装在一个UDP用户数据报中。RTCP分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。318.3.5H.323H.323是ITU-T于1996年制订的一个名称很长的建议书，1998年的第二个版本改用的名称是“基于分组的多媒体通信系统”。H.323包括系统和构件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令过程，控制报文，复用，话音编解码器，视像编解码器，以及数据协议等，但不保证服务质量QoS。32H.323终端使用H.323协议进行多媒体通信分组交换网（例如，因特网）H.323H.323终端H.323终端33H.323的协议体系结构音频/视频应用音频编解码视频编解码RTCPH.225.0登记信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制数据应用T.120数据348.3.6会话发起协议SIP(SessionInitiationProtocol)SIP是一套较为简单且实用的标准，目前已成为因特网的建议标准。SIP协议以因特网为基础，把IP电话视为因特网上的新应用。SIP协议只涉及到IP电话的信令和有关服务质量问题，而没有提供像H.323那样多的功能。SIP没有指定使用RTP协议，但实际上大家还是选用RTP和RTCP作为配合使用的协议。35会话描述协议SDP(SessionDescriptionProtocol)SDP在电话会议的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是动态地加入和退出。SDP详细地指明了媒体编码、协议的端口号以及多播地址。36SIP和H.323SIP使用了HTTP的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比H.323具有更好的可扩缩性。由于SIP问世较晚，因此它现在比H.323占有的市场份额要小。