【正文】 第 7章 多媒體聯(lián)網(wǎng) Multimedia Networking 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法 (原書第四版 ) 陳鳴譯，機(jī)械工業(yè)出版社， 2023年 Computer Networking: A Top Down Approach 4th edition. Jim Kurose, Keith Ross AddisonWesley, July 2023. 1 多媒體聯(lián)網(wǎng) 多媒體 , 服務(wù)質(zhì)量 : 概念 多媒體應(yīng)用 : 網(wǎng)絡(luò)音頻和視頻 (“連續(xù)媒體” ) 網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用提供 運(yùn)行應(yīng)用所需的性能水平 QoS 2 多媒體聯(lián)網(wǎng) 第 7章 目標(biāo) 原則 ? 多媒體應(yīng)用分類 ? 確定應(yīng)用程序所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù) ? 盡可能利用盡力而為服務(wù) ? 提供 QoS的機(jī)制 協(xié)議和體系結(jié)構(gòu) ? 用于盡力而為的特定協(xié)議 ? QoS的體系結(jié)構(gòu) 3 多媒體聯(lián)網(wǎng) 第 7章 要點(diǎn) ? 多媒體聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序 ? 流式存儲(chǔ)音頻和視頻 ? : 因特網(wǎng)電話研究 ? 用于實(shí)時(shí)交互應(yīng)用程序的協(xié)議 ? RTP, RTCP, SIP ? 多媒體分發(fā) : 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) ? 超越盡力而為 ? 調(diào)度和監(jiān)管機(jī)制 ? 綜合服務(wù)和區(qū)分服務(wù) ? RSVP 4 多媒體聯(lián)網(wǎng) 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 基本特性 : ? 典型的 時(shí)延敏感 ? 端到端時(shí)延 ? 時(shí)延抖動(dòng) ? 但 容忍丟包 : 不經(jīng)常的丟包引起較小的干擾 ? 與數(shù)據(jù)的特性相對，數(shù)據(jù)不能丟失但容忍時(shí)延 多媒體應(yīng)用的分類 : 1) 流式存儲(chǔ) 音頻和視頻 2) 流式實(shí)況音頻和視頻 3)實(shí)時(shí)交互音頻和視頻 時(shí)延抖動(dòng) 是在相同分組流中分組時(shí)延的變動(dòng) 5 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式存儲(chǔ)多媒體 流式 : ? 媒體存儲(chǔ)在源中 ? 傳輸?shù)娇蛻魴C(jī) ? 流式：在所有數(shù)據(jù)到達(dá)前，客戶機(jī)播放開始 6 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式存儲(chǔ)多媒體 : 概念 1. 記錄 2. 的視頻 2. 發(fā)送的視頻 3. 收到視頻，在客戶機(jī)播放 流式 : 在此時(shí)刻，客戶機(jī)播放視頻的較早部分，而服務(wù)器還在發(fā)送視頻的后面部分 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延 時(shí)間 7 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式存儲(chǔ)多媒體 : 交互性 ? VCR類似的功能： 客戶機(jī)能夠暫停、倒帶、快進(jìn)、推動(dòng)滑動(dòng)條 ? 10 sec初始時(shí)延 OK ? 12 sec直到命令響應(yīng) OK ? RTSP經(jīng)常使用 (詳情見后 ) ? 對仍在傳輸數(shù)據(jù)的定時(shí)約束：及時(shí)播放 8 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式實(shí)況多媒體 例子 : ? 因特網(wǎng)無線電談話節(jié)目 ? 實(shí)況體育事件 流式 ? 重放緩存 ? 重放能夠滯后傳輸幾十秒 ? 仍有定時(shí)約束 交互性 ? 不可能快進(jìn) ? 倒帶、暫?？赡埽? 9 多媒體聯(lián)網(wǎng) 交互性 ,實(shí)時(shí)多媒體 ? 端到端時(shí)延要求 : ?音頻 : 150 msec良好 , 400 msec OK ? 包括應(yīng)用級(jí) (分組化 )和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延 ? 較大的時(shí)延值得注意，削弱了交互性 ? 會(huì)話初始化 ?被叫方怎樣通告它的 IP地址、端口號(hào)和編碼算法 ? ? 應(yīng)用程序 : IP電話，視頻會(huì)議，分布式交互 10 多媒體聯(lián)網(wǎng) 在今天的因特網(wǎng)上傳輸多媒體 TCP/UDP/IP: “盡力而為服務(wù) ” ? 對時(shí)延、丟包 無 確保 今天的因特網(wǎng)多媒體應(yīng)用 使用應(yīng)用級(jí)技術(shù)來減緩 (至少可能 )時(shí)延、丟包的影響 但你說過“多媒體應(yīng)用要求 QoS和性能 水平才能有效 !” ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 多媒體聯(lián)網(wǎng) 因特網(wǎng)應(yīng)當(dāng)怎樣演化才能更好地支持多媒體 ? 綜合服務(wù)觀點(diǎn) : ? 因特網(wǎng)有基本改變，因此應(yīng)用程序能夠預(yù)約端到端帶寬 ? 需求在主機(jī)和路由器中有新的、復(fù)雜軟件 放任主義 ? 無主演改變 ? 當(dāng)需要時(shí)更多的帶寬 ? 內(nèi)容分布，應(yīng)用層多播 ? 應(yīng)用層 區(qū)分服務(wù)觀點(diǎn) : ? 對因特網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施幾乎沒有改變，能夠提供第一類和第二類服務(wù)。 你的觀點(diǎn)是什么 ? 12 多媒體聯(lián)網(wǎng) 音頻壓縮簡介 ? 以恒定速率對模擬信號(hào)取樣 ? 電話 : 8,000 樣本 /sec ? CD音樂 : 44,100樣本 /sec ? 量化每個(gè)樣本 , 即四舍五入 ? 如 28=256 可能的量化值 ? 每個(gè)量化值用比特來表示 ? 8比特表示 256個(gè)值 ? 例子： 8,000樣本 /sec, 256 個(gè)量化值 64,000 bps ? 接收方將它轉(zhuǎn)換回模擬信號(hào) : ? 某種質(zhì)量降低 速率例子 ? CD: Mbps ? MP3: 96, 128, 160 kbps ? 因特網(wǎng)電話 : 13 kbps 13 多媒體聯(lián)網(wǎng) 視頻壓縮簡介 ? 視頻是以恒速顯示的圖片序列 ? 如 24圖片 /sec ? 數(shù)字圖片是像素?cái)?shù)組 ? 每個(gè)像素由比特表示 ? 冗余 ? 空間的 ? 時(shí)間的 例子 : ? MPEG 1 (CDROM) Mbps ? MPEG2 (DVD) 36 Mbps ? MPEG4 (常用于因特網(wǎng) , 1 Mbps) 研究 : ? 分層 (可擴(kuò)展的 ) 視頻 ? 對可用帶寬適配層次 14 多媒體聯(lián)網(wǎng) 第 7章 要點(diǎn) ? 多媒體聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序 ? 流式存儲(chǔ)音頻和視頻 ? : 因特網(wǎng)電話研究 ? 用于實(shí)時(shí)交互應(yīng)用程序的協(xié)議 ? RTP, RTCP, SIP ? 多媒體分發(fā) : 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) ? 超越盡力而為 ? 調(diào)度和監(jiān)管機(jī)制 ? 綜合服務(wù)和區(qū)分服務(wù) ? RSVP 15 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式存儲(chǔ)多媒體 應(yīng)用級(jí)流式技術(shù)以最大限度利用盡力而為服務(wù) : ? 客戶機(jī)側(cè)緩存 ?使用 UDP而不用 TCP ?多媒體的多重編碼 ? 取出時(shí)延抖動(dòng) ? 解壓縮 ? 差錯(cuò)隱藏 ? 具有交互控制的圖形用戶界面 媒體播放器 16 多媒體聯(lián)網(wǎng) 因特網(wǎng)多媒體 : 最簡單的方法 音頻、視頻非流化 : ? “流水線 ,” 直至播放的長時(shí)延 ! ? 存儲(chǔ)在文件中的音頻和視頻 ? 文件作為 HTTP對象傳輸 ?客戶機(jī)完全接收下來 ?然后傳給播放器 17 多媒體聯(lián)網(wǎng) 因特網(wǎng)多媒體 : 流式方法 ? 瀏覽器 GET元文件 ? 瀏覽器調(diào)用播放器，傳遞元文件 ? 播放器與服務(wù)器聯(lián)系 ? 服務(wù)器為播放器 流化 音頻 /視頻 18 多媒體聯(lián)網(wǎng) 來自流式服務(wù)器的流 ? 該體系結(jié)構(gòu)允許服務(wù)器和媒體播放器之間采用非 HTTP 協(xié)議 ? 也能用 UDP代替 TCP. 19 多媒體聯(lián)網(wǎng) 恒定比特率視頻傳輸 時(shí)間 可變的 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延 客戶機(jī) 接收視頻 客戶機(jī)以恒定 比特率播放 客戶機(jī)播放時(shí)延 緩存的視頻 流式 多媒體 : 客戶機(jī)緩存 ? 客戶機(jī)側(cè)緩存，播放時(shí)延補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增加的時(shí)延，時(shí)延抖動(dòng) 20 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式 多媒體 : 客戶機(jī)緩存 ? 客戶機(jī)側(cè)緩存，播放時(shí)延補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增加的時(shí)延，時(shí)延抖動(dòng) buffered video variable fill rate, x(t) constant drain rate, d 21 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式多媒體 : UDP或 TCP? UDP ? 服務(wù)器以適合客戶機(jī)的速率發(fā)送 (忘記了網(wǎng)絡(luò)擁塞！ ) ? 通常發(fā)送速率 = 編碼速率 = 恒定速率 ? 則供給速率 = 恒定速率 – 分組丟包 ? 短播放時(shí)延 (25秒 )以補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)延抖動(dòng) ? 差錯(cuò)恢復(fù)：時(shí)間允許的話 TCP ? 在 TCP下以最大可能的速率 ? 由于 TCP擁塞控制，供給速率波動(dòng) ? 較大的播放時(shí)延：平滑的 TCP交付速率 ? HTTP/TCP通過防火墻傳遞更容易 22 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式多媒體 : 客戶機(jī)速率 問題 : 怎樣處理不同的客戶機(jī)接收速率能力 ? ? Kbps撥號(hào) ? 100Mbps以太網(wǎng) 回答 : 服務(wù)器存儲(chǔ) , 傳輸視頻的多個(gè)拷貝，以不同速率編碼 Mbps編碼 Kbps編碼 23 多媒體聯(lián)網(wǎng) 流式媒體的用戶控制 : RTSP HTTP ? 不能針對多媒體內(nèi)容 ? 沒有用于快進(jìn)的命令等 RTSP: RFC 2326 ? 客戶機(jī) 服務(wù)器應(yīng)用層協(xié)議 ? 為用戶控制播放：倒帶，快進(jìn)，暫停，恢復(fù)，重定位等 … What it doesn’t do: ? 不能定義音頻 /視頻怎樣為經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧魇蕉庋b ? 不能約定流式媒體如何傳輸；它能夠經(jīng) UDP或 TCP傳輸 ? 不能定義媒體播放器怎樣緩存音頻 /視頻 24 多媒體聯(lián)網(wǎng) RTSP: 帶外控制 FTP使用一個(gè) “帶外”控制信道 : ? 文件傳輸通過一條 TCP連接 ? 控制信息 (目錄變化、文件刪除、文件更名等 )經(jīng)一條單獨(dú)的 TCP連接發(fā)送 ? “帶外”和“帶內(nèi)”信道使用不同的端口號(hào) RTSP報(bào)文也在帶外發(fā)送 : ? RTSP控制報(bào)文使用與媒體流不同的端口號(hào) ：帶外 ? 端口 554 ? 媒體流被認(rèn)為是“帶內(nèi)” 25 多媒體聯(lián)網(wǎng) RTSP例子