计算机网络自顶向下方法第四版ppt第7章.ppt
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第7章多媒体联网MultimediaNetworking计算机网络:
自顶向下方法(原书第三版)陈鸣译,机械工业出版社,2005年ComputerNetworking:
ATopDownApproachFeaturingtheInternet,3rdedition.JimKurose,KeithRossAddison-Wesley,July2004.1多媒体联网多媒体,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QoS2多媒体联网第7章目标原则r多媒体应用分类r确定应用程序所需的网络服务r尽可能利用尽力而为服务r提供QoS的机制协议和体系结构r用于尽力而为的特定协议rQoS的体系结构3多媒体联网第7章要点r7.1多媒体联网应用程序多媒体联网应用程序r7.2流式存储音频和视频r7.3实时多媒体:
因特网电话研究r7.4用于实时交互应用程序的协议mRTP,RTCP,SIPr7.5多媒体分发:
内容分发网络r7.6超越尽力而为r7.7调度和监管机制r7.8综合服务和区分服务r7.9RSVP4多媒体联网多媒体网络应用基本特性:
r典型的时延敏感时延敏感m端到端时延m时延抖动r但容忍丢包容忍丢包:
不经常的丢包引起较小的干扰r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时延抖动是在相同分组流中分组时延的变动5多媒体联网流式存储多媒体流式:
r媒体存储在源中r传输到客户机r流式:
在所有数据到达前,客户机播放开始6多媒体联网流式存储多媒体:
概念1.记录的视频2.发送的视频3.收到视频,在客户机播放累计数据流式:
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7多媒体联网流式存储多媒体:
交互性rVCR类似的功能:
客户机能够暂停、倒带、快进、推动滑动条m10sec初始时延OKm1-2sec直到命令响应OKmRTSP经常使用(详情见后)r对仍在传输数据的定时约束:
及时播放8多媒体联网流式实况多媒体例子:
r因特网无线电谈话节目r实况体育事件流式r重放缓存r重放能够滞后传输几十秒r仍有定时约束交互性r不可能快进r倒带、暂停可能!
9多媒体联网交互性,实时多媒体r端到端时延要求:
m音频:
150msec良好,64,000bpsr接收方将它转换回模拟信号:
m某种质量降低速率例子rCD:
1.411MbpsrMP3:
96,128,160kbpsr因特网电话:
5.3-13kbps13多媒体联网视频压缩简介r视频是以恒速显示的图片序列m如24图片/secr数字图片是像素数组r每个像素由比特表示r冗余m空间的m时间的例子:
rMPEG1(CD-ROM)1.5MbpsrMPEG2(DVD)3-6MbpsrMPEG4(常用于因特网,1Mbps)研究:
r分层(可扩展的)视频m对可用带宽适配层次14多媒体联网第7章要点r7.1多媒体联网应用程序rr7.27.2流式存储音频和视频流式存储音频和视频r7.3实时多媒体:
因特网电话研究r7.4用于实时交互应用程序的协议mRTP,RTCP,SIPr7.5多媒体分发:
内容分发网络r7.6超越尽力而为r7.7调度和监管机制r7.8综合服务和区分服务r7.9RSVP15多媒体联网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:
m客户机侧缓存m使用UDP而不用TCPm多媒体的多重编码r取出时延抖动r解压缩r差错隐藏r具有交互控制的图形用户界面媒体播放器16多媒体联网因特网多媒体:
最简单的方法音频、视频非流化:
r“流水线,”直至播放的长时延!
r存储在文件中的音频和视频r文件作为HTTP对象传输m客户机完全接收下来m然后传给播放器17多媒体联网因特网多媒体:
流式方法r浏览器GET元文件元文件r浏览器调用播放器,传递元文件r播放器与服务器联系r服务器为播放器流化流化音频/视频18多媒体联网来自流式服务器的流r该体系结构允许服务器和媒体播放器之间采用非HTTP协议r也能用UDP代替TCP.19多媒体联网恒定比特率视频传输累积数据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r客户机侧缓存,播放时延补偿网络增加的时延,时延抖动20多媒体联网流式多媒体:
客户机缓存r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,d21多媒体联网流式多媒体:
UDP或TCP?
UDPr服务器以适合客户机的速率发送(忘记了网络拥塞!
)m通常发送速率=编码速率=恒定速率m则供给速率=恒定速率分组丢包r短播放时延(2-5秒)以补偿网络时延抖动r差错恢复:
时间允许的话TCPr在TCP下以最大可能的速率r由于TCP拥塞控制,供给速率波动r较大的播放时延:
平滑的TCP交付速率rHTTP/TCP通过防火墙传递更容易22多媒体联网流式多媒体:
客户机速率问题:
怎样处理不同的客户机接收速率能力?
m28.8Kbps拨号m100Mbps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23多媒体联网流式媒体的用户控制:
RTSPHTTPr不能针对多媒体内容r没有用于快进的命令等RTSP:
RFC2326r客户机-服务器应用层协议r为用户控制播放:
倒带,快进,暂停,恢复,重定位等Whatitdoesntdo:
r不能定义音频/视频怎样为经网络传输的流式而封装r不能约定流式媒体如何传输;它能够经UDP或TCP传输r不能定义媒体播放器怎样缓存音频/视频24多媒体联网RTSP:
带外控制FTP使用一个“带外”控制信道:
r文件传输通过一条TCP连接r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r“带外”和“带内”信道使用不同的端口号RTSP报文也在带外发送:
rRTSP控制报文使用与媒体流不同的端口号:
带外m端口554r媒体流被认为是“带内”25多媒体联网RTSP例子情况:
r元文件传送给Web浏览器r浏览器调用播放器r播放器向流式服务器建立一条控制连接和一条数据连接26多媒体联网元文件例子Twister27多媒体联网RTSP操作28多媒体联网RTSP交换例子C:
SETUPrtsp:
/RTSP/1.0Transport:
rtp/udp;compression;port=3056;mode=PLAYS:
RTSP/1.02001OKSession4231C:
PLAYrtsp:
/RTSP/1.0Session:
4231Range:
npt=0-C:
PAUSErtsp:
/RTSP/1.0Session:
4231Range:
npt=37C:
TEARDOWNrtsp:
/RTSP/1.0Session:
4231S:
2003OK29多媒体联网第7章要点r7.1多媒体联网应用程序r7.2流式存储音频和视频rr7.37.3实时多媒体实时多媒体:
因特网电话因特网电话研究研究r7.4用于实时交互应用程序的协议mRTP,RTCP,SIPr7.5多媒体分发:
内容分发网络r7.6超越尽力而为r7.7调度和监管机制r7.8综合服务和区分服务r7.9RSVP30多媒体联网实时交互应用程序rPC到PC电话m即时讯息服务提供该业务rPC到phonemDialpadmNet2phoner既有Web摄像的视频会议现在就去研究PC到PC的因特网电话的详细例子31多媒体联网InternetCDIP电话网关电话网关IP电话网关电话网关公用电话网公用电话网BA电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换电路交换分组交换分组交换分组交换分组交换32多媒体联网IP电话的原理话音编码装成分组分组缓存话音解码Internet33多媒体联网交互多媒体:
因特网电话通过一个例子介绍因特网电话r讲话者的语音:
交互的语涌,静默期.m在语涌期间64kbpsr仅在语涌期产生分组m以8Kbytes/sec速率的20msec块:
160字节数据r在每块上加上应用层首部r块+首部封装在UDP段中r在语涌期应用程序每20msec向套接字发送UDP段34多媒体联网因特网电话:
分组丢失和时延r网络丢包:
由于网络拥塞的IP数据报丢失(路由器缓存溢出)r时延丢包:
在接收方,IP数据报到达太迟而无法播放m时延:
网络中的处理、排队;端系统(发送方,拒)时延m典型的最大可容忍时延:
400msr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35多媒体联网时延抖动r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累积数据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36多媒体联网因特网电话:
固定播放时延r接收方试图在块生成后的qmsec来播放每个块m块具有时戳t:
在t+q播放块m在t+q后块到达:
数据到达太迟而不能播放,数据“丢失”rQ的折衷:
m大q:
分组丢失少m小q:
更好的交互体验37多媒体联网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时间分组产生分组产生分组收到分组收到丢包rpp播放进度播放进度p-r播放进度播放进度p-r38多媒体联网自适应播放时延,I在接收方平均时延的动态估计其中u是一个固定常数(如u=0.01).r目的:
最小化播放时延,使后面的丢包率低r方法:
播放时延适应性调整:
m在每个语涌的开始时,估计网络时延,调整播放时延m静默期压缩和伸长m语涌期每20msec仍播放39多媒体联网自适应播放时延II估计时延的平均偏差vi也是有用的:
每收到分组计算di和vi的估计值,尽管它们仅用于一个语涌的开始。
对语涌中的第一个分组,播放时间是:
其中K是一个正常数在语涌中的剩余分组定时地播放40多媒体联网自适应播放时延,III问题:
接收方怎样决定分组是否是一个语涌中的第一个?
r如果无丢包,接收方看到连续的时戳m连续时戳的差异20msec-语涌开始.r由于可能丢包,接收方必须看时戳和序号m联系时戳的差异20msec和没有间隙的序号-语涌开始.41多媒体联网丢包恢复
(1)前向纠错(FEC):
简单的方案r对每组n个块生成一个冗余块,通过异或这n个初始块r发送n+1块,增加了1/n的带宽r如果对这n+1块至多丢失一个块,能够重构初始n块r播放时延需要固定为接收所有n+1分组的时间r折衷:
m增加n,浪费较少的带宽m增加n,较长的播放时延m增加n,2个或更多块丢失的概率增加42多媒体联网丢包恢复
(2)2ndFEC方案“载答较低质量流”发送较低分辨率的音频流作为冗余信息例子:
64kbpsPCM额定流和13kbpsGSM冗余流无论何时有非连续丢包,接收方能够隐藏该丢包也能够附加第(n-1)和(n-2)低比特率块43多媒体联网丢包恢复(3)交叉r块分成较小的单元r例子:
每块45msec单元r分组包括来自不同块的小单元r如果分组丢失,仍有每个块的大部分r没有冗余开销r但增加了播放时延44多媒体联网小结:
因特网多媒体:
技巧r对时间敏感的流量使用UDP以避免TCP拥塞控制r客户机侧自适应播放时延:
补偿时延r服务器侧为可用的客户机到服务器路径带宽匹配流带宽m在每个编码流速率中选择m动态的服务器编码速率r差错恢复(在UDP之上)mFEC,交叉m重传,时间允许m隐藏差错:
重复临近数据45多媒体联网第7章要点r7.1多媒体联网应用程序r7.2流式存储音频和视频r7.3实时多媒体:
因特网电话研究rr7.47.4用于实时交互应用程序用于实时交互
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