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coursenote:010

5 流媒体

5.1流媒体的关键词

算法()
标准(
*)
完整的端点到端点系统(
*)
研究前沿(*)

5.1.1流媒体的内容分类

  • 音频、视频
  • 图像
  • 图形
  • 动画
  • 文本、数据文件、语音、笔记

5.1.2通信技术的关键领域

  • 空间天线分集和时空处理
  • 信道均衡
  • 比特流交错
  • 多路存取和消除干扰
  • 调制和误码保护

流媒体网络的重要方面

  • 媒体存取协议
  • 错误控制:ARQ——自动重传请求

http://baike.baidu.com/view/407054.htm

  • 接收控制,传输管理
  • 路由选择,多路广播
  • 机动灵活的管理和用户追踪
  • 针对ATM、IP以及Hybrid网络的协议

5.2 网络中的多媒体

5.2.1基本特征

  • 对延迟敏感
  • 可以接受数据丢失:偶尔出现的数据丢失引起的小问题是可以忽略的。
  • 与程序、银行信息等数据传输形成对照,它们对延迟不敏感但不能够接受数据的损失
  • 流媒体也被称为“连续媒体”

5.2.2多媒体的应用类型

  • 以流的形式存储音频和视频
客户端向服务器发出音频或视频文件的请求,这些文件通过网络管道被用户接收并播放
交互:用户可以享有控制操作,如停放、重放、快进、倒回等操作
延迟:从客户端发出请求到开始播放可能有1~10秒的延迟
  • 交互式实时
电话或视频会议
因为他有实时的特性,所以对数据延迟的要求比流媒体和单方向传输更加严格
视频可接受的延迟范围:<150msec
音频小于150msec会有很好的效果,<400msec即可接受
  • 以流的形式对音频和视频进行直播
与电视和无线电台类似,不同的是它是通过网络传送的 

5.2.3 面临的挑战

TCP/UDP/IP提供最大努力传输,但是无法保证延迟及延迟的波动

  • 现在常见的流媒体在应用中的初始延迟为5~10秒,但是当通道堵塞的时候性能会下降很多
  • 实时交互的应用对于数据包延迟和抖动有严格的要求
  • 抖动是同一个数据包流的不同数据包有着不同的延迟

如果存在服务等级的区分,多媒体应用的设计将会变得简单

  • 但是在公共网络中,所有的数据包都采用了相同的服务
  • 包含实时交互的音频和视频的数据包和其他数据包一样在需要排队进行传输

已经有了对于提供不同等级的服务的努力,并且会继续下去

5.2.4对于best effort 的改善

为了减轻best-effort的网络的影响

  • 使用UDP来避免TCP的慢启动
  • 在客户端对内容进行缓存,并且控制回放来矫正抖动
  • 我们可以把数据包按照时间进行标记,这样接收者就知道了什么时候数据包应该被回放
  • 调节压缩程度来适应带宽
  • 发送多余的数据包来减轻数据丢失带来的影响

5.2.5为了更好的支持多媒体,网络应该如何发展

综合服务理念

  • 改变网络协议使应用可以保留终端到终端的带宽
  • 需要配置保留带宽的协议
  • 必须修改路由器的调控方案来使保留优先
  • 应用方必须把他的运输情况的描述提供给网络并且必须遵守这个描述
  • 在主机和路由器上替换新的、复杂的软件

差别服务理念

  • 对网络结构有很少的改变,但是提供一级和二级服务
  • 数据电报被标记出来
  • 用户要付更高的费用来发送和接收使用一级服务的数据包
  • IPSs(Internet service provider)要给主机更高的费用来接收和发送使用一级服务的数据包

5.3流媒体

5.3.1流媒体的主要特征

  • 流媒体技术可以通过互联网或者内联网来实时或按需访问多媒体内容,不是本地播放
  • 流媒体通过媒体服务器传输,通过客户端来处理和回访,就像该媒体信息已经被接收了一样
  • 流文件被接收、处理、同步即时播放,不在接受设备上留下残余的拷贝

5.3.2流媒体的来源

流媒体的体系结构 流媒体由以下各部分组成

  • 编码和传输方式
  • 服务器软件
  • 客户端软件(播放器)

三种最流行的流媒体体系结构

  • RealMedia
  • WindowsMedia
  • QuickTime

流媒体的各组成部分是相互关联、相互兼容的

5.3.3流媒体的格式

MPEG标准

  • Windows Media Video v1是MPEG-4代码的衍生物,为避免混淆而重新命名
  • Quick Time5是第一个完全实现了MPEG-4的流媒体体系结构

5.3.4流

  • 进行式的流传播(PST)

采用HTTP协议

没有跳跃
  • 实时流传输
Real服务器(实时流传输协议,RTSP)
Windows Media服务器(MMS)
Quick Time服务器 

5.3.5 流媒体播送

当媒体在网络上传播时,它就会是多点传播,或者单一传播的 单一传播

  • 4*100kbps 同时在线的用户从服务器发送400kbps的连接请求
  • 每个用户端得到一个分离的流,即使他们在看同一个电影
  • 对于每个客户端,服务器的的CPU和带宽有更多的负载

多点传播

  • 4*100kbps 同时在线的用户从服务器发送100kbps的连接请求
  • 每个客户使用同一个媒体流
  • 保留了CPU的处理强度和服务器的带宽

5.4QoS:服务质量

5.4.1定义

在数据通讯系统中的一个定义好的性能测量方法
概念:
QoS服务质量,是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。 http://baike.baidu.com/view/20897.htm
资源保留控制机制-对哪些数据包有优先权的实际决定

  • 为不同的用户和数据流提供不同的优先级
  • 按照应用程序的请求,保证了一个数据流的一定程度的性能。

5.4.2 QOS保障原则

1Mbps的电话应用;分享1.5Mbps连接的FTP应用(FTP的同时大量传输数据会导致路由的堵塞并且使音频数据包丢失)

原则1:为了使路由器可以分辨出不同的媒体类型,数据包需要被标记,并且新的路由选择方案可以根据不同的媒体类型分别处理数据包。

应用程序作弊

原则2:提供不同数据流之间的保护和隔离政策。

要求管理监督机制可以保证资源能够与带宽要求一致,所以标记和监督需要在网络外沿完成。
或者对于每个应用程序流分配一个带宽设置接口,但是当其中一个流不需要他的分配接口时,会导致带宽的浪费。

原则3:当对不同数据流之间提供隔离时,希望可以最大效率地使用资源

不能支持超出连接容量的传输

原则4:需要一个呼叫允许过程。应用程序流声明他对传输的需求,当网络不能够满足他的要求时会阻挡这次呼叫。

5.4.3 时序安排和监督机制

时序安排:可以根据一系列的方案要求来选择下一个连接需要传输的数据包。

  • 优先级排队算法:
不同等级有着不同程度的优先级,等级可以根据明确的标记或者文件头得信息来判定。比如IP地址,TCP接口号等。
传输非空的具有最高优先级的等级类型。
优先占用和非占先两种版本。
  • Round Robin:浏览列出非空类型的类型序列
  • 加权公平排队算法(WFQ):是Round Robin算法的发展,通过尝试根据给定的时间区域,为每个类型提供不同数量的服务。
  • 先入先出法:根据进入队列的顺序选择需要传输的数据包。缓存已满后到达的数据包会被丢弃,或者由丢弃政策来决定到达的数据包和已经进入序列的数据包哪个该被丢弃。

监督机制:

  • 令牌桶机制:
提供了一个限制输入来具体化突发传输的数目和平均传输速率的方法。
桶可以容纳b个令牌;令牌以r token/sec的速度生成,除非桶已满。
在长度为t的休息时间中,接受数据包的数量会少于或等于(rt+b)
  • 令牌桶和WFQ算法的共同使用可以为延迟提供上限。

5.4.4IETF(Internet Engineering Task Force)对于QoS的努力

IP质量问题解决方案–综合服务

  • 面向连接的质量问题:综合服务—基于流(RSVP 协议)
由资源预留协议定义,要求在每次终端到终端的IP数据包传输流中进行资源和沿路径的信号的保留。
在路由器中保留资源,来为具体的用户的数据流提供服务质量。
这种体系结构不适合大范围应用。
很多网络流是短时间的,不值得建立VC(虚拟电路)

<note>RSVP(警车开道) 发送方向接收方发送“PATH”信息,用来描述交通情况-每个沿着路径的路由器都会根据协议把“PATH”信息传给下一个路由。 接收方在收到“PATH”信息后,回复“RESV”信息,请求资源流。 </note>

  • 不连接的质量问题:IP Diff Serv通行证机制

标记IP数据包来区分处理方式IETF RFC 2474(比如第一等级,商业等级)

在网络范围的传输等级基础上的逐跳行为
传输流在边缘路由器中按照规则进行分类,并且按照传输等级集合。
通行证机制使用IP的TOS头字段(前6字节)
通行证机制定义了对DS的编码条例,DE(默认)=000000=best effort,EF=101110=低延迟等

<note>通行证机制:网络核心的功能简单,网络边缘路由器和主机的功能很复杂; 不定义服务等级,而是提供可以建立服务等级的功能组件。</note>

  • 边缘功能:
分类:边缘节点根据分类标准对数据包进行标记  
传输条件:边缘节点可能会延迟或者丢失数据包

<note>数据包在IPV4中被标记为“TOS”,在IPv6中被标记为传输类型。
区分服务密码点(DSCP)占用了6个字节,并且定义了数据包的传输行为。
有2个字节还没有被使用。\\最好是能够限制有些类型传输的进入量,所以用户要声明自己需要的传输情况的介绍。</note>

  • 核心功能:
向前传输:根据“per-hop-behavior”或者对具体数据包的类型定义的行为进行传输。
优点:路由器不需要保存状态信息。

5.5为了更好的支持多媒体,网络应该怎样改革?

5.5.1综合服务理念

  • 改变网络协议,是应用程序可以保留端点到端点的带宽。
  • 需要主机和路由器安装新的,更复杂的软件。

5.5.2区别服务理念

  • 对网络的架构改变更少,但需要第一和第二等级的服务。
  • 数据报需要被标记。
  • 发送和接受第一等级数据包的用户要花费更多。
  • 发送和接受第一等级数据包的ISP要花费更多。

5.5.3自由服务理念

  • 没有保留,没有数据报的标记。
  • 需求增加时,提供更多的带宽。
  • 在网络边缘存储内容。

5.5.4虚拟的个人网络(VPN)

  • 企业可以保留带宽。
  • 路由器根据IP地址区分VPN的传输。
  • 路由器根据特殊的时序安排政策来提供保留的带宽。

5.6 流媒体存储

5.6.1流存储的多媒体

  • 音频和视频文件存储在服务器。
  • 用户需要文件时发出请求。
  • 文件在收到请求后10s内被渲染输出。
  • 允许交互。

5.6.2媒体播放

  • 移除抖动。
  • 解压缩。
  • 检测错误。
  • 提供交互的图形界面。
  • 浏览器可以嵌入插件。

<note important>本节编撰作者(鼓励有兴趣的同学自由撰写,总评成绩可适当加分):

王昱辰 2011/11/15 20:14 编写了本节全部内容
浙江大学2008-2011版权所有,如需转载或引用,请与 作者联系。 </note>

coursenote/010.txt · Last modified: 2015/11/13 08:49 (external edit)