多媒体技术 第8章 多媒体通信网络与应用系统电子教学课件.docx
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多媒体技术第8章多媒体通信网络与应用系统电子教学课件
2010-9-18陈文华1
电子教学课件
2010-9-18陈文华2
8.1多媒体计算机网络的基本概念
8.2网络多媒体技术的特点
8.3多媒体应用对网络的性能需求
8.4多媒体通信网络技术
8.5多媒体会议系统
8.6多媒体交互电视系统
2010-9-18陈文华3
8.1
8.1.1多媒体计算机网络的定义
8.1.2多媒体计算机网络的组成
8.1.3网络物理连接形式—拓扑结构
8.1.4基带、频带、宽带传输
8.1.5数据传输的同步方式
8.1.6～8.1.10
2010-9-18陈文华4
8.1
8.1.6多路复用技术
8.1.7数据交换
8.1.8多媒体网络系统的种类
8.1.9面向连接和无连接
8.1.10服务质量QoS及其层次
8.1.1～8.1.5
2010-9-18陈文华5
8.1.1
多媒体计算机网络是在网络协议的控
制下，通过网络通信设备和线路将分
布在不同地理位置，且具有独立功能
的多个多媒体计算机系统进行连接，
并通过多媒体网络操作系统等网络软
件实现资源共享的多机系统，称为多
媒体计算机网络。
2010-9-18陈文华6
1.至少有两台具有独立多媒体计算机
网络操作系统的计算机。
2.多媒体计算机之间要有网络通信手
段将其互连。
3.多媒体计算机之间要有相互通信的
规则（协议），它由以下三个要素组成
的：
（1）语法，即用户数据与控制信息的
结构与格式。
2010-9-18陈文华7
（2）语义，即需要发出何种控制信息，
以及完成的动作与做出的响应。
（3）时序，即对事件实现顺序的详细说
明。
4.配有网络软件。
5.实现多媒体计算机资源共享。
2010-9-18陈文华8
8.1.2
由通信子网和资源子网两部分组成。
图8-1通信子网与资源子网
2010-9-18陈文华9
8.1.2
1.通信子网
通信子网由网络通信设备和传输介质组
成，其主要功能是进行数据传输、交换
和通信控制，将资源子网中的各种资源
连接起来，实现资源共享和信息交流。
2.资源子网
资源子网负责全网的数据处理，并向网
络用户提供多媒体网络资源和服务，通
过通信子网来共享多媒体资源。
2010-9-18陈文华10
8.1.3
—
拓扑结构是指网络单元的地理位置和互连
的几何布局。
总线型结构中的所有用户结点都同等地挂接
在一条公共传输总线上，如图所示。
1.总线型拓扑结构
A
BD
C
E
2010-9-18陈文华11
1.
总线型结构通常采用基带传输或宽带传输。
（1）总线型结构的优点：
①线路简单，通信费用省。
②无源操作保证了网络的高度可靠性。
③有利于组建高速宽带的综合业务局域网。
（2）总线型结构的缺点：
①网络覆盖范围受到限制。
②传输信道安全性差。
③CSMA/CD协议不利于网络业务量的增加。
2010-9-18陈文华12
环型拓扑结构图
A
环接器
B
CD
E
F
2.
2010-9-18陈文华13
2.
环型网络的三种功能：
数据插入、数据接收和数据除去。
环接器的两个主要作用：
①使环路能正常运行，让经环路所有
的数据都能通过。
②为所连接的站提供发送和接收数据
的访问点。
2010-9-18陈文华14
2.
（1）环型网络的主要优点：
①网络接入控制接口部件比较简单。
②可以获得比较均等的接入和使用帷?
③网络的性能比较稳定，能承受较重的负荷。
（2）环型网络的主要缺点：
①有源部件其可靠性不如无源部件。
②环内某一结点故障会引起全网的故障。
③网络的扩充不如总线型网容易。
2010-9-18陈文华15
3.
星型结构图
A
B
C
D
E
F
中心
结点
2010-9-18陈文华16
3.
（1）星型网络结构的主要优点是：
①可以利用现有的专用自动交换机系统。
②集中控制有利于将各工作站送来的数据
流进行汇集，再与别的网络互连。
③线路交换没有转接时延。
（2）星型网络的主要缺点是：
①网络的工作效率低，业务容量不高。
②结点之间的相互通信量不能过大。
③网络可靠性较差。
2010-9-18陈文华17
8.1.4
1.基带传输
频带从直流起可高到数百千赫，甚至若
干兆赫，未经调制的数字信号称为基带
信号。
基带传输不需要调制解调器，设备化费
小，适用于短距离的数据传输。
2010-9-18陈文华18
8.1.4
2.频带传输
基带脉冲对载波
波形的某些参量进
行控制（调制），
使载波参量随基带
脉冲变化的信号
（有一定的频带范
围）称为已调信号。
2010-9-18陈文华19
8.1.4
3.宽带传输
是指使用比音频带宽（4KHz）更宽的频
带进行传输的系统。
把高速率的数字网
也称为宽带网。
基带数据传输速率为0～10Mbps，通常用
于传输数字信息；
宽带的数据传输速率范围为0～400Mbps，
并被划分为多个逻辑基带信道，宽带传输
一定是采用频带传输技术的。
2010-9-18陈文华20
起
始
位
校
验
位
数据字符
停止位
8.1.5
1.异步传输
在异步传输中不需要传输时钟脉冲。
101000000101
异步传输图
2010-9-18陈文华21
1.
异步传输优点
异步通信设备易于安装，维护简单。
价格便宜。
异步传输缺点：
开销大、效率低、速率低，如1200bps
或更低的速度。
2010-9-18陈文华22
8.1.5
2.同步传输
利用时钟的同步来
使发送和接收装置之
间的定时不发生误差
的方法称为同步法。
如果将定时信号包含在数据信号中发送，直接
从数据波形本身中提取同步信号，称自同步法。
如数字信号利用曼彻斯特编码时，规定传送“0”
信号时是先正后负，传送“1”信号时是先负后正。
2010-9-18陈文华23
2.
由于数据信号都是由二进制码按预定规律编排而
成，它包含位、字、句及帧。
传输时不仅位需要同
步，其余字、句、帧都要同步，这就叫“群”同步。
每一数据块前、后用同步数据块加上同步定界符
等控制信息的组合，常称为“帧”。
帧的实际格式，
常取决于传输方案。
2010-9-18陈文华24
（1）面向字符方式
SYN，其8位编码为00010110。
一个或多个SYN控制字符数据字符控制字符
图8-6（a）面向字符的帧
2.
SY
N
SY
N
·····
2010-9-18陈文华25
2.
（2）面向比特（位）方式
F＝01111110F＝
01111110
8比特标志控制字段数据字段控制字段8比特标志
图8-6（b）面向比特的帧
FF
2010-9-18陈文华26
8.1.6
1.频分多路（FDM）复用技术
频分多路复用（FDM）是用划分频率来区分
各个信道，将具有一定带宽的线路划分为若
干条子信道，各条信道的中心频带不相重合。
MODEM工作于不同的频率，把不同频率的信
号进行组合后同时送到一条高速线路上进行
传输；在接收端再用不同频率的MODEM，将
这些不同频率的信号从线路上分开，这就达
到了高速线路共用的目的。
2010-9-18陈文华27
图8-7频分多路复用技术
A
B
C
D
A
B
C
D
FDM
FDM
子信道A
子信道B
子信道C
子信道D
1.
2010-9-18陈文华28
2.
时分多路复用（TDM）是将一条线路按
每一周期T划分为若干时间片：
t1，
t2，……，tn，即：
每一时间片上交叉
发送每一路信号的一部分，来实现由一
条线路传送多路信号。
时分多路复用在每一瞬时只有一个信号
占用信道，在其占有的时间片内利用信
道的全部带宽。
2010-9-18陈文华29
4800
1
2
9600
TDMTDM
2400
2400
3
1
2
3
123123
2.
图8-8时分多路复用技术
2010-9-18陈文华30
2.
多个终端装置的数据速率之和就等于多
路传输线路的最大数据速率，如图中所
示：
2400＋2400＋4800=9600bps
TDM可用于计算机通信及电话、传真和
图像通信。
2010-9-18陈文华31
8.1.7
数据交换方式大致分类如下：
空分电路交换
电路交换
时分电路交换
数据交换
报文交换
存储交换
报文分组交换
2010-9-18陈文华32
1.
优点：
无延时地发送数据。
缺点：
线路的利用率将是非常低的。
a）空分交换线路b）时分交换线路
12345
1＇
2＇
3＇
4＇
5＇
O点
T1
T2
T3
Tn
公
用
线
路
2010-9-18陈文华33
2.
报文交换方式是把待发送的信息分割成一份
份报文正文。
特点：
电路的利用率高，传输可
靠性高（差错校验、重发措施）。
但应答迟缓，
不适用会话型、实时性服务。
（1）报文交换
优点：
具有存储功能，多条低速线路可以集
中化、高速化，并使线路利用率得到提高。
同
一报文也可由交换机按需要转发到n个收信地。
缺点：
网络延时长，不宜用于实时通信。
2010-9-18陈文华34
2.
2）报文分组交换
把报文在发送端把报文分割成更小的报文分
组，使它适合于交换机的主存储转发，改少
传输的接续时间和传送延迟时间。
优点：
传输出错概率减少，提高了传输效率和可靠
性，性能价格比高。
每个报文分组按格式附加分组的收、发地地
址标志，分组的编号，分组的起始、结束标
志，差错校验等信息，以供存储转发之用。
2010-9-18陈文华35
8.1.8
1.一对一系统
一对一的多媒体系统就是指两个终端之间
的单独通信。
2.一对多系统
由一个发送端和多个接收端构成的系统，
主要的传播方式是组播方式，组播会占用较
大数量的带宽。
2010-9-18陈文华36
8.1.8
3.多对一系统
多个发送端通过单播或者组播的方式向
单个接收端发送消息。
但发送数据量超
过了接收端的能力，会使接收端网络接
口瘫痪。
4.多对多系统
它包含以上两种应用，用于多媒体会议
系统、远程教育、网络游戏、多人协同
工作等场合。
2010-9-18陈文华37
8.1.9
1.面向连接（有两种类型）
当在线路交换网上建立时，称为物理线
路；例如电话交换网是物理线路连接。
而在分组交换网上建立时，则称为虚拟
线路，例如ATM网络技术是虚拟连接，
ATM是一种将信息划分为48个字节的固定
长度（称为信元）再附加上5个字节的控
制信息（称为信元头）进行发送的信息
复用和交换技术。
2010-9-18陈文华38
1.
图8-10面向连接网络
1
4
3
2
发送端
接收端
2010-9-18陈文华39
8.1.9
2.无连接
特点：
包、帧或信元通过不同的路由到达目的站。
在目的站将对话的全部分组进行会集和排
序，恢复成原文件。
提高系统的可靠性和抗毁性。
2010-9-18陈文华40
2.
图8-11无连接网络
1
2
3
4
发送端
接收端
2010-9-18陈文华41
8.1.10
1.用户级服务质量
（1）用户感觉—是指这些错误是否对用
户有足够的影响。
（2）用户偏好—服务质量主要取决于用
户自己的要求。
（3）任务需求—不同的任务对服务质量
的需求是不同的。
2010-9-18陈文华42
8.1.10
2.表现级服务质量
表现级的服务质量用来描述输出媒体的
质量。
例如视频有几个表现参数：
帧速
率、空间分辨率、色彩深度等。
3.资源级服务质量
资源是指用来表现多媒体的计算机系统
及外部设备，传送多媒体的网络系统以
及用来存取多媒体的存储系统等。
2010-9-18陈文华43
8.2
1.集成性（两个方面）
一方面指多媒体信息媒体的集成。
另一方面指媒体处理设备和网络通信设
备的集成，支持点到点、点到多点、多点
到多点等多种通信模式，具有综合业务的
处理能力。
2.资源分散性
网络多媒体系统的资源分散性是指系统
中各种信息资源、物理资源和逻辑资源
2010-9-18陈文华44
8.2
在功能上和地理上都是分散的，它们基
于客户机/服务器模型，每个结点的用户
都是通过高速、宽带网络共享服务器上
的资源。
3.流式传输和低时延
“流式传输”表示基于时间的媒体信息
向用户计算机的连续、实时传送。
要求通信的时延很低，如语音延迟要小
于150ms时，视频延迟小于250ms。
2010-9-18陈文华45
8.2
4.实时同步性
同步性要求通信网络不仅要实时地传输
多媒体数据，而且要保持多媒体数据之间
在时序上的同步约束关系，如多媒体中的
唇同步问题。
5.交互性
操作交互性是指用户可以通过终端对通
信的全过程具有完全的交互控制能力，任
意地选择不同服务器的各种多媒体资源。
2010-9-18陈文华46
8.2
6.信道对称性和不对称性
根据多媒体应用类型的不同，上行和下
行信道的通信量可能是对称的，也可能
是不对称的。
例如，交互式电视系统就
是一种典型的不对称信息传输系统，而
视频会议系统却是一种典型的对称信息
传输系统。
2010-9-18陈文华47
8.3
1.支持多种通信模式
2.网络吞吐量
3.差错率
4.传输延迟
2010-9-18陈文华48
8.3
1.支持综合业务，支持多种通信模式
支持点到点、点到多点、多点到多点等多
种通信模式。
2.网络吞吐量
网络吞吐量一般是指单位时间内网络传送
数据的数据速率（比特率）。
数据速率的单位bps，Kbps，Mbps，Gbps。
在网络处理固定大小的数据块或包时，也可
用“包/秒”、“信元/秒”为单位。
实际上，吞吐量要小于传输速率。
2010-9-18陈文华49
2.
（1）对于未压缩音频数据所需要的比特率
1）电话质量
根据G.711技术标准，采样频率8KHz，采样
用8位编码，电话音频质量的比特率是64
Kbps。
2）CD质量（立体声）
CD音频质量采样频率44.1KHz，采样用16位
编码，单声道的比特率是705.6Kbps，CD质
量的立体声的比特率约是1.4Mbps。
2010-9-18陈文华50
2.
（2）压缩过的音频流所需要的比特率
1）电话质量：
采用编码压缩技术，电话质量音频可压缩
到32Kbps比特率或到16Kbps比特率，采用
最新的压缩技术可压缩到4Kbps音频质量。
2）CD质量（立体声）：
采用MPEG标准的MUSICAM编码压缩技术，
CD质量音频可压缩到192Kbps比特率（立体
声），演播室质量的CD音频质量可压缩到
384Kbps比特率。
2010-9-18陈文华51
2.
表8-1为音频质量比特率表
质量技术或标准比特率（Kbps）
电话质量
标准
标准
高级的
较差的
G.711PCM
G.721ADCMP
G.722SB-ADCMP
G.728LD-CELP
64
32
48，56，64
16
CD质量（立体声）
CD音频
CD音频
演播室质量
CD-DA
MPEG音频
MPEG音频
1411
192
384
2010-9-18陈文华52
2.
（3）实时非压缩视频需要的比特率
1）非压缩HDTV采用高清晰度格式，具
有高帧率和用24位编码的高分辨率数据，
需要比特率是1.2Gbps。
2）对于非压缩演播室质量电视
720×570个像素，帧速率25帧，每个像
素用24位编码，数据比特率是166Mbps。
2010-9-18陈文华53
2.
（4）实时压缩视频所需的比特率
1）采用MPEG2压缩标准，压缩率约为
100∶1，高分辨率、高帧速率的HDTV
所需的比特率在25Mbps～40Mbps。
2）采用MPEG2压缩标准，演播室质量
的电视所需的比特率大约为3～6Mbps，
广播质量电视所需的比特率大约为2～
4Mbps。
2010-9-18陈文华54
2.
3）采用MPEG1压缩标准，VCR质量的电
视所需的比特率，可达1.2Mbps。
4）采用H.261视频会议标准产生的视频
数据流的比特率约为0.1Mbps，在这种方
式下，一般另分配16Kbps给音频流。
2010-9-18陈文华55
2.
表8-2活动视频流需要的比特率
质量压缩/末压缩技术或标准比特率（Mbps）
HDTV末压缩的
压缩的MPEG-2
1200
25～40
演播室质量电视
末压缩的
压缩的
ITU-601
MPEG-2
166
3～6
常规广播质量电视压缩的MPEG-2
2～4
VCR质量压缩的
MPEG-11.2
视频会议质量压缩的H.2610.1
2010-9-18陈文华56
3.
差错率是对网络传送过程中数据发生改
动、丢失，重复或失序现象的度量。
造成网络传送差错有以下几种可能：
（1）网络传输可能会改动传送的数据位
序列，减少了位数。
（2）具有检测错误机制的网络把检测到
错误信息块或包丢弃。
（3）分组交换网络中可能因受结点或传
送线路的拥挤影响造成数据包的丢失。
2010-9-18陈文华57
3.
（4）数据传送失序。
根据不同的网络协议，可以用三种方法
定义差错率：
（1）位差错率BER，它定义为出错的位
数与所传输的总位数之比，光纤传输网的
BER范围一般为10
－9
～10
－12
。
（2）帧差错率FER，它定义为出错的帧数
与所传输的总帧数之比。
2010-9-18陈文华58
3.
（3）包（分组）PER差错率或者信元差错
率CER，它定义为出错的分组或信元数与
所传输的总分组或信元数之比。
音频信息对网络的抖动、差错率的要求比
视频信息更高。
表8-3部分媒体的可接受差错率
语音图象视频压缩视频
BER
＜10
－1
＜10
－4
＜10
－2
＜10
－6
PER
＜10
－1
＜10
－9
＜10
－3
＜10
－9
2010-9-18陈文华59
一般端到端传输延迟时间由以下三部分组成。
图8-12端到端总延迟时间的组成
端到端传输延迟
端口延
迟
端口延
迟
网络传输
延迟
位传输
延迟
4.
2010-9-18陈文华60
4.
对于语音信号，端到端延时应在40ms左右。
对于HDTV品质的电视来说不应超过50ms。
对广播质量的电视来说不超过100ms。
对视频会议质量来说不超过400ms。
延迟抖动是指在各个分组到达接收端的延迟
时间的最大变化量，即端到端延迟的最大值
与最小值之差。
2010-9-18陈文华61
8.4
多媒体通信网络技术发展情况
8.4.1电信网络
8.4.2有线电视网CATV
8.4.3计算机网络
2010-9-18陈文华62
大致可分为以下三个阶段：
1.1980～1990年，局域网（传输速率
10Mbps）主要以以太网Ethernet，
Novell网，令牌网TokenRing为主，传
输线路以双绞线和同轴电缆为主，传送
的信息媒体以文本文件为主；广域网
Internet提供传送文本文件和Email服务。
2010-9-18陈文华63
2.1990～2000年，高速局域网（传输
速率100Mbps）主要以窄带N-ISDN网络为
主，提供网上浏览、图形、声音、电子
邮件和静止图像的传送。
3.2000～20XX年，主要以ATM为基础的
宽带B-ISDN，高速光纤网络，提供视频
图像传输和实时多媒体服务，比如视频
会议系统、视频/音频点播系统、协同工
作系统、公共信息检索查询系统等。
2010-9-18陈文华64
从实现多媒体通信的途径来看，主要有以
下三个方面：
1）电话线路＋网络通信设备＋多媒体信息。
2）网络线路＋多媒体信息。
3）有线电视＋网络通信设备＋多媒体信息。
2010-9-18陈文华65
8.4.1
电信网络是模拟线路，采用电路交换方式
实现点到点的双向通信。
可用调制解调器
MODEM传输数字信号。
传输速率比较低，一
般在1200～9600bps之间。
目前，电信网络在国家城市间或国家间都
建立了大容量的光缆干线、微波干线或卫
星传输网，而市内的用户网络一般采用铜
芯双绞线，其传输信息容量小。
2010-9-18陈文华66
8.4.2
CATV
原来采用树型拓扑结构将模拟信号分配到网络中
的所有用户，提供包括电视、调频广播以及图文
信息等内容的单向广播业务。
用CATV进行数据和多媒体通信，首先要把这个网
络改造为双向的，而且要把宽带提升到750MHz以
上，把频带分配给原有的模拟电视、数字视频和
将来的HDTV，另要留出上行的通道供交互通信的
发送部分。
还必须增加交换设备如ATM交换设备、
电缆调制解调器CableModem、机顶盒或其他的多
路复用装置，这样的网络由光纤和同轴电缆组成，
称为光纤混合网HFC。
2010-9-18陈文华67
8.4.3
1.Ethernet网络
2.ATM网络
3.ISDN网络
4.FDDI网络
5.HFC网络
6.ADSL网络
2010-9-18陈文华68
8.4.3
1.Ethernet网络
1980年9月正式公布以太网Ethernet的
网络技术规范，从10Mbps到100Mbps，又
上升到1000Mbps。
使得采用以太网IEEE
802.3标准的CSMA/CD（带有碰撞检测的
载波侦听多路访问）协议成了LAN标准协
议。
2010-9
升级会员 