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

1、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 38.1 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 8.1.102010-9-18 陈文华 48.1 8.1.6 多

2、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 8.1.52010-9-18 陈文华 58.1.1 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），

3、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 88.1.2 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 98.1.2 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

4、，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 108.1.3 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AB DCE2010-9-18 陈文华 111.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： 线路简单，通信费用省。 无源操作保证了网络的高度可靠性。 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： 网络覆盖范围受到限制。 传输信道安全性差。 CSMA/CD协议不利

5、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BC DEF2.2010-9-18 陈文华 132. 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： 使环路能正常运行，让经环路所有的数据都能通过。 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 142. （1）环型网络的主要优点： 网络接入控制接口部件比较简单。 可以获得比较均等的接入和使用帷? 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： 有源部件其可靠性不如无源部件。 环内某一结点故障会引起全网的故障。 网络的扩充不如总线型网容易。2010-

6、9-18 陈文华 153. 星型结构图ABCDEF中心结点2010-9-18 陈文华 163. （1）星型网络结构的主要优点是： 可以利用现有的专用自动交换机系统。 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。 线路交换没有转接时延。 （2）星型网络的主要缺点是： 网络的工作效率低，业务容量不高。 结点之间的相互通信量不能过大。 网络可靠性较差。2010-9-18 陈文华 178.1.4 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 188

7、.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 198.1.4 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010Mbps，通常用于传输数字信息； 宽带的数据传输速率范围为0400Mbps，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。1 0 1 0 0 0 0 0 0

8、1 0 1异步传输图2010-9-18 陈文华 211. 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 228.1.5 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 232. 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

9、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.SYNSYN2010-9-18 陈文华 252. （2）面向比特（位）方式F01111110 F011111108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F F2010-9-18 陈文华 268.1.6 1. 频分多路（FDM）

10、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ABCDABCDFDMFDM子信道A子信道B子信道C子信道D1.2010-9-18 陈文华 282. 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

11、，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 294800129600TDM TDM2400240031231 2 3 1 2 32. 图8-8 时分多路复用技术2010-9-18 陈文华 302. 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：240024004800=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 318.1.7 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20

12、10-9-18 陈文华 321. 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1 2 3 4 512345O点T1T2T3Tn公用线路2010-9-18 陈文华 332. 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 342. 2）报文分组交换 把

13、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 358.1.8 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 368.1.8 3. 多对一系统 多个发送端通过单播或者组播的方式向

14、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 378.1.9 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 381.图8-10 面向连接网络1432发送端接收端20

15、10-9-18 陈文华 398.1.9 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 402. 图8-11 无连接网络1234发送端接收端2010-9-18 陈文华 418.1.10 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 428.1.10 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

16、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 438.2 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 448.2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

17、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150 ms时，视频延迟小于250 ms。2010-9-18 陈文华 458.2 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 468.2 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

18、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 478.3 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 488.3 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。

19、实际上，吞吐量要小于传输速率。2010-9-18 陈文华 492. （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64Kbps。 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 502. （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）

20、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 512.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.711 PCMG.721 ADCMPG.722 SB-ADCMPG.728 LD-CELP643248，56，6416CD质量(立体声)CD音频CD音频演播室质量CD-DAMPEG音频MPEG音频14111923842010-9-18 陈文华 522. （3）实时非压缩视频需要的比特率 1）非压

21、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720570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 532. （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1001，高分辨率、高帧速率的HDTV所需的比特率在25Mbps40Mbps。 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36Mbps，广播质量电视所需的比特率大约为24Mbps。2010-9-18 陈文华 542. 3）采用MPEG1

22、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 552.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-212002540演播室质量电视末压缩的压缩的ITU-601MPEG-216636常规广播质量电视 压缩的 MPEG-224VCR质量 压缩的MPEG-1 1.2视频会议质量 压缩的 H.261 0.12010-9-18 陈文华 563. 差错率是对网络传送过程中

23、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 573. （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1091012。（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 583. （3）包（分组）PER差错率或者

24、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BER101104102106PER1011091031092010-9-18 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 604. 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

25、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 618.4 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. 19801990年，局域网（传输速率10Mbps ） 主 要 以 以 太 网 Ethernet ，Novell网，令牌网Token Ring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。

26、2010-9-18 陈文华 63 2. 19902000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. 200020XX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 658.4.1 电

27、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12009600bps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 668.4.2 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，

28、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Cable Modem、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 678.4.3 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 688.4.3 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IEEE802.3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