- •«Томский политехнический университет»
- •Е.С. Чердынцев мультимедийные сети
- •Глава 1. Введение в мультимедиа
- •1.1. Классификация мультимедиа
- •1.2. Текст
- •1.3. Звук
- •1.4. Графика и анимация
- •1.5. Видео
- •1.6. Требования к передаче мультимедиа по сетям
- •1.6.1. Характеристики реального времени (ограничения на задержки и нестабильность)
- •1.6.2. Требование высокой пропускной способности
- •1.6.3. Требования к ошибкам
- •1.6.4. Поддержка мультикаста
- •1.6.5. Управление сессиями
- •1.6.6. Безопасность
- •1.6.7. Поддержка мобильности
- •Глава 2. Поддержка распределенного мультимедиа трафика в Интернете
- •2.1. Поддержка трафика реального времени в Интернете
- •2.1.1. Задержки при обработке пакетов
- •2.1.2. Задержки при передаче пакетов
- •2.1.3. Задержка передачи
- •2.1.4. Задержки маршрутизации и обработки очередей
- •2.2. Требование высокой пропускной способности
- •2.3. Ошибки характеристик сети
- •2.4. Предлагаемые модели сервисов Интернет
- •2.4.1. Уточнение требований к сервисам и описанию трафика
- •2.4.2. Управление доступом
- •2.4.3. Управление трафиком
- •2.4.4. Классификация пакетов
- •2.4.5. Планирование пакетов
- •2.4.6. Потеря пакетов
- •2.4.7. Маршрутизация на основе QoS
- •2.5. Интегрированные сервисы
- •2.5.1. Классы гарантированного обслуживания
- •2.5.2. Сервис управления загрузкой
- •2.5.3. Сервис негарантированной доставки
- •2.5.4. Недостатки модели Intserv для Интернета
- •2.6. Дифферецированный сервис
- •2.6.1. Per Hop Behavior
- •2.7. Мультипротокольная коммутация по меткам
- •Глава 3. Расширение стека протоколов tcp/ip для поддержки функциональных требований распределенных мультимедийных приложений
- •3.1. Поддержка мультикаста
- •3.2. Управление сессиями
- •3.3. Безопасность
- •3.4. Мобильность
- •3.6. Session Initiation Protocol
- •Глава 4. Введение в rtp
- •4.1. Базовые принципы rtp
- •4.2. Стандартные элементы rtp
- •4.3. Связанные с rtp стандарты
- •Глава 5. Описание протокола rtp
- •5.1. Сессии rtp
- •5.2. Структура пакета rtp
- •5.3. Проверка качества пакета
- •5.4. Трансляторы и миксеры
- •Глава 6. Описание протокола rtсp
- •6.1. Компоненты rtcp
- •6.2. Передача пакетов rtcp
- •6.3. Формат пакетов rtcp
- •6.4. Безопасность и конфиденциальность
- •6.5. Проверка корректности данных
- •6.6. База данных участников сессии
- •6.7. Управление характеристиками времени
- •6.7.1. Отчетные интервалы
- •6.7.2. Базовые правила передачи
- •6.7.3. Процедура пересмотра вперед
- •6.7.4. Процедура пересмотра назад
- •6.7.5. Пересмотр пакетов bye
- •6.7.6. Общие проблемы реализации
- •Глава 7. Захват мультимедиа, проигрывание и управление характеристиками времени
- •7.1. Поведение отправителя
- •7.2. Захват мультимедиа и сжатие
- •7.2.1. Захват и сжатие звука
- •7.2.2. Захват и сжатие изображения
- •7.2.3. Использование предварительно записанной информации
- •7.3. Генерация пакетов rtp
- •7.3.1. Метки времени и модель времени rtp
- •7.3.2. Фрагментация
- •7.3.3. Заголовки, зависящие от формата данных
- •7.4. Поведение получателя
- •7.5. Получение пакетов
- •7.5.1. Получение пакетов данных
- •7.5.2. Получение управляющих пакетов
- •7.6. Буфер проигрывания
- •7.7. Декодирование, смешивание и проигрывание
- •7.7.1. Декодирование
- •7.7.2. Смешивание звука
- •Глава 8. Синхронизация звука и изображения
- •8.1. Поведение отправителя
- •8.2. Поведение получателя
- •8.3. Точность синхронизации
- •Глава 9. Компенсация ошибок
- •9.1. Компенсация потерь звука
- •9.1.1. Измерение качества звука
- •9.1.2. Замещение периодами тишины
- •9.1.3. Замещение шума
- •Глава 10. Исправление ошибок
- •10.1. Прямое исправление ошибок
- •10.1.1. Контроль четности
- •Глава 11. Контроль перегрузок
- •11.1. Необходимость контроля перегрузок
- •References
- •Multimedia networks
- •Published in author’s version
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Томский политехнический университет»
_______________________________________________________________________________________
Е.С. Чердынцев мультимедийные сети
Учебное пособие
Издательство ТПУ
2011
УДК 681.327.1 (0.75.8)
ББК 32.973.202 Я73
Ч 459
Чердынцев Е.С.
Ч 459 Мультимедийные сети: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 95 с.
В пособии рассмотрены вопросы, связанные с передачей мультимедийной информации по глобальным сетям, включая основы мультимедиа, требования по передаче потоков мультимедиа, стандарты и протоколы, удовлетворяющие требованиям передачи таких потоков, протокол RTP для передачи и контроля мультимедийных данных, проигрывание, управление временем, синхронизацию звука и изображения, контроль ошибок и перегрузок сети. Предназначено для магистров направления
УДК 681.327.1 (0.75.8)
ББК 32.973.202 Я73
Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор ТУСУРа
Ю.П. Ехлаков
Кандидат технических наук, доцент кафедры КСУП ТУСУРа
Н.Ю. Хабибулина
© Томский политехнический университет, 2011
© Оформление. Издательство ТПУ, 2011
Глава 1. Введение в мультимедиа
Термин ‘мультимедиа’ применяется к различным классам представления информации. Составляющие мультимедиа могут быть разбиты на три основные группы: текстовая, визуальная и звуковая информация. Текстовая информация – это не только текст в чистом виде, но также и форматированный текст с различными управляющими символами, математическими выражениями, фонетическими транскрипциями произношения, нотными знаками и гипертекстом. Визуальная информация может включать рисованные линии, карты, изображения или фотографии, анимацию, объекты виртуальной реальности, видео- и телеконференции. Звуковая информация может быть представлена голосовой информацией телефонного или широковещательного качества, музыкальными фрагментами или записями биометрических звуковых сигналов. Текстовая составляющая мультимедиа обычно уже представлена в цифровой форме, тогда как визуальная и звуковая информация часто требует преобразования из аналоговой формы с использованием соответствующих технологий.
1.1. Классификация мультимедиа
С точки зрения передачи мультимедиа она может быть классифицирована на передаваемую в реальном времени (Real-Time – RT) или не в реальном времени (Non Real-Time – NRT). Мультимедиа первого типа (RT) требует ограничений на задержку пакетов, в то время как мультимедиа второго типа (например, текст и изображение) таких ограничений не требует, но может иметь жесткие ограничения на наличие ошибок при передаче. Существует два основных подхода к контролю ошибок при передаче мультимедийной информации [1]. Первый основан на автоматическом повторе передачи потерянных или поврежденных пакетов (Automatic Retransmission reQuest – ARQ). Этот подход используется в протоколе транспортного уровня TCP (Transport Control Protocol) в стеке протоколов TCP/IP. Приложения, требующие безошибочной передачи NRT информации, обычно используют именно этот протокол. При втором подходе (Forward Error Correction – FEC) – передается избыточная информация, позволяющая обнаруживать и исправлять ошибки без повторной передачи пакетов. Такой подход используется в другом протоколе транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) в том же стеке протоколов TCP/IP. Приложения, обменивающиеся мультимедийной информацией, допускающей ошибки (как RT, так и NRT) обычно используют UDP для исключения потерь времени на повторную передачу пакетов. В [2] приводится ряд результатов экспериментов по использованию FEC в UDP на глобальной широкополосной сети STARTAP.
RT мультимедиа разделяется на дискретную (Discrete media – DM) и непрерывную (Continuous media – CM), в зависимости от того, передаются ли данные дискретными порциями или непрерывным потоком.
В свою очередь СМ может разделяться на допускающую ошибки и не допускающую их. Примером RT первого типа могут служить звуковые и видео потоки, используемые при проведении звуковых и видео конференций, а примером второго – приложения, запускаемые на удаленном компьютере. Потоковое вещание, используемое для вещания через Интернет, допускает некоторый уровень ошибок при передаче информации. Далее мы рассмотрим некоторые общие типы мультимедиа и их характеристики в терминах пропускной способности, допустимых ошибок и специфики режима реального времени.