分布式媒体分布式网络.ppt

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1、第二章（第二章（Part 2）分布式网络多媒体计算基础）分布式网络多媒体计算基础1.基础技术问题（T、V、G、I、V、A）媒体成分：（Media Components）Text(文本)Voice(语音)Audio(音频)Image(静态图像)Graphic(图形)Video(视频)1媒体（媒体（Media）Still Images(Still)Images:图片（照片），由像素组成（Pixel）Pixel:Defination 1:(Noun.)the smallest single unit or point of an image whose color or brightness can

2、 be controlled.(比喻：在显微镜下看一张报纸上的一幅图片)黑白图片：灰度级 彩色图片：亮度、色度 etc.2PixelDefination(2)Picture Element:The smallest resolvable unit area of an image,either on a screen or stored in memory.Each pixel in a mono chrome image has its own brightness,from 0 for black to the maximum value(e.g.255 for an 8-bit pixe

3、l)for white.In color image,each pixel has its own brightness and color.3通常计算机屏幕的显示方式通常计算机屏幕的显示方式由像素组成的位图（bit maps）一屏图像，假定计算机CRT参数为：768lines 1024pixels/line 24 bit彩显（bits per pixel,bpp）屏幕上一幅图：bits=1024768 24=18.874 Megabits(Mb)假定：我们通过一个14.4kilobits/sec.Modem 传送一幅图 像，则需要T18874000/144001310秒21.84分结论 太慢

4、了，需要提出改进方法4四种改进方法（减少传送时延）四种改进方法（减少传送时延）1.Send the image ove a faster channel,14.4kbps 2.048Mb/s 100Mb/s 155Mb/s?2.Reduce the number of bits per pixel,24位面位面8位面位面3.Reduce the resolution of the display,减少每行的像素数减少每行的像素数减少一幅图像的行数减少一幅图像的行数4.Remove the redundancy in the display image 压缩技术压缩技术5Text,Graphic

5、s(一整页一整页text的信息量是多少的信息量是多少?)普通文本（Plain text）一个字符用8 bit8 bit表示格式化文本（Formatted text）一处字符用2byte2byte 表示通常一页文本64行，每行80个字符，一页文本信息量 bits=8064 2 8=82kb结论如果用14.4kb/s Modem传，仅需5.7Sec.(与通常传 真机对比)问题1:为什么文本的信息量少（比照汉系信息处理华光、方正系统的做法）问题2:Graphics 和Images 有什么区别？6Moving Graphics and Images(Frame,Frame Rate)几个概念Frame

6、/Frame Rate?Frame:Motion pictures are composed of temporal sequence of graphical pictures,each of which is called frame.Frame Rate:The speed of the projection in term of the number of frames per second is called frame rate.Fps:每秒钟多少帧7Moving Graphics and Images(Cont.)运动图像（Video）通常25-30fps 问题？How much

7、 data is there in a seconds worth of video?通常视频格式CIF（Common Intermediate Format）假定 1.30fps 2.360 pixels/line 3.288 line/picture 4.24bits/pixel一个CIF Video秒 bit/s=360288 24 30=74.65Mb/s8Moving Graphics and Images(Cont.)Video Transmission按当前通信手段计算按当前通信手段计算1.使用多媒体终端使用多媒体终端(MPC)28.8kb/s Modem 1 CIF video

8、秒需要：秒需要：2592秒秒43分分 56kb/s Modem 22分分 E1传输（传输（2.048Mb/s）36.5秒秒 10Mb/s以太网以太网 7.5秒秒 100 Mb/s以太网以太网 0.75秒秒 155Mb/s ATMUNI接口接口 小于小于0.05秒秒9Moving Graphics and Images(Cont.)技术方向技术方向 10带宽与压缩（带宽与压缩（Bandwidth VS.Compression）压缩技术不断发展，信号压缩比越来越高压缩技术不断发展，信号压缩比越来越高网络带宽日益增加，新业务层出不穷网络带宽日益增加，新业务层出不穷提高压缩与增加带宽相互磨合，相互拉动

9、.11Audio 压缩压缩以以Voice为例：为例：PCM压缩编码压缩编码64kb/s ADPCM压缩编码压缩编码 32kb/s 1992年以后：年以后：16kb/s 新的压缩标准新的压缩标准8kb/s GSM语音速率语音速率13kb/s12Audio 压缩（压缩（Cont.）Disital Audio Farmat13International Standards for Telephony,Audio,and Video14Signal Compression Capabilities15Network BandwidthV.34:36.6kb/sISDN:2B+D=2*64+15=160

10、kbps 23B+D=1.544Mb/s 30B+D=2.048mb/sLAN 10Mb/s 100Mb/s 1000Mb/xWAN T1/E1(1.544/2.048Mb/s)T3/E3(45Mb/s,34Mb/s)STS-1/STM-1/STM-4(51.48Mb/a,155Mb/s,622Mb/s)STM-16(2.5Gb/s)1100Gb/s(1.1Tb/s)光纤试验Fujitsu,ATT16Network Bandwidth(Con6t.)Next Centurys High Bandwidth Transmission1100Gps 或或 1.1Tb/s代表什么概念？代表什么概念？

11、4 Million newspaper pages,250years报纸总量，在报纸总量，在1 秒钟内传送完毕秒钟内传送完毕 相当于相当于15Million 64kb/s channel 下世纪的网络高带宽传输走向必然下世纪的网络高带宽传输走向必然172.多媒体网络的需求和性能问题多媒体网络的需求和性能问题多媒体的分布化演进多媒体的分布化演进Peer-to-Peer/Multipeer 通通网络多媒体性能参数网络多媒体性能参数多媒体业务源的特性多媒体业务源的特性业务源特性对网络性能的影响业务源特性对网络性能的影响多媒体业务流量对网络的要求多媒体业务流量对网络的要求服务质量（服务质量（QoS）1

12、81.Evalution of Network Services192.Peer-to-Peer and Multipeer Communication20Unicast,MulticastUnicast:e.g.Individual client/server Applications home shopping online banking video-on-demand multimedia Emailmulticast:distance-learning teleseminar21Multipeer-to-MultipeerTeleconference,每个与会者既可作为每个与会者既可

13、作为speaker,又可作为又可作为Listener22MIN(Multiparty Interactive Multimedia)CSCW:Computer Supported Collaborative Work -计算机支持的协同工作 地理上分散的协同工作者，相互共享:1.多媒体空间 2.共享应用23Classify MIM(Dynamic,Static)Dynamic:在任何时间所有参与者都允许相互间交换信息。Static:只允许规定的一部分参与者提交（网络）信息。For Examples:Multimedia Teleconference(Dynamic)CSCW(controlle

14、d)Virtral Cafe(Uncontrolled)(与Internet chat session 类似)Moritoring(Many Sender,one receiver)24Characteristics of Selected MIM Applications253.Network Performance Parameters for Multimedia网络速率（网络速率（Transmission Speed）吞吐量吞吐量(Throughput)差错率差错率(Error Rate)时延参数时延参数(Delay Related)26Throughput 定义：网络吞吐量被定义为其

15、有效比特率，或称有效定义：网络吞吐量被定义为其有效比特率，或称有效（Bandwidth）网络吞吐量物理链路比特率传输开销网络吞吐量物理链路比特率传输开销 如对基于如对基于SDH网络的网络的ATM信元传输来说信元传输来说 link Speed=155.520Mb/s SDH Overhead 约占约占3%ATM Overhead 约占约占9.5%因此，最大吞吐量约为因此，最大吞吐量约为136Mb/s 其它影响因素：其它影响因素：Network congestion,Bottlenecks,Node or line faults Others 27Overhead of ATM over SDHS

16、DH overhead=10/270*155Mb/sSPE:SDH Payload EnvelopeThrougput=155.520Mb/s-10/270*155.520Mb/s=149.76Mb/s28Overhead of ATM over SDH对AAL5，T48/53*149.76Mb/s=135.63 Mb/s 对AAL3/4，T48/53*44/48*149.76Mb/s=124.329 Mb/s29Error Rate(差错率差错率)误比特率误比特率 (Bit Error Rate)BER=出错比特数出错比特数/发送比特数发送比特数 当前，光纤传输当前，光纤传输BER为为10-

17、910-12,卫星通信卫星通信BER10-7 (什么含义什么含义?)分组差错率分组差错率 (Packet Error Rate)PER=出错分组数出错分组数/发送分组数发送分组数帧差错率帧差错率 (Frame Error Rate)FER出错的帧数出错的帧数/发送的总帧数发送的总帧数30时延时延(Delay)-End-to-Delay 传送时延(Transit Delay)定义定义：把一个比特从A点传送到B点的时间 通常，传输媒体的传播时延是45us/km,在传送距离一定的情况下，传送时延是一常量。31时延时延(Cont.)Transmission Delay 传输时延(Transmissio

18、n Delay)定义：把一数据块(Date Block)从端传输到B端所用时间 影响因素：网络传输速率，如V1Mb/s,V=100Mb/s etc.网络节点处理时延(processing delay),其中包括 排队时延(Buffering Delay)交换时延(Switching/Routing Delay)32时延时延(Cont.)网络时延网络时延(Network Delay)网络时延网络时延Transit Delay+Transmisston Delay 接口时延接口时延(Interfac Delay)定义：发送源准备好数据块的时间与该数据块刚离开定义：发送源准备好数据块的时间与该数据块

19、刚离开 发送源发送源(进入网络进入网络)的时间之差。的时间之差。33Why Interfacing Delay?Why?连接建立时间(set-up)协议引起的时延(如Token Ring 中拿到Token 的时延)接收端缓冲时间ect.34往返延迟往返延迟(Round-trip Delay)对面向连接的网络对面向连接的网络(Connetion-orite Network),需要需要End-to-End Acknowledgements,此时此时 Roud-trip Delay 就有实际义意。就有实际义意。定义：发送端发出一数据块，接收端向发送端回送该定义：发送端发出一数据块，接收端向发送端回送

20、该 数据块已被正确接收到的应答信号，这段过程所在的数据块已被正确接收到的应答信号，这段过程所在的 时间。时间。35Round-trip Delay 注意：在网络发生拥塞(congestion)时，往返延迟比单纯的端到端延迟更能表达网络的性能特征36Components of End-to-End Delay 37时延抖动时延抖动(Delay Variation/jitter)到达接收端的时延相等，无时延抖动。Periodic Stream,如电路交换业务。Packet Switching网络会引起数据流抖动，为保证QoS,必须把抖动控制在一个有限范围。如规定时延上界，把时延抖动算在内，就好像是

21、把时延抖动掩膜掉了。384.Characteristics of Multimedia Traffic Sources 1.Multimedia Traffic Classification 2.多媒体业务源特性多媒体业务源特性 时变吞吐量时变吞吐量(Throushput Variation with Time)时间相关时间相关(Time Dependency)双向对称性双向对称性(Bidirectional Symmetry)39Throughput Variation with Time 时变吞吐量 ABR业务反映业务的自然特性如：MPEG2编码数据流 MPEG4编码数据流，只传objec

22、t,不传背景 MPEG4内容相关编码40Import Probability Densities in Traffic Engineering 41时间相关时间相关(Time Dependency)1.同步的，Real-time Video Applications 如，Video-conferencing 要求端端时延小于150ms 问题(?)-150ms如何分配？2.异步的，Non-real-time Applications 如，Multimedia Email 42双向对称性双向对称性(Bidirectional Symmetry)1.双向不对称 上行信通(up-stream chan

23、nel)下行信通(down-stream channel)如VOD应用,ADSL(Asgnchrous Digital Subscriber Loop)Up-stream:Command Down-stream:Data2.双向对称 如Peer-to-peer conferencing ISDN:2B+D/30B+D HDSL etc.435.5.业务源特性对网络性能的影响业务源特性对网络性能的影响业务源特性对网络性能的影响业务源特性对网络性能的影响Factors That Affect Network PerformanceFactors That Affect Network Perfor

24、mance 对吞吐量性能的影响业务源：时变吞吐量网络吞吐量也不固定，随时间变化？Why?Node or link failures Congestion Bottleneck Buffer Capacity Flow Control 44Throughput Performance Factors(Cont.)Node/Link Failure,Bottleneck,network congestion45Buffer Capacity(Cont.)Buffer Limited Buffer 没有及时被腾空46Flow Control(Cont.)Flow Control Protocol 对

25、网络吞吐量性能影响也很大，如 1.ARQAutomatic Request Repeat(自动请求重发)2.Slide window 滑动窗口协议 需要产生新的面向多媒体通信的flow Control 协议！问题：TCP/IP、RSVP、RTCP等是面向多媒体通信协 议吗？47Issues in Network Error PerformanceIssues in Network Error Performance Individual bits in packets are inverted or lost Packets are lost in transit Packets are dr

26、opped or delayed Packets arrive out-of-order48Network Delay performance Issues Fixed DelayRandom Delay*接收端使用buffer来平滑delay jitter,但改善有限制。496.Multimedia Traffic Requirements for Networks6.Multimedia Traffic Requirements for Networks Throughput High Transmission Bandwidth High Storage Bandwidth Handli

27、ng long traffic streamReliability(Errors)差错率/差错控制Latency(多媒体同步)Asynchronous Synchronous(At the same time,at the same rate)Isochronous(规定时延上下界T,T+T)507.7.服务质量服务质量服务质量服务质量(Quality of Service)(Quality of Service)QoS参数：51delay delay jitter throughput error rate etc.QoS控制 1.Resource Reservation and Scheduling 2.Resource negotiations 3.Admission Control 4.Guaranteed QoS51