影视媒体的数字传输技术

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5.5.5 传输网络的协议
    1) Internet服务与协议
    Internet通常叫做TCP/IP网络，提供两种类型的服务：无连接服务（Connection-Less Service)和面向连接服务（Connection-Oriented Service)。任何Internet服务都必须使用这两种服务之一。对这两种服务，每个信息包都带有目的地址，而交换机就按照信息包的目的地址来发送信息包。
    (1) 面向连接服务
    在Internet网上，应用程序通过使用传输控制协议TCP（Transfer Control Protocol)来调用面向连接服务。面向连接服务的含义是，在开始发送信息包之前发送端和接收端要进行沟通，建立直接连接，并提醒对方准备接收信息包，然后才开始进入信息包的传送过程。面向连接服务提供有下列3种功能来确保信息包从发送端传送到接收端：
    ① 确认（Acknowledgements)：当接收端收到信息包时，向发送端发送一个确认信号，当发送端收到确认信号时，说明相应的信息包已被对方接收到。
    ② 流程控制（Flow control)：接收端也许因为忙于其它任务或限于它的处理能力，需要限制发送端发送信息包的速率，这可在开始沟通时告诉发送端所要限制的速率。
    ③ 拥塞控制（Congestion control)：当交换机拥挤时，交换机中的缓存可发生溢出，导致信息包丢失，面向连接服务提供了一种机制（方法)来限制传输速率。
所以，TCP协议能提供可靠的数据传送服务。
    (2) 无连接服务
    在Internet网上，应用程序通过使用用户报协议UDP（User Datagram Protocol)来调用无连接服务。无连接服务的含义是发送端简单地把信息包送到网络上，在传送信息包之前发送端和接收端没有沟通的过程，也没有对方来的确认，因而也不知道目的地是否接收到。无连接服务既没有拥塞控制功能，也没有流程控制功能。
    目前，为大多数人比较熟悉的应用程序都使用TCP，也就是Internet的面向连接服务。这些服务包括telnet（用于远程登录)，SMTP（用于电子邮件)，FTP（用于文件传输)和HTTP（用于万维网Web)。然而，也有许多应用程序使用UDP，这些服务包括正在出现的多媒体应用，例如，Internet电话，声音点播，视频点播和电视会议等等。
    2) RTP/RTCP协议
    一直以来，依靠TCP/IP协议解决了Internet的多种应用。然而，像数字广播这样的多媒体应用却具有不同的要求，因此就需要不同的协议来提供所需要的服务。例如，在接收来自Internet的声音、电视或者要求时延很小的其它数据时，如果使用TCP/IP在实时播放过程中就可能会产生抖动（甚至是不能接受的抖动），使声音或者电视的质量明显下降。现在已经开发了并且继续在开发许多协议来加强Internet的体系结构，从而改善流媒体传输。实时传输协议/实时传输控制协议（RTP/RTCP：Realtime Transfer Protocal/Realtime Transfer Control Protocol），资源保留协议（RSVP：Resource Reservation Protocol）和实时流协议（RTSP：Real-time Streaming Protocol）就是为实时多媒体在网络上的应用而开发的协议。
RTP/RTCP是互联网工程任务组（IETF：Internet Engineering Task Force）制定的，IETF是一个致力于互联网体系结构演进和发展的组织。RTP被定义为在一对一或一对多的传输下工作，针对实时应用而开发，用恒定速率紧凑单向的UDP数据包。当应用程序开始一个RTP会话时，将使用两个端口，一个给RTP；另一个给RTCP。RTP本身无法按顺序传送顺序数据包，没有提供可靠的传送机制，也无法保证流量控制或拥塞，它必须与RTCP一起来完成这些服务。RTP、RTCP和UDP配合使用能以最小的开销使传输效率最优化，所以适合于实时视频交互。
    (1) RTP协议
    RTP协议的信息包是RTP对数据传输的封装单位，典型的信息包由标题和负载组成，在协议中仅定义了标题数据格式，而不限制负载大小。负载与应用相关，如VoD利用RTP传输MPEG-1节目，负载则为MPEG-1Audio和MPEG-1 Video。核心是标题由4个信息包标题域和其它域组成：有效载荷类型（payload type)域，顺序号（sequence number)域，时间戳（timestamp)域和同步源标识符（Synchronization Source Identifier)域等。RTP信息包由16字节组成，其中最后4字节是CSRC域，是可选的，标题域的结构如下：
        表5.11 RTP信息包标题域的结构

Payload Type （有效载荷类型) 7位

Sequence Number （顺序号) 16位

Timestamp （时间戳) 32位

Synchronization Source Identifier （同步源标识符) 32位

Miscellaneous Fields （其他)

    在流媒体传输中起重要作用的域如下：
    ① 有效载荷类型
    RTP信息包中的有效载荷域（Payload Type Field)的长度为7位，因此RTP可支持128种有效载荷类型。对于声音流，这个域用来指示声音使用的编码类型，例如PCM、自适应增量调制或线性预测编码等等。如果发送端在会话或者广播的中途决定改变编码方法，发送端可通过这个域来通知接收端。表5.12列出了目前RTP所能支持的声音有效载荷类型。

         表5.12 目前RTP所能支持的声音有效载荷类型

有效载荷号	声音类型	采样率	数据率
0	PCM mu-law	8 kHz	64 kbps
1	1016	8 kHz	4.8 kbps
2	G.721	8 kHz	32 kbps
3	GSM	8 kHz	32 kbps
6	DVI	16 kHz	64 kbps
7	LPC	8 kHz	2.4 kbps
9	G.722	8 kHz	48-64 kbps
14	MPEGAudio	90 kHz	-
15	G.728	8 kHz	16 kbps

    对视频流，有效载荷类型可以用来指示视频编码的类型，例如Motion -JPEG，MPEG-1，MPEG-2或者H.231等等。发送端也可以在会话或者期间随时改变视频的编码方法。表5.13列出了目前RTP所能支持的某些电视有效载荷类型。
         表5.13 目前RTP所能支持的视频有效载荷类型

有效载荷号	电视格式
26	Motion JPEG
28	-
31	H.261
32	MPEG1 video
33	MPEG2 video

    ② 顺序号
    顺序号域（Sequence Number Field)的长度为16位。每发送一个RTP信息包顺序号就加1，接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信息包。例如，接收端的应用程序接收到一个RTP信息包流，这个RTP信息包在顺序号86和89之间有一个间隔，接收端就知道信息包87和88已经丢失，并且可采取措施来处理丢失的数据。
    ③ 时间戳
时间戳（Timestamp）域的长度为32字节。它反映RTP数据信息包中第一个字节的采样时刻（时间）。接收端可以利用这个时间戳来去除由网络引起的信息包的抖动，并且在接收端为播放提供同步功能。
    ③ 同步源标识符
    同步源标识符SSRC（Synchronization Source Identifier）域的长度为32位。它用来标识RTP信息包流的起源，在RTP会话或者期间的每个信息包流都有一个清楚的SSRC。SSRC不是发送端的IP地址，而是在新的信息包流开始时源端随机分配的一个号码。
    (2) RTCP协议
    RTCP和RTP一起使用，尤其是在多目标广播中更具吸引力。当从一个或者多个发送端向多个接收端广播声音或者电视时，也就是在RTP会话期间，每个参与者周期性地向所有其他参与者发送RTCP控制信息包，如图5.47所示。RTCP用来监视服务质量和传送有关与会者的信息。对于RTP会话或者广播，通常使用单个多目标广播地址，属于这个会话的所有RTP和RTCP信息包都使用这个多目标广播地址，通过使用不同的端口号可把RTP信息包和RTCP信息包区分开来。
    RTCP的主要功能是为应用程序提供会话质量或者广播质量的信息。每个RTCP信息包不封装声音数据或者电视数据，而是封装发送端和/或接收端的统计报表。这些信息包括发送的信息包数目、丢失的信息包数目和信息包的抖动等情况，这些反馈信息对发送端、接收端或者网络管理员都是很有用的。RTCP规格没有指定应用程序应该使用这个反馈信息做什么，这完全取决于应用程序开发人员。例如，发送端可以根据反馈信息来修改传输速率，接收端可以根据反馈信息判断问题是本地的、区域性的还是全球性的，网络管理员也可以使用RTCP信息包中的信息来评估网络用于多目标广播的性能。