多媒体通信是指能同时提供多种媒体信息(声音、图像、图形、数据、文本等)服务的新型通信方式。它是通信技术和计算机技术相结合的产物。在计算机的控制下,对多媒体信息进行采集、处理、表示、存储和传输。多媒体通信系统由多媒体通信终端和传输网络两部分组成,如图5-1所示。
图5-1 多媒体通信系统的基本组成框图
(1)多媒体终端:多媒体终端是为通信双方服务的终端设备,主要任务是完成声音、图像、文字、数据的采集、处理、存储、控制、显示和输入/输出,由PC完成特大运算量的编解码及通信控制等工作,将图、文、声、像等不同媒体载荷的信息综合在统一的数据流中,再通过网络传送。
在远程多媒体视频会议系统中,多媒体终端还包含一个MCU多点控制单元,它的作用相当于一种特殊的交换机,在多点通信中完成网络中各终端之间的切换,控制分布在不同地点的终端能同时进行相互通信。
(2)传输网络:传输网络为多媒体通信提供承载信息的传输通道,是由能够提供高带宽、多种服务类型的电路交换网或分组交换网构成的传输网络。
多媒体通信网络传输的不再是单一信息媒体,而是多种信息媒体综合而成的一种复杂信息的数据流。一个为图、文、声、像等多种信息传输的多媒体网络需要提高处理速度,增加网络的带宽,增加主存和视频图像的海量存储。还要求有较严格的信道延迟变化,能够提供同步播放和群播放服务等,因此,对网络提出了很高的要求。其原因是:
(1)多媒体数据的海量性。多媒体数据包含文本和音视频等,数据量非常大,尤其是图像视频,尽管采用了压缩算法,但是为了保证图像质量,仍需要很大的数据量,传输时需要很大的网络带宽。
(2)多媒体数据的集成性。不同类型的信息媒体具有不同的特点,多媒体通信系统需要将它们集成在一起共同传输、存储、处理和显示,因此必须把它们有机地结合在一起,即多媒体数据的集成性。
(3)多媒体通信的实时性。多媒体数据中既有不连续的文本数据,又有连续的音视频媒体信息数据,这些连续信息媒体不仅要求网络有足够的带宽,还要有相应的通信协议配合,如果用了不适当的通信协议,对通信会造成影响。
(4)多媒体通信的交互性。多媒体通信的特点是交互性,要求通信网络提供双向传输通道。根据应用的不同,通信网络提供的双向通道(上行通道和下行通道)的带宽或功能可能是不对称的。
(5)多媒体信息传输的同步性。同步性是指能保证多媒体信息在空间上和时间上的完整性。由于图、文、声、像等多种信息的数据量的差异很大,不同数据包在存储-转发过程中和在数据处理中会有延时差别,会影响它们之间的同步性。
由于多媒体信息具有集成性、实时性、交互性、同步性等特点,而且这些信息的突发性强,数据交换量大,容易产生拥挤,多媒体系统对通信网络的带宽和传输速率提出了更高的要求,还要求在实时通信期间,有较严格的延迟变异度,能够提供同步播放和群播放服务等。为此,对多媒体信息传输网络提出了以下四个量化指标要求:
(1)吞吐量(Thoughout)。网络吞吐量又称网络带宽,是指有效的网络带宽,即传输二进制数据信息的速率。吞吐量反映了网络所能传输数据的最大极限容量。
定义:物理链路的数据传输速率减去各种传输开销余下的实际数据传输速率。实际的吞吐量要小于网络的传输速率。实际应用中,习惯上常常把网络的传输速率作为吞吐量。
(2)传输延时(Transmission Delay)。定义:信源发出第一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。传输延时包含两部分延时:数据在传输介质中的传播延时和数据在网络处理设备中的延时,如分组交换网中流量控制的等待时间,存储转发中的节点排队延时,有时可达秒级,如图5-2所示。
不同的多媒体应用,对延时的要求是不一样的。对于实时会话,网络单程的端到端的延时在100~500ms之间。在交互式实时多媒体应用时,系统对用户查询的响应时间应小于1~2s,此时通信双方才会有“实时”的感觉。
图5-2 不同的多媒体应用对延时的要求
(3)延时抖动(Delay Jitter):是指传输延时的变化,即不同数据包之间的延时差别。延时抖动会对实时通信中的多媒体的同步造成破坏,影响音视频的播放质量。表5-1是多媒体应用对延时抖动的要求。
传输网络引起的延时抖动称为物理抖动。对于电路交换网络,只存在物理抖动这一项,其幅度在微秒量级或更小。
分组交换网络的延时抖动:局域网引起的延时抖动主要来源于MAC媒体访问时间的变化;广域网引起的延时抖动主要来源于流量控制的等待时间变化及节点网络拥塞而产生的排队延时的变化。
表5-1 多媒体应用对延时抖动的要求
(4)错误率BER(Bit Error Rate)。错误率是指传输过程中残留的错误比特数与传输的总比特数之比。数据传输中会产生的三种错误率:
1)包错误率PER(Packet Error Rate):是指在传输过程中发生的错误数据包与传输的总包数之比(错误数据包是指同一个数据包被两次接收或包的次序颠倒)。
2)丢包率PLR(Packet Loss Rate):是指在传输过程中丢失的数据包与总包数之比。主要原因是网络拥塞致使包的传输延时过长,超过了设定时限而被接收端丢弃的数据包。
3)误码率SER(Symbol Error Rate):是指二进制码元在传输系统中被传错的概率,是衡量数据传输可靠性的一个参数。误码率Pb=传输时出错的比特数与传输的总比特数之比,用公式表示为
式中Pb——出错的比特率(即误码率),一般用百分数%表示;
Be——传输出错的比特数;
B——传输的总比特数。