Схемы организации и протоколы Web - вещания.

Содержание



Введение
1. Интернет-вещание и способы его реализации
2. Технологические принципы функционирования интернет-вещания
3. Технологии передачи цифровых видеоизображений
4. Режимы воспроизведения видеоизображений формата MPEG
5. Распространение аудио- и видеоинформации через сеть интернет
6. Технологии IPTV и цифровое телевидение
Заключение
Список использованной литературы

Схемы организации и протоколы Web - вещания.

Описание
Область применения
Стандартизующая(ие) организация(и)
Algebraic-Code-Excited Linear Prediction (ACELP)
Обрабатывает и сжимает аудиосигнал используя дискретизацию с частотой 8 или 16 кГц. Также применяет метод широкополосного сжатия, что позволяет ускорить передачу информации за счет уменьшения длины файлов
Voice over IP, голосовая почта, интернет-телефония, программы интерактивного общения в сети, медиаплееры и аудио-плееры
Не стандарт. Разрабатывается компанией VoiceAge в качестве собственного продукта на основе нескольких стандартов, включая стандарт ITU-T G.729 для смежной структуры ACELP
Audio Code Number 3 (АС-3), называемая также Dolby digital surround sound (Цифровая система объемного звучания Долби)
Использует шесть каналов для передачи звука (2 правых, центральный и 2 левых). Воспроизведение звука по пяти основным каналам осуществляется в диапазоне 3 - 20000 Гц, а по шестому (басовому) каналу в диапазоне 3-120 Гц
Саундтреки кинофильмов на ленте и DVD, а также в цифровом телевидении
Не стандарт. Разрабатывается компанией Dolby Laboratories Inc
Musical Instrument Digital Interface, MIDI (Цифровой интерфейс музыкальных инструментов)
Передает звук по 16 каналам, которые воспроизводят звуки реальных инструментов, звуки голоса, а также синтезированные звуки
Передача звуков между музыкальными синтезаторами и MIDI-совместимыми компьютерами
International MIDI Assocoation
MPEG-1 Audio
Использует импульсно-кодовую модуляцию для синхронизации звуков в одном или двух каналах или в стереоканалах с видеокадрами.
Мультимедийные компьютерные коммуникации и обмен информацией между компьютерами.
ISO и ITU-T
MPEG-2 Audio
Расширяет возможности MPEG-1. Использует импульсно-кодовую модуляцию для одно- и многоканального звука, поддерживает больше форматов, чем MPEG-1
Мультимедийные компьютерные коммуникации и обмен информацией между компьютерами. Также применяется в цифровом телевидении и телевидении высокой четкости.
ISO и ITU-T
MPEG-4 Audio
Стандарт основан на MPEG-2, добавляет к нему описания контента (содержимого)
Мультимедийные компьютерные коммуникации, обмен информацией между компьютерами, компакт-диски, DVD-диски и веб-приложения
ISO и ITU-T
MPEG-7 Audio
Стандарт основан на MPEG-4, добавляет к нему возможность поиска по описаниям контента, благодаря чему можно воспроизвести некоторый фрагмент аудиоклипа
Те же области, что и для MPEG-4
ISO и ITU-T
Waveform audio file format (WAV)
Часто применяется на персональных компьютерах, работающих под управлением операционных систем компании Microsoft. Стандарт был разработан для использования с форматом Resource Interchange File Format (RIFF). WAV-файлы могут кодироваться с помощью ADPCM, PCM U-law, PCM A-law и других методов
Компьютеры, работающие под управлением Windows версии 3.1 и выше, передача сигналов по сетям и в Интернете
Не стандарт. Разработан и используется компаниями Microsoft и IBM
5. Распространение аудио- и видеоинформации через сеть интернет
Передача мультимедийной информации в локальных и глобальных сетях
Мультимедийные коммуникации (т. е. передача речи и видеоизображений) обычно осуществляются между двумя устройствами (отправителем и получателем) в локальной или глобальной сети, а также в смешанных сетях. Существуют различные способы доставки мультимедийной информации в сети. При выборе некоторых способов сетевые ресурсы (например, маршрутизаторы) используются весьма эффективно, благодаря чему уменьшается нагрузка на сеть, вызванная наличием мультимедийных коммуникаций. Другие способы (особенно те, которые применяются в устаревших мультимедийных программах) создают довольно высокий сетевой трафик. В следующих разделах будет рассказано о трех методах пересылки данных в сети которые могут использоваться мультимедийными программами, и вы сможете сравнить влияние каждого из методов на работу сети.
Методы пересылки информации
В том случае, когда в локальной или глобальной сети развернуты мультимедийные приложения, важно определить, является ли создаваемый ими трафик однонаправленным, широковещательным и/или многоадресным (групповым). Некоторые приложения могут использовать только один тип пересылки информации, а другие программы могут работать в нескольких режимах. Если вы знаете, какой тип трафика генерируется некоторым приложением, то вам будет легче планировать полосу пропускания, необходимую для развертывания этого приложения в сети.
Сервер видеоизображений, передающий клиентам MPEG-файлы в протокольном режиме, требует полосы пропускания приблизительно 1,5 Мбит/с в расчете на одного клиента. Если приложение рассчитано на однонаправленную передачу, сервер генерирует трафик, объем которого равен значению 1,5 Мбит/с, умноженному на число клиентов (например, для пяти клиентов трафик составит 7,5 Мбит/с). Если сервер подключен по 10-мегабитному каналу, шесть или семь клиентов полностью займут полосу пропускания сети. При широковещании степень использования полосы пропускания будет не меньше или даже выше. В табл. 3 перечислены и описаны все три типа пересылки данных. Рис. 4 служит в качестве иллюстрации.
Таблица 3. Методы пересылки мультимедийных данных10
Тип передачи
Описание
Ограничения
Однонаправленная передача (Unicast)
При однонаправленной передаче данных одна копия каждого фрейма или пакета передается в каждый целевой узел, обратившийся за информацией к мультимедийному приложению. Например, если к приложению обращаются четыре рабочих станции, посылаются четыре копии каждого фрейма или пакета: по одной копии для каждой станции. Приложения с однонаправленным вещанием не требуют реализации специальных сетевых протоколов, поэтому они относительно просты в разработке. Кроме того, однонаправленный трафик является двухточечным, поскольку отправитель передает один пакет каждой рабочей станции, принимающей данные от приложения.
Мультимедийные приложения, использующие однонаправленную передачу, трудно масштабировать при увеличении числа пользователей. Если пользователей много, создается высокий трафик, что требует увеличения полосы пропускания
Широковещание (Broadcast)
При широковещательных посылках одна копия каждого фрейма или пакета рассылается всем узлам сети вне зависимости от того, запрашивала или нет некоторая рабочая станция эту информацию. Например, если в сети 100 рабочих станций, компьютер-отправитель передает один фрейм или пакет, который размножается концентраторами, коммутаторами и мостами для всех станций, включая те, которые и не обращались к приложению. Если сеть содержит мосты или коммутаторы, широковещательный трафик можно контролировать, создавая фильтры, ограничивающие распространение широковещательных фреймов или пакетов. Широковещательные рассылки являются примером многоточечного трафика, поскольку отправитель генерирует один фрейм или пакет, передаваемый всем узлам
Широковещательный мультимедийный трафик (если он не фильтруется межсетевыми устройствами) может быть даже больше, чем однонаправленный, поскольку он может распространяться на большее количество целевых узлов
Многоадресное (групповое) вещание (мультивещание многоабонентская доставка-(Multicast)
Многоадресное вещание является еще одним примером многоточечного трафика, при котором отправитель генерирует один фрейм или пакет для передачи всем клиентам. При мультивещании создаются группы, в которые включаются те рабочие станции, которые запросили доступ к мультимедийному приложению, сообщений). Один пакет передается одной или нескольким группам, для чего совместно используется MAC- и IP-адресация, Группы идентифицируются и образуются с учетом MAC- и IP-адресов компьютеров. Многоадресный трафик распространяется только на те рабочие станции, которые входят в группы станций, запросивших информацию от приложения
Оценивая три перечисленных метода, труднее всего разработать приложения, использующие многоадресное вещание однако такие усилия в полной мере оправдываются за счет улучшенной управляемости сети и более оптимального распределения трафика
Рис. 4. Однонаправленная передача, широковещание и многоадресное вещание
Если это же приложение будет работать в режиме многоадресного вещания, степень использования полосы пропускания уменьшится до 1,5 Мбит/с вне зависимости от числа клиентов.
Назначение протокола IGMP. Internet Group Management Protocol (IGMP) (Межсетевой протокол управления группами) представляет собой протокол Уровня 3, используемый для определения клиентов, которые входят в группы многоадресных рассылок, и для передачи этой информации сетевым маршрутизаторам. Протокол IGMP устанавливается на сервере и клиентах мультимедиа, а также на маршрутизаторах и коммутаторах. Он позволяет клиентам посылать и отзывать заявки на обслуживание некоторым мультимедийным приложением, для этого используются запросы на подписку и на прекращение подписки (также называемые запросами на вступление в группу и на выход из группы). Для пересылки этих запросов служит сообщение о членстве хоста (HostMembership Report), отправляемое с помощью протокола IGMP. Согласно стандарту IPv4, это сообщение имеет IP-адрес Класса D (см. главу 6) в форма-1 те 244.0.ХХ. Клиент может отказаться от подписки в любой момент, это не влияет на текущие передачи информации другим клиентам, относящимся к этой же группе или к другим группам. Маршрутизаторы периодически посылают клиентам IGMP-запросы, чтобы удостовериться в том, что этот клиент по-прежнему подписан на обслуживание. Если клиент не отвечает, маршрутизатор обновляет свои таблицы, где указывается на то, что данный клиент более не входит в группу, принимающую информацию.
Помимо IGMP, для поддержки многоадресного вещания маршрутизаторы используют один из трех других протоколов маршрутизации:
Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP);
Multicast Open Shortest Path First Protocol (MOSPF);
Protocol Independent Multicast (PIM).
Протокол Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) (Протокол дистанционной маршрутизации сообщений с использованием векторной многоканальной трансляции) работает вместе с протоколами IGMP и RIP и служит для определения принадлежности рабочих станций к некоторой группе мультивещания. Сначала он предполагает, что все станции подписаны, а затем постепенно удаляет их из группы, если те не отвечают. Если оказывается, что целый сегмент не содержит членов группы, протокол останавливает пересылку многоадресных пакетов в этот сегмент.
Протокол DVMRP также выполняет следующие операции11:
- каждые 60 секунд проверяет наличие новых подписчиков;
- с помощью алгоритма Бельмана–Форда (Bellman–Ford) позволяет маршрутизаторам определять количество ретрансляций (расстояние между конкретным маршрутизатором и другими маршрутизаторами) ко всем другим маршрутизаторам сети;
- позволяет маршрутизатору определить, в каком направлении (называемом вектором) посылать по сети пакет, чтобы тот мог достигнуть определенного маршрутизатора с минимальным количеством ретрансляций.
Протокол Multicast Open Shortest Path First Protocol (MOSPF) в работе напоминает протокол OSPF. Используя информацию, переданную по протоколу IGMP между сервером и подписанным клиентом, он определяет, какие рабочие станции являются членами группы многоадресной рассылки. Он постоянно следит за сетью и находит кратчайшие маршруты между сервером и членами каждой группы. MOSPF не совместим с RIP и должен применяться только в тех сетях, где в качестве основного протокола маршрутизации используется OSPF.
Протокол Protocol Independent Multicast (PIM) (Многоадресное вещание, не зависящее от протокола) существует в двух разновидностях: Dense-mode PIM и Sparse-mode PIM. Обе разновидности работают вместе с протоколом IGMP.
Протокол Dense-mode PIM (PIM в "плотном" режиме) совместим как с RIP, так и с OSPF. Подобно протоколу DVMRP, он собирает информацию о подписанных рабочих станциях, опрашивая все сетевые станции и постепенно удаляя те из них, которые не отвечают. Dense-mode PIM используется в тех случаях, когда в некоторой части сети располагается много членов группы и когда имеется широкая полоса пропускания.
Протокол Sparse-mode PIM (PIM в "разряженном" режиме) рассматривает маршрутизаторы как промежуточные точки для определения кратчайших маршрутов между сервером мультимедиа и членами группы. Затем он посылает многоадресные пакеты только тем маршрутизаторам, которые выбраны в качестве промежуточных точек, и с их помощью пересылает пакеты подписанным рабочим станциям. Sparse-mode PIM предназначен для использования в тех сетях, где члены группы разбросаны по удаленным подсетям.
Протоколы для многоадресного потокового вещания в реальном масштабе времени
Описанный в RFC 1889 протокол Real Time Protocol (RTP) (Протокол реального времени) был создан для лучшего управления многоадресным потоковым вещанием в реальном масштабе времени, которое применяется при проведении видеоконференций и в аналогичных приложениях. Для передачи потоковых данных заголовки пакета RTP пересылаются с помощью протокола UDP (а не при помощи протокола TCP, входящего в стек TCP/IP). Работа поверх UDP означает, что UDP-пакет содержит заголовок RTP и полезную нагрузку. В заголовке находится информация о последовательных пакетах, данные для синхронизации видео- и аудиофреймов, а также указание на то, как данные закодированы или сжаты для передачи по сети полезной нагрузки).
Другой протокол, Real Time Transport Control Protocol (RTCP) (Протокол управления доставкой в реальном времени), был создан для того, чтобы позволить сетевым администраторам и разработчикам применять методы компенсации искажений в тех случаях, когда сетевые проблемы влияют на качество работы мультимедийных приложений реального времени. С помощью многоадресных пакетов протокол RTCP позволяет устанавливать качество обслуживания (QoS) для сеансов связи по протоколу RTP RTCP собирает сообщения о членстве от получателей и обеспечивает отправителя обратной связью, сообщающей о заданном качестве обслуживания и о состоянии сети (например, о перегрузке или джиггере). Рассмотрим, к примеру, приложение, которому для передачи цветного видеосигнала и стереофонического аудиосигнала требуется полоса пропускания глобальной сети, построенной на базе линий Т-1. Когда канал Т-1 недоступен и используется резервный канал со скоростью 56 Кбит/с, протокол RTCP может предоставить средства для передачи черно-белого видеосигнала и монофонического аудиосигнала. Также этот протокол позволяет сетевым администраторам использовать средства для анализа производительности сети с мультивещанием и для определения количества подписанных рабочих станций.
Приложения и межсетевые устройства. В Интернете или в корпоративных сетях мультимедийные приложения должны передавать данные через разнообразные межсетевые устройства; настроенные по-разному для пересылки различного типа трафика. Неоднородность сетевых настроек создает проблемы для мультимедийных коммуникаций, которым требуется минимальный набор определенных ресурсов. С этой задачей помогает справиться протокол Resource Reservation Protocol (RSVP) (Протокол резервирования ресурсов). Протокол RSVP позволяет некоторому приложению зарезервировать нужные ему ресурсы (например, полосу пропускания, буферы и класс обслуживания) (рис. 5). С помощью RSVP мультимедийные приложения с потоковым воспроизведением могут сосуществовать с приложениями, передающими данные в виде блоков, однако мультимедийным приложениям дается более высокий приоритет доставки, поскольку они в меньшей степени допускают задержку передачи. Также протокол RSVP удобен для динамического выделения ресурсов при добавлении рабочих станций в группу многоадресного вещания. В некоторых случаях он позволяет просто включить новых подписчиков в группу и использовать ресурсы, уже назначенные этой группе. Более того, отдельные клиентские рабочие станции, входящие в группу, могут запросить другие ресурсы. Например, клиент может пожелать отключить звук или изображение в передаваемом потоке.
Рис.5. Использование протокола RSVP
Протокол RSVP динамически выделяет ресурсы по мере увеличения или уменьшения потребностей. Однако при этом он использует параметры, тщательно подобранные сетевым администратором и гарантирующие минимум полосы пропускания и других ресурсов.
6. Технологии IPTV и цифровое телевидение
Технология IPTV (nternet Protocol Television) (IP-TV, IP-телевидение) представляет собой цифровое интерактивное телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP, новое поколение телевидения. Главным достоинством IPTV является интерактивность видеоуслуг и наличие широкого набора дополнительных сервисов (Video on Demand (VoD), TVoIP, Time Shifted TV, Network Personal Video Recorder, Electronic Program Guide, Near Video on Demand). Возможности протокола IP позволяют предоставлять не только видеоуслуги, но и гораздо более широкий пакет услуг, в том числе интерактивных и интегрированных.
Помимо основных, IPTV может включать в базовый пакет услуг ряд дополнительных сервисов (Video Telephony, Voting, Information Portals, Web, Games, MOD KOD)12. Это возможно на основе унификации и стандартизации различных оконечных устройств, интеграции звука, видео и данных на основе IP-протокола и предоставления услуг на единой технологической платформе.
В IPTV есть возможность использовать для одного видеоряда двух и более каналов звукового сопровождения, например на русском и английском языках, сами каналы, при этом, полифонические. IPTV функционирует в IP-сетях на основе следующих протоколов:
- HTTP — для организации интерактивных сервисов (пользовательских меню и пр.)
- RTSP — для управления потоками вещания.
- RTP — для передачи потокового видео.
- IGMP — для управления мультикаст-потоками.
Видео передается в формате MPEG с использованием сжатия MPEG-2 или MPEG-4, как правило, со скоростью 4мбит/с.
Протокол Video on Demand (VoD) (видео по требованию) (IP-UNICAST) — видео по запросу, система индивидуальной доставки абоненту телевизионных программ или видеофильмов по кабельной сети с мультимедиасервера в формате MPEG. Video on Demand является своего рода маленьким электронным видеопрокатом, когда фильм можно в любое время заказать из каталога, при этом часто поддерживаются дополнительные функции, такие как перемотка, остановка и выключения.
В России услуга видео по запросу только начинает распространятся, во многом в связи с дороговизной интернета за пределами больших городов. Разработкой оборудования для VOD систем у нас занимаются фирмы Motorolla и Alcatel.
Протокол TVoIP (Телевидение по протоколу IP или IP-телевидение) (IP-MULTICAST) — это цифровая трансляция видеоконтента (телеканалов) одновременно для всех телезрителей с возможностями навигации по каналам в едином пакете каналов.
Time Shifted TV (сдвинутое во времени вещание) — система телевидения, при которой можно заранее заказать просмотр транслируемой передачи «со сдвигом» на удобное время.
Network Personal Video Recorder (NPVR) (сетевой персональный видеомагнитофон) (IP-UNICAST) — cервис цифрового телевидения сетевой персональный видеомагнитофон, который позволяет записать любую из транслируемых телепередач и посмотреть сколько угодно раз в удобное время, а также стереть. Сервис сохранения контента в сети с целью последующего индивидуального просмотра.
Electronic Program Guide, (EPG) (электронный ТВ гид) - интерактивная программа передач в рамках IPTV или Цифрового Кабельного Телевидения; услуга в области цифрового телевидения. EPG обеспечевает гибкость в управлении видеоконтента.
Near Video On Demand, (NVoD, nVOD,n-VOD) (почти видео по требованию) (IP-MULTICAST) — cервис цифрового телевидения «виртуальный кинозал» или «карусельное видео», многоадресное вещание предварительно сформированного видеоконтента по расписанию в несколько потоков со смещением во времени как правило для платного просмотра.