Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Доклад 12 (Лекция12 ). Мультимедиа в Интернете

При передаче мультимедийной информации в Интернет используется специальные стандарты, методы и программные продукты.

Требования некоторых мультимедиа-приложений к пропускной способности проиллюстрированы в табл. 1.

Требования к пропускной способности

Задача	Требуемая пропускная способность без сжатия
Телефонный разговор	64 Кбит/с
Качество звучания на уровне CD диска	Около 700 Кбит/с
Телевидение высокой четкости	2 Гбит/с

При ограниченной пропускной способности в Интернете (и, что еще важнее пропускной способности соединения конечного пользователя с Интернетом) большую роль играет компрессия (compression), или сжатие. Это единственный способ передачи мультимедиа через Интернет. Однако не всякая методика сжатия приемлема. Ниже перечислены основные требования.

Алгоритм компрессии (и декомпрессии) должен работать в режиме реального времени, тогда его можно использовать в приложениях для видеоконференций и видеотрансляций, например спортивных репортажей или прямого эфира в программе новостей. (Особые случаи, например трансляция видеофильмов, записанных и сжатых заранее, позволяют для компрессии использовать длительный и сильно нагружающий процессор алгоритм, но для декомпрессии — только простой.) Алгоритм компрессии должен обладать эффективным методом обработки ошибок в связи с реальной возможностью потери пакетов данных и Интернете, и не должен зависеть от получения предыдущего и последующего пакетов.

Некоторые алгоритмы сжатия отбрасывают несущественные данные, а значит, после декомпрессии данные не идентичны исходным. Потери допустимы, но о разумных пределах. В случае видео что особенно важно: потеря данных при компрессии/декомпрессии приводит к получению некачественного изображения. Алгоритмы компрессии/декомпрессии часто называют кодеками (codec).

Эффективность кодеков проиллюстрирована в табл. 2, где указана необходимая пропускная способность для тех же прикладных задач, что в табл. 1, но при использовании кодека.

Таблица 2. Требования к пропускной способности при использовании кодеков

Задача	Требуемая пропускная способность (сжатые данные)
Телефонный разговор	Меньше 5 Кбит/с
Качество звучания на уровне CD диска	64 Кбит/с
Телевидение высокой четкости	30 Мбит/с

Кодеки выполняются программно или аппаратно. Аппаратные кодеки работают чрезвычайно быстро и не загружают центральный процессор. К недостаткам относится возможная высокая стоимость, отсутствие универсальности. Кодек, выполненный программно легко заменить другим или другими. К тому же они дешевле аппаратных. Недостатками программных кодеков считается их медлительность (по сравнению аппаратными) и большая загрузка центрального процессора.

Потоковые технологии

Еще один немаловажный метод адаптации мультимедиа для Интернета — потоковые технологии (streaming). Изначально Web представлял собой исключительно текстовую среду. Тогда (да и сейчас) полагалось полностью загрузить файлы, прежде чем просматривать их. Это приемлемо для файлов небольшого размера, но не для мультимедиа — они, чаще всего, огромны. В потоковых технологиях используется следующий алгоритм: перед воспроизведением создается буфер данных, клиент загружает в него часть файла, распаковывает полученный фрагмент и начинает проигрывать его содержимое (звук или видео), не дожидаясь, пока придет остаток. В это время загружается последующий фрагмент. Воспроизведенные же порции файла периодически удаляются. Таким образом, ни в один момент времени мультимедиа-файл недоступен клиенту целиком.

Звук в Интернете

Несмотря на перегрузку и ограниченную пропускную способность каналов связи, звуковые средства в Интернете, но сравнению со средствами видео, процветают. В этом нет ничего удивительного, поскольку требования к пропускной способности для передачи звука значительно ниже, чем для передачи видеоизображения.

Звук хорошо сжимается. Речь человека содержит изрядное количество пауз, которые просто пропускаются, К тому же можно отсечь верхнюю и нижнюю части звукового спектра, без заметного снижения качества звука. Другими словами, для сжатия аудиофайла используют алгоритм, который «теряет» часть исходных данных.

Сжатые данные затем передаются через Интернет по протоколам TCP или UDP. Каждый протокол имеет свои «плюсы», например, продукт Internet Wave компании VocalTec использует TCP. Преимущество TCP в том, что он снабжен встроенным механизмом управления потоком данных, который гарантирует, что сеть не будет переполнена мультимедиа-данными, Недостаток же такой: воспроизведение мультимедиа иногда прерывается из-за утери или задержки TCP-пакета. Временами лучше не дожидаться пропавшего пакета, а попробовать проиграть один звук (без видео), используя полученные пакеты, поскольку данные и потерянном пакете могут быть незначительны. Продукт RealAudio компании RealNetworks, Inc. (раньше — Progressive Networks) использует для передачи сжатых мультимедиа-данных протокол UDP. Преимущество UDP в том, что он проще и несколько быстрее, чем TCP. Тот факт, что доставка пакетов не гарантирована, не имеет значения, поскольку соотношение утерянных и полученных данных достаточно мало.

Для компенсации потерянных во время передачи пакетов применяют различные методы, VocalTec использует алгоритм прогнозирующего кэширования (predictive caching), когда пытаются «угадать» содержимое потерянных пакетов. RealAudio применяет чередование (interleaving), или «нарезку» (mincing). Например, фрагмент данных длиной 48 миллисекунд поделен на части по 1 миллисекунде. Вместо того чтобы поместить четыре первые миллисекунды и первый пакет, четыре следующие во второй и т. д., в первый пакет помещают 1-ю, 13-ю, 25-ю и 37-ю миллисекунды. Второй пакет содержит данные 2-й, 14-й, 26-й и 38-й миллисекунды. Этот процесс показам на рис. 1.

Рис. 1. Метод чередования

В результате при потере пакета выпадает по 1 миллисекунде на участке в 4 миллисекунды, пместо непрерывного фрагмента длиной 4 миллисекунды.

Технология Internet Wave (I-Wave), разработанная VocalTec, использует и качестве транспортного механизма не UDP, a TCP. Преимущество TCP и наличии управления потоком данных и контроля перегрузок канала связи, гарантирующего, что сеть не будет «затоплена» мультимедиаданными.

RealAudio — это потоковая технология передачи голосовых данных через Интернет. В качестве транспортного механизма она использует UDP, а не TCP. Очевидно, UDP — более «легковесный» протокол, нежели TCP, с меньшими вычислительными затратами. RealAudio обладает собственным алгоритмом обработки утерянных UDP-пакетов. Недостаток TCP в том, что он ожидает доставку одного потерянного или опаздывающего пакета, чтобы представить данные в порядке следования. Если получены четыре пакета голосовых данных, а пятый утерян или задерживается, лучшее, что может сделать транспортный механизм, — подать данные «как есть», а не тратить время на ожидание, особенно если аудиоданных в одном пакете немного.

Технология RealAudio определена как патентованная клиент-серверная архитектура с патентованным протоколом.

Протокол RTSP (Real -Time Cjntrol Protocol) допускает двунаправленную связь между клиентом и сервером. (HTTP этого не позволяет.) Он обеспечивает такие возможности, как «быстрая перемотка» вперед или назад. Реализация RealAudio фактически состоит из двух отдельных серверов (рис. 2).

Рис. 2. Клиент-серверное взаимодействие a RealAudio

Когда файлы загружаются дли просмотра в автономном режиме, клиент посылает запрос Web-серверу и получает от него ответ. Это при условии, что файлы самодостаточны и не содержат ссылок на другие документы. Когда пользователь просматривает данные интерактивно (например, в случае прямой трансляции футбольного матча), Web-сервер возвращает информацию о их местонахождении. Затем клиент посылает запрос мультимедиа-серверу RealAudio, получает данные, декодирует и воспроизводит их.

Между Web-сервером и сервером RealAudio возможен обмен сообщениями. Например, когда клиент посылает запрос Web-серверу, сервер иногда спрашивает, где найти днные, а в это время сервер RealAudio уже начнет выполнять требуемое действие. Однако подробности этого обмена сообщениями являются собственностью соответствующих фирм и не описаны ни в одном стандарте.

Средства RealAudio позволяют разрабатывать разные интересные программы, например аналог демонстрации слайдов с фоновым звуком. Популярными становятся прямые трансляции спортивных событий с помощью RealAudio.

Интернет-телефония

Программы, реализующие в Интернете аналог телефонной связи, разрабатываются рядом компаний, эти программы — Web-телефоны (Web phones) — позволяют людям разговаривать через Интернет. Основное преимущество такого общения — цена, равная стоимости подключения к локальному поставщику услуг Интернета. Wcb-телефоны предоставляют дополнительные возможности, например графический пользовательский интерфейс или интеграцию с Web-браузером.

Пропускная способность сети, недостаточна для передачи качественного, непрерывного звукового потока. Эта проблема решается за счет компрессии голосовых данных перед отправкой и декомпрессии перед воспроизведением. Разные компании используют различные алгоритмы компрессии/декомпрессии (кодеки). Это приводит к тому, что общаться могут только владельцы одинаковых Web-телефонов, произведенных одной компанией. Продукт WebPhone (от NelSpeak Corporation) использует для компрессии/декомпрессии алгоритм TrueSpeech. Он достигает коэффициента сжатия до 18:1. Разные компании работают по различным протоколам передачи данных. Кроме того, алгоритмы сжатия и пропускная способность линий связи могут снизить четкость звука, он в отличие от слышимого по обычному телефону становится не так отчетлив.

Чтобы начать разговор через компьютер, необходимо знать IP-адрес вызываемой стороны. Многие пользователи при подключении к Интернету получают IP-адрес динамически от сервера поставщика услуг Интернета, Очевидно, адрес может меняться от сеанса к сеансу. Разработчики и поставщики Web-телефонии обходят эту проблему,создав центральный сервер. Когда Web-телефон запущен на пользовательском ПК, он отправляет IP-адрес (временно присвоенный) центральному серверу, который в свою очередь постоянно обновляет список людей, соединенных с сетью и готовых принимать вызовы на Web-телефон.

12 3 Следующая ⇒