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  • 第一章 多媒体技术概述 多媒体是指信息表示媒体的多样化,常见的多媒体有文字、图形、图像、声音、音乐、视频、动画 等多种形式。 多媒体技术是利用计算机技术把文本、声音、视频、动画、图形和图像等多种媒体进行...

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    第一章 多媒体技术概述

    多媒体是指信息表示媒体的多样化,常见的多媒体有文字、图形、图像、声音、音乐、视频、动画 等多种形式。
    多媒体技术是利用计算机技术把文本、声音、视频、动画、图形和图像等多种媒体进行综合处理,使多种信息之间建立逻辑连接,集成为一个完整的系统。
    多媒体从本质上来说具有四个最重要的特征:
    ——多维化
    ——集成性
    ——交互性
    ——实时性

    第二章多媒体计算机系统的组成

    1、触摸屏分为几类?简述常见的触摸屏的工作原理。

    答:触摸屏根据所用的介质以及工作原理可分为4种:电阻式、电容式、红外线式、表面声波式
    触摸屏的工作原理是:当用户手指或其他设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时,所摸到的位置(以坐标形式)被触摸屏控制器检测到,并通过串行口或其它接口送到CPU,从而确定用户所输入的信息。

    2、什么是视频捕捉卡?它的主要作用是什么?

    答:视频捕捉卡是把输入的模拟视频信号,通过内置芯片提供的捕捉功能转换成数字信号的设备。

    3、简述USB设备的的软件、硬件结构。

    硬件:USB结构简单,采用四条电缆,信号定义由2条电源线和2条信号线组成。
    软件:USB 软件由USB总线接口和USB系统组成。USB总线接口由主控制器实现。USB系统有3个组件:
    (1)主控制器驱动程序;
    (2)USB驱动程序;
    (3)USB客户软件。

    4、简述CCD和CMOS影像感应器的主要特点。

    答:CCD (charge coupled device,电荷耦合元件)传感器包含像点,通常以横竖线短阵型式排列,各像点包含一个光电二极管和控制相邻电荷的单元。这种结构可产生低噪音、高性能的成像。
    CMOS传感器是用标准硅处理方法加工而成的。与CCD相比有以下优点:低电源消耗、芯片上符合有额外的电路、低系统成本。

    第三章图形、图像处理技术及其应用

    1、简述数据压缩的必要性和可能性。

    必要性:对多媒体信息进行实时压缩和解压缩是十分必要的。如果没有数据压缩技术的进步,多媒体计算机就难以得到实际的应用;
    可能性:能够对多媒体数据进行压缩的前提是因为数据存在大量的冗余,尤其是声音和图像。数据压缩的目的就是尽可能的消除这些冗余。

    2、常用的数据压缩算法有哪些?

    答:常用的数据压缩算法有信息嫡编码(主要有行程长度编码、哈弗曼编码和算术编码)、词典编码、通用编码、预测编码、模型编码、变换编码、矢量量化编码、子带编码和混合编码。

    3、矢量图和位图有哪些不同?

    答:矢量图,文件内容图形指令﹐文件大小与图的复杂度有关,显示速度图越复杂,需执行的指令越多,显示越慢,应用特点易于编辑,适于绘制和创建,便于网络传输。但表现力受限﹐位映像图,文件内容图像点阵数据,文件大小与图的尺寸、彩色深度有关,显示速度与图的大小有关,应用特点适于获取和复制,表现力较丰富,但编辑较复杂。图像文件大,不便于网络传输。

    4、常用的几种图像文件格式BMP、GIF和 PNG各有什么特点?

    BMP是Windows操作系统中的标准图像文件格式,能够被多种Windows应用程序所支持。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富,几乎不进行压缩,但由此导致了它与生俱生来的缺点–占用磁盘空间过大。所以,目前BMP在单机上比较流行。
    GIF格式是用来交换图片的。GIF格式的特点是压缩比高,磁盘空间占用较少,所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。
    PNG格式是一种能存储32位信息的位图文件格式,它与gif和 jpeg格式相比有以下优点:
    (1)兼有GIF和JPEG的色彩模式;
    (2)PNG能把图像压缩到极限有利于网络的传输;
    (3)更优化的传输显示;
    (4)PNG可以在所有系统上显示完全一样;
    缺点有:
    (1)PNG不支持像GIF可以存储多张图片;
    (2)压缩比例不及JPEG格式的压缩;
    (3)不支持CMYK模式(青、品红、黄、黑)。

    5、除了本章介绍的几种图像格式,还了解哪些图像文件格式?

    TGA格式:TGA的结构比较简单,属于一种图形、图像数据的通用格式,在多媒体领域有着很大影响,在做影视编辑时经常使用,例如3DS MAX输出TGA图片序列导入到AE里面进行后期编辑。
    EPS格式:苹果Mac机的用户则用得较多。它是用PostScript语言描述的一种ASCII码文件格式,主要用于排版、打印等输出工作。

    6、简单描述JPEG压缩算法的基本流程。

    答:JPEG压缩是有损压缩,它利用了人的视角系统的特性,使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。压缩编码大致分成三个步骤:
    (1).使用正向离散余弦变换(forward discrete cosine transform,FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。
    (2).使用加权函数对DCT 系数进行量化,这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。
    (3).使用哈夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。

    7、与JPEG相比,JPEG2000有哪些优点?在压缩算法上主要的不同是什么?

    答:与JPEG相比,JPEG2000的优势主要表现在以下四个方面:
    (1)高压缩率;
    (2)无损压缩;
    (3)渐进传输;
    (4)感兴趣区域压缩。
    在压缩算法上放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换算法为主的区块编码方式,而改用以离散小波变换算法为主的多解析编码方式。

    8、MPEG-1标准中主要采用了什么技术来减少视频图像的时间和空间上的冗余?

    答:MPEG-1标准中采用16×16块的运动补偿缩减时间冗余;混合使用变换编码、基于视觉加权的标准量化和行程编码技术减少空间冗余。

    9、简述AVS标准的主要特点。

    1、AVS的性能高,与H.264的编码效率相当;
    2、AVS的复杂度低,编码复杂度比H.264明显低,软、硬件实现成本都低于H.264;
    3、AVS编码技术为中国主导的知识产权,专利授权模式简单,费用较H.264低。

    10、日前常用的视频压缩标准是什么﹖试通过几个具体的应用加以说明。

    答:视频压缩标准是:H.264标准。H.264标准是CCITT的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的标准,也称MPEG-4 Part10------高级视频编码。 H.264标准的关键技术包括如下几部分:
    (1)分层设计;
    (2)高精度、多模式运动估计;
    (3)4*4块整数变换;
    (4)统一的VLC;
    (5)帧内预测;
    (6)切换帧;
    (7)面向IP和无线环境。

    11、简述H.263标准中QCIF (174×144)图像的帧结构。

    答:H.263标准中QCIF (174×144)图像的帧结构如下:每帧图像被分为若干个宏块,每个宏块由4个8×8的亮度块、一个8×8Cb块和一个8×8Cr块组成。由若干个宏块行组成的块组称为一个GOD,行的数量取决于图像帧的分辨率,如QCIF格式的图像中,一个GOB由一行(11个)宏块组成,所以每帧图像由9个GOB组成。

    第四章音频信号及其处理

    1、列出所知道的语音编码标准。
    标准比特速率编码技术应用制定日期
    G.71164kbpsPCB公共电话网1972年
    G.72264kbpsSBC+ADPCM视听多媒和会议电话1988.11
    G.723.15.3kbps或6.3kbpsMP-MLQ视频电话及IP电话1996.3
    G.72816kbpsLD-CELP公共电话网1992.9
    G.7298kbpsCS-ACELP无线移动网、计算机通信系统1996.3
    2、什么叫做均匀量化?什么叫做非均匀量化?

    答:均匀量化是采用相等的量化间隔对采样得到的信号进行量化,那么这种量化称为均匀量化。
    非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间,其量化间隔也小;反之,量化间隔就大。

    3、什么叫做u律压扩?什么叫做A律压扩?

    答:律压扩是非均匀量化的一种,又称为对数PCM,其量化输出值与作为输入的采样样本值之间的关系由如下的关系式规定: F μ ( x ) = s g n ( x ) [ ln ⁡ ( 1 + μ ∣ x ∣ ) / ln ⁡ ( 1 + μ ) ] F_\mu (x)=sgn(x)[\ln(1+ \mu |x|) /\ln(1+\mu)] Fμ(x)=sgn(x)[ln(1+μx)/ln(1+μ)]式中:x为输入信号幅度,规格化成-1 ≤x≤1 ; sgn(x)为x的极性; μ \mu μ为确定压缩量的参
    数,它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比,取 100 ≤ μ ≤ 500 100 \le \mu \le 500 100μ500。具体计算时,用 μ = 255 \mu =255 μ=255,把对数曲线变成8条折线以简化计算过程。
    A律压扩也是非均匀量化的一种,其量化输出值与作为输入的采样样本值之间的关系由如下的关系式规定:
    F A ( x ) = { s g n ( x ) [ ( 1 + ln ⁡ A ∣ x ∣ ) / ( 1 + ln ⁡ A ) , 1 / A < ∣ x ∣ ≤ 1 s g n ( x ) [ A ( x ) / ( 1 + ln ⁡ A ) ] , 0 ≤ ∣ x ∣ ≤ 1 } F_A(x) = \{ {sgn(x)[(1+\ln A|x|)/(1+\ln A),1/A <|x|\le 1}^{sgn(x)[A(x)/(1+\ln A)],0 \le |x| \le 1} \} FA(x)={sgn(x)[(1+lnAx)/(1+lnA),1/A<x1sgn(x)[A(x)/(1+lnA)],0x1}
    0 ≤ ∣ x ∣ ≤ 1 / A       1 / A ≤ ∣ x ∣ ≤ 1 0 \le |x | \le 1/A \ \ \ \ \ 1/A \le |x| \le 1 0x1/A     1/Ax1式中: x为输入信号幅度,规格化成 − 1 ≤ x ≤ l -1 \le x \le l 1xl; s g n ( x ) sgn(x) sgn(x) x x x的极性; A A A为确定压缩量的参数,它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。

    3、在增量调制中为什么会产生粒状噪音?

    答:出现噪音的原因是反馈回路输出信号的最大变化速率受到量化阶大小的限制,在输入信号缓慢变化部分,即输入信号与预测信号的差值接近零的区域,增量调制器的输出会出现随机交变的0和1。

    4、自适应脉冲编码调制(APCM)的基本思想是什么?

    答:基本思想是根据输入信号幅度的均方根值的变化来改变量化增量的一种编码技术。这种自适应可以是瞬时自适应,即量化增量每隔几个样本就改变,也可以是非瞬时自适应,即在较长的时间内保持不变。

    5、差分脉冲编码调制(DPCM)的基本思想是什么?

    答:基本思想根据过去的样本区评估下一个样本信号的幅度大小,这个值称为预测值,然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码,从而减少了表示每个样本信号的位数。

    6、自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)的两个基本思想是什么?

    答:两个核心思想是:①利用自适应的思想改变量化增量的大小,即使用小的量化增量去编码小的差值,使用大的量化增量去编码大的差值;②使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值,使实际样本值和预测样本值之间的差值总是最小。

    7、声卡的7.1声道都包含那几个声道?其中的“.1”指的是什么?

    答:6.1声道和7.1声道两者非常接近,它们都是建立在5.1声道基础上,将5.1声道的后左、后右声道放在听音者的两侧,在听音者后方加上1或者2个后环绕。其中“.1”仍然是指低音音箱,也叫低音炮,用来播放分离的低频声音,在Dolby环绕中用来播放LFE声道。

    8、列出并比较所了解的声卡功能。

    (1)录制、编辑和回放数字声音文件;
    (2)控制各声源的音量,并混合在一起,以便数字化;
    (3)在记录和回放数字文件时进行压缩和解压缩,以节省空间;
    (4)采用语音合成技术,能让计算机朗读文件。

    9、简单说明声卡的工作原理。

    答:声卡的工作原理是:主机通过总线将数字化的声音信号以PCM的方式送到数模转换器(D/A),将数字信号转换成模拟的音频信号。同时又可以通过模数转换器(A/D)将麦克风或CD得输入信号转换成数字信号,送到计算机进行处理。

    10、简述语音合成和语音识别技术的基本原理和应用领域。

    答:语音合成技术的基本原理:人在发出声音前,进过一段大脑的高级神经活动,即先有一个说话的意向,然后围绕这个意向生成一些列相关的概念,最后将这些概念组织称语句发音输出。常用的语音合成技术主要有:共振峰合成、LPC合成、PSOLA拼接合成和LMA声道模型技术。语音合成技术的应用领域:
    (1)人机对话;
    (2)电话咨询;
    (3)自动播音;
    (4)助讲助读;
    (5)语音教学;
    (6)电话翻译。
    语音识别技术的基本原理:他包括特征提取技术、模式匹配准则和模式训练技术三个方面,还涉及语音识别单元的选取。语音识别技术的应用领域:语音识别技术所涉及的领域包括:信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能。

    第五章多媒体数据采集与编辑

    多媒体数据采集是指用于采集多种多媒体数据的软件,如声音录制、编辑软件、图像扫描及预处理软件、全动态视频采集软件和动画生成编辑系统等。
    多媒体数据库创作工具为多媒体应用提供资源和信息加工,如声音录制、编辑,视频采集、剪接、动画生成、网页制作等。
    多媒体应用软件的开发是指多媒体软件开发人员在多媒体核心软件的基础上,借助多媒体软件开发工具编制多媒体应用软件的过程。
    多媒体播放器是指那些能够回放不同编码格式音频、视频文件的软件

    第六章多媒体文档的组织与设计

    1、什么是超文本?超文本系统由哪些要素组成?

    答:超文本是由信息结点和表示信息结点间相关性的链构成的一个具有一定逻辑结构和语义的网络。超文本系统由结点(node)和链( link)两要素组成的。

    2、什么是超文本系统?一个典型的超文本系统具备哪些主要的特征?

    答:超文本系统是基于超文本信息管理技术的系统。只要的特征有:(1)图形用户接口;(2)向用户给出一个网络结构动态总貌图,是用户在每一时刻都可以得到当前结点的邻接环境。(3)在超文本系统中一般使用双向链,这种链支持跨越各种网络;(4)包含管理结点好链信息的引擎;(5)尽可能不依赖于它的具体特性、命令或信息结构,而更多的强调其用户界面的“视觉”和“感觉”。

    3、Javascript语言与Java语言的主要区别是什么?简述JavaScript语言在网页设计中的作用。

    答:
    (1)开发的公司不同, javascript是netscape公司研发的,java是 sun公司研发的。
    (2) Java是一种真正面向对象的语言。JavaScript是脚本语言,它是基本事件驱动和对象的语言。
    (3) Java在运行前要编译,JavaScript其代码发生给客户端之前不用编译。
    (4)Java使用强变量,也即是说在编译前,变量必须声明,JavaScript是弱变量,可以不声明直接使用。
    (5)代码格式不同,java是一种与HTML无关的格式,需要媒体装载。而javascript是一种文本字符格式,可直接嵌入HTML中。

    4、XML语言是HTML语言的替代语言吗?其主要优点优点有哪些?

    答:。主要有点有:
    (1)可以广泛的运用于web的任何地方,可以满足网络应用的需求,具有强大的数据处理能力。
    (2)基于文本格式,可以自由定义标志,具有很好的可扩展性。
    (3)数据的存储格式不受限于数据的显示格式。
    (4)XML将使编程更加的简单。
    (5)便于学习和创建。
    (6)代码清晰,便于阅读和理解。

    5、什么是SMIL语言?其主要目的是什么?

    答:SMIIL是同步多媒体集成语言的缩写,SMIL是由3W (world wide web consortium)组织规定的多媒体操纵语言。主要目的是:通过时序排列对声音、影像、文字及图形文件进行顺序安排,然后将这些媒体表现看起来是同步的,使得用户在web页中可以看到和电视节目一样表现形式的内容。

    6、Web2.0 与Web3.0有什么区别?

    答:Web2.0注重用户的交互作用,用户即是网站内容的浏览者,又是网站内容的提供者,主要的应用有:博客、微博、RSS、百科全书、社会网络、P2P、即时信息。与Web2.0时代使用互联网是为了把人与人联系起来不同,在Web3.0时代使用互联网是为了把信息与信息联系起来,并且能够利用这些信息结合你的个人偏好来回答你提出的各种问题。

    第七章多媒体数据存储与管理

    1、多媒体数据具有哪些主要的特点,这些特点对多媒体数据库提出了哪些要求?

    答:多媒体数据具有的特点有:
    (1)数据量:与常规相比较数据量巨大;
    (2)数据长度:无法预先估计;
    (3)数据模型:复杂,具有层次结构;
    (4)数据定义及操作:传统的数据库不能满足多媒体数据的需要;
    (5)数据传送:多媒体数据无论是声音还是视频媒体,都要求连续传送或输出,否则将导致严重的失真。

    因此对多媒体数据库提出的要求有(功能):
    (1)支持图形、图像、动画、声音、动态视频等做媒体字段类型及用户自定义类型。
    (2)支持定长数据和非定长数据的集成管理;
    (3)支持复杂实体的表示和处理;
    (4)支持同一实体的多种表现形式;
    (5)具有良好的用户界面;
    (6)支持多媒体的特殊查询机良好的处理接口;
    (7)支持分布式环境。

    2、多媒体数据库有哪些查询方法?是分别对其特点进行分析.

    答:多媒体数据库的查询方法有三种:关键字查询、可视化查询、语义查询。
    关键字查询是最简单的查询方法,它要求每个对象都带有精确描述其内容的标签(或关键字),然后通过该关键字进行快速查询。存在的缺点有:关键字的准确性问题和信息的丢失。可视化查询不仅包括数字字符表达式,还包括非数字字符表达式。可视化查询语言允许用户发出视图查询,并将其转化成低层的查询原语。实现这一功能有两点要求:(1)查询系统必须将模糊查询映射成内部查询表示;(2)必须对查询语言加以改动。语义查询是各种方法中最具挑战性的,它采用索引、模式匹配等多种技术,要求数据库中信息的表示必须包括隐含或明显的语义。

    3、传统的数据库在进行多媒体数据存取时,采用了哪些数据类型?

    答:采用的数据类型有:字符型、文本型、数值型、逻辑型日期型

    4、什么是数据挖掘,多媒体数据挖掘的内容?

    答:数据挖掘是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中,提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息知识的过程。多媒体数据挖掘的内容包括:文本数据挖掘,图像数据挖掘,视频数据挖掘,音频数据挖掘,

    第八章多媒体计算机网络

    1、简述多媒体计算机通信网络的特点。

    答:多媒体计算机通信网络的特点有:
    (1)多媒体计算机通信网络与人的交互界面只要是文字、图像、声音等人性化信息,主要体现了人类感觉器官对多媒体的自然需求;
    (2)多媒体计算机通信网络可以通过各种属性信息直接与外界交互。
    (3)在进入计算机通信网络进行处理、存储和传输时,都被转换成统一的数字编码信息。
    (4)人对多媒体计算机通信网络具有特别重要的作用。

    2、如果按辖域分类,通常的计算机网络可以分为几种?

    答:局域网(LAN),城域网(MAN),广域网(WAN),互联网

    3、什么是5G网络?它的技术特点有哪些?

    答:第五代移动通信(俗称“5G”)网络是一种带宽足够宽的网络,
    带宽大于20 GHz,数据流
    量无瓶颈,任何时候都不会被卡,每秒传信速率大于1 Gb/s,路径延迟小于1 ms
    5G网络的主要技术特点:高频传输技术、新型多天线传输技术、同时同频全双工、终端直通技术、密集网络、新型网络架构、系统软件、自组织网络

    4、为了适应多媒体通信,应对网络提出哪些要求?

    答:高传输带宽的要求,不同类型的数据对传输要求也不同,对多媒体传输有连续性与实时性的要求,对多媒体的传输有同步的要求,具有多方参与通信的特点。

    5、分布式多媒体计算机系统具备哪些基本特征?

    答:(1)多媒体综合性;(2)资源分散性:(3)运行实时性:(4)操作交互性:(5)系统透明性。

    6、试比较几种不同无线接入技术的特点,并以此分析未来无线接入的技术的发展趋势。

    答:
    (1)GPRS是一种用于GSM的标准化分组交换数据业务,使移动通信页数据通信相结合, GPRS将支持从低速短消息到高速企业局域网通信。
    (2)WAP主要针对网元或M协议3蓝牙技术是一种无线信道可靠性低等特点而设计的独立于底层承载的移动英特网应用协议。
    (3)蓝牙技术是一种短距离的通信标准,主要面向网络中各类数据及语音设备。(4)IEEE802,11协议主要解决办公室局域网和校园网中的用户与用户终端之间的无线按八,戈付几敛对微油和亭米波频段提出的一种名是微波存取全球互通,是一项无线城域网(WMAN)技术,是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。优势有:传输距离远、高速的带宽接入、提供多媒体通信服务、提供优良的最后一千米网络接入服务。

    7、分布式多媒体系统从功能上可以分为几层?每一层的功能是什么?

    答:分布式多媒体系统从功能上可以分为五层。每一层的功能如下:
    (1)多媒体接口层:①实现多媒体输入的模/数转换;②实现多媒体输入的数/模转换;③对输入的数据打上时钟标记。
    (2)多媒体传输层:①采用各种协议提供多媒体数据;②可实现从远程发送来的数据与本地的数据具有相同的机制,并对高层提供支持。
    (3)流管理层:①数据源通过下层传输层获取多媒体数据流;②向目的地和高层提交多媒体数据;③对单一媒体进行压缩编码处理等;④流输入的选择和分发。
    (4)多媒体表示层:①流间和流内的同步:②综合同步多媒体数据;③对特定流进行处理。
    (5)应用层:①支持网络环境下的各种多媒体的资源共享;②支持实时的多媒体输入和输出;③支持系统范围内透明的存取;④支持在网络环境交互式的操作和对对媒体信息的获取、加工处理、存取、通信和传输等。

    8、什么是云计算?

    答:云计算(Cloud Computing)是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。这种资源池称为“云”。

    9、什么是流媒体?

    答:流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体,如音频、视频、动画或其他多媒体文件。

    10、支持流媒体传输的协议有哪些?彼此之间有哪些异同?

    答:支持流媒体传输的协议有:
    (1)RTP/RTCP协议:RTP是一个网络传输协议,特点有:①协议的灵活性;②数据流和控制流分离;③协议的课扩充性和实用性。RTCP是RTP的伴生协议,提供传输过程中所需的控制功能。
    (2)RSVP协议:是一种可以提供音频、视频、数据等混合服务的互联网络综合服务。特性有:①可以在点对点传播和多点组播的网络通信应用中进行预留资源的申请,可以动态的调节资源的分配;②简单;③面向接收端;④在路由器和主机端维持“软”状态;⑤支持ipv4和 ipv6。
    (3)RTSP 协议:RTSP协议时TCP/IP协议体系中的一个应用层协议。特性有:①可扩展性;②已解析;③安全;④独立于传输;⑤多服务器支持;⑥记录设备控制;⑦流控与会议开始分离

    11、什么是物联网?

    答:物联网是在互联网概念的基础上提出的,是将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。

    第九章多媒体数据安全

    1、简述多媒体数据安全的主要内容。

    答:
    数据获取安全主要包括无线多媒体传感器网络、节点访问控制;
    存储安全包括多媒体数据库安全、访问控制、入侵检测、数据完整性检测;
    传输安全主要是指多媒体传播/分发系统控制,涉及到的主要是网络安全;
    内容安全包括隐写及隐写分析、数字取证、加密技术、数字水印、数字签名等。

    信息隐藏是把秘密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。

    第十章多媒体应用

    可视化(Visualization)是利用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。
    数据可视化主要旨在借助于图形化手段,清晰有效地传达与沟通信息。常见的数据可视化图表有:柱状图、折线图、饼图、漏斗图、数据地图、雷达图。
    图像识别是通过计算机这个媒介对经输入设备所采集的图像进行完整“解读”,以达到对目标辨识、分类的技术。
    即时通信系统是指使用因特网技术,允许人们实时地传送文本、语音、视频和数据文件等信息软硬件系统。

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  • 计算机多媒体技术第9章 计算机多媒体技术(单选题)(其实我所给的这些典型题目就是期末考试题或统考题,因此必做。参考答案在另一个Word文档中)一. 多媒体技术的概念、多媒体计算机系统的基本构成1、 下列硬件设备中...

    浙江大学远程教育计算机应用基础9.计算机多媒体技术

    第9章 计算机多媒体技术(单选题)

    (其实我所给的这些典型题目就是期末考试题或统考题,因此必做。参考答案在另一个Word文档中)

    一. 多媒体技术的概念、多媒体计算机系统的基本构成

    1、 下列硬件设备中,多媒体硬件系统必须包括的设备中不含___D___。(参考p.310)

    A.计算机最基本的硬件设备

    B.多媒体通信传输设备

    C.音频输入、输出和处理设备

    D.CD-ROM --- 一般多媒体计算机都配有CD-ROM,但不是必须的

    [解析]略

    2、 以下关于多媒体技术的描述中,正确的是__C__。

    A.多媒体技术中的"媒体"概念特指音频和视频。

    B.多媒体技术就是能用来观看的数字电影技术。

    C.多媒体技术是指将多种媒体进行有机组合而成的一种新的媒体应用系统。

    D.多媒体技术中的"媒体"概念不包括文本。

    [解析]略

    3、 多媒体技术能处理的对象包括字符、数值、声音和___A___。(请看解析)

    A.图像数据

    B.电压数据

    C.磁盘数据

    D.电流数据

    [解析]又问:下列选项中,不属于计算机多媒体的媒体类型的是什么?(A.图像 B.音频程序 D.视频)答:选C。

    4、 以下四组对多媒体计算机能处理的信息类型的描述中,最全面的一组是____B__。

    A.文字,数字,图形及音频信息

    B.文字,数字,图形,图像,音频,视频及动画信息

    C.文字,数字,图形及图像信息

    D.文字,图形,图像及动画信息

    [解析]略

    5、 多媒体和电视的区别在于__D____。

    A.有无声音

    B.有无图像

    C.有无动画

    D.有无交互性 ----- 对!

    [解析]略

    6、 音频和视频信息在计算机内的表示形式是___B___。(请看解析)

    A.模拟信息

    B.数字信息 ---- 对!且都用二进制数表示

    C.

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  • 计算机多媒体技术 单选题 其实我所给的这些典型题目就是期末考试题或统考题因此必做参考答案在另 一个 Word文档中 一 多媒体技术的概念多媒体计算机系统的基本构成 1 下列硬件设备中多媒体硬件系统 必须 包括的设备...
  • 计算机应用基础上机统考试题(最新:题目答案简洁明了共9篇全).doc第9章 计算机多媒体技术(单选题)(其实我所给的这些典型题目就是期末考试题或统考题,因此必做。参考答案在另一个Word文档中)一. 多媒体技术的概念、...

    计算机应用基础上机统考试题(最新:题目答案简洁明了共9篇全).doc

    第9章 计算机多媒体技术(单选题)

    (其实我所给的这些典型题目就是期末考试题或统考题,因此必做。参考答案在另一个Word文档中)

    一. 多媒体技术的概念、多媒体计算机系统的基本构成

    1、 下列硬件设备中,多媒体硬件系统必须包括的设备中不含_D_____。

    D.CD-ROM --- 是多媒体计算机常有的,但不是必须的

    2、 以下关于多媒体技术的描述中,正确的是_C___。

    A.多媒体技术中的"媒体"概念特指音频和视频。

    B.多媒体技术就是能用来观看的数字电影技术。

    C.多媒体技术是指将多种媒体进行有机组合而成的一种新的媒体应用系统。

    D.多媒体技术中的"媒体"概念不包括文本。

    [解析]略

    3、 多媒体技术能处理的对象包括字符、数值、声音和___A___。(请看解析)

    A.图像数据

    B.电压数据

    C.磁盘数据

    D.电流数据

    [解析]又问:下列选项中,不属于计算机多媒体的媒体类型的是什么?(A.图像 B.音频 C.程序 D.视频)答:选C。

    4、 以下四组对多媒体计算机能处理的信息类型的描述中,最全面的一组是___B___。

    A.文字,数字,图形及音频信息

    B.文字,数字,图形,图像,音频,视频及动画信息

    C.文字,数字,图形及图像信息

    D.文字,图形,图像及动画信息

    [解析]略

    5、 多媒体和电视的区别在于___D___。

    A.有无声音

    B.有无图像

    C.有无动画

    D.有无交互性

    [解析]略

    6、 音频和视频信息在计算机内的表示形式是__B____。(请看解析)

    A.模拟信息

    B.数字信息 ---- 而且都用二进制数表示

    C.模拟信息和数字信息交叉

    D.高频信息

    [解析]又问:多媒体信息在计算机中的存储形式是什么?(A.二进制数字信息、B.十进制数字信息、C.文本信息)答:选A。

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  • 第14章 多媒体网络应用及交换技术

    千次阅读 2007-09-18 15:38:00
    第14章 多媒体网络应用及交换技术 因特网上已经开发了很多应用,归纳起来大致可分成两类,一类是以文本为主的数据通信,包括文件传输、电子邮件、远程登录、网络新闻和Web等,另一类是以声音和电视图像为主的通信。...

    第14章 多媒体网络应用及交换技术

      因特网上已经开发了很多应用,归纳起来大致可分成两类,一类是以文本为主的数据通信,包括文件传输、电子邮件、远程登录、网络新闻和Web等,另一类是以声音和电视图像为主的通信。通常把任何一种声音通信和图像通信的网络应用称为多媒体网络应用(multimedia networking application)。网络上的多媒体通信应用和数据通信应用有比较大的差别,多媒体应用要求在客户端播放声音和图像时要流畅,声音和图像要同步,因此对网络的时延和带宽要求很高。而数据通信应用则把可靠性放在第一位,对网络的时延和带宽的要求不那么苛刻。
      多媒体网络技术(multimedia networking)是目前网络应用开发的最热门的技术之一。从本章开始到17章将围绕多媒体网络应用的话题来介绍,第14章介绍多媒体网络应用和信息交换技术的基本概念,第15章将介绍Internet与TCP/IP的基础知识,第16章将介绍网际多目标广播(IP Multicast),第17章将介绍多媒体通信系统技术。

    4.1 多媒体网络应用

    14.1.1 应用举例

      下面是因特网上现在已经存在并且是很重要的几类应用:
      (1) 现场声音和电视广播或者预录制内容的广播:这种应用类似于普通的无线电广播和电视广播,不同的是在因特网上广播,用户可以接收世界上任何一个角落里发出的声音和电视广播。这种广播可使用单目标广播(unicast)传输,也可使用更有效的多目标广播(multicast)传输。现在市场上有许多因特网广播产品,包括RealNetworks公司的广播软件——广播器(broadcasters)[3]。
      (2) 声音点播(audio on demand):在这一类应用中,客户请求传送经过压缩并存放在服务机上的声音文件,这些文件可以包含任何类型的声音内容。例如,教授的讲课、摇滚乐、交响乐、著名的无线电广播档案文件和历史档案记录。客户在任何时间和任何地方都可以从声音点播服务器中读声音文件。使用因特网点播软件时,在用户启动播放器几秒钟之后就开始播放,一边播放一边从服务机上接收文件,而不是在整个文件下载之后开始播放。边接收文件边播放的特性叫做流放(streaming)。许多这样的产品也为用户提供交互功能。例如,暂停/重新开始播放,跳转等功能。现在已经有许多因特网声音点播产品,包括RealNetworks公司的RealPlayer和Vocaltec公司的Internet Wave[4]。
      (3) 影视点播(video on demand),也称交互电视(Interactive Television):这种应用与声音点播应用完全类似。存放在服务机上的压缩的影视文件可以是教授的讲课、整部电影、预先录制的电视片、(文献)纪录片、历史事件档案片、卡通片和音乐电视片等等。存储和播放影视文件比声音文件需要大得多的存储空间和传输带宽。现在,已经有很多因特网影视点播产品,包括RealNetworks公司的产品[5]。
      (4) 因特网电话(Internet telephony):这种应用是人们在因特网上进行通话,就像人们在传统的线路交换电话网络上相互通信一样,可以近距离通信,也可以长途通信,而费用却非常低。
      (5) 分组实时电视会议(group real-time video conferencing):这类多媒体应用产品与因特网电话类似,但可允许许多人参加。在会议期间,你可为你所想看到的人打开一个窗口。现在也已经有许多在因特网上召开分组实时电视会议的产品,包括Cornell University开发的CU-SeeMe电视会议产品,下图是电视会议的一个画面。


    图14-01 实时电视会议CU-SeeMe的画面[6]

    14.1.2 应用分类

      如果按照用户使用时的交互的频繁程度来划分,多媒体网络应用可分成3类:
      1. 现场交互应用(live interactive applications):
      因特网电话和实时电视会议是频繁交互的应用例子。在这种应用场合下,与会者在任何时候都可能说话或者移动。从与会者说话或者移动的动作到达接收端的时延应该小于几百毫秒才能为用户接受。人的听觉系统对延迟小于150毫秒的声音感觉不到有时延,在150毫秒~400毫秒之间的时延可以接受,时延超过400毫秒的会话就令人甚感别扭。
      2. 交互应用(interactive applications):
      声音点播、影视点播是交互应用的例子。在这种应用场合下,用户仅仅是要求服务器开始传输文件、暂停、从头开始播放或者是跳转而已。从用户发出请求播放到在客户机上开始播放之间的时延大约在1~5秒钟就可以接受。对信息包时延和抖动的要求不像因特网电话和实时会议那样高。
      3. 非实时交互应用(non-interactive applications):
      现场声音广播和电视广播或者预录内容的广播是非实时交互应用的例子。在这些应用场合下,发送端连续发出声音和电视数据,而用户只是简单地调用播放器播放,如同普通的无线电广播或者电视广播。从源端发出声音或者电视信号到接收端播放之间的时延在10秒或者更多一些都可以接受。对信号的抖动要求也可以比交互应用的要求低。

    14.1.3 应用开发面临的问题

      因特网为所有应用提供两种类型的服务:①可靠的面向连接服务(reliable connection-oriented service):使用TCP(Transfer Control Protocol)协议提供的服务属于可靠服务,可靠的TCP服务保证把信息包传送到对方,对信息包的时延要求并不高。②不可靠的无连接服务(unreliable connectionless service):使用UDP(User Datagram Protocol)协议提供的服务属于不可靠服务,不可靠的UDP服务不作任何担保,既不保证传送过程中不丢信息包,也不保证时延满足应用要求。此外,因特网现在提供的服务对所有信息包的传送都是平等的,像对时延要求很高的声音信息包和电视信息包在路由器的队列中都没有任何的优先权,在因特网上任何人都要排队等待。
      由于对信息包的时延和时延的大小缺乏任何保证,因此开发任何一种成功的多媒体网络应用都是非常困难的。时至今日,因特网上的多媒体应用取得了重大的成就,但还只是有限度的成功。例如,虽然只有几秒种时延的交互式声音点播在因特网上已是老生常谈的事情,但它是工作在因特网上,在越大洋过大海的拥挤的链路上传输时,声音的时延和丢失往往就令人难于接受。即使在大陆区里,由于在高峰期出现的拥挤,使声音的质量大大下降。
      直至现在,成功的因特网电话和实时电视会议产品比成功的声音点播和影视点播产品少,因为它们对信息包的时延和抖动要求非常苛刻。实时声音和电视产品可在带宽足够宽的因特网上工作得很好,信息包的时延和抖动都非常小,但当一遇到拥挤链路时,声音和图像的质量就恶化到不能接受的地步。
      归纳起来,目前多媒体网络应用要集中解决个问题是:①提高网络带宽,②减少时延(delay),③减少抖动(jitter)。

    14.1.4 改善服务质量

      目前我们不得不忍受因特网的这种可靠性服务:无论你的信息包多么重要,也无论你的信息包多么有价值,它们都必须要参加排队和等待才能得到服务。在这种条件的限制下,人们已经作出了种种努力来改进设计以提高多媒体网络应用的质量。例如,使用UDP协议而不使用TCP;在接收端增加延迟播放时间(例如100毫秒或者更多)来减少网络引入的延迟抖动,这可在发送端给信息包打上时间标记,接收端就可以知道信息包什么时候应该播放;我们还可给信息包添加错误校正码以减少传输过程中丢失的信息包所造成的质量下降。

    14.1.5 多媒体网络应用的争论

      现在有许许多多的有关因特网应该如何发展的争论,而且有时争论得很激烈,争论的焦点是如何更好地安排对时间要求非常苛刻的多媒体的交通。
      一个极端是某些研究人员主张对最佳服务和底层的因特网协议不作任何改变,用扩大链路带宽的办法来解决;反对这种观点的研究人员认为,加大带宽费用太大,扩大的带宽也会很快被对带宽贪得无厌的多媒体应用吃掉。例如,高清晰度影视点播就是一个例子。
      另一个极端是某些研究人员主张应该对因特网做基本变更,为各种应用保留端-端的带宽。例如,某些研究人员觉得,如果用户想从主机A给主机B打因特网电话,就应该给由A到B路途上的每个链路明确保留带宽。采用这种方法解决多媒体的交通问题须要做一些比较大的变更:
      (1) 须要开发保留带宽协议
      (2) 须要修改路由器队列中行程安排的策略才能实现带宽的保留。采用这种方案之后,信息包在传送过程中不再平等对待,而是付钱越多的信息包,带宽保留的越多。
      (3) 须要给网络一个交通说明,这样网络就必须要维持每种应用的交通。
      (4) 网络必须要有一种手段以确定是否有足够的带宽来支持新的带宽保留请求。把上述这些变更组合在一起时,就需要有新的和复杂的软件来支持。
      在这两个极端之间,某些研究人员不主张对因特网作比较多的更改,而是在网沿(edge of network),即在用户和ISP之间的接口上添加简单的定价和监视措施,根据用户冲浪使用的速率和时间来收费。例如,用户使用28.8 Kb/s速率去冲浪是一种价格,使用10 Mb/s速率去冲浪又是一种价格,这种定价方案对距离是不敏感的。这些研究人员认为,通过简单地增加价格,当网络出现明显拥挤时多媒体网络应用的服务质量有可能得到保证。

    14.2 因特网上存取声音和电视的方法

      经过压缩的声音或者电视文件可以放在Web服务器上,或者放在声音/电视流放服务器(streaming server)上。对于前一种情况,由Web服务器通过HTTP协议把文件传送给客户。对于后一种情况,由流放服务器通过非HTTP协议把文件传送给客户。
      由于声音点播和影视点播应用还没有完全直接集成到现在的Web浏览器中,就需要一个单独的应用程序——帮助器(helper),通常叫做媒体播放器(media player)来播放声音和影视。典型的媒体播放器要执行好几个功能,包括解压缩、消除抖动、错误纠正和用户播放等功能。现在可以使用像插件这种技术把媒体播放器的用户接口放在Web客户机的用户界面上,浏览器在当前Web页面上保留屏幕空间,并且由媒体播放器来管理。目前,客户机可使用几种方法来读取声音和影视文件,下面介绍其中的三种。

    14.2.1 通过Web浏览器把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器

      对客户机读取多媒体的最简方法是把声音/电视文件放到HTTP服务器上,然后通过浏览器把文件传送给媒体播放器,见图14-02,过程如下:
      ① Web浏览器与Web服务器建立TCP连接,然后提交HTTP请求消息请求传送声音/电视文件。
      ② Web服务器给Web浏览器发送响应消息和请求的声音/电视文件。
      ③ Web浏览器检查HTTP响应消息中的内容的类型,调用相应的媒体播放器,然后把声音/电视文件或者是指向文件的指针递送给媒体播放器。
      ④ 媒体播放器播放声音/电视文件。
      这种方法虽然简单,但存在比较大的时延问题。因为媒体播放器必须通过第三者——Web浏览器才能从Web服务器上得到声音/电视文件,而且浏览器需要把整个文件从Web服务器下载到浏览器之后才把它传送给媒体播放器。这样做的结果是,即使对中等大小的文件,在这传输过程中引入的播放时延也是很难接受的。由此想到的改进方法是去掉中间环节,设法让媒体播放器与Web服务器直接建立链接,


    图14-02 通过Web浏览器把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器

    14.2.2 直接把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器

      为把声音/电视文件直接传输给媒体播放器,须要在Web服务器和媒体播放器之间建立直接的TCP连接(TCP connection),见图14-03,这可通过下面的方法来实现:
      (1) 用户点击超级链接以请求传送声音/电视文件。
      (2) 这个超级链接不直接指向声音/电视文件,而是指向一个播放说明文件(presentation description file),这个文件包含有实际的声音/电视文件的地址(URL)。播放说明文件被封装在HTTP响应消息中。
      (3) Web浏览器接收到HTTP响应消息之后就检查响应消息中的内容的类型,调用相应的媒体播放器,然后把响应消息中的播放说明文件传送给媒体播放器。
      (4) 媒体播放器直接与Web服务器建立TCP连接,然后把传送声音/电视文件的HTTP请求消息发送到TCP连接上。
      (5) 在HTTP响应消息中把声音/电视文件传送该媒体播放器并开始播放。


    图14-03 直接把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器

      前面提到的播放说明文件是有关声音/电视文件本身的文件,也称元文件(meta file),它可以是仅由声音/电视文件网址组成的只有一行的文本文件,也可以包含更多内容的文件。例如,播放说明文件可以是同步多媒体集成语言(Synchronized Multimedia Integration Language,SMIL)文件,读成“smile”,这是由W3C提出的在Web页面上显示电视的语言。这种文件可以包含多个声音/电视文件以及如何播放的使用说明,说明在播放文件时各种声音/电视文件应该如何同步等。
      使用这种方法传送声音/电视文件的中间环节,但这种方法依然使用HTTP传送文件,不容易使用户获得与Web服务器的满意的交互性能,如暂停、从头开始重放等功能。虽然在市场上有这种产品出售,但一般不推荐这种结构。

    14.2.3 直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器

      第三种方法是可考虑从独立的多媒体服务器(如声音服务器、电视服务器)把多媒体文件传送给媒体播放器。这种策略允许应用开发人员为多媒体点播(multimedia-on-demand)设计一种流(式播)放协议(streaming protocol)。这种方案需要两个服务器:一个是HTTP服务器,用于Web页面服务;另一个是流放服务器,用于声音/电视文件服务,如图14-04所示。两个服务器可以运行在同一服务机上,也可以运行在不同的服务机上。如果Web服务器非常繁忙,使用两台服务机是有利的。
      使用这种结构,媒体播放器就向流放服务器请求传送文件,而不是向Web服务器请求传送文件,媒体播放器和流放服务器之间可以使用它们自己的协议进行通信,声音/电视文件可以使用UDP而不是TCP直接从流放服务器传送给媒体播放器。


    图14-04 直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器

    14.2.4 媒体播放器的主要功能

      媒体播放器(media player),用来播放声音或者电视文件,一般都具有下述功能。
      (1) 解压缩:几乎所有的声音和电视图像都是经过压缩之后存放在存储器中的,因此无论播放来自存储器或者来自网络上的声音和电视都是要解压缩。
      (2) 去抖动:由于到达接收端的每个声音信息包和电视图像信息包的时延不是一个固定的数值,如果不加任何措施就原原本本地把数据送到媒体播放器播放,听起来就会有抖动的感觉,甚至对声音和电视图像所表达的信息无法理解。在媒体播放器中,限制这种抖动的简单方法是使用缓存技术,就是把声音或者电视图像数据先存放在缓冲存储器中,经过一段延时之后再播放。
      (3) 错误处理:由于在因特网上往往会出现让人不能接收的交通拥挤,信息包流中的部分信息包在传输过程中就可能会丢失。如果连续丢失的信息包太多,用户接收的声音和图像质量就不能容忍。采取的办法往往是重传。
      (4) 用户可控制的接口:这是用户直接控制媒体播放器播放媒体的实际接口。媒体播放器为用户提供的控制功能通常包括声音的音量大小、暂停/重新开始和跳转等等。

    14.3 网络上的信息交换技术

    14.3.1 概述

      远程通信网络可分成两类网络:线路交换网络(circuit-switched networks)和信息包交换网络(packet-switched networks)。信息包交换网络也称数据网络(data networks)。在线路交换网络中,双方交换消息期间通道上的全部资源(如链路带宽等)都被租用,而在信息包交换网络中双方交换消息期间不租用通道上的资源,也就是不保留资源,而是根据需要来使用资源,交换的信息包往往需要等待可用资源。打个比方,例如有两种类型的饭馆:一种需要预定的饭馆,另一种不需要或者不接收预定的饭馆。对于前者,在去饭馆之前必须要和第一个打电话(或发email)的人竞争,但到饭馆后通常马上就可与服务员联系并定饭菜;对于后者,客户没有预定座位的问题,但到饭馆之后也许必须等座位,然后才能定饭菜。
      电话网络( telephone networks)是线路交换网络的一个例子。如果要在电话线路上与他人通话或者发送传真,你必须首先与对方建立连接方可进行,这就叫做线路连接,或者叫做线路交换。当线路连接建立之后就租用了这个线路的带宽,你就可以用常数速率传输数据。
      因特网是信息包交换网络的例子。例如,如果你想在因特网上给人发送一个消息,因特网并不给你保留任何带宽。在你的消息到达接收端之前,必须要经过一系列通信链接(link)才能传递到接收端。由于许多消息都在因特网上传输,如果其中有一个链接处发生拥挤,你的消息就不得不要在缓冲存储器中等待,这样就产生了延迟。虽然因特网使用了很多很好的技术来克服这些问题,但依然不能像线路交换网络那样来保证以恒定的速率来传送消息。
      不是所有的远程通信网络都属于线路交换网络或者属于信息包交换网络。例如,ATM网络技术既有保留带宽的连接又有不保留带宽的链接。

    14.3.2 线路交换

      线路交换(circuit switching)的特点是,在开始通信之前通信双方由线路交换中心建立物理连接,维持连接的时间长短取决于消息交换的需要。图14-05是线路交换网络的示意图。在这个网络中,使用2条传输链路(link)把3个线路交换机连接在一起,每条传输链路都有“n条线路”,“n条线路”是指通过时分多路复用技术(time-division multiplexing,TDM)或者频分多路复用技术(frequency division multiplexing,FDM)来获得的,因此每条链路可同时支持n个连接(connection)。每个接收端(如PC机或者工作站)直接连接到其中的一台交换机,或者通过调制解调器直接连接到交换机。我们使用的普通电话也连接到交换机上,但没有在图上表示出来。当两台主机希望通信时,两台主机之间就要建立一个专门的端-端线路连接,每个端-端线路得到1/n的链路带宽。


    图14-05 线路交换的概念

      TDM是数字通信的主要手段。TDM技术把时间分割成许许多多固定的帧(frame),而每一帧又划分成固定数目的时间间隔,称为时间槽(time slot)。当用户A与用户B进行通信时,系统为这对用户指定一个时间槽,仅在这个时间槽里建立连接,每对用户连续占用的资源仅是其中的一个时间槽的带宽,这样就可以使许多用户共用一条传输链路。
      FDM是模拟通信的主要手段。FDM技术把传输线的频带分割成若干部分,每个频带均可作为一个独立的传输信道使用,因此一对传输线上也可以同时有若干对用户进行通话,每对用户连续占用资源的仅是其中的一个频段。采用频分多路复用技术的通信又称为载波通信。在电话网络中使用FDM,每个链接使用4 kHz的带宽,调频广播使用FDM共享微波频谱。
      图14-06简要说明FDM和TDM的概念。从目前的发展趋势看,TDM有取代FDM的可能,美国的大多数电话网络和其他发达国家已使用TDM。


    图14-06 FDM和TDM的概念

      许多人认为,线路交换网络建立链接是使用专用线路,因此在通信处于空闲时浪费了宝贵的通信资源。例如打电话,在对话期间出现长时间停顿时,沿着链接线路上的网络资源(频带或者时间槽)不能由其他链接利用。

    14.3.3 信息包交换

      通常人们把任何一个应用数据块称为消息(message),例如,ASCII文件,Postscript文件,Web页面和声音文件等等。在现代的信息包交换(packet switching)网络中,发送端把整个消息分割成许多小的数据块,经过包装并“贴上”标签之后再发送到网络上。发送到网络上的这种数据包裹称为信息包(packet),比较准确地说,信息包是一个经过包装且具有固定大小的传输单元,这种数据包裹既包含用户的数据又包含按照协议规定加入的标题,而标题中包含有识别号码、发送地址、接收地址等信息。在接收端把接收到的信息包拆开后重新拼接成原来的完整消息。不像点对点的电路交换需要在收发双方建立物理连接,在信息包交换网络上的每个信息包都包含有目的地址,因此一个消息分装成的许多信息包不必都沿着同一条线路到达目的地,也不必同时到达目的地,到达目的地的次序也不必按照发送的次序,那条信道有空就往那里传送。
      发送端把一个很长的消息分割成比较小的信息包之后,在发送端和接收端之间,每个信息包通过通信链路和信息包交换机(packet switches),有时也称路由器(routers)传送到接收端。信息包在每个通信链路上以传输速率同链路传输速率相等的速度传输。大多数信息包交换机在输入端使用存储转发方法(store and forward)把信息包转发到输出链路上,这意味着交换机必须把整个信息包接收完之后才能把信息包的第1位(bit)转发到输出链路上,这样就产生了存储转发时延,时延的长短与信息包的大小(长度)成正比。如果信息包的长度为L,传输链路的数据率为R,时延就为L/R。
      在每台交换机中有多个缓冲存储器,每个信息包在输出到链路之前必须要在链路缓冲存储器中排队,如果在信息包到达时缓冲存储器是空的或者没有其他信息包到达的情况下就不需要排队。因此除了前面介绍的存储转发时延(store-and-forward delays)之外,还要附加信息包的排队时延(queuing delay),它是一个不确定的时延,取决于网络上的拥挤情况。
      图14-07表示一个简单的信息包交换网络。假设主机A和B正在向主机E发送信息包,信息包A和信息包B首先通过28.8 Kb/s链路传送到第一个信息包交换机,然后把它们传送到1.544 Mb/s的链路上。如果在这条链路上出现拥挤现象,这些信息包就在链路缓存存储器中排队等待输出到链路上。输出到链路上的次序不按照任何预先定义的规则,是随机的或者是统计方式的,因此这种信息包交换技术也称为统计多路复用技术,它与每个主机获得相同时间槽的TDM技术截然不同。


    图14-07 信息包交换的概念

      人们对线路交换和信息包交换技术有不同的看法。对信息包交换持不同见解者认为:由于信息包的时延长短不定且不可预测,因此信息包交换技术不宜用在实时服务业务上,例如,电话会议和电视会议。而对线路交换持不同见解者认为:①信息包交换比线路交换能够提供比较好的带宽共享特性,②比较简单,成本比较低。一般来说,人们比较喜欢信息包交换技术。
      信息包交换网络上的第一个国际标准是X.25,它用在模拟线路上,而且对噪声很敏感。后来开发了用于数字线路的帧中继(frame relay)和通过电话网实现的交换式多媒体/多兆位数据服务(Switched Multimedia / Multi-Megabit Data Service,SMDS)。

    14.3.4 消息交换与信息包交换

      如14.3.3节所述,在现代信息包交换(Packet Switching)网络中,消息从一端传送到另一端的过程是发送端把很长的消息分割成比较小的信息包,然后送到网络上。接收端把接收到的小的信息包拆包之后重新拼接成原来的消息。如果发送端不把消息分成小的信息包,而是把整个原始消息发送到网络,信息包交换网络就执行消息交换(message switching),这是信息包交换的一种特殊情况。为了加深对信息包交换和消息交换的理解,下面将对它们做一个比较。
      图14-08说明消息交换的工作过程。假设在接收端与发送端之间有两个交换机和3条链路,由于交换机的工作方式是存储转发方式,在它转发消息到输出链路之前必须要完整地接收整个消息。


    图14-08 消息交换工作原理

      图14-09说明信息包交换的工作过程。同样假设在发送端和接收端之间有两个交换机和3条链路。在这个例子中,假设发送端把消息分割成P1,P2,…,P5共5个信息包,P1已经到达接收端,P2和P3正在网络中传送,而P4和P5仍然在发送端。由于交换机工作在存储转发方式,在它转发信息包到输出链路之前必须要完整地接收整个信息包。


    图14-09 信息包交换工作原理

      信息包交换与消息交换相比,它的一个主要优点是端-端之间的时延要小得多。假设一个消息的长度为7.5 Mbits,在发送端和接收端之间有两个交换机和3条链路,每条链路的数据传输速率为1.5 Mb/s。在网络中不发生拥挤的情况下,消息从发送端到发送端所需要的时间可估算如下。
      (1) 消息交换:由于交换机使用存储转发工作方式,在接收到整个消息之前不能向链路发送任何1位数据,因此消息从发送端到第一个交换机需要7.5/1.5 = 5秒。同样,从第一个交换机到第二个交换机需要5秒钟,从第2个交换机到达接收端也需要5秒钟。如图14-10所示,消息从发送端到达接收端共需要15秒钟。

    图14-10 消息交换时延

      (2) 信息包交换:假设发送端把消息分成5000个信息包,每包含1.5 Kbit。如图14-11所示,5000包从发送端传输到发送端须要花费的时间约为5.002秒。因此可见,信息包交换比消息交换所花费的时间少得多,这是因为信息包交换使用的传输技术是并行传输,而消息交换采用的是串行传输。


    图14-11 信息包交换时延

      使用信息包交换的另一个优点是可大大节省错误处理时间。例如,在消息交换中,当消息中仅有1位数据出错时,整个消息都要重新发送。而在信息包交换中,当出现同样错误时,只需重新传送那个包含错误数据的信息包。因此传送信息包的时间比传送整个消息的时间要少得多。

    14.3.5 面向连接服务与无连接服务

      因特网通常叫做TCP/IP网络,提供两种类型的服务:无连接服务(connectionless service)和面向连接服务(connection-oriented service)。任何一种因特网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的。
      1. 面向连接服务
      在因特网上,应用程序通过使用传送控制协议(TCP)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):当接收端接收到信息包时,接收端向发送端发送一个确认信号,当发送端接收到确认信号时,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他任务或者限于它的处理能力,须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须要限制的速率。
      (3) 拥挤控制(congestion control):当交换机拥挤时,交换机中的缓冲存储器可发生溢出,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。
      由于采用了上述措施,因特网的面向连接服务被认为是可靠的服务,而因特网的无连接服务被认为是不可靠的服务,理由是它不能确保把数据传送到目的地。
      2. 无连接服务
      在因特网上,通过使用用户数据包协议(UDP)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挤控制功能,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传输控制协议(TCP),也就是因特网的面向连接服务。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用户数据包协议(UDP),这些服务包括正在出现的多媒体应用,例如,因特网电话,声音点播,影视点播和电视会议等等。
      TCP和UDP都是传输层的协议,将在第15章作比较详细的介绍。

    14.3.6 网络分类

      远程通信网络的分类大致如图图14-12所示。远程通信网络使用线路交换和信息包交换。在线路交换中,使用频分复用频分多路复用(FDM)技术和时分复用多路复用(TDM)技术来提高传输容量。


    图14-12 网络分类

      信息包交换网络分成两类,一类叫做数据包网络(datagram network),另一类叫做虚拟线路网络(virtual circuit network)。如果信息包按照目的地址发送,这种网络就称为数据包网络,因特网的IP协议就是按照目的地址发送信息包;如果信息包按照虚拟线路号发送,这种网络称为虚拟线路网络。
      数据包网络在许多方面与邮政服务类似。当寄件人发送一封信到目的地时,寄件人把信装入信封,并且在信封上写上带层次结构的收件人地址,如国家-省-市-街道-门牌号-收件人。邮政服务系统就根据信封上的地址把信件送目的地。在数据包网络中,网络上传送的每个信息包都包含有目的地址,它很类似于邮件上的分等级的地址。由于每台信息包交换机都有路由表,当信息包到达网络中的交换机时,交换机就抽出信息包中的目的地址部分,并用该地址在路由表中进行检索,以找出合适的外向链路,然后把信息包送到链路上。
      虚拟线路就是临时创建的通信通路,虚拟线路网络中信息包的传送线路由3个部分组成:①发送端和接收端之间的一系列链路和交换设备,称为路径(path)。②沿着这条路径上的虚拟线路号(virtual circuit number),一个号码对应路径上的一条链路。③沿途交换设备里的虚拟线路转换表中的表项。发送端和接收端之间的虚拟线路一旦建立,信息包就可选择合适的虚拟线路号进行发送。由于虚拟线路在每个链路上有不同的虚拟线路号,中间的信息包交换机必须用新的虚拟线路号替代每个行进中的信息包虚拟线路号。
      数据包网络对某些消息可提供无连接服务,对某些消息可提供面向连接服务。虚拟线路网络一般都是面向连接服务,例如X.25,帧中继(frame relay)和异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)网络。

    练习与思考题

    • 网络上的多媒体通信应用和数据通信应用有什么主要差别?
    • 举例说明多媒体网络应用的特点。
    • 因特网电话和实时电视会议是多媒体网络应用中频繁交互的应用例子,根据人的听觉系统,对延迟小于 毫秒的声音感觉不到有时延,在 毫秒 毫秒之间的时延可以接受,时延超过 毫秒的会话就令人甚感别扭。
    • T1数字网络的总数据传输率,美国定义为 Mb/s,欧洲的T1称为E1,定义为 Mb/s。
    • 借助工具书或者技术参考书的帮助理解信息包(packet)的含义。
    • 总结线路交换、信息包交换和消息交换各有什么特点。
    • 面向连接服务和无连接服务的差别是什么?
    参考文献和站点
    1. Douglas E. Comer. Computer Network And Internet. Prentic-Hall International, Inc.,1997
    2. http://www.seas.upenn.edu (浏览日期:1999年1月)
    3. http://www.real.com/solutions/internet/index.html (浏览日期:1999年1月)
    4. http://www.vocaltec.com/iwave.htm (浏览日期:1999年1月)
    5. http://www.microsoft.com/theater/ (浏览日期:1999年1月)
    6. ftp://gated.cornell.edu/pub/video/html/Welcome.html (浏览日期:1999年1月)
     
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