第七章多媒体计算机硬件及软件系统结构

§ 5.1 多媒体个人计算机多媒体技术基础及应用

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第七章多媒体计算机

硬件及软件系统结构


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本章要点1. 多媒体电子出版物创作过程和应用

领域。2. 多媒体视频会议系统及相关问题。3. 多媒体数据库与基于内容检索的基

本概念。

§ 7.1 多媒体电子出版物的创作多媒体技术基础及应用

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第一节多媒体电子出版物的创作


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多媒体电子出版物的概述出版物的主要分类：传统的纸介出版物；非纸介出版物：

缩微胶片、音带、像带等；电子出版物：

以电、磁、光等数字存储的类型。


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多媒体电子出版物的概述多媒体电子出版物：

以图、文、声、像等多种形式表现并且由计算机及其网络对这些信息以内在的统一方式进行存储、传送、处理及再利用的电子出版物。


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多媒体电子出版物的概述多媒体电子出版物是把多媒体

信息经过精心组织、编辑并存储在光盘上的一种电子图书。


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多媒体电子出版物具有的优点① 存储容量大；② 媒体种类多；③ 运输携带方便，可长期保存；④ 检索迅速；⑤ 及时传播；⑥ 价格低廉。


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多媒体电子出版物包括◎ 电子图书； ◎电子新闻报纸；◎ 广告； ◎手册及说明书；◎ 电子图画； ◎电子公文或文献；◎ 电子期刊； ◎电子声像制品等。


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电子出版物的应用类型之一教育应用

这方面的光盘片涵盖了少儿故事、自然科学、音乐、语文、文学及历史等类。


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电子出版物的应用类型之二电子图书

电子图书包括电子字典、百科全书、经典及参考杂志等。

这类图书数据庞大，内容丰富。还可在其间增添多媒体数据。以光盘协助查找，既快速又准确。


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电子出版物的应用类型之三旅游与地图

可以以电影或电视记录片为基础，加上文字、动画、地图等资料，使观众更能获得完整的信息。

它允许由用户自己来控制选择参观的地方与参观的速度。

可附加交通住宿等相关信息，成为导游利器。


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电子出版物的应用类型之四家庭应用

在家庭中只要有一台多媒体计算机及光盘机，便可以将许多以往在电视、电影及画报上看不到的东西以及多种多样的信息，利用多媒体光盘片来获取从而增加知识，并且也可以达到全家同乐的效果。


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电子出版物的应用类型之五商业

协助商业界来训练员工。展示商品或举办展览会。还可以提供顾客查询并可自动答询的信息渠道。


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多媒体电子出版物的创作流程多媒体电子出版物创作队伍的

组织与管理多媒体电子出版物工艺过程


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创作队伍的组织机构一般由编导、文字编辑、美术

编辑、音频编辑、视频编辑和软件工程师组成。


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多媒体电子出版物工艺过程

选题组织资源编写多媒体脚本编辑资源系统制作产品测试及优化生产与发行


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选题1. 选题原则

2. 选题时应考虑的问题


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组织资源1. 资源包括多种媒体信息；2. 组织资源就是搜集、整理资源；3. 严把质量关，保证资源的准确性、完整性和权威性。


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编写多媒体脚本1. 多媒体脚本是多媒体出版物的核心；

2. 产品不同，脚本格式和表现方式各异；

3. 把握住多媒体的本质特征——集成性和交互性。


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编辑资源就是把组织好的资源变成计算

机能够接受的资源。即文字、图形、图像、声音、动画、录像等资料的输入。


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系统制作1. 由软件工程师根据编写好的脚

本，将各种制作好的多媒体资料利用编辑工具、著作工具等进行集成，生成最终产品。

2. 选择合适的著作工具。


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产品测试及优化1. 制作过程中和制作完成后必须进

行彻底的检查，改正错误，修补漏洞。

2. 进行优化，如版式是否美观，速度可否提高等等。

测试内容：内容正确性、系统功能、执行效率、兼容性等。


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生产发行主要工作：1. “烧”金盘；2. 生产厂制作母盘；3. 准备和制作说明书、包装物以

及宣传材料等。

§ 7.2 多媒体会议系统多媒体技术基础及应用

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第二节多媒体会议系统


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多媒体会议系统在同一线路上承载了多种媒体信

息：视频、音频和数据等；以点对点（或多点对多点）实现实时交互式通信；

可将不同地点与会人员的活动情况、会议内容及各种文件以可视新闻的形式展现给各个分会场。


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视频会议系统的结构按节点数量，视会系统可分为：

点对点视频会议系统多点视频会议系统


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点对点视频会议系统点对点视频会议系统支持两个

节点间视频会议通信功能其主要业务是：1. 可视电话2. 桌面视频会议系统3. 会议室型视频会议系统


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可视电话是在现有公话网上使用的具有双工视频传送功能的电话设备。

由于电话网带宽的限制，可视电话只能使用较小的屏幕和较低的视频帧率。例如使用 3.3 英寸的液晶屏幕，每秒钟可传送 2 ～ 10帧画面。


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桌面视频会议系统它利用用户现有的台式机平台以及网络通信设备和远地另一台装备了同样或兼容设备的台式机通过网络进行通信，这种系统仅限于两个用户或两个小组用户使用。


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桌面视频会议系统（例） Intel的 PPCVS 200是这类系

统的一个典型示例，这是一种点对点的个人视频会议系统，支持ISDN和 LAN的连接，采用硬件压缩，软件解压，为了方便协同工作，还提供共享笔记本和共享应用程序。


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会议室型视会系统在该系统的支持下，一群与会者集中在一间特殊装备的会议室中，这种会议室作为视频会议的一个收发中心，与远地的另外一套类似的会议室进行交互通信，完成两点间的视频会议功能。


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会议室型视会系统 ( 续 )一套典型的系统一般应包括：1. 一台或两台大屏幕监视器；2. 高质量摄像机；3. 高分辨率的专用图形摄像机；4. 复杂的音响设备；5. 控制设备及其他可选设备。


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多点视频会议系统允许三个或三个以上不同地点

的参加者同时参与会议。其关键技术之一是多点控制问

题。


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多点视频会议系统(续 )

多点控制单元（MCU）在通信网络上控制各个点的视频、音频、通用数据和控制信号的流向，使与会者可以接收到相应的视频、音频等信息，维持会议正常进行。


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视频会议系统的结构视频会议系统的结构参见主教材 P.281图 7.5。

其主要组成部分：◎ 视频会议终端 ◎多点控制器◎ 控制管理软件 ◎信道 (网络 )


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视会系统终端的功能完成视频信号的采集、编辑处理

及显示输出、音频信号的采集、编辑处理及输出、视音频数字信号的压缩编码和解码，最后将符合国际标准的压缩码流经线路接口送到信道或终端中。


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视会系统终端的功能(续 )

终端还要形成通信的各种控制信息：同步控制和指示信号、远端摄像机的控制协议、定义帧结构、呼叫规程及多个终端的呼叫规程、加密标准、传送密钥及密钥的管理标准等。


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多点控制单元MCU 是视频会议系统的关键设备；

其主要功能是对视频、语音及数据信号进行切换。


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多点控制单元（续）例如它会把传送到 MCU 的某会场发言者的图像信号切换到所有会场。

对于语音信号，若同时有几个发言，可以对它们进行混合处理，选出电平最高的音频信号，切换到其他会场。


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MCU的主要组成部分网络接口单元、呼叫控制单元、

多路复用和解复用单元、音频处理器、视频处理器、数据处理器、控制处理器、密钥处理分发器及呼叫控制处理器。


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视频会议系统的服务质量QoS是满足视频会议系统需求的核心问题，视会系统要把用户的服务请求映射成预先规定的QoS参数，进而与系统和网络资源对应起来，通过资源的分配和调度满足用户的应用需要。


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视会系统资源分配与管理资源的分配和调度可以选用资源的

静态管理和动态管理去完成。静态管理： QoS的协商和解释、资源许可、资源的保留和分配及资源的释放。

动态管理：进程管理、缓冲区管理、传输率和流量控制及差错控制。


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视会系统的安全保密系统安全保密系统的主要组成部分是

加密模块和解密模块；加密模块是将会议终端用户数据

加密后形成加密数据在网络上传输；

解密模块接收加密数据进行解密得到用户数据。


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加密和解密模块的核心其核心是密钥的生成和管理；密钥生成的核心是加密算法；加密算法不包含在国际标准的

建议中，它由视频会议系统设计者研制或选用。


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视频会议系统的标准视频会议系统各种产品必须符合相

应的标准才能互相连接通信。国际电信联盟 (ITU)，主要任务是

制定通信标准。 ITU 包括了著名的国际电报电话咨询委员会(CCITT)，现改名为国际电信联盟 __ 电信标准化部门 (ITU_T)。


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视频会议系统的标准(续 )

关于视频会议最著名的标准是 H.320系列和 T.120系列建议。

H 系列的建议和标准是专门针对交互式电视会议业务而制定的 ;

T 系列是针对其他媒体的管理功能作出规定。

1994 年 Intel 等 90 多家公司又联合制定了一个个人会议标准 PCS。


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H.320系列标准 H.320系列标准是会议系统中应用最早，最为成熟的协议 ;

支持 ISDN， E1， T1，带宽从 64kb/s到2Mb/s;

几乎所有会议系统厂家都支持。甚至目前许多 LAN会议系统产品如Intel 的 Provision ， Insoft 和 Communique等也支持 H.320。


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H.320系列标准 (续 )

H.320系列标准包括了视频、音频的压缩和解压缩，静止图像，多点会议，加密及一些改进的特性。


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H.320的组成1. 通用体系2. 音频3. 多点会议4. 加密5. 数据传送等目前包括 15个标准


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H.323系列标准 H.323 描述无 QoS保证的 LAN多媒体通信终端、设备和服务。

H.323 终端、设备可携带实时语音、数据、视频或其任意组合。


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H.323系列标准（续一）

其中无 QOS保证的 LAN包括以太网、快速以太网， FDDI，令牌环等。

其 LAN可以是一个网段或环，也可以是复杂拓扑结构的多个网段。

但多个网段（包括 Internet ）可能会导致很差的性能。


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H.323系列标准（续二）

H.323 终端可以是计算机或单独的设备（如视频电话）；

其中语音是必须支持的，数据和视频则是可选的。


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H.324系列低速率通信标准 H.324 低速率多媒体通信终端

用于在 GSTN 上使用 V.34 Modem 传输实时语音、视频、数据会议系统标准。

它包括视频、音频、复用、控制和安全保密等五个部分。


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T系列标准 T.120 是国际电信联盟通信标

准部开发的系列国际标准 ; 此标准是为多点和多媒体会议

系统中发送数据而制定的 ; T.120 也为连接白板和非会议

电视应用及文件传输提供了应用规范。


55

T.120的模型 T.120 模型规定了一个通信的

基础结构和在此基础上的应用规程。

该模型遵循 ISO( 开放系统互连 )七层模型，每一层向上一层提供业务并向上一层发送由低层提供业务使用的数据。


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T.120模型（续一）T.120 通信基础结构设计灵活，能同时处理多个独立的应用，

允许与：电路交换的通信网络基于分组的局域网数据网

任意组合进行连接。


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T.120的组成部分T.120由三部分组成： T.123传输规程框架多点通信业务（MCS） T.124 普通会议控制


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T.120的组成部分之一 T.123传输规程框架

规定了不同的网络之间的连接。包括在物理层使用的 V系统标准调制解调器的公共交换网；

使用 X.25规程的分组交换数据网； ISDN和电路交换数据网，网上的语音、电视根据 H.221 、 H.320 的成帧规程复

用。


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T.120的组成部分之一多点通信业务（MCS）

包括 T.122 业务定义和 T.125规程规范。

提供面向连接的业务，与 T.123传输堆栈操作无关。


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T.120的组成部分之一多点通信业务（MCS）

(续 ) MCS在 OSI的会话层，将多个点对

点传输连接分到多点通信领域。在MCS域内的节点按层次组织，向

上连到多点控制单元（MCU）， MCS可以是台式的或独立设备中的

一个独立节点，如会议桥。


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T.120的组成部分之一T.124 普通会议控制（ GC

C） GCC可以用指定某种业务和管理

多点会议来提供会议能力。这种能力包括建立和终止会议，

多种应用中的协商能力和提供通用会议的管理能力。

GCC也装备了安全机制。


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PCS标准由 Intel等计算机和通信公司联合成立

的个人会议工作组（简称 PCWG）。于 1994 年制定了个人会议标准（简称 PCS ），适合于任何网络（数字、模拟、 LAN或 WAN）。

此标准包括 PCS’ST120、 ITU1 桌面系统多点电视会议视频压缩协议。


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PCS标准（续）与 H.320 不同， PCS 是专为个人

计算机制订的，并与各种个人计算机标准兼容，其中包括 TAPI和 TSAPI 两种电话 API， Intel公司的 Indeo 编码和解码器及 Microsoft公司的 DVI图形／图像标准接口。


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多点控制单元 (MCU) MCU( 亦称桥接设备 ) ，它支持

位于不同地点的多个成员协同工作。

它是视会系统的关键设备用于对图像、声音、数据信号进行切换；


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多点控制单元 (MCU)(2)

MCU对视频信号采用直接分配的方式进行切换；

对数据信号采用广播方式将某一会场的数据切换到其他会场；

对于语音，若只有一个声音则直接将其切换到其他会场，否则混合后选出电平最高者予以切换。


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功能：将各终端送来的信号进行分离，抽取出音频、视频、数据和信令信号，分别送相应的处理单元，进行音频混合或切换、视频切换、数据广播和确定路由选择、定时和处理会议控制等，处理后的信号由复用器按 H.221格式组帧，发往相应端口。


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MCU与终端之间的连接方式：星形哑铃形MCU星形分层结构。


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MCU的控制模式在多点会议电视系统进行会议控制

时，可以采用1. 语音控制2. 强制显像控制3. 主席控制等三种方式。


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MCU的控制模式语音控制模式

语音控制模式为全自动工作模式。 MCU 从各个会场终端送来的数据流

中题取出音频信号，在语音处理器中进行电平比较，选出电平最高的音频信号，将其发言人的图像和语音广播到其他会场。

采用时延和延时避免干扰。


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MCU的控制模式强制显像控制模式

该模式又称演讲人控制模式。欲发言者 (演讲人 )通过编解码器向MCU提出请求 (按钮 /键等 )。

若MCU认可则将其音影播出去；同时给发言人一个“已播放”的回馈信号；

言毕，MCU自动恢复到音控模式。


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MCU的控制模式主席控制模式

会议主席掌握行使控制权的令牌，主MCU认可该令牌。

主席可点名某分会场发言并与它会话，其他会场接受图像和声音；

分会场发言需向主席申请；若主 MCU 收回令牌则原主席失去权

力，其所在会场便不再是主会场。


72

视频会议系统的控制T.124 建议（通用会议控制）提供了会

议管理和对声像与视听终端及 MCU进行控制的高层框架。它与：

T.122(多点通信服务 ) T.123(网络特定传输规程 ) T.125(多点通信服务规程 )一起建立和管理会议控制的机制。


73

T.124 建议的基本内容

含以下通用会议控制功能组件：1. 会议建立与结束2. 管理会议名表3. 管理应用名表4. 应用登记服务5. 会议指挥


74

视频会议系统的服务质量视频会议系统是一种分布式多媒体信息管理系统。

要求它能快速传送视音频和数据；要求它能够满足一定的服务质量；为此，在业务执行过程中需对计算机、

网络、 MCU以及终端的各种资源进行控制和管理。


75

视频会议系统需要高数据吞吐量

实时性

服务质量保证


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高数据吞吐量视频会议系统中的视频和视频数

据的特性需要高的数据吞吐量；即使经过压缩，视频数据流也需

要 64～ 2000kbps 的数据率。


77

实时性视频会议系统的终端要同时播放

视频、音频和数据信息；这些信息之间存在着严格的时间

要求；因此需要为无差错传送提供时间

保证。


78

服务质量保证用户在使用视频会议业务时总会同其他业务进行对比，如果不能提供一定的服务质量保证，用户就会选择其它种类的业务。


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视频会议系统的服务质量视频会议业务和多媒体业务一样都

是多样化的；为了能够定量的描述这些需求和业务，往往采用参数化；

ISO采用服务质量 (QOS)来描述。 QOS的研究主要集中在 QOS 管理、

QOS 标准和 QOS 主客观的统一等。


80

QOS管理 QOS 管理是指计算机和网络系统采用一定的方法，满足用户应用的服务请求，并保证 QOS 的过程。


81

QOS协商上述过程中，计算机和网络系统将服务请求映射成一些预先定义的 QOS参数；

并进而与系统和网络的资源对应起来，通过资源的分配和调度，满足用户的应用需求；

这一过程叫QOS协商。


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QOS重协商QOS协商有时可能不成功，其源可能是：

系统和网络无法完全满足带宽、延迟和正确率的要求，

此时通常就要进行 QOS的重协商。重协商主要是确定可否降低 QOS。


83

OSI-RM的 QOS参数在 ISO 的七层计算机通信

参考模型OSI-RM 中定义了一些数据通信应用的、局限在会话层和传输层的静态参数。

OSI-RM中将QOS参数分为面向功能和非面向功能的两类。


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OSI-RM的 QOS参数 ( 续一 )

ISO定义的这些 QOS参数 , 在实际应用中只允许用户应用将高层的 QOS 参数简单不变地映射到底层。

并且，为传输层定义的 QOS 参数都是局限于会话的各个阶段的。


85

用户层的 QOS参数在用户层，一个网络多媒体系统

可能包含三个抽象层：应用层系统层（通信和操作系统）设备层（网络和多媒体终端设备）

以上三层都需要考虑QOS。


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应用层的 QOS参数应用层 QOS 参数描述了应用业务的需求，通常用媒体质量和媒体关系来说明；

媒体质量包括源和接收设备的特性，如端对端的延时；

媒体关系说明媒体间的关系，如同步关系，转换流和流内的关系。


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系统层的 QOS参数它们描述从应用层 QOS得到的关于通

信和操作系统的需求；以定量和定性的形式给出；定量标准有 b/s 数、允许误差率、任务

处理时间和数据单元大小等；质量判定准则说明期望的业务，如流间同步、按序数据传送、错误恢复机制和调度机制等。


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网络层的 QOS参数网络层 QOS可以用网络负荷及网

络特性来说明；网络负荷指正在进行的服务需求，如像机到达时间；

网络特性如延时、带宽和抖动；网络服务依赖域网络业务量模型（连续请求个数）和业务参数如峰值数据传输率或突发长度等。


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设备QOS参数设备QOS参数，如媒体的数据

传输率等。如未明确指明 QOS参数，则采用最佳服务。


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视会系统的资源 (1) 视频会议系统是一个复杂的计算机

网络系统；分布在计算机上的资源包括处理器、

总线、内存、进程、线程、网络接口和磁盘空间等；

在路由器和交换机上的资源有处理器、总线、缓冲区和数据端口等。


91

视会系统的资源 (2)也可分为静态资源和动态资源；动态资源提供各种业务，如 CPU 或处

理各种协议的网络适配卡；静态资源标志了动态资源所需要的系统

能力，如主存（缓冲空间）或带宽（链路吞吐量）。

资源可被一个进程独占，也可共享。


92

视会系统的资源管理资源由视会系统的资源管理子系统进行管理，它包括主机和网络节点之间的资源管理协议，用它交换有关资源的信息。

资源管理的目的是保证多媒体数据的传输。


93

资源管理的三个内容在会议建立过程中保留和分配资源以保证服务质量能够满足；

在多媒体数据传输过程中，采用适当的QOS服务策略进行资源分配；

视频会议的各个阶段要进行相应的资源改变。


94

资源的静态管理在数据发送前，用户需求必须和管理系

统通信，以协商QOS参数；如有分歧，在层间说明和解释；最后所需资源须在发送和接收方之间的

通路上进行允许、保留和分配。会议结束后要释放资源。


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资源的动态管理1. 如果已经完成了 QOS的协商和资源需求的分配，资源管理器必须支持资源在传输期间的可访问性。

2. 满足时间、空间、设备、频率和可靠性需求的工作属于不同的管理部件，如进程管理器、缓冲管理器和流量控制器等。


96

视频会议系统的安全保密视频会议系统会变成协同合作、信息交流越来越方便的手段；

会议内容常会涉及许多国家机密、军事情报、商业秘密及私人信息；

安全保密是一个重要问题。


97

视频会议系统安全保密结构原理

1. ITU-T 在 1993 年制定的声视业务安全系统建议 H.233 适合窄带业务，并遵守 H.221 、 H.230和 H.242建议。

2. 安全系统应用于两个终端或一个终端和一个 MCU 之间的点对点连接，也可以扩展到多点环境中。


98

视频会议系统安全保密结构组成

1. 其主要组成部分是加密和解密模块；

2. 加密模块接收终端用户数据进行加密；

3. 解密模块接收加密数据进行解密得到用户数据。

4. 密钥的产生和管理没有太多规定。


99

视频会议系统安全保密系统应包括的功能

1. 秘密性：对于非法接收者来说，密文不可破译；

2. 可验证性：可验证信息来源的合法性；

3. 完整性：可验证信息是否被更改、取代或删除；

4. 不可否认性：发送方对发送的信息不可否认。


100

视频会议系统安全保密系统的密钥

按照加密密钥和解秘密钥的对称性分类为：

1. 对称密码系统（又称传统密码或私钥密码）；

2. 非对称密码系统（即公钥密码）；3. 混合密码系统其对比情况请参见主教材P.312表 7.8 。


101

7. 应用层6. 表示层5. 会话层4. 传输层3. 网络层2. 链路层1. 物理层

OSI modelISO 的OSI参考模型


102

The End

同同同同同同同

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第 七 章 多媒体计算机 硬件及软件系统结构

第七章多媒体计算机硬件及软件系统结构