开发者学堂课程【高校精品课-华中科技大学 -智能媒体计算：多媒体通信的服务质量】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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多媒体通信的服务质量
内容介绍：
一、多媒体通信的服务质量(Qos)
二、速率控制和缓冲区域管理
本次课的主要内容是多媒体通信的服务质量，服务质量叫 QOS，就是 quality of service。
一、多媒体通信的服务质量(Qos)
多媒体网络通信相对于其传统的其他的像文件传输，它有自己的特点，传统的计算机网络通信其实要比多媒体要容易，因此多媒体通信的它挑战性更强，主要是包括以下几点。
（1）多媒体的数据量大，而且是连续传输，比如看视频，不是看一眼就不看了，可能要连续看很长时间。数据的传输也要连续性。
（2）实时性和交互性。实时性，不是拨一下停一下，包括视频电话，语音电话，需要说完就能够进行反馈。交互性，比如打电话，做游戏等等，包括视频电话及聊天，交互性和实时性要求都很高，比如发一个 message 结果半天不回复，发个图片很久不回复，这都影响了使用体验。
（3）速率的波动性很大。它不是一个恒定的速率，比如以一部IPAD4的视频为例，下图是它的速率的波动。它的平均速率是一兆，它最低可能300K，但是最高可能要2600K，整个速率忽高忽低。
服务质量
如何去适应它来保证整个的质量？服务质量，主要受这样几个因素的影响。
（1）带宽。如果带宽小于整个速率的话，也就是说不能在满足速率，不能实时的观看或者收听相应的多媒体的内容，因此带宽首先是要保障的。还有带宽的质量也不能忽高忽低，现在家庭网络里，无论是哪个运营商的，声称50兆或者是100兆。用户自己用的时候，没有真的到达，其实50兆或者是100兆是指峰值速度，就是接入设备具有这样的能力。但是整个互联网有不同的路由段，不同的线路，从一个原地址到一个目的地址，要经过很多段网络，速率最窄的段其实是影响服务质量最重要的一部分。
（2）另外就是延迟。打电话传了很久才传过去，这就是延迟太久影响了服务质量。
（3）包丢失或者错误。也就说本来视频发过去了，结果传输过程中丢掉了。或者语音整个的意思都变了。
（4）抖动。忽好忽坏，比如视频质量一块好一块坏，语音也是同理。
（5）同步的偏移，视频语音和图像是同步的，结果传过来的时候错位了，就像说话的时候的嘴型。和听到的不一样，用户的感受也是很差的，严重影响了服务质量。
而这些都要保证的话，还是有一定难度的，早期的互联网受限于带宽等等一系列因素，多媒体的实时传输是不可能。最近十年应该说是发展最快速，用的最好的，现在的微信电话像的各种会议系统，可以保证非常好的质量。
3.多媒体服务等级
不同多媒体应用具有不同 QOS 要求。比如电话速率16K 就可以，音频会议32K，CD这种质量的这种音频数据量就大，以此类推，视频不同质量，从 mpeg-1到高清视频数据量逐渐增大，视频会议比看多媒体，看片子，看 vod 要更难，它有一个很强的交互性，开会，不同领导发言，除了传画面之外，还要保证交互之间的质量，实际上，不仅能够要保证它的同步，还要保证实时性。
4.多媒体服务等级例子
多媒体服务的服务等级，举几个例子，比如语音和视频电话是双向通信的。那么低延迟，低抖动是他的要求，还有具有优先交付的需求。希望数据包到那，应该先把包转发掉，因为要求实时性高。
第二个，网络浏览和在线游戏，网络浏览要容易一点，但在线游戏适当的延迟和抖动浏览是没问题的，严格的排序和同步在游戏里面是肯定的，双向互动流互动要保证，游戏互动性很强，在网络的那一端是是认识的好朋友或者不认识的人，跟人之间的一个通过虚拟线路连接，因此它的交互性要很好。
还有一个就下载或者是传输大文件，它就不需要实时了，比如BT下载等，无传输保证，所以说像这种可以在后半夜不管它，让它去下载。
5.用户感知服务质量
像语音，视频，电话都是同时就要求数据的高质量的传输，那么不同的应用，有一个叫用户感知的质量，前面讲带宽，抖动延迟，丢包，同步是一些技术参数，而真正影响服务质量的还有一个就是感知的服务质量。
（1）多媒体的 Qos 与用户感知密切相关。用户感知服务质量就是用户如何感知，对哪些敏感很重要，分析这些感知，要优先的保障用户感知敏感的。
（2）利用感知问题实现网络多媒体最佳 Qos。
规律性的错误或者是低质量比延迟显得更重要。对人的感觉来讲，抖动和质量的波动比长时间等待更让人讨厌，视频时好时坏，一会卡一会不卡，还不如长时间等待，一开始播放的时候等几分等几分钟，一旦过了这几分钟之后连续的播放，是可以忍受的。不能忍受的是一开始播了几分钟停了，再过几秒钟又停了，如果是这样的服务的，很快就被用户中断掉。
视频的同顺序和同步比质量更重要。可以质量图像的分辨率低一点，但是顺序不能搞错。说这句话的时候出的画面是另外一个，这种用户的感受是受不了的。
还有一个就是同一时间，人们往往集中在一个主题上，如果是多个主题的话，就要区分哪个主题更重要，资源有限的情况下，把用户感兴趣主题优先保障好。
在画面上，用户通常对于屏幕中间画面更关注，意思就是说，如果带宽不够，应该把图像分块以后，中间区域应该高质量，四周可以质量低一点。这不影响或者在感觉上影响会小一点。
6.传统的 IP 是一个只提供尽力而为的服务，不区分应用程序，在庞大的互联网里面，很难保证每个程序的 qos。为了避免这种尽力而为的情况，保证QoS有两个办法。
（1）一个叫综合服务，intserv，就是细力度的为每个流指定元素来保证服务，每个路由器实现intserv ，每个程序都要单独预定。它用的协议叫资源预留协议RSVP，作为底层的实现机制，使用起来相对复杂。
（2）第二个叫做差分服务，differserv，相对简单可靠，它是一个粗力度的，基于分类机制的，通过把流分成若干类不同的类别，给予不同的服务质量的保证。实现起来比每一个应用程序，都去预留这种预定这样的服务要简单的多。
7. 综合服务
intserv 里边 RSVP，由接收方发起，RSVP 只创建软状态，比如下图，S1要发送到 R1 R2 R3，那么他会把路径指定出来了，么接收方就分别要发送你的预定的相关服务，消息给每个路由器，R1发一个回去，R2再发一个回去，R3发一个回去，要提前做好。
8.差分服务
（1）差分服务是基于流量的聚合和分类的原理，
（2）如何操作？就是它定义了一类流量的分类与流量分类相关的分组转发的属性，由网络层的路由器来实现逐跳的转化 PHB。
（3）通过定义不同的 PHB，就为不同的多媒体数据提供不同的服务。举个例子，比如对于非压缩的音频，音频位流根据优先级可以分割，包含 N 个样本的组，并且发送N组中的 K 组。如果需要，则要求接收方再插入缺失的组，就是先分了优先级。对于jpeg 图像，尤其是渐进式的 jpeg 不同扫描和分层的 jpeg，不同的分辨率可以提供不同的服务质量。
怎么解释？压缩的时候 DC 系数就是直流分量很重要，还有交流分量 AC 的前几个很重要，DC 和抓住了图像的主要的元素，而前几个 ac 如果保证了，整个图像的大部分的内容就都保留了，因此像这样的数据应该优先保证最佳的服务，剩下 ac 的系数网络允许再保证它，网络不允许先保证参数，最起码 DC 保住。
对于压缩的视频流为了减少播放的延迟和抖动，为帧的接收要进行分类，比如说M派的图像里面，有 I 帧，B 帧和 P 帧，应该优先保证，I 帧，B 帧是优先级最低的，I帧是帧内图，它不依赖于其他的图，如果 I 帧如果缺失，B 帧就不能够解压缩出来。图像就会出现马赛克，（4）、相比于综合服务，差分服务的细节控制，会更简单，使用起来更方便，在实际应用里差分服务服务质量的保证方式广泛使用。
二、速率控制和缓冲区域管理
1.使用缓冲区的原因
缓冲区在整个的多媒体应用里面起了非常重要的作用，为什么要使用缓冲区？主要是速率的问题和服务质量保证的问题。
（1）综合服务和差分服务使用有限。由于速率的变化，使得服务质量的这两类服务都难以保证多媒体的服务质量。
（2）速率的变化有两种，一种是恒定的，希望速度保持不变。但实际上全是速率是可变的，原因有两种，一种数据源本身，拍视频压缩之后，它有的地方很低，有的地方又很高，实时的在在波动。还有网络本身，它的路况也就是整个传输带宽，根据不同的负载和用户数，也在波动。就好比马路上的汽车，开车的人很难保证每辆车的速度一样，同时路也是，有的时候拥挤，有的时候会流畅，速率在不断的变化，服务质量很难保证，而用户又希望看到的视频，听到的音频都是实时稳定的、高质量的，这个时候只有一个办法，就通过缓冲区来把速率的波动给弥补了。
2.缓冲区
使用缓冲区策略来应对波动以及可变位率。就是把所谓的缓冲区，就是提前把有些数据存到终端上来。下图是一个速率变化，
当传输的带宽比速率低的时候，有些数据接收不到，服务质量就下降了，这时候就应该把多余的低的部分，提前放到缓冲区里面，当带宽低的时候，就从缓冲区里面去读数据。
关于缓冲区怎么去管理，后面会有专门的一节课去讲，这节课记住，速率的波动，是通过缓冲策略保证的，就类似于要到某一个地方去参加会议，指定了时间，怎么样才能保证按时到达，因为不知道路上的情况，但是以通过统计的数据知道在特定时间段会堵车，就要提前出发，早点走来弥补的速率的变化，如果不堵车的话，可以晚一点走，早走晚走就类似于缓冲区，早走多长时间，要根据当时的路况，也说缓冲区到底缓冲多少数据是根据整个网络传输的情况来确定的。
