通信终端相关知识

第3章 通信终端l 3.1 音频通信终端l 音频通信终端可以是应用于普通电话交换网络PSTN的普通模拟电话机、录音电话机、投币电话机、磁卡电话机、IC卡电话机，也可以是应用于ISDN网络的数字电话机以及应用于移动通信网的无线手机，此外，具备声卡的计算机在软件支持下，也可完成音频通信终端的功能。l 3.2 图形、图像通信终端l 传真机l 扫描仪和打印机l 数码相机l 3.3 视频通信终端l 3.3.1 彩色电视摄像机彩色摄像机主要是由光学系统、摄像管(或固体成像器件)、视频处理电路、同步信号发生器以及彩色信号编码器组成，如图3.1所示。对广播电视摄像机来说，彩色景物的光像由变焦距镜头摄取，通过中性滤光片(为得到适宜的光通量)和色温滤光片(将不同照明光源的色温转换为摄像机所要求的色温)后进入分色梭镜，被分解为红、绿、蓝三个基色光像。三基色光分别投射到相应成像器件靶面而转换成电图像。当使用摄像管时，管内电子束在偏转系统与聚焦系统作用下，实现良好的聚焦与扫描，从而获得符合一定扫描标准的，随时间而变化的电信号。l 3.3.2 多媒体计算机用摄像头其光学系统一般使用较为廉价的塑料镜头，成像器件采用单片CCD或CMOS固体成像器件。按照其信号输出形式，可分为模拟摄像头和数字摄像头两大类。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过视频采集卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用；数字摄像头可以直接捕捉活动影像，然后通过USB或IEEE 1394接口传到计算机里，无需另外的视频采集卡。 目前，多媒体计算机所用摄像头基本以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主。l 3.3.3 视频显示终端彩色电视接收机、视频监视器以及计算机显示器是目前主要的视频通信终端设备。 彩色电视接收机一般是由高频调谐器、中频通道、视频通道、视音频检波、伴音通道、同步扫描电路、显像管、偏转线圈、扬声器以及电源系统构成，如图3.2所示。3.4 数据通信终端1. 网络终端网络终端(NT)是用户传输线路的终端装置，它是实现在普通电话线上进行数字信号转送和接受的关键设备，是电话局程控交换机和用户的终端设备之间的接口设备。该设备安装于用户处，是实现N-ISDN功能的必备终端。网络终端分为基本速率网络终端(NT1)和一次群速率网络终端(NT2)两种。NT1向用户提供2BD二线双向传输能力，它完成线路传输码型的转换，并实现回波抵消数字传输技术。NT2主要提供30BD的四线双向传输能力，完成定时和维护功能，应用于ISDN小交换机。2. ISDN用户终端1. 数字电话机2. ISDN终端适配器（TA）3. ISDN路由器3.5 多媒体通信终端l 3.5.1 多媒体终端形式1. 多媒体计算机终端多媒体通信终端要求能处理速率不同的多种媒体， 能和分布在网络上的其他终端保持协同工作， 能灵活地完成各种媒体的输入/输出、 人机接口等功能。 而多媒体计算机是能够对文本、 音频和视频等多种媒体进行逻辑互连、 获取、 编辑、 存储、 处理、 加工和显现的一种计算机系统， 并且多媒体计算机还具备良好的人机交互功能。这些特点有利于将其改造为多媒体通信终端， 在多媒体计算机系统上， 增加多媒体信息处理部分、 输入/输出部分以及与网络连接的通信接口等部分， 就构成了基于计算机的多媒体通信终端。 从这个意义上可以将基于计算机的多媒体通信终端看成是多媒体计算机功能的扩展。 图8.7-1所示是基于计算机的多媒体通信终端组成框图， 它主要包括主机系统和多媒体通信子系统两个部分。 图 基于计算机的多媒体通信终端框图 主机系统是一台计算机， 包括主处理器、 存储器、 应用程序、 文件系统接口、 外设接口、 网络接口、 人机交互接口和显示接口等等。 多媒体通信子系统主要包括通信网络接口、 多媒体信息处理和存储器等部分。 其中， 多媒体信息处理包括： 视频的A/D、 D/A、 压缩、 编解码， 音频的A/D、 D/A、 压缩、 编解码， 各种多媒体信息的成帧处理以及通信的建立、 保持、 管理等等。 用这样的终端设备可作为实现视频、 音频、 文本的通信终端， 例如， 进行不同的配置就可实现可视电话、 会议电视、 可视图文、 Internet等终端的功能。 2 基于计算机的多媒体通信终端的软件平台 多媒体通信终端不仅需要强有力的硬件的支持， 还要有相应的软件支持。 只有在这两者充分结合的基础上， 才能有效的发挥出终端的各种多媒体功能。 多媒体软件必须运行于多媒体系统之中， 才能发挥其多媒体功效。 多媒体软件综合了利用计算机处理各种媒体的新技术(如数据压缩、 数据采样等等)， 能灵活地运用多媒体数据， 使各种媒体硬件协调地工作， 使多媒体系统形象逼真地传播和处理信息。 多媒体软件的主要功能是让用户有效地组织和运转多媒体数据。 多媒体软件大致可分成四类。1） 支持多媒体的操作系统 操作系统是计算机的核心， 它控制计算机的硬件和其他软件的协调运行， 管理计算机的资源。 因此， 它在众多的软件中占有特殊重要的地位， 它是最基本的系统软件。 所有其他系统软件都是建立在操作系统的基础上的。 操作系统有两大功能： 首先是通过资源管理提高计算机系统的效率， 即通过CPU管理、 存储管理、 设备管理和档案管理， 对各种资源进行合理的调度与分配， 改善资源的共享和利用状况， 最大限度地发挥计算机的效率。 其次， 改善人机接口向用户提供友好的工作环境。 操作系统是用户与计算机之间的接口。 窗口系统是图形用户接口的主体和基础。 窗口系统是控制位映像、 色彩、 字体、 游标、 图形资源及输入设备。 为多媒体而设计的操作系统， 要求易于扩充、 数据存取与格式无关、 面向对象的结构、 同步数据流、 用户接口直观。 这是在操作系统的层次上支持和增设的多媒体功能。 2） 多媒体数据准备软件 多媒体数据准备软件主要包括以下几个部分： 数字化声音的录制软件； 录制、 编辑MIDI文件的软件； 从视频源中获得图像的软件； 录制、 编辑全动视频片段的软件等等。 3） 多媒体编辑软件 多媒体编辑软件又称为多媒体创作工具， 它的主要作用是支持应用开发者从事创作多媒体应用软件。 一套实用的多媒体编辑软件， 应具备以下功能： (1) 编程环境： 提供编排各种媒体数据的环境， 能对媒体元素进行基本的信息控制操作， 包括循环分支、 变量等价及计算机管理等。 此外， 还具有一定的处理、 定时、 动态文件输入/输出等功能。 (2) 媒体元素间动态触发： 所谓动态触发， 是指用一个静态媒体元素（如文字图表、 图标甚至屏幕上定义的某一区域）去启动一个动作或跳转到一个相关的数据单元。 在跳转时用户应能设置空间标记， 以便返回到起跳点。 多媒体应用经常要用到原有的各种媒体的数据或引入新的媒体， 这就要求多媒体编辑软件具有输入和处理各种媒体数据的能力。 (3) 动画： 能通过程序控制来移动媒体元素（位图、 文字等）， 能制作和播放动画。 制作或播放动画时， 应能通过程序调节物体的清晰度、 速度及运动方向。 此外， 还应具有图形、 路径编辑， 各种动画过渡特技（如淡入淡出、 渐隐渐现、 划入划出、 透视分层等）等能力。 (4) 应用程序间的动态连接： 能够把外面的应用控制程序与用户自己创作的软件连接， 能由一个多媒体应用程序激发另一个应用程序， 为其加载数据文件， 然后返回第一个应用程序。 更高的要求是能进行程序间通信的热连接（如动态数据交换）， 或另一对象的连接嵌入。 (5) 制作片段的模块化和面向对象化： 多媒体编辑软件应能让用户编成的独立片段模块化， 甚至目标化， 使其能“封装”和“继承”， 使用户能在需要时独立取用。 (6) 良好的扩充性： 多媒体编辑软件能兼顾尽可能多的标准， 具有尽可能大的兼容性和扩充性。 此外， 性能价格比较高。 (7) 设计合理， 容易使用： 应随附有详细的文档材料， 这些材料应描述编程方法， 媒体输入过程， 应用示例及完整的功能检索。 由上述可见， 多媒体编辑软件的基本思想是将程序的“底层”操作模块化。 总之， 多媒体编辑软件应操作简便、 易于修改、 布局合理。 4） 多媒体应用软件 多媒体通信的应用软件是将多媒体信息最终与人联系起来的桥梁， 多媒体应用范围极广， 包括教育、 出版、 娱乐、 咨询及演示等许多方面。 多媒体应用软件的开发， 不仅需要掌握现代软件技术， 而且需要有很好的创意， 需要技术和文化、 艺术巧妙结合， 才能真正发挥多媒体技术的魅力， 达到一种新的意境和效果， 可以说， 多媒体应用是一个高度综合的信息服务领域。2. 机顶盒机顶盒的基本概念 机顶盒 (Set Top Box： STB)是一个体积不大， 可以放在电视机顶上的小盒子， 并因而得名。 机顶盒的概念是比较广泛的， 它是一种信号传输介质与电视机之间的中间电子设备， 它可以把卫星直播的数字电视信号、 地面数字电视信号、 有线电视网数字信号甚至因特网的数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号， 同时， 它也可以实现电视广播从模拟信号向数字信号的平稳过渡， 用户还可以利用它共享因特网的信息资源。 从广义上说， 凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒。 从基于有线电视网络的模拟频道增补器、 模拟频道解扰器， 到将电话线与电视机联系在一起的“上网机顶盒”、 数字卫星的综合接收解码器、 数字地面机顶盒， 以及有线电视数字机顶盒都可以称为机顶盒。 从狭义上说， 我们可以将模拟设备排除在外， 按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、 数字卫星综合接收解码器、 数字地面机顶盒及有线电视数字机顶盒， 这些设备具有很好的网络功能， 成为信息家电的代表。 2 机顶盒分类及功能 1） 分类 根据使用条件的不同， 机顶盒可分为三类： 卫星直播数字电视机顶盒、 交互式数字有线电视机顶盒以及上网机顶盒。 (1) 卫星直播数字电视机顶盒。 卫星直播数字电视机顶盒接收卫星数字电视信号， 对数字信号进行处理后送出模拟音频信号和视频信号到模拟电视机AV输入端。 同时， 该种机顶盒还可实现节目费用的支付管理， 即以节目为单位， 实现解密收视， 用户直接支付所解密收视节目的费用。 (2) 交互式数字有线电视机顶盒。 交互式数字有线电视机顶盒需在交互式节目系统的有线网络中使用。 该系统采用非对称双工通信模式传输数字信号， 所以普通电视不能直接作为该系统的终端设备， 而附加电视机顶盒后， 情况就不一样了。 这里的机顶盒， 既是用户选择节目的选择器， 又是确保用户终端正常运行的控制器， 它具有如下功能： 接收有线数字电视节目； 具有双向通信能力， 实现电视购物、 远程教学、 视频点播和网上银行； 提供实时股票信息以及股评、 公告等专题信息； 与家用电脑相连高速接入因特网。 (3) 上网机顶盒。 上网机顶盒能将现行的模拟电视机作Internet的终端机， 与电视机一起构成类似于多媒体电脑， 又称为Web TV。 上网机顶盒的特殊功能对电视广告商具有极大的吸引力。 画中画的功能， 使用户可以一边看电视， 一边进行网上冲浪， 或调阅电子邮件。 可见， 上网机顶盒其实是一台多媒体电脑， 它利用现有电视机作显示器， 并可将电视机作为因特网终端， 将电视机与因特网有机地融为一体。 无论哪种机顶盒， 其内核的功能与结构都大体相似， 只是各自的特定应用功能以及与网络的接口有所区别， 这里我们主要以交互式有线数字电视机顶盒为例进行介绍。 3 机顶盒结构 机顶盒由硬件平台和软件系统组成， 如下图所示， 可以将其分为4层， 从底向上分别为硬件、 底层软件、 中间件、 应用软件。 硬件提供机顶盒的硬件平台； 底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序； 应用软件包括本机存储的应用软件和可下载的应用软件； 中间件将应用软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来， 使应用不依赖于具体的硬件平台。 图 数字有线电视机顶盒逻辑结构框图 1） 硬件系统 数字有线电视机顶盒的硬件系统由4大子系统组成， 如下图所示。 图 数字有线电视机顶盒硬件结构框图 (1) 控制子系统： 由CPU、 ROM、 RAM组成。 CPU是机顶盒的心脏， 是嵌入式实时操作系统的硬件平台， 完成网络管理、 条件接收管理、 OSD（在线屏幕显示）、 图文数据解码、 信号的上下行变换等功能。 随着技术的发展， CPU的功能将越来越强大， 存储容量将越来越大， 可灵活适应不同要求， 使某些与传输有关的软件能在片上运行， 提高了运算速度， 降低了STB价格； 同时还具有体系结构的伸缩性、 软件可移植性和开放性等优点。 (2) 信号处理子系统： 音视频、 数据信号的压缩编码和解压缩及其他各种信号的输入/输出处理。 (3) 网络接口子系统： 实现视频服务器的全双工通信。 (4) 用户与扩展接口子系统： 实现与红外遥控、 智能卡、 解码卡、 键盘等外设的通信。 2） 软件系统 一种可行的第三代数字有线电视机顶盒的软件系统结构如下图所示。 驱动程序是基于随芯片提供的开发包， 符合HDI（硬件驱动程序接口）规范。 操作系统驱动程序是操作计算设备所需的标准程序。 数字电视驱动程序处理与电视相关的部分。 条件接收驱动程序包括接收CA数据包和处理CA功能的驱动程序。 图 第三代数字有线电视机顶盒的软件结构 核心层软件包括操作系统、 数字电视核心和条件接收。 操作系统同其他计算机的操作系统一样， 起主导作用。 数字电视核心是负责电视内容的各种专门功能的软件。 CA负责管理观众对节目的接收。 可下载的应用软件一般只允许改变存储在CPU闪存（FLASH）中的主软件， 涵盖了从驱动程序到半永久的应用程序， 它能用来升级现有软件、 排除错误、 增加新特性、 完全更换已有的软件等， 这是一种非常强的功能， 也是促进机顶盒发展的关键之一。 3） 中间件 中间件（Middle Ware）是指数字电视机顶盒内部实时操作系统与应用程序中间的软件部分， 它以应用程序接口（API）的形式存在， 整个API集合被存储在STB的Flash中。 它将应用软件与硬件平台分隔开来， 使具体应用不依赖于具体的硬件平台， 并定义一组完整的、 符合数字电视广播相应标准的应用程序接口， 使应用程序独立于操作系统和硬件平台， 其最大的优势之一就是屏蔽多样的系统资源， 保证良好的互操作性， 其目的是使STB基本的通用的功能以API的形式提供给STB生产厂家， 以实现数字电视交互功能的标准化， 同时使服务项目下载到用户终端。 它对节目提供商制作节目和厂家生产STB的进一步简化和标准化都是非常有利的， 所以有统一的、 开放的、 先进的中间件规范， 对STB的发展尤为重要。 DVB提供的基于Java虚拟机的MHP是世界上第一个中间件规范。 目前流行的中间件主要有Open TV， Liberate， Microsoft TV， CANALMedia Highway等。 机顶盒一般具有如下功能：1. 人机交换控制功能2. 通信功能3. 信号解码功能4. 互联网浏览功能5. 信息显示功能2. 可视电话终端1. ISDN可是电话2. 局域网和Internet网可视电话3.PSTN电话网可视电话PSTN可视电话的通信能力类似于N-ISDN，略低于N-ISDN。目前已经得到使用和正在研究的低比特率和超低比特率的视频压缩技术，针对可视电话中运动不大的头肩图像进行压缩，可以获得很高的压缩比，从而可以应用于像模拟电话信道这样的低带宽信道。H.324标准为“低比特率的多媒体通信终端”标准， 亦即PSTN上的多媒体可视电话。图3.3所示为一般H.324可视电话系统的组成结构。一个典型的H.324多媒体通信系统主要包括终端设备、 话带调制解调器、 PSTN、 多点控制单元（MCU）和其他系统操作实体。 在PSTN网上， 两个H.324终端之间， 可以提供实时图像、 声音和数据或者任意的组合。 两个以上终端通信时， 需要使用MCU来进行图像、 声音、 数据等信息的分配，即H.324可视电话终端可实时传输视频、音频和数据等多媒体内容。与其他多媒体通信终端不同的标准有： 复用/分用协议：ITU-T H.223（用于低比特率多媒体通信的复用协议）； 数据协议： LAPM（Link Access Procedures for Modems， 调制解调器链路接入规程）； ITU-T V.14（在同步承载通道上传输起止式字符）； 控制过程： 简单再传输规程LAPM/SRP（Simple Retransmission Protocol）规程； 调制解调器： ITU-T V.25ter（串行同步的自动拨号和控制）； ITU-T V.8（在PSTN上开始数据传输会话的规程）； ITU-T V.34（PSTN和点对点二线租用电话型电路上使用的、 以高达33.6 kb/s数据信号速率操作的调制解调器）。 4.电视会议系统电视会议主要由终端设备、传输设备和传输信道以及网络管理系统等组成。主要有基于 H.261/H.263 标准的会议电视编解码器、全景摄像机、特写镜头摄像机、图文摄像机、云台及其云台控制器、电视机、话筒、扬声器、录像机、音视频合成器和各种操作控制装置等。 如果要召开多点会议电视，还必须借助多点控制设备 (MCU) 建立多点会议电视系统网络。多点控制设备（MUC）是会议电视网中的关键设备，MUC的组成如图3.4所示：(1) 网络接口模块网络接口模块为双向输入/输出模块。该模块校正输入数据流中由 H.221 定义的 FAS 信号和输出数据流中由 H.221，H.230 定义的 BAS 码，并按本系统的时钟定位输入的数据流。在接口模块的输出插入所需的 BAS 码和相关信令，形成信道帧输出到数字信道。l (2) 音频处理器l 音频处理器由语音代码转换器(ATC)和语音混合模块组成，用来完成语音的处理。ATC 从各个端口输入的数据流的帧结构中分离出语音信号并进行译码，然后送入混合器线性叠加，最后送入编码器形成合适的编码形式，插入输出的数据流。l (3) 视频处理器l 视频处理器对视频信号进行切换选择，以便插入信道帧后分配到各个会场。当一个会场需要同时看到多个会场图像时，MCU 对多路视频信号进行混合处理。l (4) 数据处理器l 数据处理器完成非话信息的处理，包括根据H.243 建议的数据广播功能，以及按照 H.200/A270 系列建议的多层协议(MLP)。其为可选单元。l (5) 控制处理器l 负责进行正确的路由选择，混合或切换音频、视频、数据信号，并对会议进行控制。l 3.5.2 多媒体通信终端接口l 多媒体通信终端有两个接口需要考虑：一是多媒体终端与人的接口，称为人机接口；二是多媒体终端与网络及外部设备之间的接口，称为通讯与外设接口。l 目前，普遍采用的USB 1.1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1.5Mbit/s和全速12Mbit/s两种。USB 2.0规范数据的传输率将达到120480Mbit/s。USB的主要特点是： 外设的安装十分简单，所有的USB外设利用通用的连接器可简单方便地连入计算机中，实现热插拔；USB提供低速与全速两种数据传送速度规格，全速传送时，节点间连接距离为