现代通信技术课件第2章通信业务.ppt

,第二篇,信息应用技术,第2章 通信业务 第3章 通信终端,第2章 通信业务,2.1 模拟与数字视音频业务 2.2.1 视音频信息基本概念 音频信息主要是指由自然界中各种音源发出的可闻声和由计算机通过专门设备合成的语音或音乐。此类声音主要有3类，即语音、音乐声和效果声。 视频信息即活动或运动的图像信息，它由一系列周期呈现的画面所组成，每幅画面称为一帧，帧是构成视频信息的最基本单元。 听觉特性与音频信号 人的听觉特性 声音强弱的感觉呈指数规律，用声强级LI或声压级LP表示，单位dB 声音频率的感觉呈指数规律，表现为音调的高低，对频率取对数 听觉的频响特性随声压级变化而变化，听觉频带为 20 Hz 20 kHz，人对 3 5 kHz频率最敏感 人类听觉的掩蔽效应一个声音的存在会影响对其它声音的听觉能力，使一个声音在听觉上掩蔽了另一个声音。应用在电声系统和音信数字编码技术。 音频信号特性 人讲话声音的主要能量分布较窄，以频率下降25dB计大概为100 Hz 5 kHz。 电话通信的频带一般限制在 300 Hz 3.4 kHz含语声信号中的大部分能量 相比与语音频谱，歌唱声的频谱和乐器发声的频谱范围则明显要宽得多,2.2.1 视音频信息基本概念(II),2. 视频技术基础 视频技术是利用光电和电光转换原理，将光学图像转换为电信号进行记录或远距离传输，然后还原为光图像的一门技术。 （1）视频信号与图像扫描 实现光学图像到视频图像的转换是在摄像机中进行的。在摄像机中，当被摄景物通过摄像机镜头成像在摄像器件的光电导层时，光电靶上不同点随照度不同激励出数目不等的光电子，从而引起不同的附加光电导产生不同的电位起伏，形成与光像相对应的电图像。电图像必须经过扫描形成可以被处理和传输的视频信号。用时间的一维函数来表示。 利用人眼的视觉惰性，在接收端将代表图像中像素的物理量按一定顺序一个一个地重显原图像。只要这种顺序足够快，人眼就会感觉所有像素是同时发亮。,（2）彩色电视系统 按照三基色的原理设计和工作的。任何一种彩色都可以由另外的三种颜色按不同比例混合而成。模仿人眼，选择红、绿、蓝为三基色分量。 彩色电视系统的设计必须考虑与已有黑白电视的兼容。采用传送一个亮度分量和两个色差分量的电视信号方式。在发送端，亮度分量和色差分量通过对红、绿、蓝三个基色分量的矩阵变换得到；接收再通过矩阵逆变换还原成三基色分量。 亮度信号方程：Y0.299R0.587G0.114B 两个色差信号：U=k1(B-Y); V=k2(R-Y) 三种彩电制式：PAL、NTSC、SECAM；不同之处在于色度信号传送所采用的不用处理方式。 （3）视频信号频谱特点 我国采用 PAL-D 制，亮度信号带宽为 6 MHz ；色度信号1.3 MHz 美、日等国采用的 NTSC 制，亮度信号带宽为 4.2 MHz；色度信号1.3 MHz,2.1.2 视音频信息数字化,视音频信息的数字化包括两方面的内容： 音频信息时间上的离散化和图像信息空间位置的离散化； 音频信息电平值和图像灰度电平值的离散化。 上述过程涉及视音频信号的采样、量化和编码。 对于音频信号而言，采样频率有 8 kHz，11.025 kHz，16 kHz，22.05 kHz，32 kHz，44.1 kHz和48 kHz等。 对于视频信号而言， 采样就是使图像信号 在空间位置上离散化。 视音频信号数字编码的实质是： 在保证一定图像或声音质量 （信噪比要求和主观评价得分）的前提下，以最小比特数来表示视音频信号。,2.1.3 视音频压缩编码,数据压缩的理论依据 Shannon所创立的信息论 限失真压缩编码 在允许失真不超过某一限度时，压缩编码的比特率是受限的，存在一个下限，这个下限由率失真函数来定义。率失真函数的定义如下：在传输中使信号的失真度小于或等于某一值D所必须的信道容量的最小值R(D)成为信息速率-失真函数，或率失真函数。 无失真压缩编码 Huffman编码：变字长编码的最佳编码定理。 算术编码：信源概率分布较均匀时优于Huffman。 游程编码：在某个特定方向上将样本值相同的若干像素和声音样本用一个游程长度表示。,音频压缩编码技术 音频信号压缩编码方法 波形编码：在高码率条件下可获得高质量音频信号。 参数编码：压缩比高，但计算量大。 混合编码：吸取波形和参数编码的优点。 不同质量要求时的音频编码技术选择 电话质量的音频压缩编码 调幅广播质量的音频压缩编码 高保真环绕立体声音频压缩编码 视频压缩编码 视频信息的冗余 信息熵冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余 压缩编码 预测编码、变换编码、具有运动补偿的帧间预测编码、具有运动补偿的帧间内插编码,2.1.4 视音频业务种类,普通电话与智能网业务 普通电话业务:可分为市话业务、国内长途业务和国际长途业务。 智能网业务 智能网是程控交换机的电话网上设置的一种附加网络。采用 “控制与交换相分离”的思想，把网络中原来位于各个端局交换机中的网络智能集中到了若干个新设的功能部件上，他们均独立与现有网络，是附加网络结构。 自动电话记账卡业务（300）、被叫集中付费业务（800）、虚拟专用网业务（600）、通用个人通信（700）、广域集中用户交换机、电子投票（181）、大众呼叫 IP电话 IP电话的关键技术：语音压缩技术（G.723.1）、静噪抑制技术、回声抵消技术、语音抖动处理技术(抖动缓冲技术)、语音优先技术、IP包分割技术（IP包不超过2556字节）、VoIP前向纠错技术（减小错码累计） IP电话的通话方式 广播电视 如图2.4所示。 数字视频广播 视频点播业务,2.2 数据通信业务 2.2.1 数据通信的基本概念,数据(Data) 是指能够由计算机或数字设备进行处理的，以某种方式编码的数字、字母和符号。利用电信号或光信号的形式把数据从一端传送到另外一端的过程称作数据传输。而数据通信是指按照一定的规程或协议完成数据的传输、交换、存储和处理的整个通信过程。 由于数据信号也是一种数字信号，所以数据通信在原理上与数字通信没有区别，数据通信是建立在数字通信的基础之上的。 相对于其它信息内容的数字通信，数据通信有自己的一些特点： 数据业务比其他通信业务拥有更为复杂、严格的通信规程或协议； 数据业务相对于视音频业务实时性要求较低，可采用存储转发交换方式工作； 数据业务相对于视音频业务差错率要求较高，必须采取严格的差错控制措施； 数据通信是进程间的通信，可在没有人参与的情况下自动完成通信过程。,2.2.2 数据通信业务,DDN业务: 数字数据网（DDN：Digital Data Network）是一个利用数字信道传输数据信号的数据传输网络。 帧中继:（FR：Frame Relay）技术是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。 ISDN业务: 综合业务数字网（ISDN：Integrated Services Digital Network），俗称一线通，是以电话业务数字网（TSDN）为基础发展成的通信网，能提供端到端的数字连接，用来承载包括话音和非话音在内的多种电信业务。 ATM业务: 异步转移模式（ATM：Asynchronous Transfer Mode）是一种全新的面向连接的快速分组交换技术。 传真存储转发: 传真存储转发FAX(S&F）利用分组网的通信平台为电话网上的传真用户提供高速、优质、经济、安全、便捷的传真服务。 虚拟专用网业务: 虚拟专用网（VPN：Virtual Private Network）就是指利用公共网络，如公共分组交换网、帧中继网、ISDN或Internet等的一部分来发送专用信息，形成逻辑上的专用网络。 电子数据交换: 电子数据交换（EDI：Electronic Data Interchange）是一种新颖的电子贸易工具，是计算机、通信和现代管理技术相结合的产物。,2.3 多媒体通信业务,2.3.1 多媒体通信业务及其特点 多媒体通信业务及其类型 分配型业务 交互型业务 会话型业务 消息型业务 检索型业务 多媒体通信业务对网络的要求 具有足够的传输带宽 多媒体通信的实时性要求 支持点到点、点到多点和广播式通信 支持对称和不对称连接方式 在一次呼叫过程中可修改连接的特性 呼叫过程中可建立和释放一个或多个连接，多个连接间应保持一定的同步关系,2.3.2 多媒体通信技术规范与标准,MPEG_1标准 MPEG_2标准 MPEG_4标准 多媒体信息交换标准（MHEG）,习 题,1. 人对音调高低的感觉与声音频率是什么关系？人对声音频率的响应大致在什么范围？ 人对哪些声音频率最敏感？ 2. 根据不同音源信号的频谱特性，分析为什么要对不同的音频通信业务，如电话、调频广播以及高保真环绕立体声等在数字化时采取不同的取样频率和不同的量化比特数？ 3. 简述视频图像信息摄取与重现的基本过程。回答视频系统是如