浅谈自己对多媒体通信技术的一些认识.doc

多媒体通信课程报告多媒体通信课程报告浅谈对多媒体通信技术的认识姓 名: 学 号：班 级： 指导老师： 院 系： 2012年10月7日浅谈对多媒体通信技术的认识 摘要 ：多媒体通信技术是一门综合的、跨学科的交叉技术, 它综合了计算机技术、通信技术以及多种信息科学领域的技术成果, 正在不断发展和完善。本文分为两大部分，第一部分介绍了多媒体通信技术基本概念，主要特性，我国多媒体通信技术的发展，以及对未来多媒体技术应用的展望。第二部分简单的介绍了图像数据压缩编码技术中的预测编码、变换编码、统计编码( 熵编码) 、内插编码、子带编码、向量编码等技术。关键词： 多媒体通信 发展 压缩编码 目录第一部分 多媒体通信技术概述3一、多媒体技术的产生与发展3二、多媒体通信技术的现状5三、多媒体技术特性61.集成性62.交互性73.同步性7四、多媒体通信技术主要关键技术81、压缩编码技术82、媒体同步技术83、多媒体通信网94、多媒体数据库10五、我国多媒体通信技术的发展情况10六、多媒体通信技术的应用及其发展趋势111、多媒体通信技术的应用112、多媒体通信技术的发展趋势12第二部分 图像数据压缩编码技术概述14第三部分总结16参考资料：17第一部分 多媒体通信技术概述一、 多媒体技术的产生与发展多媒体技术（MultimediaTechnology）是利用计算机对文本（text）、图形（graphics）、图像（image）、声音（sound）、动画（cartoon）、视频（video）等多种信息综合处理，并建立逻辑关系和人机交互作用技术。它是一门新兴的通信技术，它涉及通信、计算机、信息处理等多个领域，是一种综合性技术。通常多媒体通信是指能够对多种表示媒体进行处理，同时能使多种显示媒体工作的通信。即在一次通信过程中交换的信息类型不是一种，而是文本、图像、音频、视频、数据等多种媒体类型的综合体。多媒体通信技术源于二十世纪八十年代初期，当时美国、日本以及欧洲的一些著名计算机公司开始致力于包括信息的压缩编码、多媒体存储、图形合成与同步等技术在内的多媒体技术的研究，并把该技术应用于PC机，首先建立了基于局域网的多媒体通信系统。1984年，美国的RCA公司在普林斯顿David Sarnoff实验室，组织了包括计算机、广播电视和信号处理三方面的40余名专家，综合了前人已经取得的科研成果，经过4年的研究，于1987年3月在国际第二届CDROM年会上展出了世界第一台多媒体计算机。这项技术后来命名为DVI，这便是多媒体技术的雏形。进入九十年代后，全球步入了信息化时代，人们对于了解事物、交换信息的要求已经从纸、笔、书本、话音等发展到通过声、光、电信号等更准确、更快捷、更丰富的方式；同时，个人计算机的普及、微电子技术和多媒体技术的飞速发展、综合业务数字网的建立及宽带综合业务数字网、宽带IP网的研究进展，这些都有力地推动了多媒体通信的发展。国外多媒体通信的研究开发首先是基于窄带综合业务数字网（N-ISDN)。 N-ISDN能够实现综合业务的传输，基本速率接口和基群速率接口都能满足视频、音频压缩信号的带宽要求，基于N-ISDN网络的多媒体会议电视系统和多媒体检索业务都已经达到了实用水平。从1994年开始，加拿大、欧盟、美国、日本等国家都开始对基于宽带综合业务数字网(B-ISDN)的多媒体通信应用进行研究，对视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、多媒体会议电视等多项多媒体通信应用展开试验。而随着IP网络规模、用户数以及业务量呈指数型增长，世界各国电信公司都已经将IP网络(TCP/IP网络)上的多媒体通信业务作为主流;国际上的标准化组织，如ITU-T, ETSI, IETF和IMTC等纷纷将多媒体通信标准的制定重点转移到基于分组的多媒体通信系统的标准上。在1998年ITU-T将1996年制定的称为“不保证服务质量的局域网上的多媒体视听系统”H.323标准扩展为“基于分组的多媒体通信系统”，即ITU-T H.323 V2, 1999年5月又进一步修改H.323 V3标准。随着IP网络通信标准的日益完善，AT、千兆以太网等技术与IP技术逐渐结合，将多媒体通信的应用和研究带入了一个崭新的发展阶段。20世纪90年代以来，世界向着信息化发展的速度明显加快，而多媒体技术的应用在这一发展过程中发挥了极其重要的作用，多媒体改善了人类信息的交流，缩短了人类传递信息的路径，应用多媒体技术是20实际90年代计算机应用的时代特征，也是计算机的又一次革命。二、 多媒体通信技术的现状多媒体通信（Multimedia Communication）是多媒体技术与通信技术的有机结合，突破了计算机、通信、电视等传统产业间相对独立发展的界限，是计算机、通信和电视领域的一次革命。它在计算机的控制下，对多媒体信息进行采集、处理、表示、存储和传输。多媒体通信系统的出现大大缩短了计算机、通信和电视之间的距离，将计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性完美地结合在一起，向人们提供全新的信息服务。多媒体通信的流程为：首先将采集的视频信号或由麦克风采集的声音信号进行带限滤波，然后进行/（Analog toDigital）变换，即抽样、量化、编码，将模拟信号变换成数字比特流。DSP芯片的输入是/变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP（DM6437）芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如数字滤波、压缩编码、降噪等。根据不同的应用，处理后的数据就可进行网络传输或存储。同时，数字信号再经解码、/（Analog to Digital）变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形，输出至显示设备或音响设备。多媒体通信系统有以下几个技术难点：(1)输入设备：录音设备与声卡技术、摄像头技术；(2)显示技术：真彩色高分辨率显示技术、三维技术；(3)处理技术：压缩技术包括语音压缩、图像压缩、视频压缩；(4)识别技术：包括语音识别、人脸识别、手语识别；(5)传输技术：流媒体技术技术。多媒体面临两个难题：第一，信息的获取，包括过采样带来的冗余、数据的传输和数据的存储；第二，信息的表达，包括准确和丰富两个方面。文中重点讨论视频压缩技术。三、多媒体技术特性1.集成性多媒体计算机技术是结合文字、图形、影像、声音、动画等各种媒体的一种应用，并且是建立在数字化基础上的。它不同于一般的传统文件，是一个利用电脑技术的应用来整合各种媒体系统。媒体依其属性的不同可分为文字、音频及视频；其中，文字可分为文字和数字，音频可分为音乐和语音，视频可分为静止图像、动画及影片等；其中包含的技术非常广，大致有电脑技术、超文本技术、光盘储存技术及影像绘图技术等。而计算机多媒体的应用领域也比传统多媒体更加广阔，如CAI、有声图书、商情资讯等，都是计算机多媒体的应用范围。另外，具有多种技术的系统集成性，基本上可以说是包含了当今计算机领域内最新的硬件技术和软件技术。2.交互性交互性指的是在通信中人与系统之间的相互控制能力。在多媒体通信系统中，交互性有两个方面的内容：其一是人机接口，也就是人在使用系统的终端时，用户终端向用户提供的操作界面；其二是用户终端与系统之间的应用层通信协议。交互性是多媒体计算机技术的特色之一，就是可以与使用者作交互性沟通的特性，这也正是它和传统媒体最大的不同。这种改变，除了提供使用者按照自己的意愿来解决问题外，更可借助这种交谈式的沟通来帮助学习、思考，作有系统的查询或统计，以达到增进知识和解决问题的目的。3.同步性 同步性指的是在多媒体通信终端上显现的图像、声音和文字是以同步方式工作的。例如，用户要检索一个重要的历史事件的片段，改事件的运动图像存放在图像数据库中，其文字叙述和语言说明则放在其他数据库中，多媒体通信终端通过不同的传输途径将所需要的信息从不同的数据库中提取出来，并将这些声音、图像和文字同步起来，构成一个整体的信息呈现在用户面前，使声音、图像和文字实现同步，并将同步的信息送给用户。多媒体通信系统中的同步性是多媒体通信系统中最主要的特征之一。可以这样说，信息的同步与否，决定了系统是多媒体系统还是多种媒体系统。四、多媒体通信技术主要关键技术多媒体发展中需要解决的问题集中于压缩数据量、信息的同步、快速存储和检索等, 其关键技术主要包括压缩编码、同步技术、终端技术、多媒体数据库。1、压缩编码技术数据压缩技术是多媒体通信技术的核心问题之一, ISO、IEC、ITU 制定了一系列的压缩编码标准, 主要有:(1)音频编码标准(2)JPEG 标准(3)H.261 和H.263 标准(4)MPEG 标准( 系列)2、 媒体同步技术多媒体同步就是保持和维护各个媒体对象之间和各个媒体对象内部存在的时态关系, 组织多种媒体序列以实现某种特定的表现任务。当前提出的媒体间同步通信方案可分为4 类。(1)多路复用同步技术(2)同步标记同步技术(3)同步信道同步技术(4)时间戳同步技术3、多媒体通信网通信网络是多媒体应用的传输环境,多媒体通信对信息的传输和交换都提出了新的更高的要求,网络的带宽、交换方式及通信协议都将直接影响能否提供多媒体通信业务与多媒体通信的质量。多媒体通信网络的要求主要体现在以下几方面:（1） 多媒体的多样化,能同时支持音频、视频和数据传输。（2） 交换节点的高吞吐量。（3）有足够的可靠带宽。（4） 具有良好的传输性能,如同步、时延、误比特率等必须满足要求。（5） 具备呼叫连接控制、拥塞控制、服务质量控制和网络管理功能。这5 项是实现宽带多媒体通信必备的技术要求,即多媒体通信应该具有高带宽、实时性、高可靠性及时空约束能力强等特点。表给出了各类多媒体信息对网络传输能力的要求。各类多媒体信息对网络传输能力的要求4、 多媒体数据库 多媒体数据库具有下列区别于传统数据库的特点: 占用存贮空间大, 数据源广泛; 大量的非格式化数据信息, 即多媒体信息, 种类多, 结构复杂; 由于大多数多媒体应用都主要基于通信技术, 因此数据库系统必须是完全分布式的。五、我国多媒体通信技术的发展情况随着我国通信网络环境的不断改善和市场需求的增长， 国内多媒体通信市场从2005 年开始摆脱了发展停滞状况，呈现出加速发展的趋势。多媒体业务形式日渐丰富、市场规模逐步扩大、用户需求不断增加， 尤其是一些新业务正成为运营商整个转型工作的依托点， 宽带多媒体通信成为未来通信业务发展主要方向的可能性在不断增长。我国多媒体通信业务发展状况大体如下：（1） 从市场需求来看，政府、企业及个人用户对多媒体通信的需求近期都在逐步增长。（2） 从运营商提供的业务形式来看，多媒体通信业务的多样化日趋明显。除了已经推出的多媒体通信业务（如视讯会议、可视电话、视频点播）外，新的业务类型（如远程监控、IPTV/ 手机电视、多媒体消息、视频邮件等）也出现强力的增长。（3） 从目前通信业的整体发展趋势来看，移动通信和多媒体通信是通信业界发展的主线，移动与多媒体的结合是业界关注的热点之一。3G 移动通信技术、压缩率更高的图像编码技术为移动多媒体业务提供了技术基础，为通过手机、支持移动能力的PDA、其他形式的移动终端为用户提供多种多样的多媒体信息服务提供了可能。预计移动多媒体市场将会带来更为丰厚的利润和巨大的发展空间。从2005 年开始，我国愈加重视建立完整的多媒体通信产业链。不但重视原有产业链的补充和完善，而且努力向新的领域逐步延伸。参与多媒体通信设备提供的厂商数量不断增加，多媒体通信产品市场竞争日趋激烈，产品价格普遍下降。同时，多媒体通信低端产品种类增加较快，性价比不断提升。然而，国内的多媒体通信市场也还存在一些长期没有得到很好解决的问题：首先是高质量业务内容匮乏。其次，国内宽带用户总数在快速增加， 预计到2007 年我国宽带用户数将达7 900 万，将超过美国成为全球宽带用户最多的国家， 但我国的宽带网络质量，尤其是宽带接入网络质量改善相对滞后。最后，多媒体通信业务的开展需要成熟的支撑体系，目前我国通信网络在这方面的问题还没有得到彻底解决。所有这些问题有待运营商、设备厂商和服务提供商等协力解决。六、多媒体通信技术的应用及其发展趋势1、多媒体通信技术的应用集多种媒体信息于一体的多媒体通信技术是由现代通信技术和多媒体计算机技术相结合的产物。其业务种类异常多样, 甚至可以说今后的通信新业务都将会是多媒体业务, 特别是宽带通信业务则将全部是多媒体业务。多媒体技术未来将应用在社会的各个领域，给人们带来欣欣向荣的无限商机，并给人们勾画出一幅未来的社会工作和生活的美丽图画。在此挂一漏万地介绍三个领域。（1）电子商务将是多媒体技术的一个发展方向。所谓电子商务（Electronic Commerce ），从狭义上来讲，是指通过计算机网络进行的商品交易活动，这些商品不仅包括诸如汽车、家电、食品等实体化的产品，而且还包括新闻、录像、软件等之类的数字化知识产品，甚至还包括诸如旅游安排、远程教育、远程医疗等服务性产品。从广义上来讲，电子商务是软、硬件的结合，是把买卖双方及合作伙伴通过电子网络联系在一起， 利用网络技术实现企业现有业务的商贸交易。（2）移动多媒体业务也是多媒体技术的一个发展方向。目前的移动通信系统已能够提供简单的多媒体业务， 但与我们将要实现的目标相差还很远。例如，GSM允许通过短信息服务存储、传输和检索文本信息，但真正的移动多媒体业务诸如话音、图像和数据的混合实时传输， 目前任何一个GSM及其改进系统都无法实现。目前国内外正在积极研究开发的第三代宽带码分多址（WCDMA ）系统将会实现真正的移动多媒体业务。（3）多媒体呼叫中心是多媒体技术将来在呼叫业发展中的又一应用。最近，广州新太科技有限公司研制开发出第四代呼叫中心多媒体呼叫中心，它融合了CTI、Call Center、Internet、数据库、WPA 、自动语音识别等多种技术，增加了Web、E-mail、FAX、短消息、IP电话等多种接入手段，实现统一排队、智能路由、自动或远程处理功能，使用户更方便多样地享受呼叫中心所提供的服务。2、多媒体通信技术的发展趋势随着社会的发展、技术的进步、全球计算机拥有量的增加、多媒体通信网覆盖面的不断扩大, 将会有更多的计算机用户成为多媒体通信网的用户。尤其是在未来的多媒体通信网上, 当业务种类极大丰富、高速的用户数据传输、安全的数据保密、骨干网交换能力极大提高之后, 将会吸引越来越多的用户。而这也正要求着多媒体通信技术向多种方向发展, 多种结合以最好的方式满足用户的需求。从目前来看，多媒体通信技术主要朝着以下几个方向发展。（1 ） 三网合一。在全球信息化浪潮和经济利益的推动下，三大网络正在不断地跨越各自的传统业务划分，逐步趋于融合。总的趋势是：在保护各自现有网络资源投资、主营目前业务的前提下，逐步地向社会提供宽带化、智能化、个人化的统一网络数据平台。（2 ） 从信道上来看，光纤直接入户当然是最理想的选择，但是采取光纤直接入户，其改造成本高得惊人，改造时间更是不可预计，工程量很大。因此， 目前比较可行的办法是对现有的网络进行改造， 如利用ISDN技术和DDN技术ADSL 技术是一个综合业务数字网技术。 (3) 从技术上看，多媒体通信技术将向着IP OVER ATM上发展。我们知道，IP 网的寻址是通过ROUTER路由交换机来实现的， 所有用户共享路由器交换机， 当大批量数据分组同时到达同一路由器时，其中一部分必然要在队列中等待；特别是出现路由拥塞时，还有可能把一些分组从队列中丢掉，这是制约IP网达到电信级服务质量的一个最大障碍，即使吉位级路由器也未从根本上解决这个问题。. ATM(Ansynchronous Transfer Mode)异步传输模式是一种独立于终端和业务的通用信息传输和交换体制， 被ITU-T认为是未来宽带综合业务数字网的最终解决方案。第二部分 图像数据压缩编码技术概述图像数据压缩编码主要是从压缩数据冗余度( 数据相关性) 、增大信息量和利用视觉特性( 非线性与非结构性) 适当降低图像质量两方面考虑的( 广义讲, 视觉冗余也是数据冗余) 。一个好的压缩编码方法要求: 压缩比要高; 压缩与解压缩要快, 算法要简单, 硬件实现容易; 解压缩的图像质量要好。1、图像数据压缩的基本方法（1） 冗余度压缩, 又称无损压缩, 信息保持编码或熵编码. 是一种可逆编码方法. 如: 霍夫曼编码、算术编码、LZW 编码等。（2） 信息量压缩, 又称有损压缩, 失真度编码或熵压缩编码. 允许有一定的失真. 如: DPCM、DCT、子带编码、分形编码。（3）混合编码, 如JBIG, H261, JPEG, MPEG 等技术标准。2、按解码后数据是否与原始数据完全一致可将压缩算法分为两类: 可逆编码与不可逆编码, 按原理则分为预测编码、变换编码、统计编码( 熵编码) 、内插编码、子带编码、向量编码等。（1）预测编码预测编码是统计冗余数据压缩理论的三大支柱之一, 和变换编码构成压缩编码最基本技术。预测编码利用像素的相关性, 可进一步减小差值. 在图像中, 局部区域的象素是高度相关的, 因此可以用先前的象素的有关灰度知识来对当前象素的灰度进行预计, 再根据先前的和后来的象素的灰度知识来推断当前象素的灰度情况. 如果预测比较准确, 则误差信号就会很小, 只要把预测值与实际象素值之间的差值经过熵编码后发送到接收端. 在接收端通过预测值加差值信号来重建原象素.调制( DPCM) 和运动补偿( 估计) 编码方式。（2）变换编码 变换编码就是将图像光强矩阵( 时域信号) 变换到系数空间( 频域信号) 上进行处理的方法. 在空间上具有强相关的信号, 反映在频域上是某些特定的区域内能量常常被集中在一起, 或者是系数矩阵的分布具有某些规律. 我们可以利用这些规律在频域上减少量化比特数, 达到压缩的目的. 常用的变换编码有K- L 变换编码和DCT 编码. K- L 变换编码在压缩比上优于DCT 编码, 但其运算量大且没有快速算法, 因此实际应用中广泛采用DCT 编码。（3）熵编码它是可变长编码, 对概率大的信息赋以短字长的码, 概率小的赋以长字长码。其编码方法是: ( 1) 将信源信息按大到小的顺序排列。( 2) 概率最小的两组信息分别对应“0”和“1”。( 3) 将概率最小的两组信息相加, 作为另一组消息出现的概率, 再按概率由大到小排列。( 4) 重复以上步骤直到最后只剩下两个消息为止。( 5) 根据每个信息所处的结构层次排列其“0 ”、“1 ”码就是该消息的编码结果。Huffman 码概率匹配良好, 平均码长短, 效率很高。但硬件实现复杂, 而且必须确知信息的统计特性, 应用上受到限制。（4）向量量化向量量化是将图像分解为互不重叠的若干象块, 象块象素为N, 则每个象块可变成N 维图像向量X。将每个向量与已存在的位置参考模型或编码向量Y1, Y2YM 进行比较找出与X 最接近的( 或一致) 的YK; 接受端通过检址K 查询编码表就可将YK 再生出来。可见此编码是有损编码, 误差为E=