多媒体技术与应用视频课件PPT(9).ppt

第九章多媒体通信 概述可视电话系统视频会议系统多媒体网络接入网多媒体网络的服务质量分布式多媒体系统 9 1概述 多媒体通信是多媒体技术与通信技术的完美结合 突破了计算机 通信 电子等传统领域的界限 把计算机的交互性 通信网络的分布性和多媒体信息的综合性融为一体 提供了全新的服务 历史与现状 信息共享 现代通信技术以电报 1835年 和电话 1876年 出现为诞生的标志 占据重要的地位 计算机技术和通信技术结合产生了一批种类不同用途各异的通信网络形式和通信业务 多媒体对通信的特点 1 多媒体数据量 数据量大 存储量大 2 多媒体实时性 对传输设备要求高 3 多媒体时空约束 相互关联和约束既存在空间中 也存在时间上 4 多媒体交互性 要求提供双向的数据传输 5 多媒体分布式处理和协同工作要求 业务具有协同性和分布性 实现途径 1 话路 视频 多媒体通信即增加话路传输带宽 传送视频信息 2 网络 视频 多媒体通信 3 有线电视 交换功能 多媒体通信关键技术 1 声音 视频 动画等的传输技术 2 数据压缩和解压缩技术 3 解决多媒体实时同步问题 4 解决协议和标准化问题 9 2典型多媒体通信系统 理想的多媒体通信方式是人们可以在任何地点 任何时间通过网络进行多媒体信息交换 电话交换网的显著特点是呼叫一建立 处于不同地点的两个用户就通过交换机形成一个直接通路进行信息交换 在传统的电话线 只能传输模拟信号的声音 必须通过调制解调器的转换 方能实现传输数字信息 为了使电话网能传送视频信号 人们很早就开始可视通信系统的研究 由于传输线路性能的局限性 可视电话 会议系统一直没能广泛应用 9 2 1可视电话系统 从概念上区分 可视电话 在模拟通信网上传输静态图像的电话 电视电话 在模拟通信网和数字网上传输动态的或准动态图像的可视电话 一般统称为可视电话 1 可视电话组成语音处理部分 电话 语音编码器等 图象输入部分 光导摄像管 CCD摄像机 图象输出部分 电视机 监视器 液晶显示器 图象信号处理部分 专用的控制器 核心 2 可视电话控制器 1 图象信号A D和D A转换 2 帧存储器 3 信源编码 解码 4 信道编码 解码 5 调制 解调 6 传输信道 可视电话控制器功能框图 摄像 显示 模拟信道 公用电话网 数字信道 ISDN 数字网 3 静止图像传输 静止图象传输的过程 在发送端摄得的图象首先经A D转换 把模拟信号变成数字信号后存入帧存贮器 即把活动图象冻结 获取一帧画面 并高速写入数字存贮器 该静止图象以低速读出 经信源编码和信道编码后送到电话线上传送 在接收端 接收信号经解调 解码恢复成原来的数字信号后 再送入帧存储器 然后反复以高速读出 D A变换后送往显示器或监视器 在显示器上显示出原来的静止图象 静止图象传输原理主要是利用帧存储器来改变信号的时间轴 把快信号变成慢信号 频带相应由宽变窄 使其能在电话线上传送 这实际上是利用延长时间轴的方法传输要求宽带的大数据量的数字图象信号 传输中声音的中断 要求高速传输图像信号 从以下两方面解决 1 图像处理 一是利用图像压缩 解码技术 二是降低图像分辨率 即把图像质量控制在人们视觉的极限范围内 2 通信处理 在传送比特数一定得情况下 选用高速调制方式 ISDN的应用为动态图象的传输开辟了广阔的前景 可视电话正朝看动态图象方向发展 早期编码 解码无标准 互不兼容 无法通信 为此CCITT制订了H 261标准 它规定了视频编码传输速度 目前H 262 MPEG 2 H 263 低速线路 等标准提供了不同速率的视频编码技术 4 动态图像传输 9 2 2视频会议系统 1 发展概况视频会议系统是一种在位于两个或多个地点的一群用户之间提供语音和运动彩色画面的双向实时传送的视听会话型电信会议业务 早期的视频会议系统推广受到很大的限制 CCITT为视听通信系统制定了H 261标准 解决了不同厂商产品兼容性问题 为其普及打下良好的基础 商品化的视频会议系统 1 高档会议室型 DDN 专网 300K 2M 2 桌面会议系统 DDN ISDN 112 768K 或LAN 384K 3 可视电话型 PSTN 28 8 33 6K 1990年12月 ITU T批准了在窄带ISDN上进行视听业务的标准H 320建议视频会议系统的组成视频编解码器及附属设备音频编解码器及附属设备信息通讯设备多路复用 信号分离设备用户 网路接口多点控制设备 MCU 系统控制部分 2 视频会议系统的组成 多点视频会议系统 MCU 会议电视终端设备A 传输信道 H 320建议 H 261 H 221 G 703 G 711 G 722 G 728 H 242 H 230 H 221 H 243 H 281 T 120系列H 200 AV 270 ITU多媒体通信标准 ITU从1990发布了H系列 G系列 T系列等规范 形成了多媒体视频会议系统标准体系 解决了不同系统的互通问题 H 320系统的其它相关协议包括 H 243 多个终端与MCU之间的通信规程 H 230 帧同步控制与指示信号 H 233 视听业务的加密系统 H 234 视听业务的密钥管理与认证 H 281 会议电视远端摄像机控制规程 等等 H 320系统在N ISDN的64Kbps B信道 384Kbps H0信道 和1536 1920Kbps H11 H12信道 上提供视听业务是ITU最早批准的视频会议系统标准 其它标准H 323 运行在LAN Intranet的视频会议框架标准H 324 运行在低速率传统电话线和无线通信信道上的视频会议框架标准 H 321 H 310 ATM2种可视通信协议 视频会议系统的基本功能 视频会议系统工作时 各会议点的多媒体终端将反映各个会场的主要场景 人物及有关资料的图象以及发言者的声音同时进行数字化压缩 根据视频会议的控制模式 经过数字通信系统 沿指定方向进行传输 同时在各个会议点的多媒体计算机上 通过数字通信系统实时接收解压缩多媒体会议信息 并在其监视器上实时显示出指定会议参加方的会议室场景 人物图象 图片和语音 视频显示的转换控制的3种模式 1 语音激活模式或称自动模式 特征是会议系统的视频源根据与会者的发言情况来转换 2 主席控制模式与会的任意一方均可能作为会议的主席 可以控制会议的视频源指定为某个地方 3 讲课模式所有分会场均可观看主会场的情况 而主会场可以有选择的观看分会场的情况 9 3多媒体网络 9 3 1概述计算机网络 通过通信线路将多台地理上分散的独立工作的计算机互联起来 以达到通信和共享资源的目的 这样一个松散耦合的系统就叫计算机网络 它是计算机技术和通信技术结合的产物 使信息传输和信息加工紧密联系 可分为 局域网 广域网 城域网 多媒体网络 将多台地理上分散的具有处理多媒体功能的计算机和终端通过高速通信线路互联起来 以达到多媒体通信和共享多媒体资源的网络 1 1980 1990年 局域网 10Mbps 以Ethernet Novell TokenRing为代表 传输线路以双绞线和同轴电缆为主 传送的信息媒体以正文为主 广域网Internet传送正文 提供文件和Email服务 2 1990 2000年 高速局域网 100Mbps 窄带ISDN光纤网络 提供浏览 图形 声音 电子邮件和静止图象传送 3 2000 2010年 B ISDN 宽带IP 高速光纤网络 提供视频图象传输和实时多媒体服务 多媒体网络发展 9 3 2数据通信网络 PDN 公众数据网 它是远程信息处理技术产生的能为公众提供数据传输业务的公众数据网 且得到广泛的应用 PDN中的DTE 数据终端设备 与DTE之间的数据通信和电话语音通信的本质不同 需要有专门的交换方式 分组交换 1 分组交换网X 25 PSN 分组交换网 是大型的计算机网络 它由数据交换节点和连接它们的各种不同信道组成 数据传输速率在500Kbps到2 3Mbps ITU对分组交换的特点 1 所有报文必须划分为分组 每个分组的大小一般有一定的限制 如1000bits左右 2 分组必须附加目的地址 分组编号及校验码等控制信息 且有标准格式 3 按存贮 转发方式传递分组 由于分组长度较短 利用高速传输实时性较好 4 各分组可通过不同的传输途径先后到达目的地 传统的X 25分组交换网非常适合于数据传输 但存在着传输速率低 网络时延大 吞吐量小以及通信费用高等缺点 很难满足多媒体通信的要求 新的分组交换技术 如帧中继 FR ATM等提高了分组交换技术的性能 其中帧中继FR是一种支持HDLC规程的宽带数据业务标准 它一方面继承了X 25的优点 如提供统计复用功能 永久虚电路 交换虚电路等 另一方面又改进了X 25的性能 具体表现 1 提高了网络传输速率 用户接入速率可在56kbps 1 54Mbps或者56kbps 1 54Mbps得范围内 上限速率实际可达50Mbps 2 简化了大量的网络功能 网络不再提供流量控制 纠错和确认等功能 由用户端自行解决 可减少网络延时 降低通信费用 帧中继业务兼有X 25分组交换业务和电路交换业务的长处 在实现上又比ATM简单 ISDN 新一代通信网 ISDN是以电话网的数字化为基础而演变而来的 并力图用ISDN来逐步代替原有的电话网 基本概念归纳 1 ISDN是通信网 2 是以电话问那个的数字化并形成综合数字网 IDN 为基础发展起来的 3 ISDN支持端到端的数字连接 4 ISDN支持通信业务 5 ISDN支持电话机非电话业务 6 ISDN提供标准的用户 网络访问 7 用户通过一组有限个多用途用户 网络访问 ISDN 新一代通信网 ITU把ISDN定义 ISDN是以提供端到端连接的电话网IDN为基础发展而成的通信网 用以支持包括电话及非话的多种业务 用户对通信网有一个由有限个标准多用途的用户 网络接口构成的出入口 包括两部分 1 基本速率接口 BRI 2B D 即2个传输用户信息的64Kbps的B通道 1个传输低速数据信息的16Kbps的D通道共计144Kbps 距离在7km之内 2 基群速率接口 PRI 30B D 主要面向设有PBX 用户小交换机 或具有召开电视会议用的高速信道等需要大业务量的用户 9 3 3B ISDN及ATM 由于ISDN传输速率低 N ISDN只能处理1 5 2 0Mbps以内业务 难以进行图像通信 LAN通信 B ISDN的特点 1 在宽带用户 网络接口上至少能够提供H1 135Mbps 以上的接口速率 并且能够在接口速率内提供任意的业务 对业务变化适应性强 2 提供各种连接形态 3 信息传输的延时及其变化很小 4 适合应用对固定和可变速率的要求 各类应用及速率要求 B ISDN及ATM 续 B ISDN的宽带业务通常指其传输速率超过一次群速率的业务 可利用H21 32 768Mbps H22 43 45Mbps H4 132 138 24Mbps 等固定速率通路来传送以动态图象为主的编码信息 其中H21 H22适合传送现有的广播电视信号 H4用来传输HDTV信号 ATM交换技术 B ISDN中交换主要是高速分组交换 高速电路交换 异步传输模式 ATM 和光交换技术 高速分组交换是利用分组交换的基本技术 简化H 25通信协议 采用面向连接的服务 在链路上无流控制和差错控制 集中了分组交换和同步时分交换的优点 高速电路交换主要是多速时分交换方式 允许按时间分配信道 其带宽可为基本速率的整数倍 光交换的主要设备是光交换机 将光技术引入传输回路和控制回路 实现数字信号的高速传输和交换 ATM比高速分组交换和电路交换更加灵活 在电路交换模式中收发两端之间建立了一条传输速率固定的信息通路 在通信过程中 不论是否发送信息 该通路均被某呼叫所独占 这种传输模式称同步传输模式 STM 在分组交换中 不对呼叫分配固定电路 仅当发送信息时才送出分组 ATM是继承了电路交换方式中的速率独立性和高速分组交换方式对任意速率的适应性 针对二者的缺点 ATM采用的对策 1 以固定长度的信元发送信息 能适应任何速率 信元长为53B 其中5B为信元头 其余48B为数据 2 在协议处理上用硬件对头部信息进行识别 采用光纤高速传输 不用误码控制和流量控制 大大降低了时延 使信息传送速度快 容量大 3 尽量采用简单协议 灵活性强 用户可以应用从零到极限速率的任一有效码速 并可根据需要灵活地配置网络接口所用的带宽 使带宽 按需分配 ATM的优点 1 用户信息进入网络具有高度的灵活性 由于不再有通路速率的限制 任何输出速率终端都可以进网通信 2 可动态分配和更有效地利用网络资源 ATM本质上是一种高速分组传输模式 与分组长度可变的X 25分组交换相比 1 它不采用通常存储 转发方式而使用硬件交换 2 ATM将分组交换协议简化 无误码流量控制 ATM视听业务标准 ATM是ITU T建议的B ISDN传输模式 因此制定ATM环境下视听系统和终端的标准很有必要 该标准不仅应保证ATM环境下不同系统互通 且具有连接在其他类型网络上终端之间的互操作性 首先是具备与已广泛应用的H 320系统的互操作性 ITU T为ATM环境规定了2种系统 1 H 321它将H 320终端适配到B ISDN中 即除了网络接口和呼叫控制外 其余部分还保持H 320终端所使用的协议 2 H 310它定义了B ISDN上的系统和终端 包括一个H 320 H 321互操作模式 和一个ATM本地模式 即完全在ATM环境下的模式 H 310包括与320终端互通的部分 是H 321的一个超集 9 4接入网 接入网是ITU T根据通信网演变趋势提出的概念 全网可分为公用网和用户驻地网两大部分 其中用户驻地网属用户所有 一般的通信网指公用通信网部分 公用通信网又可划分为长途网 中继网和接入网三部分 长途网和中继网合并称为核心网 接入网位于本地交换机和用户之间 主要实现用户接入到核心网的任务 接入网由业务节点接口和用户网络接口之间一系列传送设备组成 宽带有线接入网技术包括 非对称数字用户线 ADSL 技术 利用现有电话网络的双绞线资源 实现高速 高带宽的数据接入光纤和同轴电缆混合 HFC 技术 有线电视网技术上开发的宽带接入网以太网接入技术光纤接入技术 FTTx无线接入技术 WiFi 无线局域网 WiMax 无线城域网 3G 无线广域网 9 5多媒体通信网的服务质量 服务质量 QoS 是说明多媒体性能目标的元组 通过该元组的性能说明 可以对通信系统性能进行指定不同应用有不同的QoS要求 9 5 1多媒体信息传输对网络的要求 1 吞吐量 throughput 网络传输二进制信息的速率 又称比特率或带宽 支持不同应用的网络应满足不同吞吐量需求 图象传输 HDTV MPEG2 20 40Mbps 演播室质量的普通电视 MPEG2 6 8Mbps 广播质量电视 MPEG2 3 6Mbps 录象质量电视 MPEG1 1 4Mbps 会议质量电视 H 261 128Kbps 声音传输 话音 带宽限制在3 4KHz内 压缩后到4 32Kbps 高质量的话音 50Hz 7KHz 48 64Kbps CD质量的音乐 20KHz MPEG 1 128 192Kbps 5 1声道立体环绕声 3 20KHz AC 3 320Kbps 2 传输延时 Delay 传输延时定义为信源发出第一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差 网络的单程传输延时应在100 500ms 一般250ms 交互式多媒体应用 系统对用户指令响应1 2s 3 延时抖动 Delayjitter 网络传输延时的变化 一般来讲 人耳对声音抖动比较敏感 人眼对视频抖动不很敏感 参考指标 CD质量声音 小于100ms 电话质量声音 小于400ms 严格要求的应用 如虚拟现实 抖动小于20 30ms HDTV图象 小于50ms 广播质量电视 小于100ms 会议质量电视 小于400ms 4 错误率 ErrorRate 误码率BER 从一点到另一点的传输过程中所残留的错误比特的频数 如光缆传输 10 9 10 12的范围 包错误率BER 指同一个包两次接收 包丢失 或包的次序颠倒而引起的包错误 包丢失率PLR 指包丢失而引起的包错误 参考指标 压缩的CD质量声音 BER小于1 10000 未压缩的CD质量声音 BER小于1 1000 电话质量声音 BER小于1 100 压缩的HDTV图象 BER小于10 10 压缩的广播质量电视 BER小于10 9 压缩的会议质量电视 BER小于10 8 9 5 2服务质量 QoS 描述 ITU将QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组性能参数 两种描述方法 确定性描述 QoS参数 Lower bound 统计性描述 Prob QoS参数 Prob bound Prob QoS参数 Lower bound Prob bound 9 6分布式多媒体系统 分布式处理产生了一批新的应用领域 如实时会议系统计算机协同工作系统电子报纸共编和发行系统家庭信息服务和娱乐等 9 6 1分布式多媒体系统基本特征 所谓分布式处理就是要将所有介入到分布处理过程中的对象 处理及通信都统一控制起来 对合作活动进行有效地协调 使所有任务都能正常地完成 分布式多媒体系统有以下基本特征 1 多媒体集成性 多媒体一体化 2 资源分散性 功能上和物理上 3 运行实时性 4 操作交互性 交互式发送 传播 接收各种信息 5 系统透明性 由于资源分散 分布式处理中的协同工作 分布系统的建立与控制是建立在网络基础上的 与用户交互有关的分布式应用的控制与协调 对这种分布式系统从时间和空间概念分类 4种不同情况 1 同时同地点 不是分布处理 属于象电化教室这样的应用 2 不同时同地点 可以看作一种异步式的交互方式 可以是本机留言或电子布告 是同地点的交互 不属于分布处理 3 不同时不同地点 存在用户有目的地寻找路径和目的地的动作 属于分布式处理的范畴 不需实时处理 只需存储转发 典型应用如电子邮件 4 同时不同地点 9 6 2分布式多媒体系统的实现模型 开放分布处理参考模型可以支持分布处理的建模 多媒体系统为它的用户提供抽象的服务 这些服务是由用户代理提供的 用户通过用户代理UA对系统进行存取 系统的抽象服务由操作的逻辑组合来提供 系统内也是由一组系统代理实现 所有系统代理具有相同的性能 并且以相互合作的方式提供服务 一个SA可同时同若干个UA交互 这样用户代理在用户和系统之间建立了逻辑接口 并从系统的内部分布中抽象出来 从应用角度看系统的组成 用户代理 用户代理 用户代理 用户代理 系统代理 系统代