电视原理04-多媒体技术

电视原理第四章多媒体技术2/78多媒体技术多媒体信号1多媒体技术应用2多媒体传输信道3多媒体通信中的错误和补偿43/78多媒体信号随着计算机技术、数字图像压缩技术和超大规模集成电路技术的发展，多媒体技术越来越受到人们的关注。多媒体是指携带两种或两种以上的信息的载体，这些信息通常包括图像、声音、数据、文字、符号、图形、动画、图片等等。多媒体携带的信息是相互联系、相互协调的。计算机交互地处理这些媒体的技术即是多媒体技术。(1)综合性多媒体信号应是相互有关的多种媒体的信号的综(2)交互性通信双方能充分地进行信息传送或交流，能获取、处理、编辑、存储、展示这些信息媒体；(3)同步性多种媒体能同步地、协调地传送信息。4/78多媒体信号广播电视是多媒体么？图像、声音、时间、字幕同步地传送，具有综合性和同步性，但没有交互性，所以广播电视不属于多媒体；视频点播（VoD，VideoonDemand）观众可以选择节目，可以控制节目的暂停和继续播放，能够选择观看影片的多种结局之一，所以视频点播属于多媒体。通常认为电视会议、可视电话、安全监视、远程医疗、电子商务、远程教学等均属于多媒体范畴。5/78多媒体信号的传输图像信号要求实时传输，视频信号不压缩时传送速率在140Mb／s左右，而高清晰度电视(HDTV)传输速率可高达1000Mb／s。为了在网络中传送更多的多媒体信息，要对视频信息进行各种压缩。按照H.261、H.263、MPEG-1、MPEG-2等视频压缩的国际标准，HDTV压缩后的速率也只有20Mb／s。至于可视电话，在公用电话网（PSTN）上传送时，可压缩为20kb／s左右。语音信号也要求实时传输，语音信号如不压缩则需要64kb／s的速率，经过压缩后可降到32kb／s、16kb／s、8kb／s，甚至5～6kb／s。为了提高信道的利用率，视频与音频压缩编码是多媒体信号传输的关键技术。6/78PSTNPSTN公用电话网(PSTN，PublicSwitchedTelephoneNetwork)是公共通信网中规模最大、历史最长的基础网络。（电路交换模式）一对电话线传送一路模拟电话信号所传输的信号带宽在300Hz~3.4kHz之间在公用电话网上传输数字信号的主要手段仍然是要依靠调制解调器（Modem）在PSTN网上可传输符合H.324标准的传输码速率低于64kb/s的可视电话,采用V.34调制解调器,V.34是有关28.8kb／s速率的调制解调器的建议。QoSS-QCIF或QCIF格式，7.5帧/s，Y∶U∶V为4∶1∶1，12比特/像素。7/78ISDN和STMISDN和STM综合业务数字网(ISDN,IntegratedServicesDigitalNetwork)，该网可以支持语音、数据和图像等几种媒体的传输业务，其基本传输速率为160kb/s(2B+D)。它利用一对电话线，可同时传送2路数字电话信号(B通路，每路可传送速率低于64kb/s的数字电话或数字数据)电信的传输、交换、复用统称为转移模式，简称为STM(同步转移模式，SynchronousTransferMode)时分复用B1信道B2信道D信道SB2DB1SB2DB1ISDN125s每个B信道传送数字电话信号8比特，一个D信道传送信令信号(电话号码等，速率为16kb/s)2比特，还有供同步、控制等传输开销用的2比特。8/78STM模式在STM模式中，一个固定的时隙一旦分配给了一个信道，只能传输该信道上的数据，不能传输其他数据。如果该信道上没有数据要传输，则相应的时隙只能空闲，空闲时隙多时会造成带宽的极大浪费。时分复用B1信道B2信道D信道SB2DB1SB2DB1ISDN125s每个B信道传送数字电话信号8比特，一个D信道传送信令信号(电话号码等，速率为16kb/s)2比特，还有供同步、控制等传输开销用的2比特。9/78B-ISDN和ATM宽带综合业务数字网(B-ISDN,BroadbandISDN)与ISDN类似，利用同一线路在同一时间内传送多个电信业务信号，其码率在155Mb／s以上，采用异步时分复用，或称为异步转移模式(ATM,AsynchronousTransferMode)。其传送的信息以信元为单位，信元长度是固定的53个字节，信头为5个字节，有用信息为48个字节。ATM模式中，各子信道的信号不是按一定时间间隔周期性出现的，不能再按固定的时隙位置来判断其属于哪个子信道。ATM要在信头中的固定位置加一种标志信息，来表明该信元属于哪个子信道，即准备送到对方哪个用户。这样在信道上的时隙划分就不必采用固定位置的方式了。10/78ATMATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。统计复用就是根据各信道业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各个业务之间动态地分配网络带宽，以达到最佳的资源利用率。这种方式可以解决STM中出现的带宽浪费的问题。多个子信道根据它们不同的传输特性复用到一条链路上。与同步时分复用STM不同，在ATM中，时隙只分配给有数据要传输的子信道，没有数据要传输的子信道不占用带宽。ATM在处理实时传输时能达到非常好的性能，在一般的复用机制中，各个输入带宽的总和应小于传输线路的总带宽；利用统计复用的ATM可使输入带宽的总和大于总带宽。11/78IP网络IP网络包括Internet（因特网）、Intranet（企业网）、WAN（广域网）以及LAN（局域网）等.IP网络发展非常迅速。它利用TCP／IP协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol），只需给出对方的IP地址，就可十分方便地把信息送到对方终端。但目前IP网络带宽较窄，许多用户要共享这样的通信网络，不能保证多媒体通信业务所需的服务质量(QoS)。12/78IP网络对视频和音频传输，丢掉几个分组不会造成很大的问题，但带宽较窄会导致视频画面被破坏，有时清晰，有时模糊；导致音频信息的中断，有时噪声很小，有时噪声很严重。因此，要采用效率更高的压缩编码和协议来改善Internet中实时通信的质量。网络资源预留协议(RSVP，ResourceReservationProtocol)对于用IP有限的带宽传送视频和音频以及其他实时多媒体信息非常重要。分类服务技术是解决IP网QoS问题的一种十分有效的方法，不同类别的信息对网络传输资源的要求是不同的，分类服务是按业务类别来分给能充分保证其服务质量的网络传输资源。而解决质量问题的根本办法是拓宽网络带宽。下一代Internet，即NGI，就是要拓宽网络带宽。13/78多媒体技术的应用会议电视会议电视是利用通信网召开会议的通信方式。会议电视要传递与会者的图像和声音，与会者对话时可以通过电视看到对方，会议电视还要传递文件、图片、图表、会议室气氛等各种静止的和活动的图像信息，使与会者有一种亲临会场的感觉。1995年，我国公用会议电视骨干网已经建成，从北京到各省省会和直辖市共30个城市已经联网。湖南、湖北、江苏、辽宁、安徽、广东、山东、福建等省已建成省会到地市的省会议电视网。国产设备：全源、华为、中兴会议电视系统由终端设备、传输设备、传输信道以及多点控制设备(MCU，MultipointControlUnit)等组成14/78会议电视终端设备配置摄像机一般有特写摄像机、全景摄像机、文字和图片摄像机等。图像切换器按会议进程选用不同摄像机的图像送出。话筒要选用方向性强的并应有平坦的频率特性，室内墙壁应进行吸音处理，避免声音反射引入的回音。喇叭与话筒之间的声音来回传递会引起啸叫，应设置回波消除器并调整喇叭与话筒的相对位置予以消除。监视器应选用大屏幕电视或投影电视，图像与实物之比为1∶1切换器特写摄像机全景摄像机图片摄像机计算机发送接收图像图像声音声音数据数据编码器解码器15/78会议电视编/解码器是终端设备中的关键设备，来自切换器的模拟电视信号，经亮色分离后由模／数转换(A／D)电路转换为数字信号，再经公共中间格式(CIF)转换把电视信号转换成统一的中间格式(352×288)，采用统一的H.261算法进行压缩。模拟视频A/DCIFG.711编码缓存纠错编码T.120A/DH.261编码延时多路复用标准接口模拟音频数据输入标准接口解多路复用纠错解码缓存H.261解码ICIFD/A模拟视频T.120数据输出延时G.711解码D/A模拟音频(a)(b)16/78由于编码中采用了变长编码VLC技术，经压缩编码后的数据为不均匀的数据流，需要缓冲存储器对数据速率进行平滑，从缓存中读出的数据经过信道编码(纠错编码)增强其抗干扰能力，然后被送入时分多路复用模块，并与经编码的语音以及来自其他数字设备(如计算机、传真机等)的数据信号，按照指定的时隙合成一路数字信号再经接口电路形成标准的传输码形(如HDB3码)被送入信道发送。17/78多点控制方式会议电视的分会场一般相隔较远，分会场数目较多，这就(1)全耦合方式所有各分会场之间相互用线路连接，这种方式当点数很多时，需要大量线路，很不经济。(2)图像合成方式把所有会场图像汇集在一起合成为一幅图像传送到各终端，在各终端监视器上多画面显示所有会场图像。(3)图像请求方式把所有图像集中于一个网络节点，根据多点的请求，切换出所希望显示的图像，国外的会议电视多点控制常采取这种方式。(4)图文分配方式通过卫星把某一发送点的图像分配到所有各点，利用卫星召开电视会议，由于采用面辐射方式，因此最节省线路。(5)主席控制方式不改变原来通信网络结构，线路连接、图像和声音的流向都由会议主席进行控制。这种方式不增加任何线路，但不够灵活。18/78二级星型会议电视网多点会议电视网中都需设置一个或多个MCU来完成各个会议点之间的信息交换和汇接。ITU-T有关多点会议电视的标准只允许采用两层级连的组网模型，这样可以满足传输延时、话音图像同步以及网络控制的要求。上层下层MCU4MCU2MCU3终端MCU1终端终端终端终端终端终端19/78我国公用会议电视骨干网我国的公用会议电视骨干网，采用二级星型结构以北京为全网一级枢纽中心，以星型辐射形式与二级枢纽中心(即各大区中心沈阳、上海、南京、武汉、广州、西安、成都等地)的多点控制单元(MCU)相连接，各大区中心的MCU与本区内各省中心(即省会会场)相连，这样就构成了一个以北京为中心的全国会议电视骨干网。传输手段可以是现有的光缆、数字微波、数字卫星等。按我国开会的惯例，采取主席控制模式主席所在的主会场，可同时向所有分会场传递主会场的图像和声音，并通过MCU与任一分会场对话，指挥汇接设备切换图像和声音。分会场发言需向主席申请，一旦被主席认可，该分会场的图像、语音便可以广播方式传送到其他各个会场。这种模式符合ITU-T的H.243标准。20/78三种实用会议电视系统符合H.320标准的ISDN网的会议电视业务已开始应用。为了在计算机网以及PSTN网上组建会议电视系统，ITU-T于1995年推出了在LANH.323系列建议，在ATM网组建视听系统的H.310系列建议，在PSTN网上进行视听通信的H.324系列建议。21/78可视电话可视电话的通信包括语音信号和图像信号，通话双方在对话过程中可以看到对方的图像，丰富了通信的内容。通话过程传送的是双方的头肩像，图像内容简单，对细节的要求可以适当降低。目前，发展可视电话的条件已经具备，国际标准ITU-TH.324描述了低比特率的多媒体通信终端，采用V.34调制解调器，码率通常为28.8kb／s,可通过公共电话交换网(PSTN)进行传送。我国现在的电话普及率为可视电话的普及、互通创造了条件。3G/4G网络和智能手机22/78远程医疗远程医疗系统是一种利用现代通信网络实现远距离的医疗咨询、会诊、手术示范的交互式多媒体信息系统。边远地区的医生将患者的病历、检查数据、心电图以及B超、X线、C