数字图像处理-第14章-图像通信的应用和发展-北邮出版社-2008-10

1《数字图像处理与图像通信》朱秀昌刘峰胡栋北京邮电大学出版社2第14章图像通信的应用14.114.214.314.4图像通信的展望314.1会议电视系统14.1.1H系列会议电系统有发展前景的会议电视系统为：基于ISDN的H.320基于PSTN的H.324基于IP的H.323ATM适配H.320H.324H.310H.321H.323H.322LAN适配N-ISDNPSTNATMLAN图14.1六套建议之间的关系4基于ISDN的H.320、基于PSTN的H.324基于IP的H.3233套系统各自所包括的主要国际标准如表14.1所示。表14.1三套实用的会议电视国际标准标准H.320H.324H.323应用网络ISDNPSTNLAN视频编码H.261H.261/263H.261/H.263音频编码G.711/722/728G.723/729G.711/722/728/723/729多路复用H.221H.223H.225通信控制H.242H.245H.245数据传输T.120T.120T.120514.1.2SIP会议电视系统1）SIP协议简介在视听通信方面，H.323是通信行业提出的协议，SIP（SessionInitiationProtocol）是计算机行业提出的。所谓的会话(Session)，就是指用户之间的数据交换。每一个会话可以是各种不同类型的信息。包括：普通的文本数据；数字化处理的音频、视频数据；诸如游戏等应用数据。62）SIP系统基本组成按逻辑功能划分，SIP系统由4种元素组成：SIP用户代理SIP代理服务器SIP重定向服务器SIP注册服务器注册服务器重定向服务器SIP代理服务器SIP代理服务器SIP代理服务器SIP用户代理SIP用户代理请求响应图14.2SIP呼叫建立过程(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)73）H.323和SIP各具特点H.323和SIP都是呼叫控制和信令协议。从长远看：SIP是面向IP网络的协议，简单易行，还在不断改进，因此SIP协议的图像通信方式将逐渐胜过H.323，成为主流通信方式。H.323UDPH.245Q.931RASSIPRTPRTCPRTSPIPH.225呼叫信令和控制信令和网关控制Audio/Video媒体图14.3H.323和SIP各有侧重TCPMGCP814.1.3会议电视的终端和组网1）会议电视终端在H系列的会议电视系统中，H.320是基础系统。各类会议电视系统的主要不同之处在于：信道接口、码流的复用结构、通信的控制等方面不同。以H.320会议电视系统为例来介绍，其它类型的会议电视的工作原理都可以参照它来理解。9图14.4会议电视编解码器框图HDB3码D/A反CIF格式H.261视频解码多路解复用G.703接口模拟视频G.711等解码D/A模拟音频数据输出T.120建议缓存BCH解错延时(b)解码器HDB3码A/DCIF格式H.261视频编码多路解复用G.703接口模拟视频G.711等编码A/D模拟音频数据输入T.120建议缓存BCH纠错延时(a)编码器编码控制102）多点会议电视网对于实现多点会议电视系统的信号汇接来说，多个图像的迭加是不允许发生的。一个传输信道只能传送一个图像源的内容。在实际的会议电视网中都需设置一个或多个多点控制设备（MCU)。由其担任各个会议点之间信息交换和汇接作用。用MCU组成的多点会议系统的网络结构呈星状网。每个MCU可接若干个会议电视终端（例如8个、16个或更多个）。11网络内会议电视终端既可连接在从MCU上，也可连接在主MCU上。虽然图中的终端是直接连接到MCU上的，但在实际中，它们往往是通过各种通信网络而连接到MCU上的。图14.5星型配置的会议电视网络终端终端终端从MCU终端终端从MCU终端终端从MCU主MCU123）会议电视室及其它从实用角度出发，会议电视的效果不仅要考虑通信线路和终端设备的水平，还必须综合考虑会议电视室和其它一些有关因素。首先是会议的规模。其次，室内的照明也是不可忽视的一个因素。对于会议室的设计，音响的要求也很重要。最后要考虑的一点是传输速率的选择。1314.1.4可视电话系统可视电话是一种面向公众的图像通信业务。通信内容既包含语音信号，又包含图像信号，使人们通话过程不再是单调的交谈，还可以相互看到对方图像，丰富了通信内容。由于用户主要观察的是对方的头肩像，图像内容简单，而且对细节的要求可以适当降低。141）H.324可视电话终端它是框架型的建议，包含一系列建议，称之H.324协议族。H.324系统所面对的是模拟窄带信道，它采用变通的方法（即采用调制解调的方法）来传输数字消息。允许的码率较低，信道特性远不如ISDN稳定。图14.6H.324终端结构音频编解码G.723.1T120协议接收时延数据复用/解复用H.223Modem/V.34V.8Modem控制V.25terPSTN系统控制视频音频H.245SRP/LAPM控制协议过程视频编解码H.263/H.261MCUH.324终端152）可视电话的图像质量目前可视电话缺点：帧频偏低，使人觉得物体的运动带有动画感；有明显方块效应，尤其是活动性较强的图像时更是如此。有拖影、台阶状或锯齿状的边缘等缺陷。图像的清晰度和运动感觉是衡量可视电话质量两个主要方面。早期通过PSTN线路连接一个机顶盒的可视电话（用电视机显示），因用户在电视屏幕上看不到电视质量图像而淘汰。因此，目前的可视电话商品大部分都是采用小液晶屏幕、独立机型式样，或者嵌入于计算机中。16独立机型的一体化的可视电话如图14.7所示。它的编解码器、网卡、调制解调器等部件都小型化后安装在电话机的底座里。这种可视电话使用十分方便，可以连接在普通电话网上，也可以连接在IP网上使用，这两种工作方式可以随时切换。在不作可视电话时，它可用作普通电话。图14.7一体化可视电话机1714.2远程监控系统14.2.1系统的构成和功能1）远程监控系统的构成典型的远程监控系统基本上可分为：远端图像设备（压缩编码和处理模块）监控中心模块通信网络模块图14.8远程监控系统结构示意图远端设备2远端设备n监控中心远端设备1通信网络182）远程监控系统的功能要求图像分辨率的要求综合信息的要求具备自动报警，具有智能化功能存储要求安全等级的要求1914.2.2基于IP网络的监控系统目前使用最多的是通过现有的IP数字网络建立的远程监控系统。除了传输网络外，主要包括基于计算机的视频监控中心和基于独立机型的远端视频监控设备两部分。IP网络图14.9基于IP网络的远程视频监控系统…..远端设备2远端设备n计算机显示器视频监控软件监控中心远端设备1四画面处理器摄像机1摄像机2摄像机3摄像机4视频编码云台2014.3视频流媒体的应用14.3.1流式视频1）视频流的基本概念以观看视频内容为例。在用户端，待流入的数据稍有积存便开始使用（观看），形成边流入、边观看、边丢弃的一种新的“传输”和“使用”视频数据的方式。传输的对象就是视频流。优点它降低了对用户存储容量的要求，大大缩短了等待观看时间，观看过的数据往往不再需要保存，有利于采取措施保护知识产权。212）视频流传输系统视频流传输系统往往采用客户机/服务器（C/S）传输模式。包括服务器端、传输网络和客户机端（用户）三部分。一个服务器通过网络的连接可以服务于若干客户机。RTP/UDP视频数据流Web服务器视频服务器服务器端客户机端Web浏览器视频播放器HTTP/TCP双向控制协议RTSP/TCP（UDP）控制信息图14.10视频流传输过程223）RTP和RTSP协议实时传输协议（RTP：Real-timeTransportProtocol）一种因特网上实现点对点、点对多点传送数据单向传输协议。只能从服务器端发送流数据到客户端，经过简短初始化握手和数据缓冲后，开始在用户端实时播放，播放完了数据就丢弃。RTP一般和实时传输控制协议（RTCP：RealTimeControlProtocol）配合使用，占用相继的两个UDP端口。RTP负责实时媒体信息的传输，RTCP负责相应控制信息的传输，监视QoS和携带预期控制信息。23实时流协议（RTSP：RealTimeStreamingProtocol）和RTP类似，RTSP是另一个流媒体传送协议。RTSP用在观众和Unicast服务器通信的场合。RTSP提供双向通信，即观众可以和流服务器通信，有时根据自己的爱好，需要对节目进行控制性操作。这些控制功能的定义由RTSP来完成。244）视频流的关键技术视频流压缩编码技术。面临着网络带宽的波动和多种应用的挑战，高压缩率的分级编码技术是很好的解决途径。服务器处理技术。服务器必须根据网络的可用带宽把压缩的数据打包成合适的码流并响应网络的反馈控制信息；服务器还要具备对用户发来的服务请求进行有效处理的功能。网络传输协议。适合实时视频传输的协议主要有：网络层的IP协议，传输层的用户数据报协议（UDP）、实时传输协议（RTP）、实时传输控制协议（RTCP），会话层的实时流协议（RTSP）。接收端的流播放技术。2514.3.2IPTV什么是IPTV？IPTV（InternetProtocolTelevision）可称为交互式网络电视，或简称网络电视，是一种利用宽带数字网络的基础设施作为传输媒介，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的新技术。获取IPTV服务方式：用户在家中可采用两种方式获得IPTV服务：一种是借助于连接在宽带网上的计算机，另一种是在普通电视机上加接网络机顶盒。261）IPTV的工作原理目前，IPTV有三种实现方式：第一种是最早出现的方式，通过IP网络直接连接到PC客户端；第二种是最普及的方式，IP网络通过机顶盒连接到电视机；第三种是最为灵活的方式，通过移动网络连接到用户手机。其中，机顶盒加电视机的方式已成为IPTV业务的主流终端方式。272）IPTV关键技术和标准IPTV系统的组成：流媒体技术、视频编解码技术等常见技术内容分发（多播技术、内容发布、内容路由、内容交换等）、媒体资产管理、用户授权认证、集成解码等关键技术。IPTV的视频标准IPTV视频标准至今尚未有定论。H.264和AVS由于采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，是目前最为看好的标准。283）IPTV的系统和终端IPTV的承载网络大致上有三类：IP网（窄带、宽带、城域网、局域网等）；同轴电缆网：移动网（第二、三代移动、无线局域网等）。流媒体服务器计费中心流媒体服务器流媒体服务器内容服务器防火墙数据库认证管理中心网络TV＋机顶盒PCPCPC图14.12IPTV的网络结构294）发展前景和尚存在的问题前景：宽带用户将在4年内达到6300万，平均年增长率达28%，我国拥有电视机已超过3亿台，全国有线电视用户接近1.2亿户，移动用户数超过固话用户。只要其中一小部分成为IPTV用户，这个数目也相当可观。存在问题：技术方面：缺乏统一的编解码标准、QoS保证、系统间的互通性。管理方面：内容分发、播放、存储、认证、计费、数字版权管理、机顶盒等技术标准还未统一，IPTV技术平台还是封闭的系统。业务形态方面：数字电视、IPTV、手机电视之间存在同质化问题。3014.3.3手机电视手机电视是随着移动通信网络的发展而兴起的一种新的图像通信业务，顾名思义就是用手机来看电视节目。从用户的角度来看就是利用手机终端观看包括电视在内的音视频节目。从运营的角度来看，就是为广大的手机用户提供丰富多彩的电视和其它娱乐节目。311）手机电视的实现方式基于移动网络的实现方式基于地面数字广播网的实现方式基于卫星的实现方式2）手机电视业务的运营模式电信运营商单独运营模式广电运营商单