现代生活中多媒体技术及其应用简介

第13章多媒体技术及其应用第13章多媒体技术及其应用13.1多媒体信号和多媒体技术13.2多媒体信号的传输13.3多媒体技术的应用第13章多媒体技术及其应用13.1多媒体信号和多媒体技术随着计算机技术、数字图像压缩技术和超大规模集成电路技术的发展，由这些技术交汇而产生了多媒体技术。媒体是指携带信息的载体，通常应该包括图像和声音，可能还有文字、符号、图形、动画、图片等等。多媒体是由两种或两种以上媒体组成的媒体。多种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。第13章多媒体技术及其应用多媒体信号应具有以下三个特征：(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合。(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、存储和展示这些信息媒体。(3)同步性：多种媒体能同步地、协调地传送信息。第13章多媒体技术及其应用广播电视中图像、声音、时间和字幕同步地传送，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、电子商务和远程教学等均属于多媒体范畴。第13章多媒体技术及其应用又如，多媒体远程教学，它与一般的广播电视教学(教师讲学生听)的模式不同，教师讲课时可向学生提问，学生除听课和回答问题外也可向教师提问。师生之间频繁交流信息，有图像、语音、文字、符号、图形、动画、CAI(ComputerAidedInstruction,计算机辅助教学)课件等媒体。这种多媒体远程教学因其生动、直观、交互性强，能充分调动学生的积极性，故能取得良好的教学效果。第13章多媒体技术及其应用13.2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，高清晰度电视(HDTV)的传送速率则高达1000Mb／s。为了在网络中传送更多的多媒体信息，必须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。第13章多媒体技术及其应用语音信号也要求实时传输。语音信号如不压缩需64kb／s的速率，经过压缩后可降到32kb／s、16kb／s、8kb／s甚至5～6kb／s。视频与音频压缩编码是多媒体信号传输中提高信道利用率的关键技术。通信服务质量QoS(QualityofService)是通信网络性能的重要参数，也是网络效果的主要表示参数，用来描述通信双方的传输质量。QoS基本参数包括系统吞吐率、网络传输的稳定性、可用性、可靠性、传输延迟、传输码率、出错率、传输失败率和安全性等。第13章多媒体技术及其应用传输码率只是其中的主要参数之一，不同的系统强调的参数往往不同，而且QoS参数的设置一般采用分层方式，不同层的参数有不同的表现形式。在用户层中，针对音频、视频信息的采集和重显，QoS参数表现为采样率和每秒帧数。在网络层中，QoS表现为传输码率、传输延迟等表示传输质量的参数。在描述网络管理时，QoS的主要考虑为网络资源的共享、参数的动态管理和重组等。第13章多媒体技术及其应用13.2.1PSTN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。电话网的主要用途是传输语音信号，用户的语音信息可通过传输线路和交换设备进行互传。该网络的终端设备主要是普通模拟电话机，要求所传输的信号带宽在300Hz到3.4kHz之间。第13章多媒体技术及其应用目前，电话网以模拟设备为主的情况已经发生了根本性的变化，数字传输设备和数字交换设备不断地引入电话网，如数字光纤时分复用设备、计算机数字程控交换设备等，所有这些数字化设备都使公用电话网已经成为一个以数字设备为主体的网络。但在用户线路上传输的信号中，模拟语音信号仍然比例最大，这给在公用电话网上传输数字信息带来了困难。目前，在公用电话网上传输数字信号的主要手段仍然是要依靠制解调器（Modem）。第13章多媒体技术及其应用为此国际电信联盟ITU―T提出了V系列建议，如描述接口电气特性的V.28、V.35、V.10、V.11等建议，描述接口间各条接口线路功能及其动作的V.24建议等。还有一些建议是用于描述Modem本身的，如V.21、V.22、V.32等等。在PSTN网上，可传输符合H.324标准的传输码率低于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。QoS参数为S―QCIF或QCIF格式，7.5帧/秒，Y∶U∶V为4∶1∶1，12比特/像素。第13章多媒体技术及其应用13.2.2ISDN和STM模拟电话网中，一对电话线只能传送一路模拟电话信号。随着通信技术的发展，出现了综合业务数字网ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)。ISDN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，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)，采用同步时分复用方式，也称为同步传输模式STM(SynchronousTransferMode)。第13章多媒体技术及其应用根据CCITT建议，电信的传输、交换、复用统称为传输模式，STM在ISDN中的复用方式如图13―1所示。以125μs为一帧，共传送20bit，时间上分3个信道(2B+D)，每个B信道传送数字电话信号8bit，一个D信道传送信令信号(电话号码等，速率为16kb/s)2bit，还有供同步、控制等传输开销用的2bit。各子信道的信息占用了固定的时隙。各子信道的时隙以125μs为周期出现，根据信号所占用的时隙位置，就可判定是哪个子信道的信号。这种传输模式就是STM。第13章多媒体技术及其应用图13―1STM的时分复用时分复用B1信道B2信道D信道DB2B1SDB2B1S125sISDN第13章多媒体技术及其应用在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。综合业务数字网ISDN可传输会议电视和可视电话。当上述2B+D的基本接入（BasicAccess）速率不够时，可使用23B+D、30B+D的基群接入（PrimaryAccess）取得1.544Mb/s或2Mb/s的传输速率。QoS参数为CIF格式，30帧/秒，Y∶U∶V为4∶1∶1，12比特/像素。第13章多媒体技术及其应用13.2.3B―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，或称为异步传输模式ATM(AsychronousTransferMode)，其传送的信息以信元为单位，信元长度是固定的53B，信头为5B，有用信息为48B。第13章多媒体技术及其应用在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，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。第13章多媒体技术及其应用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。因此，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。第13章多媒体技术及其应用常用的交换方式有电路交换和分组交换。电话程控交换是电路交换方式，通信期间始终有一条电路被建立，也属于STM模式，它是以固定时隙为基础的交换。其优点是实时性，没有交换引起的时延；但如上所述，线路的利用率低。分组交换是把整个信息分成若干较短的分组，各分组均有一定的目的地址，采用“存储-转发”方式。其优点是线路利用率高，但分组长度是可变的，两个用户的一次通信中各分组可能经由不同的路径，由于分组转发引入较大的时延，不宜用作实时通信。第13章多媒体技术及其应用ATM交换把信息分成一个一个固定长度的信元。信元长度比分组交换时的分组小得多，利用硬件连接进行信息交换，交换的速度非常快。ATM交换既有分组交换线路利用率高的优点，又有电路交换时快速交换的优点，(信元很短，几乎没有时延)，它是分组交换与电路交换的一种结合。因此ITU已规定在B―ISDN中应采用ATM方式的复用和交换。这样的以信元为基本单位的高速ATM信号，必须在宽带网络(如光纤网络)中才能传输。B-ISDN的传输速率在155Mb／s以上，可以传送各种多媒体的新业务。第13章多媒体技术及其应用13.2.4IP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，还不能保证多媒体通信业务所需的服务质量(QoS)。对于视频和音频传输，丢掉几个分组不会造成很大的问题；但对图像传输，带宽较窄就会导致视频画面的破坏，有时清晰，有时模糊；第13章多媒体技术及其应用网络带宽过窄也会导致音频信息的中断，有时噪声很小，有时噪声很严重。因此，必须采用效率更高的压缩编码和协议来改善Internet网中实时通信的质量。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。采用RSVP这项技术，通信双方在建立传输信息之前就预留了足够的带宽，服务质量会得到较好的保证。目前，RSVP的资源预留功能已在一些厂商的路由器和应用程序中实现。第13章多媒体技术及其应用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。然而，解决质量问题的根本办法还是拓宽网络带宽。现在美国正在积极研制下一代Internet，即NGI，其目的就是要拓宽网络带宽。第13章多媒体技术及其应用13.3多媒体技术的应用13.3.1会议电视1.概述会议电视是利用通信网召开会议的通信方式。会议电视能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；会议电视还能传递文件、图片、图表、会议室气氛等各种静止的和活动的图像信息。通过会议电视相隔几百、几千公里的与会者之间距离“缩短”了，使人有一种亲临会场的感觉。第13章多媒体技术及其应用会议电视减少了旅途时间，节约了大量的出差费用。一些紧急场合如防汛、防灾，需要迅速作决策的会议，利用会议电视可以争取时间、及时决策。会议电视的收费与使用时间成正比，这将促使发言人充分准备，压缩发言时间，从而提高了会议效率。会议电视可以增加与会人数，更好地集思广益。1995年，我国已经建成公用会议电视骨干网。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