多媒体通信技术的应用及发展.docx

多媒体通信技术一、什么是多媒体通信多媒体技术是一种把文字、数字、图形、图像、声音等几种信息的媒 体集合在一起，由计算机实施综合控制的技术。多媒体通信是利用多 种媒体一语音、文字、图像、图形和数据来表示信息，而且把各种媒 体的信息综合成一个有机的整体，互相协调同步。实时地表现出各种 信息及其变化，通信的双方还相互地交流沟通。多媒体通信的产生发 展得益于计算机和存储技术的发展，高性能的计算机系统为其提供了 技术上的保证。同时，网络技术的发展为其创造了良好的支持环境。还有语音识别处 理、文字语音合成、数据压缩以及文字、声音、图象传输的同步性、 实时性和协同操作等方面研究的进展，为多媒体通信的发展奠定了基 础。因此多媒体通信就是集多媒体技术与通信网络、计算机网络的交 互性和电视的真实性于一体的现代通信技术。多媒体通信在实际使用 上还要有更先进的软硬件协议与工具、高级操作系统、新的通信规范 和多媒体数据库等许多课题尚待研究开发。但是这种多媒体通信终端 与宽带化、智能化、个人化的宽带综合业务数字网络相配合的传输信 息的形式，将成为21世纪通信技术发展的基本特征。多媒体通信的 实现，将为社会提供一种全新的信息服务方式，使人们的生活更加便 利和丰富多彩。二、多媒体通信技术的应用及发展多媒体通信技术是当今世界科技领域中最有活力、发展最快的高新信 息技术，它时时刻刻都在影响着世界经济的发展和科学技术进步的速 度，并不断改变着人类的生活方式和生活质量。多媒体通信综合了多 种媒体信息间的通信，它是通过现有的各种通讯网来传输、转储和接 收多媒体信息的通信方式，几乎覆盖了信息技术领域的所有范畴，包 括数据、音频和视频的综合处理和应用技术，其关键技术是多媒体信 息的高效传输和交互处理。1多媒体通信的目前应用多媒体通信技术已广泛应用于社会的各个行业、各个领域，影响着人 类的生活方式和生活质量。按通讯网来分，多媒体技术主要应用在电 话网(包括固定和移动电话网)、广电网、计算机网上。目前在以电话 网为主导的通讯网上，由于终端到话局之间物理媒质采用的是双绞 线，其特点是以语音通信的特点而设计的，因此，在其上实现多媒体 业务技术难度较大。在90年代中期，国际电信联盟(ITU)专门颁布了 以低比特率实现多媒体通信的相关协议H.324。国内在这方面的研究 也取得了许多成果，可视电话的研究成功就是其一。可视电话就是完 全在PSTN上不依赖任何其它设备进行多媒体通信，实现了即闻其 声，又见其人的通信效果，满足了人们所向往的亲情交流感。它采 用H.263标准对图像数据进行运动矢量估计及其它算法的压缩编码， 使运动图像能够在26kbit/s的带宽内比较好的以30帧/秒的QCIF传 输，使声音能够以6kbit/s的带宽内不失真的传输。如果POTS与计 算机等其它设备相配合使用，则可以更好地完成多媒体通信，具体详 细阐述见下面有关计算机网部分。近几年来，随着有线电视的蓬勃发展，广电网以其覆盖面广，传输信 道带宽较宽，布线方便等优势，在广电网内开始大幅度开展多媒体通 信业务。我们知道，同轴传输线带宽高达7501000MHz，除传输有 线电视节目外，仍有近200 MHz的富裕量。因此，如果再采取适当的 压缩方式和传输机制，利用有线电视网实现多媒体通信业务是完全可 能的。例如，视频点播VOD，电视购物等已在许多有线电视网得以实 现。另外目前许多地区正在准备实现的广电网公用数据信息服务系 统、数据和话音通信系统就是利用这部分富裕频带来实现的。这比现 在已经使用的单纯利用电视信号帧的逆程扫描所进行的粗浅的图文 服务，无论在信息量还是收视效果上都要好得多。计算机网是近几年来发展最快的以电话网或其他介质为物理介质，以 计算机作为交流终端网络的一种新兴网络。它把地理上分散的、多台 独立工作的计算机用通信线连接起来，按照某种协议工作，实现资源 共享的多媒体网络系统。主要分为局域网、城域网、广域网和国际互 连网。目前internet的应用无处不在，只要有普通电话的地方都可 以使用interneto Internet使用的是TCP/IP协议，它是一种开放系 统互连结构的标准协议。基于TCP/IP协议的IP网以及IP网上丰富 多彩的服务项目的兴起，推动了 IP网数据业务乃至多媒体业务的蓬 勃发展。其中的例子不胜枚举，IP电话、计算机可视电话、远程监 控以及IE上的多媒体应用软件等。民航、铁路、交通、银行、各大 单位、国家机关的计算机网也完全普及，其中的多媒体通信应用更是 不计其数。现行的多媒体会议电视系统、银行的票据交换与安全监控 系统等都是典型的多媒体通信应用。在此就不一一列举。2多媒体通信的未来发展虽然，目前多媒体通信应用已经很普及，但还远远不能满足社会发展 的需要。人们越来越要求网络服务商(并非专指计算机网的服务商) 提供服务更好的多媒体通信业务。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。三网合一示意图(2) 从信道上来看，光纤直接入户当然是最理想的选择，这种选择前 几年被吵得沸沸扬扬。因为就一根光纤完全可以解决图像、声音和数 据的传输问题。但是仅从国内来看，如果采取光纤直接入户，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、DDN技术和 ADSL技术，ISDN技术是一个综合业务数字网技术，其带宽为2B+D， 传输速率为128kbit/s，也就是人们所说的一线通，这种技术只是 一种过渡性方案，因为虽其改造成本较低，但仍需单独拉线，因此仍 不方便，且带宽仍较低。即使出现ISDN交换机（在2000年北京举办 的计算机、通信技术设备展览会上已展出此类产品），信道带宽 仍受限制。DDN技术目前的租价太高，不宜普及。将来将向着ADSL 技术发展。ADSL技术是一种在现有双绞线上传输高速非对称数字信 号的一种新颖传输技术，它利用现有的电话线，在其两端各装一个 ADSL收发机，即可迅速提供新的高速数据通路，其上行速率可达 1Mbit/s左右，下行速率可达68Mbit/s，完全可满足多媒体通信的 需要。再一趋势就是采用宽带网接入系统（HFC）。HFC主要是运用 CABLE MODEM的接入方案，是一种共享型网络，主要利用现有的有线 电视线路实现有线电视节目与数据的共享。CABLE MODEM的HFC接入 方案需要对有线网进行改造，使其能够适应数据信号的双向传输。（3）从技术上看j玄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。因此，虽然 IP协议日趋成熟和完善，具备简化网络规划，增强网络管理，易于 实现网络的收缩和扩展等优点；但是，IP网还是一个无保证地尽力 传输的网络，用户间数据传输的可靠性是传输和控制协议(TCP)来实 现的。因此IP网不具有Qos和流量控制等功能。随着数据业务增加 和网络规模的扩大，IP网的传输效率将进一步明显降低。 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。ATM技术的主要特点表现在以下几个方面：(1) 以快速分组交换为基础。ATM技术对传统的分组交换技术进行了 简化，充分体现出交换的实时性和灵活性，传输速率可达Mbit/s Gbit/s，可完全有效地支持现有的和将来发展的多媒体通信业务。(2) 采用定长信元(Cell)交换方式，通过对外部和内部各种业务进行 流量控制，在ATM网络内部实现无阻塞交换，进一步提高了传输效率 和传输可靠性。另外，ATM从物理层、ATM层、AAL层及应用层四个 层次上保证了服务质量(QOS)。首先，从物理层上来看，它分为物理 媒质(PM)子层和传输汇集子层(TC)。PM子层应用光纤或5类及其以 上双绞线作为媒体，提供了宽的带宽、低的误码率，保证发送或接收 比特流的正确性；在TC子层通过速率适配，信元定界与同步，传输 帧的产生与恢复，实现信元比特流的正确转换，从而保证QOS；在ATM 层，主要运用流量控制、虚电路及虚通路的管理使用，正确运用信元 多路复用和解复用，来保证合适的信元丢失比率CLR、信元传输延迟 CTD和信元延迟变化CDU三个服务质量参数；在AAL层，通过正确的 分段与重组及向应用程序提供合适的接口，可以实现服务所要求的信 元差错比率、严重错误信元块比率及错误目的地信元比率三个服务质 量参数；在应用层通过口令等加密技术及其它相关技术，也保证了 QOS。允许驳接现有的各种通讯网络，很容易实现与PSTN、ISDN、DDN、 LAN等网络的互通。而且ATM是独立于业务类型的网络，同时还可以 对所有用户进行动态地按需分配优先级、带宽等网络资源，进一步有 效地利用了现有资源，降低了运营成本。IP OVER ATM的基本原理可简述如下：我们知道，IP网寻址是依靠发 送地址转换协议(ARP)和反地址转换协议(RARP)的地址解析广播来实 现的，ATM是采取高性能的端到端和端到多点的连接方式。如何将IP 网寻址方式转换为高效的ATM寻址方式是解决IP OVER ATM的关键问 题°Internet特别工作小组(IETF)在1999年底颁布的多协议标签交 换技术(MPLS)草案标准，解决7IP在ATM上的承载问题。MPLS技术 相当于在OSI参考模型的网络层和数据链路层之间添加一个相对独 立的起缓冲作用的层。在寻址过程中，连接在ATM网上的主机只要设 置自身的IP地址，ATM网络就可以根据现有的IP路由器进行IP通 信路由的选择。避免了目前采用的叠加模式使用路由器实现多个IP 子网的互连，减少了由此造成的不可避免的网络时延。当ATM上的 IP终端用户要求进行通信时，ATM交换机首先将ATM信元重新组成 IP帧，获取目的地的IP地址，再根据IP路由表计算出最佳路由。ATM网络根据此路由并结合流量控制算法，建立起端到端和端到多点 的虚电路(VC)连接，实现一跳路由选择，真正大幅度地提高了 IP 网的通信质量。由此可以看出，MPLS技术确实大大简化了网络层和 数据链路层之间的多个协议转换，实现了 IP网和ATM网的优势互补。 因此，总的来看，加大对MPLS技术的研究开发力度，完成具有自主 知识产权的产品，是实现我国多媒体通讯网紧跟世界科技前沿的当务 之急。3多媒体技术的几个具体应用方向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。 电子商务就像“龙卷风”一样朝着全球吹来。据有关部门统计表明， 电子商务在全球的用户数目前已达到数千万户，先进国家大约有40% 左右的公司通过电子商务进行商业贸易不，其贸易额高达4000亿美 元，就网上购物一项，已从1996年的5.18亿美元增长到1999年的 60亿美元，增加了 10倍之多。有关专家指出，电子商务将是21世 纪全球经济增长最大的领域之一。它所产生的新的发展机遇更是人类 历史上几百年才可能遇到的。在我国，真正意义上的电子商务尚未大 规模发展起来，科技人员正在积极开发.三缩短与先进国家的差距，为 我国的经济发展做出贡献。(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。WCDMA采用扩频技术，具有更高的多径成分的解析能力和抗干 扰能力，因此，它将能够提供更好的连接质量和获取更高的容量、更 大的服务区。从2000年北京举办的计算机、通信技术设备展览会 上已展出的手机产品来看，国外许多公司都已研究开发出此类产品。 据展览会上介绍，批量的生产和使用将会在2001年6月以后开 始。(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一多媒体呼 叫中心，它融合7CTI、Call Center、Internet.数据库、WAP、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。将来，多媒体技术 应用在多媒体呼叫中心的趋势主要是与电子商务相结合，使用户在进 行电子交易时就可以和对方对话，就像在现实生活中一样。4多媒体通信终端遵循的国际标准多媒体通信同任何其他通信方式一样，要求通信各方必须遵循统一的 国际标准，以保证设备的互通性和用户对厂商的自主选择。同时，为 了使不同厂商的产品在互通的基础上展现各自的特点，国际标准还规 定了一些可选项建议，由厂商自行决定是否采用这些可选项建议，下 面简要介绍一下这些国际标准。4.1基于PSTN网的H.324国际标准本标准是基于PSTN网的低比特率多媒体可视电话终端的系统框架协 议。全面规范了音、视频信息流的压缩与还原、整个数据流的复用与 分解、逻辑信道的分配及系统控制等技术规范。这些技术规范所遵循 的国际标准（也就是说，H.324包括的国际标准）如下：H.263视频压 缩编解码协议，它为视频流执行冗余度压缩编码和译码，提供高效的 活动图像压缩编解码技术；G723.1低速语音编解码协议提供了高效 的语音压缩编解码，对传输来自话筒的音频信号进行编码，对输出到 扬声器（扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。确切地 说，扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电功率信号通过换能 方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。扬声器在音响设备 中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的 部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共 鸣）而发出声音，扬声器分为内置扬声器和外置扬声器，而外置扬声 器即一般所指的音箱。内置扬声器是指MP4播放器具有内置的喇叭， 这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器来收听MP4 播放器发出的声音。）的音频流进行译码，其速率为 5.3kbps或 6.3kbps。H.245控制协议提供了在PSTN网上进行多媒体通信时对不 同媒体信道进行有效控制的功能，包括能力交换、发命令、指示命令 以及开通并充分描述逻辑信道内容的消息。此协议还包括X. 680抽 象句法符号协议和X.691 ASN.1编码规则协议。H.223多路复用协议 则是将所传输的视频、音频、数据和控制流以逻辑信道方式复用成单 比特流；并把接收到的比特流分解成不同的多媒体流；另外，它还执 行与各媒体类型相适应的逻辑成帧、顺序编号、检错和依靠转发方式 的纠错。V.34调制解调器协议将H.223同步多路复用的比特流转换 成能在PSTN网上传输的模拟信号，通信速率高达28.8kbps或33.6kbps。V.8bis及V.8协议允许正常的通话方式在任何时候转到 可视电话方式。在主叫和被叫之间，使用V.21协议在多种工作模式 中选择一种适合的工作模式，并确定双方的工作能力。V.8bis可在 数据通信的建立呼叫阶段或在语音通话期间使用，提供多媒体服务， 即数据、图像、语音和传真的同步进行。T.120协议是数据通道标准， 包括电子白板、文件传输及摄像机遥控等。IL也协成总熠H.324系统构成4.2基于ISDN的H.320国际标准该标准是ITU-T制定的有关多媒体视频会议的第一套系统框架协议， 它规范了在ISDN网上用于多点之间或点对点的多媒体视频会议系 统，并对其中所用到的音、视频信息流的压缩与还原、整个数据流的 复用与分解、逻辑信道的分配及系统控制、加密、远端录像等技术作 了明确具体的规定。H.320主要包括如下的国际标准：视频编解码协 议H.261，它定义了 P X 64Kbits/s视频编解码的具体实现；协议G. 711、G.722、G.728提供了音频压缩处理技术的详细说明；H.230 则是有关帧同步的控制信号和指示信号的标准；H.221协议定义了 641920kbits/s之间信道复用的帧结构；H.242和H.243协议分别 规定了点对点及多点控制单元之间的通信规程。4.3基于ATM/B-ISDN的H.310国际标准H. 310国际标准1996年是ITU-T制定的在ATM/B-ISDN网络中实现多 媒体视频会议系统总体框架协议，它主要由ATM网络、多点控制单元 和终端设备等三部分组成。在该协议中，分别定义了单向和双向终端， 单向终端根据网络适配和信令能力又分为只收终端(ROT)和只发终端(SOT)，双向终端是指可同时进行发送和接收的终端(RAST)。H.310 建议包括：视频编解码协议H.261和H.262；音频编解码协议G.711、 G.722、G.728；多路信号传输协议H.222/H.221；系统控制及规程协 议 H.245。4.4基于LAN/IP的H.323国际标准1996年ITU-T颁布的H.323国际标准是为在已有的LAN网上进行多 媒体通信系统而设计的。它规范了将实时的语音和图像数据传输到 PC机及视频电话终端所需要提供的服务oH.323终端与现有的LAN网 卡、集线器(HUB)、交换机(PPX)和路由器(ROUTER)具有良好的兼容性。 它包括如下建议：视频编解码协议H.261和H.263；音频编解码协议G. 711、G.723.1； H.225.0协议描述了各种媒体数据流的复用与同步 及控制消息的格式；系统控制协议与H.324中所用的一样，都是H. 245,它提供在PSTN网上进行多媒体通信时对不同媒体信道进行有 效控制的功能，包括能力交换、发命令、指示命令以及开通并充分描 述逻辑信道内容的消息。俺魔 %我应用应用G TXXH. 2SX1:令Sas1 .H_ ES5_ CT-1S4T, 1 ££/T_ 125, 加51TRTFT.心用户薮据报协议 CUD?>废第控制协权 <TCP；嗟嘉瑟-物臀|H.323协议结构ITU-T在1997年颁布的H.323V2国际标准是H.323的改进版本，主 要是基于IP网络的多媒体通信系统。它能在众多的计算机网络(如 Internet， Intranet和各种LAN)上运行，并能与其它广域网互通， 它将以较低成本的终端、较低的传输费用和较宽的传输带宽而赢得良 好的发展机遇。ITU-T在1998年颁布的H.245V4国际标准是H.245的改进版本，主 要是增加了多点控制(MCU)功能。它能使原来使用H.245的终端之间 能够更好的互通，因此应用范围更加广阔。H.263协议近几年来也不断改进，使图像数据的压缩率和压缩质量都 得到了很大的提高。ITU-T颁布H.263版本也已到了第五版本，其中 实现H.263 PLUS版本的产品现在已经产业化。多媒体通信技术是信息高速公路建设中的一项关键技术，是集通信技 术、计算机技术、信号处理技术、音、视频压缩处理技术、微电子设 计技术为一体的高科技技术。作为当前信息技术发展的热点，可以预 测，多媒体通信的广泛应用将会极大幅度地提高人们的工作效率、减 轻社会的各种不合理负担并不断改变着人类生活和工作的方式。5课程总结写到这里，意味着这一学期的多媒体通信课程即将告一段落。但是， 我认为这应该是画上了短暂的逗号，而并非是结束的句号。因为作为 通信专业的学生来说，在多媒体通信技术日趋成熟和广泛应用的总形 势下，特别是近年来此项技术的应用与发展，使得多媒体通信成为未 来通信的主要方向之一，学习多媒体通信技术将会是我们长期的任 务。总体看来，通过一学期的课程学习，并在周老师生动形象的讲解之下， 可谓是受益匪浅。我了解并学习了多媒体通信的具体概念及其关键技 术。虽然限于课时和时间的原因，我学习的的知识只不过是冰山一角， 但这并不能妨碍我的学习热情。因为只有发现冰山一角，方才能撼动 整个冰山，所以我觉得整个课程的学习是非常重要，也是非常必要的。参考文献1 ITU-T Recommendation H.320 1993 Narrow-band ISDN visual telephone systems and terminal equipment2 ITU-T Recommendation H.324 1996 Terminal for low bit rate multimedia communication3 ITU-T Recommendation V.42 1996 Error-correcting procedures for DCEs using asynchronous-to-synchronous conversion.4 ITU-T Recommendation X.6801994 Informationtechnology-Abstract Syntax Notation One ASN.1 Specification of basic notation.5朱秀昌 刘 峰.会议电视系统及应用技术.北京人民邮电出版社，19996多媒体通信技术手册.邮电部科学技术情报研究所，1997