數(shù)字音視頻技術(shù)的業(yè)務應用

第 9章 數(shù)字音視頻技術(shù)的業(yè)務應用 數(shù)字音頻（ DAB）廣播 9.1 可視電話 9.2 視頻會議 9.3 視頻監(jiān)控 9.4 交互電視與視頻點播 9.5 遠程教育 9.6 遠程醫(yī)療 9.7 多媒體計算機技術(shù) 9.8 新業(yè)務應用 9.9 學習目標 知識目標：了解數(shù)字音視頻技術(shù)的業(yè)務應用。對諸如數(shù)字廣播、會議電視、遠程教育、遠程醫(yī)療、視頻點播、遠程監(jiān)視等有初步的認識。 技能目標：了解視頻會議系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握桌面型視頻會議系統(tǒng)的安裝方法。 9.1 數(shù)字音頻（ DAB）廣播 9.1.1 DAB發(fā)展概況 數(shù)字音頻廣播（ Digital Audio Broadcasting）是繼 AM、 FM傳統(tǒng)模擬廣播之后的采用全數(shù)字方式的廣播，簡稱 DAB。 隨著計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，人們開發(fā)成功了數(shù)字音頻廣播技術(shù)。 它把低碼率高質(zhì)量的信源碼技術(shù)和抗回波傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)綜合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)無線廣播高質(zhì)量（ CD級質(zhì)量）的移動接收，被喻為無線廣播新的里程碑。 數(shù)字音頻廣播 模擬音頻廣播 傳遞內(nèi)容 聲音、文字、圖片、短片等多媒 體內(nèi)容 聲音 行動性 可高速行動接收 高速行動接收時易使信號受到干擾而 產(chǎn)生噪聲 信號 與音質(zhì)不受多路徑傳播的干擾， 可確保音質(zhì) 音質(zhì)受地形、其他信號干擾而產(chǎn)生噪 聲 頻道負載 透過較佳的壓縮技術(shù)，一個頻道可同時傳送多套近 CD音質(zhì)的節(jié)目 一個頻道只能傳送一套標準音質(zhì)的音訊節(jié)目 頻譜 可采用單頻網(wǎng) 需采用復頻網(wǎng) 表 9-1 數(shù)字音頻廣播與模擬音頻廣播性能對比 1高效的信源編碼技術(shù) 2 COFDM信道編碼技術(shù) 3具有不同的覆蓋模式 4采用多種工作模式和多個工作頻段 5同時附帶傳輸多種數(shù)據(jù)業(yè)務 6擴展性 7數(shù)據(jù)透明性 9.1.2 DAB系統(tǒng) 1尤里卡（ Eureka） 147/DAB發(fā)射系統(tǒng) DAB技術(shù)是一項前景非常廣闊的先進技術(shù)，目前工業(yè)發(fā)達國家和一些第三世界的國家都在積極開發(fā)利用 DAB產(chǎn)品，以便盡早占領(lǐng)世界市場完成從目前廣播到下一代廣播的轉(zhuǎn)換，而且 DAB中的一些技術(shù)已經(jīng)用于目前廣播領(lǐng)域的各個方面（如MUSICAM已經(jīng)作為 HDTV和普通數(shù)字電視伴音標準以及衛(wèi)星傳輸數(shù)字廣播節(jié)目的標準）。 數(shù)字音頻廣播由單一頻率模塊組成，通過復用可以傳送立體聲或單聲的廣播，還可傳送文本和數(shù)據(jù)。 不是所有的數(shù)字接收機都是 DAB接收機，目前市面上有許多的數(shù)字接收機，但大多為利用數(shù)字技術(shù)制造的模擬的 FM、 AM廣播與衛(wèi)星廣播接收機，這類的接收機稱為數(shù)字接收機。 而 DAB接收機則必須符合 Eureka 147技術(shù)規(guī)格，才能接收得到 DAB的信號。 世界大多數(shù)國家的 DAB都是直接采用或參考歐共體的尤里卡 147/DAB技術(shù)開發(fā)而成的。 圖 9-1為尤里卡 147/DAB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖（圖中未包括射頻部分）。 圖 9-1 尤里卡 147/DAB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 從圖中可以看出該系統(tǒng)包括演播室信源編碼和信道處理兩大部分。 演播室信源編碼部分包括 L、 R聲道A/D變換器， L、 R聲道的信源編碼，多路復用等。 多路復用除把左右聲道的音頻數(shù)據(jù)復用外，還把節(jié)目類型信號和附加信號復用在一起。 信道處理部分包括節(jié)目多工器、信道編碼器、調(diào)制器和射頻功放等電路。 節(jié)目多工器是將多路數(shù)字音頻信號復用在一起。 信道編碼包括糾錯編碼和數(shù)據(jù)交織等措施，這些措施可提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力。 數(shù)字調(diào)制采用正交頻分多路調(diào)制，這種調(diào)制方法由于其抗多徑傳輸功能，適合于移動接收。 下面對各部分作較詳細地說明。 （ 1）信源編碼 （ 2）信道編碼 （ 3）可刪除型卷積編碼 （ 4）單頻網(wǎng)絡（ SFN） 2尤里卡 147/DAB接收系統(tǒng) DAB的傳輸模式有四種，其中最重要模式是用于地面單頻網(wǎng)（ SFN）的模式 1與用于傳輸距離有限的中等規(guī)模網(wǎng)絡的模式 2。 EUREKA 147接收系統(tǒng)使用波段 III（ band III）以及 L波段（ L band）的無線頻帶，波段 III的頻帶范圍為 174MHz 240MHz， L波段則為 1 452MHz 1 492MHz，也有些國家使用超高頻波段（ UHF， 300MHz3 000MHz）。 圖 9-2 DAB接收機的原理示意圖 圖 9-3 Bosch DAB/DMB模塊接口 圖 9-4 應用例子 9.2 可視電話 可視電話（ Video phone）作為一種多媒體通信新業(yè)務，不僅傳送話音，而且傳送活動圖像，較電話技術(shù)提供更豐富的交流手段，將改變?nèi)祟惖霓k公和生活空間。 隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，大量基于 IP的可視電話越來越受到人們的歡迎。 9.2.1 可視電話的發(fā)展 1964年，美國第一臺黑白可視電話問世，之后可視電話的發(fā)展一直比較緩慢。 1992年，美國 AT T公司推出了基于普通電話交換網(wǎng)的彩色可視電話，隨后許多國家都生產(chǎn)出類似的產(chǎn)品，但沒有形成統(tǒng)一的國際標準。 1996年，國際電信聯(lián)盟正式批準了普通電話交換網(wǎng)可視電話標準 H.324，提供了統(tǒng)一的通信協(xié)議和圖像、語音壓縮標準。 中國的可視電話發(fā)展比國外晚，但技術(shù)標準與世界同步。 目前可視電話還未真正進入家庭，其原因主要有以下 3個。 （ 1）價格太高，一般家庭不能接受。 （ 2）傳輸質(zhì)量不高，畫面連續(xù)性不強。 （ 3）不同廠家對傳輸協(xié)議和標準理解不同，導致終端設備間或終端、局端設備間不能互通。 9.2.2 可視電話的分類 常用的可視電話有兩種分類方式：一種是按所使用的通信網(wǎng)絡來分類，另一種是按使用的終端類型來分類。 1按所接入的通信網(wǎng)不同分類 按所接入的通信網(wǎng)絡不同，可視電話可以分為基于 ISDN的可視電話、基于包交換網(wǎng)絡的計算機局域網(wǎng)和 Internet網(wǎng)的可視電話，以及基于 PSTN的可視電話 3類。 （ 1） PSTN電話網(wǎng)可視電話 （ 2） ISDN可視電話 （ 3）基于局域網(wǎng)和 Internet網(wǎng)（ IP）的可視電話 圖 9-5 H.324可視電話終端系統(tǒng)框圖 2按照實現(xiàn)方式不同分類 按照實現(xiàn)方式不同分類，可視電話有基于 PC機的可視電話、機頂盒可視電話和類似于普通電話的專用可視電話終端 3類。 （ 1）基于 PC機的可視電話 （ 2）機頂盒可視電話 （ 3）獨立的可視電話 9.3 視頻會議 隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏和工作效率的加快，傳統(tǒng)的通信手段已經(jīng)遠遠不能滿足用戶要求。 視頻會議正是在這種巨大的市場驅(qū)動下應運而生的新一代通信系統(tǒng)，視頻會議系統(tǒng)把不同地點、任意會場實時寫真的場景和語音互連，同時向與會者提供分享的聽覺和視覺空間，使各方有“面對面”和身臨其境的感覺。 與會各方可以觀察對方的形象、動作、表情等，同時觀看所出示的實物、圖紙、文件等實拍的電視圖像，或者屏幕上的文字與圖形，通過各種終端發(fā)表意見，從而使不同地點的與會各方“同處一室”共商大計。 這不僅為用戶提供了更及時、更有效、更簡便的通信服務，還提高了用戶的辦事效率，是一種節(jié)省時間和精力且經(jīng)濟又現(xiàn)代化的溝通方式。 9.3.1 視頻會議概述 1視頻會議系統(tǒng)的基本類型 從技術(shù)的角度看，視頻會議系統(tǒng)大致可分為運行在 128 384kbit/s速率下的專網(wǎng)或 DDN網(wǎng)、 LAN/WAN網(wǎng)和 PSTN網(wǎng) 3種基本類型。 （ 1）基于專網(wǎng)或 DDN網(wǎng)的視頻會議系統(tǒng) （ 2）基于 Internet網(wǎng)的數(shù)據(jù)會議業(yè)務以及與基于 PSTN網(wǎng)的電話會議集成系統(tǒng) （ 3）基于 Internet網(wǎng)的集多業(yè)務種類為一體的網(wǎng)絡會議系統(tǒng) 2視頻會議系統(tǒng)的應用形式 從會議終端（包括其外圍設備）類型上分，由于應用目的和場合不同，視頻會議系統(tǒng)大體上可分為會議室型、桌面型和可視電話 3大類。 3視頻會議系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) （ 1）信息壓縮技術(shù) （ 2）網(wǎng)絡傳輸技術(shù) （ 3）多點傳輸及會議控制技術(shù) 4視頻會議系統(tǒng)的國際標準 標 準 H.320 H.323 H.324 H.310 應用網(wǎng)絡 ISDN LAN PSTN ATM 視頻編碼 H.261 H.261/H.263 H.261/263 H.262/261 音頻編碼 G.711/722/728 G.711/722/728/723/729 G.723/729 MPEG1/G.711/722/728 多路復用 H.221 H.225 H.223 H.222/H.222.1 通信控制 H.242 H.245 H.245 H.245 數(shù)據(jù)傳輸 T.120 T.120 T.120 T.120 表 9-2 視頻會議系統(tǒng)國際標準 9.3.2 視頻會議系統(tǒng)的基本構(gòu)成 （ 1）多點轉(zhuǎn)發(fā)服務器 MFS 圖 9-6 多點會議系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) （ 2）通信終端 （ 3）通信網(wǎng)絡 圖 9-7 會議電視設備與通信網(wǎng)絡互聯(lián)的數(shù)字接口 9.3.3 視頻會議系統(tǒng)的新發(fā)展 1基于 ATM的視頻會議系統(tǒng) 圖 9-8 H.310寬帶會議電視系統(tǒng) 2基于 IP的視頻會議系統(tǒng) 圖 9-9 多媒體視頻會議系統(tǒng) 9.4 視頻監(jiān)控 9.4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展特點 （ 1）網(wǎng)絡化 （ 2）數(shù)字化 （ 3）網(wǎng)絡管理分級化 （ 4）系統(tǒng)具有可擴展性 （ 5）操作簡單 9.4.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖 9-10 電視監(jiān)視系統(tǒng)的組成部分 1攝像部分 （ 1）攝像機 （ 2）鏡頭 （ 3）云臺 （ 4）防護罩 2傳輸部分 （ 1）視頻信號的傳輸 （ 2）控制信號的傳輸 直接控制 多線編碼的間接控制 通信編碼的間接控制 同軸視控 無線傳輸 3顯示與記錄 （ 1）圖像監(jiān)視器 （ 2）錄像機 （ 3）視頻切換器 （ 4）多畫面分割器 （ 5）視頻分配器 4控制設備的功能與實現(xiàn) 圖 9-11 視頻分配器的基本形式 圖 9-12 閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制的種類 （ 1）電動變焦鏡頭的控制 （ 2）云臺自動控制 （ 3）切換設備的控制 9.5 交互電視與視頻點播 9.5.1 概述 隨著近年來通信、多媒體、計算機和電視技術(shù)的發(fā)展以及進一步融合，交互電視（ Interactive Television， ITV）應運而生，并迅速成為信息高速公路中最熱門的話題之一。 采用了數(shù)字視頻交互（ Digital Video Interactive）技術(shù)之后的 ITV已完全不同于現(xiàn)在的家用電視，它徹底改變了人們被動接收電視信息的傳統(tǒng)方式，是一種受觀眾控制的電視技術(shù)，實現(xiàn)了人與電視的直接對話。 在交互式電視服務時，節(jié)目提供者將節(jié)目存儲在視頻服務器中，服務器隨時應觀眾的需求，通過傳輸網(wǎng)絡傳送到用戶的家中，然后由機頂盒將壓縮的電視信號解碼后輸出至電視機或由數(shù)字交互式電視接收機直接接收，用戶便可欣賞自己要求的節(jié)目。 視頻點播（ VOD），即用戶可以按需要播放相應的視頻節(jié)目。 用戶不必遵守傳統(tǒng)的時間表，而是根據(jù)自己的意愿隨時直接點播希望收看的節(jié)目，從根本上改變了過去被動式收看電視的方式，實現(xiàn)了節(jié)目的按需收看和任意播放。 形象地說，使用視頻點播業(yè)務就好像在自己的錄像機或 VCD上看節(jié)目一樣方便。 用戶不僅可以自由調(diào)用節(jié)目，還可以對節(jié)目實現(xiàn)編輯和處理（如暫停、快 /慢進、搜索等），獲得與節(jié)目相關(guān)的詳細信息，如電視劇簡介及演員個人資料等。 目前，常見的 ITV系統(tǒng)是 VOD，它可以通過電話系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、蜂窩電視系統(tǒng)，賓館按次付費系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)，提供較好質(zhì)量的數(shù)字式壓縮的 VOD電視節(jié)目。 為了利用有限的節(jié)目通道滿足更多人的要求，視頻點播通常設計以下 3種服務方式，以適應不同的需要。 1單點播方式 2多點播方式 3廣播方式 視頻點播系統(tǒng)具有以下特點。 （ 1）非對稱流量 （ 2）點播內(nèi)容及時間的不確定性 （ 3）實時性與同步性要求 9.5.2 VOD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 圖 9-13 VOD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1機頂盒 機頂盒（ STB， set-top-box）又稱接收附加器，是 VOD系統(tǒng)中不可缺少的用戶終端設備之一，是用戶顯示設備、外圍設備以及傳輸網(wǎng)絡之間的橋梁。 上述兩類 STB所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括如下。 （ 1）復用和信源解碼技術(shù) （ 2）下行數(shù)據(jù)的信道解調(diào) /解碼技術(shù) （ 3）上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼技術(shù) （ 4） Internet瀏覽技術(shù) （ 5）實時軟件系統(tǒng)技術(shù) 2視頻服務器 視頻服務器（ Video Server）是 VOD系統(tǒng)的核心模塊，存儲有大量的多媒體信息，并支持很多用戶的并發(fā)訪問，主要完成節(jié)目的存儲和播放控制。 為了節(jié)省存儲空間的傳輸帶寬，節(jié)目要經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮。 服務器通過與 STB的交互作用來控制節(jié)目的播放，包括各種 VCR的控制功能。 圖 9-14 服務器的基本結(jié)構(gòu) 3高速網(wǎng)絡 VOD是一種客戶 /服務器模型的點對點實時多媒體通信系統(tǒng)，視頻服務器可同時為很多用戶提供點對點的即時 VOD服務。 為了獲得較高的音視頻質(zhì)量，要求傳輸網(wǎng)絡應具有寬帶、低延遲和支持 QoS等傳輸特性，如 ATM、高速交換式 LAN或高速光纖 WAN等高速網(wǎng)絡。這樣的高速網(wǎng)絡由 3部分構(gòu)成。 （ 1）用戶接入網(wǎng) （ 2）交換局 （ 3）骨干網(wǎng) 9.6 遠程教育 遠程教育是指處于異地的知識提供者和學習者之間通過一定的媒體手段進行知識傳授的教育方式，是建立在現(xiàn)代傳媒技術(shù)基礎(chǔ)上的多媒體應用系統(tǒng)。 學習者可以任意選擇學習的時間，選擇想要學習的內(nèi)容，可以在數(shù)字圖書館獲取資料，可以通過 E-mail、 BBS或者電子論壇跟教師或同學進行交流。 遠程教育突破了時間和空間的限制，使得學習者可以隨意安排自己的學習計劃，節(jié)省了時間；也使得處于不同地點的各類不同學習資源得以更有效的配置，提高了資源的利用率。 近幾年來，網(wǎng)絡技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展和應用的普及，為遠程教育提供了基礎(chǔ)平臺。 就目前的發(fā)展狀況，純硬件的多媒體教育網(wǎng)絡、純軟件多媒體教育網(wǎng)絡和軟硬結(jié)合的多媒體教育網(wǎng)絡 3種多媒體教育方案都能夠基本滿足目前網(wǎng)絡教學的要求。 但是，隨著計算機處理能力、網(wǎng)絡帶寬和傳輸速率的飛速提高，純硬件方案在傳輸速率上的優(yōu)勢將逐步被取代，同時其復雜度過高，投資過大，互易性太差，因而最終必將會被基于網(wǎng)絡的純軟件多媒體教育網(wǎng)絡取代。 基于網(wǎng)絡的純軟件多媒體教育網(wǎng)絡將會是未來多媒體教育網(wǎng)絡的發(fā)展方向。 遠程多媒體教育應具備以下特點。 （ 1）以通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)。 （ 2）知識提供者和學習者在地理上是分開的。 （ 3）學習者可自主選擇學習的時間、地點和內(nèi)容。 （ 4）應具備實時的各種媒體信息交互功能。 9.6.1 遠程教育分類 （ 1）純硬件多媒體方案 （ 2）純軟件多媒體方案 （ 3）軟硬件結(jié)合方案 9.6.2 遠程教育的系統(tǒng)功能模塊 （ 1）教學環(huán)境 （ 2）教學管理 （ 3）教學實施 9.7 遠程醫(yī)療 我國幅員遼闊，各地醫(yī)院所處位置十分分散。 當某地出現(xiàn)一例疑難雜癥時，需要把多方醫(yī)生聚集起來進行會診。 以前，由于空間的限制，所有醫(yī)生必須聚集于同一個地方，耗費了大量的時間與財力。 現(xiàn)在，使用遠程醫(yī)療業(yè)務不僅可提高醫(yī)療質(zhì)量、降低醫(yī)院的運行成本，而且還可提高醫(yī)療診斷的及時性、準確性，最終達到遠程“現(xiàn)場”協(xié)作會診的醫(yī)療目的。 遠程醫(yī)療是目前國際上發(fā)展迅速的一門跨學科的高新技術(shù)。 遠程醫(yī)療是綜合利用通信技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)來實現(xiàn)遠程醫(yī)療信息的采集、傳輸、處理和存儲的一項新的寬帶多媒體應用業(yè)務。 遠程醫(yī)療系統(tǒng)本質(zhì)上是一種多點通信系統(tǒng)，在會議電視的基礎(chǔ)上，針對醫(yī)療的特殊要求進行改造，可以方便地建立起遠程醫(yī)療系統(tǒng)。 從技術(shù)的角度看，遠程醫(yī)療系統(tǒng)的要求比一般電視會議要高，主要表現(xiàn)在對終端和控制軟件的要求上。 例如，對顯示的醫(yī)療圖像要求其清晰度較高，要達到或超過 1 024 768像素的水平；對動態(tài)圖像要能作動態(tài)或靜態(tài)顯示，并能處理三維圖像、顯微圖像、超聲圖像、 X射線圖像和核磁共振圖像等；對外科手術(shù)中的關(guān)鍵操作要能進行多方位的攝取、傳輸和存儲；要能提供各種方便的對大量醫(yī)療資料的存儲和檢索方式。 9.7.1 遠程醫(yī)療系統(tǒng)的構(gòu)成 （ 1）醫(yī)療中心和醫(yī)療站點 （ 2）醫(yī)療信息中心 （ 3）通信網(wǎng)絡 9.7.2 遠程醫(yī)療系統(tǒng)的類型 （ 1）遠程醫(yī)療監(jiān)護 （ 2）遠程診斷和會診 （ 3）遠程手術(shù)治療 （ 4）醫(yī)學信息提供 （ 5）遠程醫(yī)學教學和培訓 （ 6）特殊的遠程醫(yī)療系統(tǒng) 9.8 多媒體計算機技術(shù) 隨著計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的的高速發(fā)展，多媒體技術(shù)越來越成為人們關(guān)注的焦點和核心。 要弄清什么是多媒體（ Multimedia），首先要知道什么是媒體（ Media）。 媒體即媒介、媒質(zhì)，它是信息的載體。 在計算機領(lǐng)域有兩種含義：一種是指用以存儲信息的實體，如磁帶、磁盤、光盤和半導體存儲器；另一種是指信息的載體，如數(shù)字、文字、聲音、圖像和圖形。 多媒體技術(shù)中的媒體是指后者。 人們一般將多媒體理解為多種媒體的綜合。 但是，多媒體技術(shù)不是各種信息媒體的簡單復合，它是一種把文本（ Text）、圖形（ Graphics）、圖像（ Images）、動畫（ Animation）和聲音（ Sound）等形式的信息結(jié)合在一起，并通過計算機進行綜合處理和控制，能完成一系列交互式操作的信息技術(shù)。 多媒體技術(shù)的基本特征是信息載體多樣性、集成性和交互性。 9.8.1 多媒體計算機系統(tǒng) 多媒體計算機（ Multimedia Personal Computer ， MPC）是指具有特定多媒體功能的計算機， MPC并不是一種全新的個人計算機，它是在 PC機基礎(chǔ)上加上一些硬件卡及相應軟件，使其具有綜合處理文字、圖像、聲音信息的功能。 因此，多媒體計算機系統(tǒng)與通用的計算機系統(tǒng)相似，但要求更高，除了需要較高配