第8章 多媒體技術(shù)和交互式電視

第8章多媒體技術(shù)和交互式電視8.1多媒體信號(hào)和多媒體技術(shù)8.2多媒體信號(hào)的傳輸8.3多媒體技術(shù)的應(yīng)用8.4交互式電視的組成與原理2/1/202318.1多媒體信號(hào)和多媒體技術(shù)多媒體：指兩種或兩種以上的媒體，包括圖像，聲音，文字，圖形，動(dòng)畫(huà)，圖片等。多媒體信號(hào)：用3個(gè)特征來(lái)描述。(1)綜合性：多媒體信號(hào)應(yīng)是相互有關(guān)的多種媒體的信號(hào)的綜合。(2)交互性：通信雙方能充分地進(jìn)行信息傳送或交流。(3)同步性：多種媒體能同步地、協(xié)調(diào)地傳送信息。多媒體舉例：(1)電視廣播：?jiǎn)蜗騻鬏?，不具有交互性，不屬于多媒體。(2)視頻點(diǎn)播(VOD)：具有交互性屬于多媒體。其它例子：電視會(huì)議，可視電話(huà)，遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)等。2/1/20232

先介紹兩個(gè)概念。常用壓縮標(biāo)準(zhǔn)：多媒體信號(hào)中的視音頻信號(hào)數(shù)據(jù)量非常大，必須經(jīng)過(guò)壓縮才能傳輸。因此視音頻壓縮是多媒體信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。常用壓縮標(biāo)準(zhǔn)如下：視頻：H.261，H.263，H.264，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4。音頻：G.711，G.722，G.723，G.728，G.729。通信服務(wù)質(zhì)量(QOS)：描述多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，包括系統(tǒng)吞吐率、傳輸穩(wěn)定性、可用性、可靠性、傳輸延遲、差錯(cuò)率等。傳輸網(wǎng)絡(luò)是多媒體通信的重要支撐技術(shù)，下面重點(diǎn)介紹傳輸網(wǎng)絡(luò)。8.2多媒體信號(hào)的傳輸2/1/202331公用電話(huà)交換網(wǎng)(PSTN)：優(yōu)點(diǎn)是規(guī)模大、歷史長(zhǎng)、技術(shù)成熟穩(wěn)定。缺點(diǎn)是只有模擬接口，信道帶寬窄(300～3.4kHz)，需要借助MODEM，傳輸質(zhì)量差。

常用的MODEM標(biāo)準(zhǔn)：V.34，V.90。

V.34是有關(guān)28.8kb/s速率的調(diào)制解調(diào)器的建議，QoS參數(shù)為S-QCIF或QCIF格式，7.5幀/秒，Y∶U∶V為4∶1∶1，12比特/像素。2/1/202342ISDN和STMISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))：提供數(shù)字接口，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等幾種媒體的傳輸業(yè)務(wù)，基本傳輸速率為160kb/s。

STM(同步轉(zhuǎn)移模式)：ISDN又稱(chēng)為STM，原因是ISDN利用一對(duì)電話(huà)線，采用同步時(shí)分復(fù)用方式，分為3個(gè)信道2B+D。

(1)B通道：傳送數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)獲數(shù)據(jù)，速率為64Kb/s。

(2)D通道：傳送信令，速率為16Kb/s。

(3)同步控制開(kāi)銷(xiāo)：16Kb/s。

64×2+16+16＝160Kb/s。2/1/20235STM模式的使用：在STM模式中，分配給了一個(gè)信道的一個(gè)固定時(shí)隙，只能傳輸該信道上的數(shù)據(jù)，不能傳輸其它數(shù)據(jù)。如果該信道上沒(méi)有數(shù)據(jù)要傳輸，相應(yīng)的時(shí)隙就空閑，空閑時(shí)隙多時(shí)會(huì)造成帶寬的極大浪費(fèi)。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)可傳輸會(huì)議電視和可視電話(huà)：當(dāng)上述2B+D的基本接入(BasicAccess)速率不夠時(shí)，可使用23B+D、30B+D的基群接入(PrimaryAccess)，取得1.544Mb/s或2Mb/s的傳輸速率。QoS參數(shù)為CIF格式，30幀/秒，Y∶U∶V為4∶1∶1，12比特/像素。2/1/202363B-ISDN和ATMB-ISDN(寬帶ISDN)：采用異步時(shí)分復(fù)用或叫ATM(異步轉(zhuǎn)移模式)，在同一線路上同時(shí)傳送多媒體信號(hào)，碼率155Mb/s。

ATM數(shù)據(jù)傳輸方式：以信元為單位，每個(gè)信元長(zhǎng)度是固定的53個(gè)字節(jié)，其中信頭為5個(gè)字節(jié)，有效數(shù)據(jù)為48個(gè)字節(jié)。

說(shuō)明：ITU已規(guī)定在B-ISDN中應(yīng)采用ATM方式的復(fù)用和交換。以信元為基本單位的高速ATM信號(hào)，必須在寬帶網(wǎng)絡(luò)(例如光纖網(wǎng)絡(luò))中才能傳輸。由于B-ISDN的傳輸速率在155Mb/s以上，可以傳送各種多媒體的新業(yè)務(wù)，因此，ATM是理想的多媒體信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)之一。2/1/202374IP網(wǎng)絡(luò)

IP網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵：包括因特網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、WAN(廣域網(wǎng))和以及LAN(局域網(wǎng))等。

IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP／IP協(xié)議。

優(yōu)點(diǎn)：普及程度高，使用方便。缺點(diǎn)：目前帶寬較窄，將導(dǎo)致視頻畫(huà)面有時(shí)清晰，有時(shí)模糊，甚至導(dǎo)致音頻信息的中斷。解決辦法：(1).采用網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留協(xié)議RSVP，通信雙方在建立傳輸信息之前預(yù)留了足夠的帶寬，服務(wù)質(zhì)量會(huì)得到較好的保證。目前，RSVP的資源預(yù)留功能已在一些廠商的路由器和應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)；(2).分類(lèi)服務(wù)技術(shù)，不同類(lèi)別的信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的要求是不同的，分類(lèi)服務(wù)按業(yè)務(wù)類(lèi)別將信息分給能充分保證其服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)傳輸資源。2/1/202385光纖通道(FC)

FC的概念：是一種將設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上的一種高速通道，傳輸媒介可以是光纖，也可以是同軸電纜和雙絞線，支持現(xiàn)有的IP、SCSI、ATM、HIPPI等多種協(xié)議。它的優(yōu)點(diǎn)是速度快、數(shù)據(jù)吞吐量大，是傳輸多媒體信號(hào)的理想技術(shù)。FC支持的最大網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度：2/1/202398.3多媒體技術(shù)的應(yīng)用1會(huì)議電視系統(tǒng)概念：會(huì)議電視是利用通信網(wǎng)召開(kāi)會(huì)議的通信方式。會(huì)議電視可以雙向傳送活動(dòng)圖像和聲音，也可以傳送文件、圖片、圖表、會(huì)議室氣氛等各種靜止的圖像信息。使相隔萬(wàn)里的與會(huì)人員有親臨會(huì)場(chǎng)的感覺(jué)。

1995年，我國(guó)公用會(huì)議電視骨干網(wǎng)已經(jīng)建成。從北京到各省省會(huì)和直轄市共30個(gè)城市已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)。湖南、湖北、江蘇、遼寧、安徽、廣東、山東、福建等省已建成省會(huì)到地市的省會(huì)議電視網(wǎng)。2/1/202310會(huì)議電視系統(tǒng)組成:由終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、傳輸信道以及多點(diǎn)控制設(shè)備MCU組成。(1)終端設(shè)備：可以是攝像機(jī)、話(huà)筒、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、監(jiān)視器、會(huì)議電視編、解碼器。各種信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮復(fù)用后進(jìn)行傳送。下圖是會(huì)議電視終端的配置情況。2/1/202311(2)多點(diǎn)控制方式：由多個(gè)分會(huì)場(chǎng)組成的會(huì)議電視系統(tǒng)構(gòu)成多點(diǎn)會(huì)議電視系統(tǒng)。多點(diǎn)會(huì)議電視系統(tǒng)的連接與控制方式有：(a)全耦合方式：所有各分會(huì)場(chǎng)之間相互用線路連接。特點(diǎn)是需要大量線路，很不經(jīng)濟(jì)。(b)圖像合成方式：把所有會(huì)場(chǎng)圖像匯集起來(lái)合成為一幅圖像傳送到各終端，在終端監(jiān)視器上多畫(huà)面顯示所有會(huì)場(chǎng)圖像。(c)圖像請(qǐng)求方式：把所有圖像集中于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)多點(diǎn)的請(qǐng)求，切換出所希望顯示的圖像。國(guó)外的會(huì)議電視常采用這種方式。(d)圖文分配方式：通過(guò)衛(wèi)星把某一發(fā)送點(diǎn)的圖像分配到所有各點(diǎn)，利用衛(wèi)星召開(kāi)電視會(huì)議。由于采用面輻射方式，該方式最節(jié)省線路。(e)主席控制方式：不改變?cè)瓉?lái)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，線路連接、圖像和聲音的流向都由會(huì)議主席進(jìn)行控制。這種方式不增加任何線路，但靈活性不夠。2/1/202312(3)多點(diǎn)會(huì)議電視網(wǎng)：通過(guò)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)MCU，來(lái)完成各個(gè)會(huì)議點(diǎn)之間的信息交換和匯接作用。例：二級(jí)星形會(huì)議電視網(wǎng)。

MCU1：主MCUMCU2、MCU3和MCU4：從MCU，受控于MCU1。2/1/202313我國(guó)公用會(huì)議電視骨干網(wǎng)：

采用二級(jí)星形結(jié)構(gòu)。(1)一級(jí)樞紐中心：以北京為中心，以星形輻射全國(guó)。(2)二級(jí)樞紐中心：以若干中心城市為大區(qū)中心，大區(qū)之間通過(guò)MCU相連接，各大區(qū)中心的MCU與本區(qū)內(nèi)各省中心相連。這樣就構(gòu)成了一個(gè)以北京為中心的全國(guó)會(huì)議電視骨干網(wǎng)。(3)傳輸手段：光纜、數(shù)字微波、數(shù)字衛(wèi)星等。(4)會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)：我國(guó)的會(huì)議電視采用主席控制模式，符合ITUH.243標(biāo)準(zhǔn)。2/1/202314三種實(shí)用的會(huì)議電視系統(tǒng)：分別是基于ISDN，PSTN和LAN。(1)ITU-TH.320：基于ISDN的會(huì)議電視系統(tǒng)，視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用H.261。(2)ITU-TH.324：基于PSTN電話(huà)網(wǎng)絡(luò)，視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用H.261或H.263。(3)ITU-TH.323：基于局域網(wǎng)LAN，視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用H.261或H.263。說(shuō)明：為了在ATM網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)會(huì)議電視，ITU-T提出了H.310建議，至今未得到推廣應(yīng)用。2/1/202315三種實(shí)用的會(huì)議電視系統(tǒng)采用的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)、復(fù)用、通信控制和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)

2/1/2023162可視電話(huà)(1)基于PSTN的可視電話(huà)：H324描述可是電話(huà)終端，采用V.34調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)字視音頻信號(hào)，碼率為28.8Kb/s。視頻壓縮采用H.263，音頻壓縮采用G.723。(2)基于分組網(wǎng)絡(luò)的可視電話(huà)：系統(tǒng)組成由H.323規(guī)定，支持單播、多路單播或多播形式。壓縮標(biāo)準(zhǔn)：視頻壓縮H.26x，音頻壓縮G.7xx。系統(tǒng)使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)，實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTCP)和資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)。

RTP：提供同步和排序服務(wù)，保證視音頻數(shù)據(jù)的連續(xù)性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)引起的時(shí)延和差錯(cuò)有一定的自適應(yīng)性。

RTCP：用于管理質(zhì)量控制信息，如監(jiān)視延時(shí)和帶寬。

RSVP：防止因網(wǎng)絡(luò)超載情況發(fā)生，保證H.323終端有一定的帶寬，保證傳輸質(zhì)量。2/1/202317H.324可視電話(huà)終端原理圖：2/1/2023183遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)是一種利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離醫(yī)療咨詢(xún)、會(huì)診、手術(shù)示范的交互式多媒體信息系統(tǒng)。傳輸?shù)男畔⒖梢允遣v、檢查數(shù)據(jù)、心電圖以及B超、X射線、CT、MRI(核磁共振成像)等影像資料。下圖描述遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2/1/2023194多媒體電視監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)多媒體電視監(jiān)控技術(shù)就是依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字視頻壓縮編、解碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，對(duì)各種監(jiān)控信息，包括視頻資料和各種報(bào)警信息進(jìn)行處理傳送和保存。

下圖描述一個(gè)多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。2/1/2023208.4交互式電視的組成與原理交互式電視(ITV)：ITV是數(shù)字電視第二個(gè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，可以按照觀眾要求播放不同的節(jié)目。ITV采用不對(duì)稱(chēng)的信息傳輸方式，分成節(jié)目通路和返回通路。

節(jié)目通路：又稱(chēng)下行通路，傳送視頻節(jié)目，具有高速帶寬。

返回通路：又稱(chēng)上行通路，傳送用戶(hù)節(jié)目選擇信息，數(shù)據(jù)率很低?；贑ATV的ITV系統(tǒng)：同軸電纜可用帶寬5～1000MHz。下行信道50～1000MHz

上行信道5～42MHz。2/1/202321基于PSTN網(wǎng)絡(luò)的ITV系統(tǒng)：下行信道可以是有線或無(wú)線，上行信道利用公用電話(huà)網(wǎng)絡(luò)。ITV的典型應(yīng)用：視頻點(diǎn)播(VOD)，VOD可以是基于CATV系統(tǒng)，也可以基于互聯(lián)網(wǎng)。視頻服務(wù)器：是VOD的關(guān)鍵設(shè)備，完成如下功能。(1)對(duì)用戶(hù)的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行處理。(2)大容量視頻存儲(chǔ)功能。(3)并行、實(shí)時(shí)、連續(xù)傳輸視頻節(jié)目。(4)交互控制能力。(5)自診斷恢復(fù)功能。

一般情況下，視頻服務(wù)器必須能夠存儲(chǔ)供不同用戶(hù)選擇的200～2000個(gè)節(jié)目資源，能夠支持200～75000個(gè)用戶(hù)，并能在任何時(shí)候同時(shí)向所有用戶(hù)設(shè)備提供服務(wù)。2/1/202322交互式電視的組成:(1)電視節(jié)目源:由視頻服務(wù)器提供。(2)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)：主干網(wǎng)使用基于SDH(同步數(shù)字序列)、ATM或IP技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)；用戶(hù)分配網(wǎng)可以采用HFC(光纖同軸電纜有線電視混合網(wǎng))，ADSL(不對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線路)和局域網(wǎng)(LAN)。(3)家庭用戶(hù)終端：包括多媒體計(jì)算機(jī)、交互式電視接收機(jī)和電視機(jī)加機(jī)頂盒三種。目前應(yīng)用最多的應(yīng)該是多媒體計(jì)算機(jī)和電視機(jī)加機(jī)頂盒。(4)管理收費(fèi)系統(tǒng)：交互式電視是一種可以滿(mǎn)足不同觀眾不同需求的服務(wù)形式，需要有地址編碼和尋址功能，并按提供服務(wù)的內(nèi)容和數(shù)量進(jìn)行收費(fèi)。因此，它需要有一種安全