數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用

第4章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用（1）正文主要介紹介紹數(shù)據(jù)通信技術(shù)前沿應(yīng)用，包括物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、多媒體通信、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN等。（2）閱讀材料介紹云計(jì)算、納米技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)、微機(jī)電系統(tǒng)MEMS、GPS全球定位系統(tǒng)、射頻識(shí)別技術(shù)RFID、圖形與圖像基礎(chǔ)知識(shí)。

4.1物聯(lián)網(wǎng)

4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念1.物聯(lián)網(wǎng)定義物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備及傳感網(wǎng)、射頻識(shí)別系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、條碼與二維碼、GPS，按約定的通信協(xié)議，將“物-物”、“人-物”、“人-人”連接起來，通過各種接入網(wǎng)、因特網(wǎng)進(jìn)行信息交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)。該定義主要包含以下3個(gè)含義。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念①物聯(lián)網(wǎng)是指對(duì)具有全面感知能力的物體及人的互聯(lián)集合。②物聯(lián)網(wǎng)必須遵循約定的通信協(xié)議，并通過相應(yīng)的軟、硬件實(shí)現(xiàn)。③物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物品（包括人）進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念2.物聯(lián)網(wǎng)特征與屬性（1）物聯(lián)網(wǎng)特征和傳統(tǒng)的因特網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有如下3個(gè)特征。①它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。②它是一種建立在因特網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。③物聯(lián)網(wǎng)不僅提供了傳感器的連接，本身也具有智能處理能力，能對(duì)物體實(shí)施智能控制。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念（2）物聯(lián)網(wǎng)基本屬性①全面感知。利用RFID、傳感器等智能感知設(shè)施，可隨時(shí)隨地感知、獲取物體的信息。②可靠傳輸。通過各種信息網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳送到目的地。③智能處理。利用數(shù)據(jù)融合及處理、云計(jì)算等，對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、融合和處理，向用戶提供信息服務(wù)。④自動(dòng)控制。利用模糊識(shí)別等智能控制技術(shù)對(duì)物體實(shí)施智能化控制和利用。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念3.物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)、泛在網(wǎng)的關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)、因特網(wǎng)、泛在網(wǎng)絡(luò)及其它網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系如下圖所示。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念物聯(lián)網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)間的包容、交互作用關(guān)系。①物聯(lián)網(wǎng)隸屬于泛在網(wǎng)，但不等同于泛在網(wǎng)，它只是泛在網(wǎng)的一部分；②物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了物品間通過感知設(shè)施連接起來的傳感網(wǎng)，不論是否接入因特網(wǎng)，都屬于物聯(lián)網(wǎng)的范疇；③傳感網(wǎng)可以不接入因特網(wǎng)，但需要時(shí)可利用各種方式接入因特網(wǎng)；④因特網(wǎng)（包括NGN）、移動(dòng)通信網(wǎng)等可作為物聯(lián)網(wǎng)的核心承載網(wǎng)。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)1.物聯(lián)網(wǎng)的EPC體系結(jié)構(gòu)EPCGlobalre提出物聯(lián)網(wǎng)由EPC編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3部分組成。（1）EPC編碼體系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是全球物品的信息實(shí)時(shí)共享。要實(shí)現(xiàn)全球物品的統(tǒng)一編碼，任何物品都要打上電子標(biāo)簽。標(biāo)簽攜帶有一個(gè)電子產(chǎn)品代碼，且全球唯一。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)（2）射頻識(shí)別系統(tǒng)包括EPC標(biāo)簽和讀寫器。EPC標(biāo)簽是商品唯一的編號(hào)載體，本質(zhì)上是個(gè)電子標(biāo)簽，通過RFID讀寫器可以對(duì)EPC標(biāo)簽內(nèi)存信息進(jìn)行讀取。（3）EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括EPC中間件、發(fā)現(xiàn)服務(wù)和EPC信息服務(wù)3部分。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)①EPC中間件。實(shí)現(xiàn)RFID讀寫器和后端應(yīng)用系統(tǒng)間信息交互、捕獲實(shí)時(shí)信息和事件，或向上傳送給后端應(yīng)用數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)以及ERP系統(tǒng)等，或向下傳送給RFID讀寫器。②EPC信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)。包括ONS及配套服務(wù)，基于電子產(chǎn)品代碼，獲取EPC數(shù)據(jù)訪問通道信息。③EPC信息服務(wù)。EPC軟件支持系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)最終用戶在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下交互EPC信息。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)EPC物聯(lián)網(wǎng)由EPC編碼、EPC標(biāo)簽及RFID讀寫器、中間件系統(tǒng)、ONS服務(wù)器和EPCIS服務(wù)器等構(gòu)成，體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)2.一般的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型和節(jié)點(diǎn)等情況，通常由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的3層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)①感知層。由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，主要功能是信息感知與采集。②網(wǎng)絡(luò)層。是核心承載網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)接入層與應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，由各種私有網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)、有線/無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，負(fù)責(zé)傳遞、處理感知層獲取的信息。③應(yīng)用層。是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。4.1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成1.物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺(tái)組成物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，主要完成信息感知、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回傳，以及決策支持等功能，硬件平臺(tái)如下圖所示，由傳感網(wǎng)、核心承載網(wǎng)和信息服務(wù)系統(tǒng)等組成。①傳感網(wǎng)包括感知節(jié)點(diǎn)和末稍網(wǎng)絡(luò)；②核心承載網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)；③信息服務(wù)系統(tǒng)硬件設(shè)施主要負(fù)責(zé)信息的處理和決策支持。4.1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺(tái)如下圖所示。4.1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成2.物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)組成物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)建立在分層通信協(xié)議體系上，通常包括：①數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)軟件。完成物品的識(shí)別和物品EPC碼的采集和處理。②物聯(lián)網(wǎng)中間件系統(tǒng)軟件。③網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。④物聯(lián)網(wǎng)信息管理系統(tǒng)。4.1.4物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)1.節(jié)點(diǎn)感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，包括電子標(biāo)簽、新型傳感器、智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)等。①電子標(biāo)簽。感知技術(shù)中，電子標(biāo)簽用于對(duì)采集點(diǎn)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)識(shí)。②新型傳感器。傳感器用來感知信息采集點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的數(shù)據(jù)信息。③智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)。智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)是微型化的嵌入式系統(tǒng)。4.1.4物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工作范圍分兩部分：①體積小、能量低、存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算能力弱的智能小物體的互聯(lián)，即傳感網(wǎng)；②沒有約束機(jī)制的智能終端互聯(lián)。3.數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)由大量傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，信息感知的過程中，各節(jié)點(diǎn)存有大量冗余數(shù)據(jù)，會(huì)浪費(fèi)通信帶寬和能量資源，且降低數(shù)據(jù)采集效率和及時(shí)性，需采用數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)進(jìn)行處理。4.2三網(wǎng)融合

4.2.1三網(wǎng)融合概述1.三網(wǎng)融合定義①“三網(wǎng)”是指我國現(xiàn)存的電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源；②“融合”是指3種網(wǎng)絡(luò)及其所承載的業(yè)務(wù)在某種程度上統(tǒng)一。三網(wǎng)融合表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，業(yè)務(wù)層互相滲透和交叉，應(yīng)用層趨向使用統(tǒng)一的IP協(xié)議，行業(yè)管制和政策方面也漸趨統(tǒng)一。4.2.1三網(wǎng)融合概述目前，更主要的是應(yīng)用層次上使用統(tǒng)一的IP協(xié)議，提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化的服務(wù)。三網(wǎng)融合示意圖如下圖所示。4.2.1三網(wǎng)融合概述2.三網(wǎng)融合必然性（1）電信網(wǎng)電信網(wǎng)是世界上規(guī)模最大、歷史最悠久、組織最嚴(yán)密、管理最科學(xué)、經(jīng)驗(yàn)最豐富、性能最優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)，且電信運(yùn)營商經(jīng)過長時(shí)間發(fā)展，積累了長期大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。另外，電信網(wǎng)在提供全球性業(yè)務(wù)，提供全球無縫的“端-端”信息服務(wù)方面遠(yuǎn)勝過有線電視網(wǎng)。4.2.1三網(wǎng)融合概述電信網(wǎng)局限性如下：①規(guī)模巨大，向IP網(wǎng)絡(luò)演化時(shí)歷史包袱較大；②受傳統(tǒng)的壟斷經(jīng)營機(jī)制制約，觀念較保守、經(jīng)營不靈活、反應(yīng)不靈敏。4.2.1三網(wǎng)融合概述（2）有線電視網(wǎng)有線電視網(wǎng)通常由多個(gè)處于孤島狀態(tài)的城域規(guī)模的電視信號(hào)分配網(wǎng)組成。多以單向、樹形網(wǎng)絡(luò)方式連接到終端用戶。局限性如下：①網(wǎng)絡(luò)分散，各自為政，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，制式太多，互不相連，質(zhì)量較差，可靠性較低；②缺乏通信與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)；③主要面向家庭用戶，企事業(yè)網(wǎng)方面不足。4.2.1三網(wǎng)融合概述（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)因特網(wǎng)采用分組交換方式和面向無連接的通信協(xié)議，適用于傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通信成本基于帶寬，而非距離和時(shí)間。因特網(wǎng)局限性：①缺乏管理大型網(wǎng)絡(luò)與話音業(yè)務(wù)方面的技術(shù)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)；②缺乏有效的全網(wǎng)控制能力，業(yè)務(wù)質(zhì)量不高，特別是高質(zhì)量的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)難以開展；③網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性有待改進(jìn)。4.2.1三網(wǎng)融合概述3.三網(wǎng)融合意義①三網(wǎng)融合已成為電信業(yè)、廣電業(yè)共同發(fā)展方向。②三網(wǎng)融合實(shí)質(zhì)是在現(xiàn)有市場格局下，實(shí)現(xiàn)某種程度的異質(zhì)競爭，促進(jìn)行業(yè)、監(jiān)管、市場、技術(shù)、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、終端、支撐系統(tǒng)等方面的融合、創(chuàng)新。4.2.1三網(wǎng)融合概述③實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的適應(yīng)三網(wǎng)融合的監(jiān)管政策和監(jiān)管架構(gòu)，有利于吸引投資，減小新業(yè)務(wù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，激發(fā)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。④有利于創(chuàng)新宣傳方式，促進(jìn)文化繁榮，將因特網(wǎng)視聽內(nèi)容納入到國家統(tǒng)一監(jiān)管的范疇，推進(jìn)統(tǒng)一的監(jiān)管框架的確立。4.2.1三網(wǎng)融合概述4.三網(wǎng)融合存在的問題①三網(wǎng)業(yè)務(wù)定位不同。②三網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)各異。3種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不盡相同，存在不兼容的問題，須找到共同認(rèn)可的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議。③IP協(xié)議問題?；贗P技術(shù)的三網(wǎng)融合仍有許多問題需要解決，主要集中在傳輸網(wǎng)絡(luò)層和中間網(wǎng)絡(luò)層。④不同行業(yè)和網(wǎng)絡(luò)的利益沖突。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)1.三網(wǎng)融合技術(shù)概述（1）三網(wǎng)融合技術(shù)基礎(chǔ)①數(shù)字技術(shù)。數(shù)字傳輸取代傳統(tǒng)的模擬傳輸已是信息社會(huì)發(fā)展的必然方向。②光通信技術(shù)。光纖傳輸網(wǎng)是三網(wǎng)融合傳輸各類業(yè)務(wù)的理想平臺(tái)，為三網(wǎng)融合提供了傳輸上的保證。③TCP/IP協(xié)議。各種以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)都能在不同的網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通。④軟件技術(shù)的發(fā)展。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)（2）三網(wǎng)融合技術(shù)難點(diǎn)①時(shí)延問題。每個(gè)數(shù)據(jù)包的逐個(gè)路由器尋址造成“端-端”時(shí)延和抖動(dòng)很大。②網(wǎng)絡(luò)管理與控制、對(duì)IP協(xié)議在安全性方面的改進(jìn)等。是三網(wǎng)融合需要解決的問題。③缺乏流量控制機(jī)制。④缺乏QoS保證。缺乏有效的全網(wǎng)控制管理能力，“端-端”性能無法保障，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)2.三網(wǎng)融合技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)—MPLS（1）MPLS概述MPLS最初是為提高路由器轉(zhuǎn)發(fā)速度而提出的協(xié)議，目前廣泛應(yīng)用于流量工程、VPN、QoS等，成為大規(guī)模IP網(wǎng)絡(luò)的重要標(biāo)準(zhǔn)。三網(wǎng)融合最終結(jié)果是各運(yùn)營商從事多業(yè)務(wù)運(yùn)營，由于網(wǎng)絡(luò)中普遍采用IP技術(shù)，目前ATM的使用多用來承載IP。為解決IP和ATM的結(jié)合，IETF制定、推行的MPLS就是在這種背景下產(chǎn)生的一種技術(shù)。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)（2）MPLS基本思想在三層協(xié)議分組前加上攜帶標(biāo)簽的MPLS分組頭，每臺(tái)標(biāo)簽交換設(shè)備上，MPLS分組按照標(biāo)簽交換的方式被轉(zhuǎn)發(fā)，不象傳統(tǒng)IP路由采用最長前綴匹配的方式轉(zhuǎn)發(fā)分組。MPLS最基本功能就是代替IP分組轉(zhuǎn)發(fā)，運(yùn)送IP所要傳輸?shù)膱?bào)文達(dá)到目的地。提供更好的“端-端”服務(wù)，特別是可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量特性規(guī)定轉(zhuǎn)發(fā)路徑，有效提高網(wǎng)絡(luò)利用率。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)（3）MPLS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理MPLS域的數(shù)據(jù)以標(biāo)簽進(jìn)行高速交換。從LER到LER，為不同的IPv4域或IPv6域提供快速優(yōu)質(zhì)LSP轉(zhuǎn)發(fā)通道。LER負(fù)責(zé)將IP或ATM報(bào)文壓入標(biāo)簽，封裝成MPLS報(bào)文，然后將其投入MPLS隧道。同時(shí)，LER還負(fù)責(zé)將MPLS報(bào)文的標(biāo)簽彈出，轉(zhuǎn)發(fā)至IP或ATM域。

4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)基本的MPLS網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)（4）MPLS流量工程流量工程指控制網(wǎng)絡(luò)中的通信流的能力，目的在于減少擁塞并充分利用可用的功能。流量工程問題的解決方案即通過各種不同的控制模塊建立標(biāo)記和標(biāo)記交換路徑。MPLS可以控制IP包在網(wǎng)絡(luò)中所走過的路徑，避免業(yè)務(wù)流向已經(jīng)擁塞的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用。4.2.2三網(wǎng)融合技術(shù)（5）MPLS分組轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)點(diǎn)MPLS技術(shù)將復(fù)雜的事務(wù)處理放到網(wǎng)絡(luò)邊緣完成，內(nèi)部只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)功能，優(yōu)點(diǎn)是有利于維護(hù)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中IP協(xié)議的可擴(kuò)展性，MPLS的實(shí)現(xiàn)將使路由器變得很小，改善了路由擴(kuò)展能力，加快分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度。4.3多媒體通信

4.3.1多媒體通信概述1.多媒體分類①感覺媒體。直接作用于人的感官，產(chǎn)生感覺的媒體稱為感覺媒體。②表示媒體。為了對(duì)感覺媒體進(jìn)行有效的傳輸，以便于進(jìn)行加工和處理，人為構(gòu)造出的一種媒體稱為表示媒體。③顯示媒體。顯示感覺媒體的設(shè)備。④傳輸媒體。傳輸信號(hào)的物理載體。⑤存儲(chǔ)媒體。4.3.1多媒體通信概述計(jì)算機(jī)與媒體間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。4.3.1多媒體通信概述2.多媒體技術(shù)是集計(jì)算機(jī)交互性、通信分布性和視聽技術(shù)真實(shí)性為一體的技術(shù)，應(yīng)具有良好的人機(jī)界面，可以在時(shí)間域/空間域進(jìn)行加工處理，并具備時(shí)/空同步性。主要特征如下:①交互性。是多媒體技術(shù)的關(guān)鍵特征。②復(fù)合性。是多媒體主要特征，也是多媒體研究需解決的關(guān)鍵問題。③集成性。表現(xiàn)為多媒體信息的集成，操作這些媒體信息的工具、設(shè)備的集成。4.3.1多媒體通信概述3.多媒體關(guān)鍵技術(shù)①視頻/音頻信息的獲取技術(shù)。②多媒體數(shù)據(jù)編碼、解碼技術(shù)。③視頻/音頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和特技。4.3.2多媒體通信技術(shù)1.多媒體通信概述多媒體通信是多媒體技術(shù)與通信技術(shù)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，它將現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、聲像技術(shù)結(jié)合起來，利用一種傳輸系統(tǒng)就能傳輸所有形式的信息。（1）以信息交流為主要任務(wù)的多媒體通信是多媒體技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)；（2）獲取、處理和交流信息時(shí)，最自然的形態(tài)是以多媒體方式進(jìn)行的，因此，通信技術(shù)必然向多媒體方式發(fā)展。4.3.2多媒體通信技術(shù)2.多媒體通信特點(diǎn)①數(shù)據(jù)量大。多媒體信息量極大，要求存儲(chǔ)量大的數(shù)據(jù)庫和高傳輸速率的通信網(wǎng)絡(luò)。②實(shí)時(shí)性強(qiáng)。多媒體系統(tǒng)需處理各種復(fù)合信息，多媒體技術(shù)必然要支持實(shí)時(shí)處理。③交互式工作。系統(tǒng)必須能以交互方式工作，真正實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間、多種媒體信息間的自由傳輸和交換。④碼率可變、突發(fā)性強(qiáng)。數(shù)據(jù)流碼率隨信息內(nèi)容不斷變化，多媒體通信碼率必須可變。4.3.2多媒體通信技術(shù)各種信息媒體所需傳輸碼率如下表所示。4.3.2多媒體通信技術(shù)3.多媒體通信體系結(jié)構(gòu)國際電聯(lián)（ITU-T）在I.211建議中提出了一種適用于多媒體通信的體系結(jié)構(gòu)模式。該結(jié)構(gòu)模式主要包括5個(gè)方面的內(nèi)容。4.3.2多媒體通信技術(shù)①傳輸網(wǎng)絡(luò)。體系結(jié)構(gòu)的最底層，為多媒體通信的實(shí)現(xiàn)提供了最基本的物理環(huán)境。②網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。提供各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使用戶能直接使用這些服務(wù)內(nèi)容。③多媒體通信平臺(tái)。以文本、圖形、圖像、話音、視頻等的信息結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，提供其通信支援，并支持各類多媒體應(yīng)用。④一般應(yīng)用。指常見的一些多媒體應(yīng)用。⑤特殊應(yīng)用。指業(yè)務(wù)性較強(qiáng)的某些多媒體應(yīng)用，如電子郵購、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等。4.3.3

視頻的壓縮編碼1.視頻壓縮基本概念●視頻壓縮目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率?！駢嚎s比是視頻壓縮重要指標(biāo)，指壓縮后數(shù)據(jù)量與壓縮前數(shù)據(jù)量之比?！褚曨l是連續(xù)的靜態(tài)圖像，故壓縮算法與靜態(tài)圖像有共同之處，但運(yùn)動(dòng)視頻壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮目標(biāo)。4.3.3

視頻的壓縮編碼（1）有損壓縮和無損壓縮①無損壓縮。指解壓縮后數(shù)據(jù)和壓縮前數(shù)據(jù)完全一致，多數(shù)無損壓縮采用行程編碼算法，應(yīng)用有限。②有損壓縮。指解壓縮后圖像與壓縮前存在一定誤差，但視覺上可接受，既保持高質(zhì)量視頻，壓縮比又高，應(yīng)用廣泛，是目前的主要方式，高壓縮算法多采用有損壓縮。4.3.3視頻的壓縮編碼（2）幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮①幀內(nèi)壓縮。也稱空間壓縮，壓縮時(shí)僅考慮本幀而不考慮相鄰幀間的冗余信息。多采用有損壓縮，壓縮比低。壓縮時(shí)各幀間無相互關(guān)系，故壓縮后的數(shù)據(jù)以幀為單位進(jìn)行編輯。②幀間壓縮。也稱時(shí)間壓縮，基于連續(xù)兩幀視頻相關(guān)性很大，壓縮相鄰幀間冗余量。幀差值算法是典型的幀間壓縮，顯著減少數(shù)據(jù)量。4.3.3視頻的壓縮編碼（3）對(duì)稱編碼和不對(duì)稱編碼二者壓縮/解壓縮時(shí)速度與時(shí)間的不同。①對(duì)稱性是壓縮編碼的關(guān)鍵特征，對(duì)稱意味著壓縮/解壓縮占用相同的處理能力和處理時(shí)間，對(duì)稱編碼適合于實(shí)時(shí)壓縮和傳輸視頻。②不對(duì)稱意味著壓縮和解壓縮速度不同，壓縮時(shí)需大量處理能力和時(shí)間，但解壓縮時(shí)能較好地實(shí)時(shí)回放。電子出版等多采用不對(duì)稱編碼。4.3.3視頻的壓縮編碼2.視頻壓縮必要性模擬視頻信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)據(jù)量極大。以存儲(chǔ)90min電影為例，假設(shè)分辨率352*288、場頻50Hz、每像素24b，每秒鐘數(shù)據(jù)量為14.5MB，90min的數(shù)據(jù)量高達(dá)76.5GB。如此龐大的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)都很困難。4.3.3視頻的壓縮編碼壓縮技術(shù)是數(shù)字信號(hào)實(shí)用化關(guān)鍵，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)壓縮是數(shù)字監(jiān)控要解決的首要問題。各種應(yīng)用的碼率如表1所示。表1 各種應(yīng)用的碼率4.3.3視頻的壓縮編碼3.視頻壓縮可行性視頻壓縮理論基礎(chǔ)是信息論。信息論觀點(diǎn)看：信息量=數(shù)據(jù)量+冗余量。冗余指信息中存在的各種多余度，圖像的信息冗余有空間冗余、時(shí)間冗余、統(tǒng)計(jì)冗余、視覺冗余等。視頻信號(hào)相鄰像素間、相鄰行間、相鄰幀間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，這種相關(guān)性就表現(xiàn)為空間冗余和時(shí)間冗余。4.3.3視頻的壓縮編碼壓縮就是通過技術(shù)手段去掉冗余信息，即去除數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，保留相互獨(dú)立的信息。同時(shí)，利用人類視覺局限性，以一定的客觀失真換取數(shù)據(jù)壓縮。顯然，壓縮比與圖像質(zhì)量呈反比，可根據(jù)需要選擇合適的壓縮比。表2壓縮比與圖像質(zhì)量的關(guān)系4.3.3視頻的壓縮編碼4.視頻壓縮方法視頻壓縮方法很多。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：壓縮比；重建圖像質(zhì)量；算法復(fù)雜程度等。4.3.3視頻的壓縮編碼5.常用視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)（1）視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)概述視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)分通用標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)。①通用標(biāo)準(zhǔn)由ISO/ITU發(fā)布，通用性較好；②專用標(biāo)準(zhǔn)由專業(yè)公司開發(fā)，通用性等各異。目前多使用靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（JPEG）、運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG）及新穎的H.264標(biāo)準(zhǔn)。4.3.3視頻的壓縮編碼（2）靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG1986年制定的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG包括以預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的無損壓縮，以DCT為基礎(chǔ)的有損壓縮。用DCT算法時(shí)，壓縮比25:1情況下，還原的圖像與原始圖像差別甚小，故應(yīng)用廣泛。JPEG標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是先進(jìn)、有效、簡單。為進(jìn)一步提高壓縮比，有關(guān)組織制定了基于Wavelet算法的JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)。4.3.3視頻的壓縮編碼DCT壓縮過程如下：DCT解壓縮過程如下：4.3.3視頻的壓縮編碼（3）運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)概述①運(yùn)動(dòng)圖像主要有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織-動(dòng)態(tài)圖像專家組（ISO/IEC）制定的MPEG-x、國際電信聯(lián)盟-視頻編碼專家組（ITU－T）制定的H.26x兩大系列國際標(biāo)準(zhǔn)。②從H.261、H.262到H.264，從MPEG1、MPEG2到MPEG4等，目標(biāo)都是在盡可能低的碼率或盡可能小存儲(chǔ)容量下獲得盡量好的圖像質(zhì)量。4.3.3視頻的壓縮編碼③MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)概述●1988年成立運(yùn)動(dòng)圖像專家組（MPEG），專門制定多媒體領(lǐng)域內(nèi)的國際標(biāo)準(zhǔn)，MPEG標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像設(shè)計(jì)，包括視頻、音頻、視頻/音頻的同步，可實(shí)現(xiàn)幀之間的壓縮?！馦PEG基本思想：單位時(shí)間內(nèi)采集并存儲(chǔ)第一幀信息，然后只存儲(chǔ)其余幀相對(duì)第一幀發(fā)生變化的部分，以此達(dá)到壓縮的目的。4.3.3視頻的壓縮編碼MPEG在3個(gè)方面優(yōu)于其它壓縮標(biāo)準(zhǔn)：●作為國際化標(biāo)準(zhǔn)制定，兼容性很好；●能提供高壓縮比，平均壓縮比50:1，最高可達(dá)200:1；●提供高壓縮比的同時(shí)，有效信息損失很少。常用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)有MPEG1、MPEG2、MPEG4。4.3.3視頻的壓縮編碼表3常用圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)4.3.3視頻的壓縮編碼（4）MPEG1壓縮標(biāo)準(zhǔn)①目標(biāo)。MPEG1是粗量化、非平衡壓縮標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是在1～1.5Mb/s低帶寬條件下，提供盡可能高的視頻、音頻質(zhì)量。②壓縮過程。對(duì)分辨率30幀/s（NTSC制式）或25幀/s（PAL制式）視頻圖像在水平、垂直方向像素減少一半，變成NTSC制式352×240或PAL制式352×288的SIF圖像格式，再對(duì)其與立體聲伴音進(jìn)行壓縮。4.3.3視頻的壓縮編碼③MPEG1采用下列技術(shù)獲得高壓縮比：●對(duì)色差信號(hào)進(jìn)行亞采樣，減少數(shù)據(jù)量；●采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)減少幀間冗余度；●利用二維DCT變換去除空間相關(guān)性；●對(duì)DCT分量進(jìn)行量化，舍去次要信息，將量化后的DCT分量按照頻率重新排序；●將DCT分量進(jìn)行變字長編碼；●對(duì)各數(shù)據(jù)塊直流分量進(jìn)行預(yù)測(cè)差分編碼等。4.3.3視頻的壓縮編碼④意義。作為MPEG系列中有一定影響的標(biāo)準(zhǔn)，MPEG1有許多“第一次”：●第一個(gè)綜合了視頻/音頻的標(biāo)準(zhǔn)；●第一次提出對(duì)音頻部分品質(zhì)性能的評(píng)定；●第一個(gè)由所有視頻/音頻方面的行業(yè)參與發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)；●第一次全部用軟件開發(fā)，同時(shí)包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件實(shí)現(xiàn)；4.3.3視頻的壓縮編碼●第一次能在本地模式下對(duì)視頻編碼；●第一個(gè)只定義接收端，未定義發(fā)送端的標(biāo)準(zhǔn)。MPEG1標(biāo)準(zhǔn)能處理各種類型的運(yùn)動(dòng)圖像，包括不同大小、不同幅型比，或碼率范圍很大的信道、設(shè)備。⑤應(yīng)用。基于該標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了VCD、MP3等，其中，VCD使用MPEG1標(biāo)準(zhǔn)，圖像尺寸352×288，標(biāo)準(zhǔn)帶寬為1.2Mb/s。4.3.3視頻的壓縮編碼（5）MPEG2壓縮標(biāo)準(zhǔn)①M(fèi)PEG2概述。MPEG2是直接與DTV有關(guān)的高質(zhì)量圖像和聲音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，基本目標(biāo)是碼率4～9Mb/s，最高達(dá)15Mb/s。它可以看做MPEG1的擴(kuò)充，因?yàn)槎呋揪幋a算法相同。②MPEG2增加的主要功能：●運(yùn)動(dòng)向量的精確度提高到半個(gè)像素；●關(guān)鍵幀存在特殊向量，擴(kuò)展了錯(cuò)誤冗余；4.3.3視頻的壓縮編碼●DCT可選擇精度；●超前預(yù)測(cè)模式；●質(zhì)量伸縮性，同一視頻流可容忍不同質(zhì)量的圖像；●提供位碼率可變功能；●增加了隔行掃描電視的編碼。4.3.3視頻的壓縮編碼③MPEG2編碼原理：●圖像的空間相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性使之存在大量冗余信息，如果去除這些冗余信息，只保留少量非相關(guān)信息，則能顯著減少數(shù)據(jù)量；●接收端利用非相關(guān)信息，按一定解碼算法，即可在保證圖像質(zhì)量前提下恢復(fù)原始圖像。4.3.3視頻的壓縮編碼④編碼流程：●幀內(nèi)編碼，編碼圖像僅經(jīng)過DCT、量化器和比特流編碼器即生成編碼比特流，不經(jīng)過預(yù)測(cè)環(huán)處理，DCT直接應(yīng)用于原始的圖像數(shù)據(jù)；●幀間編碼，原始圖像與幀存儲(chǔ)器中預(yù)測(cè)圖像比較，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)矢量，再與參考幀生成原始圖像的預(yù)測(cè)圖像，然后把原始圖像與預(yù)測(cè)像素差值所生成的差分圖像進(jìn)行DCT變換，經(jīng)量化器和比特流編碼器生成編碼流。4.3.3視頻的壓縮編碼（6）MPEG4壓縮標(biāo)準(zhǔn)①M(fèi)PEG4概述。MPEG4是個(gè)多媒體通信的框架和規(guī)范協(xié)議，主要定義一種格式、框架，而非具體算法，有利于建立更自由、更寬泛的通信環(huán)境，用戶可根據(jù)需要在系統(tǒng)中加入新算法，為充分利用軟件實(shí)現(xiàn)編碼/解碼提供方便。②MPEG4設(shè)計(jì)思想。在極低帶寬和可變輸出碼率（10kb/s～1Mb/s）下提供盡量好圖像質(zhì)量。4.3.3視頻的壓縮編碼③編碼原理●采用基于對(duì)象的編碼理念，將一幅景物分成若干時(shí)間/空間上相互聯(lián)系的視頻、音頻對(duì)象分別編碼后，經(jīng)復(fù)用傳輸至接收端，再對(duì)不同對(duì)象分別解碼，并組合成所需視頻、音頻。●既便于對(duì)不同對(duì)象采用相應(yīng)編碼方法、表示方法，又有利于不同數(shù)據(jù)類型間的融合，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)象的操作、編輯。4.3.3視頻的壓縮編碼④MPEG4獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)●基于內(nèi)容的交互性。MPEG4提供了基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)訪問工具，如索引、超級(jí)鏈接、上下載、刪除等。●高效的壓縮性。MPEG4在相同碼率下確保更高視覺/聽覺質(zhì)量，使低帶寬信道傳輸高質(zhì)量視頻、音頻成為可能。●通用的訪問性。MPEG4支持不同帶寬、不同存儲(chǔ)容量的傳輸信道和接收端。4.3.3視頻的壓縮編碼（7）MPEG7壓縮標(biāo)準(zhǔn)①概述。MPEG7規(guī)定用于描述不同類型信息的標(biāo)準(zhǔn)集合，允許快速、有效查詢用戶感興趣的資料。擴(kuò)展現(xiàn)有內(nèi)容識(shí)別專用解決方案的能力。②目標(biāo)。支持?jǐn)?shù)據(jù)管理靈活性、資源全球化、使用互操作性，能根據(jù)信息抽象層次，提供一種描述多媒體材料的方法以便表示不同層次上的用戶對(duì)信息的需求。4.3.3視頻的壓縮編碼③應(yīng)用●可用于在線、離線存儲(chǔ)，或流式應(yīng)用；●可用于實(shí)時(shí)環(huán)境，也可用于數(shù)字圖書館等非實(shí)時(shí)環(huán)境。●教育、新聞、娛樂等方面有良好應(yīng)用潛力。4.3.3視頻的壓縮編碼（8）MPEG21壓縮標(biāo)準(zhǔn)●MPEG21是針對(duì)實(shí)現(xiàn)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理和保護(hù)能力的數(shù)字多媒體內(nèi)容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?！衲康?。將不同協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等融合起來，實(shí)質(zhì)是一些關(guān)鍵技術(shù)的集成。●這種集成環(huán)境能對(duì)數(shù)字媒體資源進(jìn)行透明和增強(qiáng)管理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的描述、創(chuàng)建、發(fā)布、使用、識(shí)別、收費(fèi)管理、產(chǎn)權(quán)保護(hù)等功能。4.3.3視頻的壓縮編碼（9）H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)①H.264概述。為解決不同信道傳輸圖像，IEO/IEC和ITU－T聯(lián)手制定H.264標(biāo)準(zhǔn)。它既是ITU－T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第10部分。和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是“DPCM+變換編碼”的混合編碼模式，但H.264標(biāo)準(zhǔn)具有分層設(shè)計(jì)、高精度/多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì)、4×4塊的整數(shù)變換，幀內(nèi)預(yù)測(cè)功能等特色。4.3.3視頻的壓縮編碼②分層設(shè)計(jì)。H.264算法概念上分兩層：●視頻編碼層（VCL），負(fù)責(zé)視頻內(nèi)容表示；●網(wǎng)絡(luò)提取層（NAL），負(fù)責(zé)以網(wǎng)絡(luò)所要求的方式打包和傳輸數(shù)據(jù)。這樣，高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性分別由VCL和NAL完成。4.3.3視頻的壓縮編碼③高精度/多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì)。H.264支持1/4或1/8像素精度的運(yùn)動(dòng)矢量?！襁M(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)，編碼器還可選擇“增強(qiáng)”內(nèi)插濾波器提高預(yù)測(cè)效果?！馠.264運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)中，每個(gè)宏塊可分為不同子塊，形成7種不同模式塊尺寸?！穸嗄Ｊ届`活和細(xì)致的劃分更切合圖像中運(yùn)動(dòng)物體形狀，顯著提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)精確度。4.3.3視頻的壓縮編碼④4×4塊的整數(shù)變換。H.264變換單位是4×4塊?？s小變換塊尺寸，運(yùn)動(dòng)物體劃分更精確，不但變換計(jì)算量較小，且運(yùn)動(dòng)物體邊緣處的銜接誤差顯著減小?！駷樘岣叽a率控制的能力，H.264量化步長的變化幅度控制在12.5%左右，而非以不變的增幅變化。為強(qiáng)調(diào)彩色的逼真性，對(duì)色度系數(shù)采用了較小量化步長。4.3.3視頻的壓縮編碼⑤統(tǒng)一的VLC。H.264中，熵編碼有兩種方法：一種是對(duì)所有的待編碼的符號(hào)采用統(tǒng)一的VLC（UVLC）；一種是采用內(nèi)容自適應(yīng)的二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC）?！馯VLC使用一個(gè)長度無限的碼字集，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常有規(guī)則，用相同的碼表可以對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行編碼，該方法很容易產(chǎn)生一個(gè)碼字，而解碼器也很容易識(shí)別碼字的前綴；●CABAC編碼性能比UVLC好，但計(jì)算復(fù)雜度高。4.3.3視頻的壓縮編碼⑥幀內(nèi)預(yù)測(cè)功能。H.264采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)，這種空間域預(yù)測(cè)編碼算法除去相鄰塊之間的空間冗余度，取得更好的壓縮效果。⑦面向IP和無線環(huán)境。H.264包含用于差錯(cuò)消除的工具，還能利用數(shù)據(jù)分割方法應(yīng)對(duì)信道碼率的變化，在編碼器中生成具有不同優(yōu)先級(jí)的視頻數(shù)據(jù)以支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）。4.3.3視頻的壓縮編碼6.視頻壓縮技術(shù)應(yīng)用（1）DC概述。DC是電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)品，由鏡頭、快門、感光器件、DSP、LCD、存儲(chǔ)卡、USB或紅外接口等組成。（2）DC分類。分專業(yè)型、普通型?！駥I(yè)型。感光面積大、像素?cái)?shù)多、感光度高、功能強(qiáng)，價(jià)格貴，用于平面設(shè)計(jì)、攝影等；●普通型。分辨率、感光度較一般、多用于普通攝影，適合家庭使用。4.3.3視頻的壓縮編碼（3）DC基本原理●光信號(hào)由感光器件CCD/CMOS轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換供DSP處理；●

DSP采用一定的標(biāo)準(zhǔn)壓縮信號(hào)，轉(zhuǎn)化為特定的圖像文件格式，并傳輸至存儲(chǔ)單元；●成像效果可通過DC自身的LCD實(shí)時(shí)觀看，也可通過相應(yīng)接口傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)、打印等。4.3.3視頻的壓縮編碼（4）DC工作過程4.3.3視頻的壓縮編碼（5）DC主要指標(biāo)①像素?cái)?shù)。DC主要性能指標(biāo)，成像質(zhì)量很大程度上取決于該指標(biāo)。像素?cái)?shù)越多，圖像分辨率越高，成像越細(xì)膩、越清晰、層次分明。注意：因人眼分辨力有限，像素?cái)?shù)達(dá)到一定數(shù)量后就沒有實(shí)際意義。通常，500萬像素滿足普通用戶需求。4.3.3視頻的壓縮編碼②感光器件。DC的核心，決定DC的成像質(zhì)量，像素?cái)?shù)越高，成像質(zhì)量越好，通常情況下像素高低代表了DC的檔次。●DC使用的感光器件主要有CCD、CMOS?！裨砩?，CCD是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，CMOS是以行為單位的電流信號(hào)?！衲壳埃珼C感光器件有2/3"、1/1.8"、1/2.7"、1/3.2"等，尺寸越大，捕獲光子越多，感光性越好，成像效果也越好。4.3.3視頻的壓縮編碼③存儲(chǔ)介質(zhì)。分內(nèi)置式、可移動(dòng)式兩種?！馭D卡。SD卡是基于閃存的固體存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)容量大、傳輸速度快、很好的安全性、體積小、重量輕，是目前使用廣泛的存儲(chǔ)介質(zhì)?！馛F卡，年由SanDisk公司推出，應(yīng)用較廣；●MS卡，Sony公司推出，極高兼容性和“通用儲(chǔ)存媒體”特征，為便攜式產(chǎn)品提供高速、大容量儲(chǔ)存媒體，主要用于Sony產(chǎn)品。4.3.3視頻的壓縮編碼7.MP4播放器①M(fèi)P4基于音頻編碼技術(shù)（AAC）壓縮音頻，配合相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)議形成的數(shù)字音樂標(biāo)準(zhǔn)。②具備視頻播放、音頻播放、圖片瀏覽等功能。③技術(shù)層面上，MPEG2AAC音質(zhì)更完美，壓縮比高達(dá)20:1，采樣頻率8～96kHz時(shí)可提供1～48個(gè)聲道可選范圍的高質(zhì)量音頻。增加了立體聲完美再現(xiàn)、比特流效果音掃描、多媒體控制、降噪等，音頻壓縮后仍能完美再現(xiàn)。4.3.3視頻的壓縮編碼④主要特點(diǎn)●每首MP4樂曲是個(gè)擴(kuò)展名為.exe的可執(zhí)行文件，其內(nèi)嵌播放器可直接播放，操作簡便?！馦P4采用MPEG2ACC技術(shù)，音質(zhì)比MP3好，文件量僅為MP3的3/4，更適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳播?！褫^為完善的功能。內(nèi)置的波形/分頻動(dòng)態(tài)音頻顯示和音樂管理器可支持多種彩色圖像、網(wǎng)站鏈接及無限制地滾動(dòng)顯示文本。●支持版權(quán)保護(hù)。4.3.4多媒體通信網(wǎng)絡(luò)1.多媒體通信網(wǎng)絡(luò)概述多媒體通信網(wǎng)絡(luò)是將處于不同地理位置的具有處理多媒體功能的終端、服務(wù)器等通過高速通信線路互連起來，以達(dá)到多媒體通信和共享資源的目的。網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸時(shí)延、交換方式、用戶接入方式、高層協(xié)議等決定著信息傳輸及服務(wù)的質(zhì)量。4.3.4多媒體通信網(wǎng)絡(luò)2.多媒體通信對(duì)通信網(wǎng)要求①傳輸帶寬。通常，傳輸速率100Mbps以上才能滿足多媒體通信應(yīng)用需要。②吞吐量。網(wǎng)絡(luò)必須有足夠的吞吐能力。③實(shí)時(shí)性。為了獲得真實(shí)的臨場感，實(shí)時(shí)性要求較高，即傳輸時(shí)延要小。④可靠性。為獲得高可靠性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)誤碼性能要求很高。⑤同步性。通過時(shí)間和空間上的合成，達(dá)到多種媒體的時(shí)空同步。4.3.4多媒體通信網(wǎng)絡(luò)各種媒體信息對(duì)通信網(wǎng)性能參數(shù)要求不同，為了滿足多媒體通信要求，網(wǎng)絡(luò)要能滿足下表所示參數(shù)的不同組合。4.3.4多媒體通信網(wǎng)絡(luò)3．現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對(duì)多媒體通信的支撐目前，通信網(wǎng)絡(luò)主要分3大類：①電信網(wǎng)絡(luò)，如PSTN、分組交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）、DDN、FR、ISDN等；②計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、FDDI、IP網(wǎng)等；③電視傳播網(wǎng)絡(luò)，如CATV、衛(wèi)星電視網(wǎng)等。4.3.5多媒體通信應(yīng)用1.多媒體通信應(yīng)用概述通常，將多媒體通信業(yè)務(wù)分為4類。①“人-人”交談型。②“人-機(jī)”交互型信息檢索。③多媒體采集業(yè)務(wù)。一種“機(jī)-機(jī)”或“人-機(jī)”間多點(diǎn)向一點(diǎn)匯集信息的業(yè)務(wù)。④多媒體消息業(yè)務(wù)。這是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)型多媒體通信業(yè)務(wù)。4.3.5多媒體通信應(yīng)用多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用類型如下表所示。4.3.5多媒體通信應(yīng)用2.數(shù)字電視（1）數(shù)字電視概述DTV集數(shù)字壓縮/解壓縮技術(shù)、顯示技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、傳輸技術(shù)、多媒體技術(shù)等最新成果于一體，其視頻采集、發(fā)射、傳輸、接收、還原等均使用數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目攝、錄、播、發(fā)、輸、收整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化，是黑白電視、彩色電視之后的第3代電視。4.3.5多媒體通信應(yīng)用①DTV基本要求●圖像水平方向、垂直方向清晰度比現(xiàn)行電視提高一倍以上，確保在圖像高度3倍距離處能看清細(xì)節(jié)，有觀看原始景物的感覺；●像素和信息量比現(xiàn)行電視增加約5倍，擴(kuò)大彩色重顯范圍，色彩更逼真，還原效果更好；●采用30"以上，符合人眼視覺特性的16:9幅型比，視覺效果接近35mm寬銀幕電影；●配以高保真音響，有很強(qiáng)臨場感。4.3.5多媒體通信應(yīng)用表4 模擬電視與數(shù)字電視比較4.3.5多媒體通信應(yīng)用②DTV分類●DTV按信號(hào)傳輸方式分衛(wèi)星數(shù)字電視、有線數(shù)字電視、地面數(shù)字電視3類?！衲壳?，地面開路廣播、有線電視廣播、衛(wèi)星電視廣播3種方式共存且互為補(bǔ)充，既擴(kuò)大了節(jié)目覆蓋范圍，又能提高傳輸?shù)馁|(zhì)量?！裎覈嗖捎糜芯€電視臺(tái)集中接收DTV信號(hào)，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶的方式，成本較低，且不受相關(guān)政策限制，故推廣較快。4.3.5多媒體通信應(yīng)用（2）數(shù)字電視系統(tǒng)構(gòu)成DTV系統(tǒng)由數(shù)字前端系統(tǒng)、雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)、用戶終端系統(tǒng)3部分組成：①前端系統(tǒng)完成節(jié)目數(shù)字化、授權(quán)、認(rèn)證等；②傳輸網(wǎng)絡(luò)通過衛(wèi)星、同軸電纜、地面發(fā)射等將節(jié)目傳輸?shù)接脩舳?，回傳可采用多種網(wǎng)絡(luò)；③用戶終端系統(tǒng)采用機(jī)頂盒（STB）收看DTV節(jié)目或?qū)崿F(xiàn)交互式功能。4.3.5多媒體通信應(yīng)用DTV信號(hào)處理包括編輯、處理、傳輸、接收、顯示等。其系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。4.3.5多媒體通信應(yīng)用（3）數(shù)字電視制式①定義。DTV制式指所采用的視頻/音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式、服務(wù)信息格式等規(guī)定。②類別。主要有美國的高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)（ATSC）、歐洲的數(shù)字視頻廣播（DVB）、日本的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)（ISDB）。③異同。三者均采用MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，但為了各自的兼容性，視頻采樣格式有差別，體現(xiàn)在行分辨率、列分辨率、場頻等。我國采用DVB制。4.3.5多媒體通信應(yīng)用表5 主流數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)比較4.3.5多媒體通信應(yīng)用④DVB-S標(biāo)準(zhǔn)主要優(yōu)點(diǎn)●可用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）、HDTV；●適用于不同帶寬衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器；●符合MPEG2編碼及標(biāo)準(zhǔn)DTV業(yè)務(wù)均可傳輸；●規(guī)范了發(fā)送端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理方式，接收端是開放的，接收設(shè)備自由度高。4.3.5多媒體通信應(yīng)用⑤DVB-S標(biāo)準(zhǔn)局限性●信噪比降低，限制了信號(hào)傳輸距離；●對(duì)脈沖干擾較敏感；●需較高功率的發(fā)射機(jī)；●保護(hù)間隔降低了頻譜效率。4.3.5多媒體通信應(yīng)用（4）數(shù)字電視優(yōu)點(diǎn)①合理利用頻譜資源，顯著提高頻譜利用率。②抗干擾能力強(qiáng)，通過數(shù)字信號(hào)再生可有效清除各種干擾。③信號(hào)易存儲(chǔ)，且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)特性無關(guān)。④DTV兼容現(xiàn)有模擬電視，普通電視機(jī)加裝STB即可收看DTV節(jié)目；⑤借助雙向網(wǎng)絡(luò)，DTV既可實(shí)現(xiàn)用戶自由點(diǎn)播，也能提供多種增值業(yè)務(wù)。4.3.5多媒體通信應(yīng)用3.視頻點(diǎn)播VOD（1）VOD概述DTV最重要的服務(wù)是VOD，也稱交互式電視點(diǎn)播系統(tǒng)，根據(jù)用戶的需要播放視頻節(jié)目，改變用戶被動(dòng)式看電視的不足。它通過CATV網(wǎng)絡(luò)，采用多媒體技術(shù)，將音頻、視頻、數(shù)據(jù)等集成為一體，向特定用戶播放其指定的節(jié)目，提高了節(jié)目的參與性、互動(dòng)性、針對(duì)性。4.3.5多媒體通信應(yīng)用（2）VOD系統(tǒng)構(gòu)成VOD由服務(wù)端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、客戶端系統(tǒng)3部分構(gòu)成。4.3.5多媒體通信應(yīng)用①服務(wù)端系統(tǒng)。服務(wù)端系統(tǒng)由視頻服務(wù)器、檔案管理服務(wù)器、內(nèi)部通信子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口等組成。②網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。包括主干網(wǎng)絡(luò)和本地網(wǎng)絡(luò)。③客戶端系統(tǒng)。有近式點(diǎn)播電視（NVOD）、真實(shí)點(diǎn)播電視（TVOD）、交互式點(diǎn)播電視（IVOD）3種VOD系統(tǒng)。4.3.5多媒體通信應(yīng)用●NVOD。多個(gè)視頻流依次間隔一定的時(shí)間啟動(dòng)發(fā)送同樣的內(nèi)容。該方式下，一個(gè)視頻流可能為許多用戶共享?！馮VOD。真正支持即點(diǎn)即放，用戶提出請(qǐng)求，視頻服務(wù)器會(huì)立即傳送用戶所要的視頻內(nèi)容。該方式下，每個(gè)視頻流轉(zhuǎn)為某個(gè)用戶服務(wù)。●IVOD。不僅支持即點(diǎn)即放，還可以讓用戶對(duì)視頻流進(jìn)行交互式控制，用戶可實(shí)現(xiàn)節(jié)目的播放、暫停、倒回、快進(jìn)和自動(dòng)搜索等。4.3.5多媒體通信應(yīng)用（3）VOD關(guān)鍵技術(shù)①多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是多媒體技術(shù)中最為關(guān)鍵的核心技術(shù)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要由ITU-T和ISO/IEC開發(fā)。②多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。高速接入網(wǎng)和高速互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)VOD的基礎(chǔ)。③多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)。VOD數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須保證用戶能迅速方便地找到所需素材，有效完成對(duì)素材的各種管理。4.4下一代網(wǎng)絡(luò)NGN4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述1.NGN定義下一代網(wǎng)（NGN）泛指不同于目前一代的，大量采用創(chuàng)新技術(shù)，以IP為中心，同時(shí)可以支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)。ITU-T將NGN基本特征概括為：多業(yè)務(wù)、寬帶化、分組化、開放性、移動(dòng)性、兼容性。4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述2.NGN產(chǎn)生背景隨著信息化程度的加深，對(duì)通信的要求是隨時(shí)、隨地、靈活地獲取所需信息。這就要求電信部門靈活地為用戶提供豐富的業(yè)務(wù)，基于不同通信網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營模式難以滿足“靈活地獲取所需信息”的要求，只有構(gòu)建“全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，即能同時(shí)承載音頻、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)”才能滿足用戶日益增長的需求。4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述3．如何理解NGNNGN不是現(xiàn)有電信網(wǎng)和IP網(wǎng)的簡單延伸和疊加，而是兩者的融合，涉及的不僅僅是單項(xiàng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的框架，是一種整體網(wǎng)絡(luò)解決方案。另一方面，NGN的出現(xiàn)與發(fā)展不是革命，而是演進(jìn)，即在繼承現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的平滑過渡。簡言之，NGN是以軟交換為核心，光聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的融合網(wǎng)絡(luò)。4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述4.NGN基本結(jié)構(gòu)NGN基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述5.NGN主要特征①NGN是業(yè)務(wù)獨(dú)立于承載的網(wǎng)絡(luò)。②NGN采用分組交換作為統(tǒng)一的業(yè)務(wù)承載方式。③NGN能與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)如PSTN、ISDN和GSM等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，保護(hù)現(xiàn)有投資。④NGN是安全的、支持服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)。⑤NGN是提供多媒體流媒體業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。4.4.1NGN網(wǎng)絡(luò)概述6.NGN主要特點(diǎn)①開放分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。②高速分組化核心承載。③獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制層。④網(wǎng)絡(luò)互通和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)關(guān)化。⑤多樣化接入方式。4.4.2N