《網(wǎng)絡多媒體技術》課件第9章

第9章網(wǎng)絡多媒體應用系統(tǒng)9.1概述9.2多媒體視頻會議系統(tǒng)9.3IPTV系統(tǒng)9.4多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)9.5虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)9.6網(wǎng)絡多媒體技術的發(fā)展趨勢9.7本章小結(jié)思考練習題網(wǎng)絡多媒體應用種類繁多，涉及很多領域，如通信、計算機、有線電視、安全、教育、娛樂和出版業(yè)等。隨著用戶需求的不斷增長，網(wǎng)絡多媒體技術的應用也會有新的發(fā)展。常見的網(wǎng)絡多媒體應用系統(tǒng)有視頻會議系統(tǒng)、IP電話系統(tǒng)、視頻點播(VOD)系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程教育系統(tǒng)、遠程醫(yī)療系統(tǒng)和網(wǎng)絡電視系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實等。本章介紹其中主要的網(wǎng)絡多媒體應用系統(tǒng)。

多媒體技術正在許多領域影響著人們的工作和生活。多媒體通信業(yè)務的種類很多，并且隨著新技術的不斷出現(xiàn)和用戶對多媒體業(yè)務需求的不斷增長，新型多媒體通信業(yè)務也會不斷出現(xiàn)。今后，越來越多的寬帶業(yè)務將全部是多媒體業(yè)務。根據(jù)ITU-T的定義，多媒體業(yè)務共分為六種：9.1概述

多媒體會議型業(yè)務：具有多點、雙向通信的特點，如多媒體會議系統(tǒng)等。

多媒體會話型業(yè)務：具有點到點通信、雙向信息交換的特點，如可視電話、數(shù)據(jù)交換業(yè)務。

多媒體分配型業(yè)務：具有點對多點通信、單向信息傳輸?shù)奶攸c，如廣播式視聽會議系統(tǒng)。

多媒體檢索型業(yè)務：具有點對點通信、單向信息傳輸?shù)奶攸c，如多媒體圖書館和多媒體數(shù)據(jù)庫等。

多媒體消息型業(yè)務：具有點到點通信、單向信息傳輸?shù)奶攸c，如多媒體文件傳送。

多媒體采集型業(yè)務：具有多點到一點、單向信息傳輸?shù)奶攸c，如遠程監(jiān)控系統(tǒng)等。

以上多媒體業(yè)務的特點有些很相似，可以進一步將其歸為以下四種類型。

人與人之間進行的多媒體通信業(yè)務：會議型業(yè)務和會話型業(yè)務都屬于此類。會議型業(yè)務是在多個地點上的人與人之間的通信，而會話型業(yè)務則是在兩個人之間的通信。另外，從通信質(zhì)量來看，會議型業(yè)務的質(zhì)量要高些。

人機之間的多媒體通信業(yè)務：多媒體分配型業(yè)務和多媒體檢索型業(yè)務都屬于此類。多媒體檢索型業(yè)務是一個人對一臺機器的點對點的交互式業(yè)務；而多媒體分配型業(yè)務是一人或多人對一臺機器、一點對多點的人機交互業(yè)務。

多媒體采集型業(yè)務：是一種多點向一點的信息匯集業(yè)務，一般是在機器和機器之間或人和機器之間進行的。

多媒體消息型業(yè)務：屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)型多媒體通信業(yè)務。此類多媒體信息的通信不是實時的，需要先將發(fā)送的消息進行存儲，待接收端需要時再接收相關信息。

在實際工作中，上述這些業(yè)務并不都以孤立的形式運行，而以交互的形式運行。從推動網(wǎng)絡多媒體系統(tǒng)發(fā)展的技術因素來看，與多媒體通信相關的技術有視/音頻壓縮技術、網(wǎng)絡技術、媒體同步技術、存儲技術等。實用的網(wǎng)絡多媒體系統(tǒng)有多媒體視頻會議系統(tǒng)、多媒體合作應用、遠程學習系統(tǒng)、遠程醫(yī)療系統(tǒng)、多媒體監(jiān)控系統(tǒng)、電子交易、多媒體檢索系統(tǒng)、多媒體郵件系統(tǒng)和視頻點播等。經(jīng)過多年的發(fā)展，這些應用系統(tǒng)已在人們的生活和工作中發(fā)揮著重要的作用。

9.2.1視頻會議系統(tǒng)概述

視頻會議又稱會議電視或視訊會議，實際上是一種多媒體通信系統(tǒng)，是21世紀多媒體通信領域中一個非常熱門的話題。視頻會議技術融計算機技術、通信網(wǎng)絡技術、微電子技術等于一體，它要求將各種媒體信息數(shù)字化，利用各種網(wǎng)絡進行實時傳輸并能與用戶進行友好的信息交流。9.2多媒體視頻會議系統(tǒng)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)遠遠不能滿足用戶的要求。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)。視頻會議是一種以視覺為主的通信業(yè)務，它的基本特征是可以在兩個或多個地區(qū)的用戶之間實現(xiàn)雙向全雙工音頻、視頻的實時通信，并可附加靜止圖像等信號傳輸。它能夠?qū)⑦h距離的多個會議室連接起來，使各方與會人員如同在面對面進行通信，使與會人員具有真實感和親切感。要開好視頻會議，要求系統(tǒng)具備以下條件：

高質(zhì)量的音頻信息。

高質(zhì)量的實時視頻編/解碼圖像。

友好的人機交互界面。

多種網(wǎng)絡接口(ISDN、DDN、PSTN、Internet、衛(wèi)星等接口)。

明亮、莊重、優(yōu)雅的會議室布局和設計。

在視頻會議發(fā)展初期，網(wǎng)絡環(huán)境相對簡單，基本上是專線2MB/s速率，各公司單純追求一流的編/解碼技術，各自擁有專利算法(至今，視頻會議供應商還是或多或少地保留了一些自己的專用算法)，產(chǎn)品間無法互通，技術壟斷，設備價格昂貴，視頻會議市場受到很大限制。隨著各種技術的不斷發(fā)展和一系列國際標準的出臺，打破了視頻會議技術及其設備由少數(shù)大公司一統(tǒng)天下的壟斷局面，逐漸發(fā)展成為由國外如VTEL、Picture-Tel、VCON公司和國內(nèi)中興、華為等大企業(yè)共同分享視頻會議市場的競爭局面?，F(xiàn)在，高速IP網(wǎng)絡及Internet的迅猛發(fā)展，各種數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、ISDN以及ATM的逐步建設和投入使用，使視頻會議的應用與發(fā)展進入了一個新的時期。在我國，視頻會議系統(tǒng)具有十分廣闊的應用前景，因為它可以減輕交通壓力，減少經(jīng)費開支。我國視頻會議系統(tǒng)的應用有兩種形式：一種是以預約方式租用電信運營商經(jīng)營的公用視頻會議系統(tǒng)，此系統(tǒng)覆蓋主要城市，會議需要在專用的會場中進行；另一種是組建專用系統(tǒng)，目前海關、公安、鐵路、銀行、石油、教育等部門多采用這種方式。

根據(jù)所完成的功能的不同，視頻會議的方式可以有很多種。按照參與會議的節(jié)點數(shù)目，視頻會議可以分為點對點會議系統(tǒng)和多點會議系統(tǒng)。按照所運行通信網(wǎng)絡的不同，視頻會議可以分為數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(如DDN)、局域網(wǎng)(LAN)/廣域網(wǎng)(WAN)和公共電話網(wǎng)(PSTN)三種會議系統(tǒng)。在數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)方式中，信息的傳輸速率是384~2048kb/s，提供幀頻為25~30f/s的CIF或QCIF格式的視頻圖像。在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)環(huán)境中，信息的傳輸速率低于384kb/s，幀頻為15~20f/s。在公共電話網(wǎng)中，信息的傳輸速率只有28.8kb/s或33.6kb/s，幀頻也只能達到5~10f/s。按照所使用的主要設備，視頻會議分為電視會議和計算機會議系統(tǒng)。按使用的信息流，視頻會議可分為音頻圖形會議、視頻會議、數(shù)據(jù)會議、多媒體會議和虛擬會議。由于視頻會議的會議內(nèi)容常具有保密特征，因此其安全性就很重要?，F(xiàn)有的很多視頻會議系統(tǒng)都屬于專用系統(tǒng)，許多行業(yè)部門也都使用自己的專用系統(tǒng)。而基于互聯(lián)網(wǎng)的桌面會議系統(tǒng)具有開放性的特征，但安全性無法保證。在一定時期內(nèi)，這兩種系統(tǒng)會并存。9.2.2視頻會議系統(tǒng)的關鍵技術

視頻會議技術實際上不是一個完全嶄新的技術，也不是一個界限十分明確的技術領域，而是隨著現(xiàn)有通信技術、計算機技術、芯片技術、信息處理技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。如果沒有這些技術的發(fā)展，多媒體通信、視頻會議、可視電話等都只能停留在理論研究上，更談不上視頻會議實用系統(tǒng)。視頻會議系統(tǒng)的關鍵技術可以概括為以下幾個方面。

1. 多媒體信息處理技術

多媒體信息處理技術是視頻會議十分關鍵的技術，主要是針對各種媒體信息進行壓縮和處理?？梢赃@樣說，視頻會議的發(fā)展過程也反映出信息處理技術特別是視頻壓縮技術的發(fā)展歷程。目前，編/解碼算法從早期的、經(jīng)典的熵編碼、變換編碼、混合編碼等發(fā)展到新一代的模型基編碼、分形編碼、神經(jīng)網(wǎng)絡編碼等。另外，還不斷地將圖形圖像識別、理解技術、計算機視覺等內(nèi)容引入到壓縮編碼算法中。這些新的理論、算法不斷推動著多媒體信息處理技術的發(fā)展，進而推動著視頻會議技術的發(fā)展。特別是在網(wǎng)絡帶寬不富余的條件下，多媒體信息壓縮技術已成為視頻會議最關鍵的問題之一。

2. 寬帶網(wǎng)絡技術

影響視頻會議發(fā)展的另外一個非常重要的因素就是網(wǎng)絡帶寬問題。多媒體信息的特點就是數(shù)據(jù)量大，即使通過上述壓縮技術，要想獲得高質(zhì)量的視頻圖像，仍然需要較寬的帶寬。如384kb/s的ISDN提供會議中的頭肩圖像是可以接受的，但不足以提供電視質(zhì)量的視頻。要達到廣播級的視頻傳輸質(zhì)量，帶寬至少應該在1.5MB/s以上。作為一種新的通信網(wǎng)絡，B-ISDN網(wǎng)的ATM帶寬非常適合于多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，它可以把不同種類的多種業(yè)務集中起來，在同一網(wǎng)絡上既能傳輸VBR數(shù)據(jù)，又能傳輸CBR視頻。過去，ATM由于成熟度不足且交換設備價格昂貴而難以推廣應用。經(jīng)過這些年的大量工作，ITU-T和ATM論壇已經(jīng)完善了許多標準，各大通信公司生產(chǎn)、安裝了大量的ATM設備，同時，ATM接入網(wǎng)也逐步擴充，越來越多的應用已經(jīng)可以在2MB/s的速率上運行。

另外，還要解決目前通信中的接入問題，它一直是多媒體信息到用戶端的“瓶頸”。全光網(wǎng)、無源光網(wǎng)絡(PON)、光纖到戶(FTTH)被公認為理想的接入網(wǎng)。但目前就全世界來說，接入網(wǎng)仍處于一個“過渡”時期，即使在日本，要實現(xiàn)FTTH的目標，也要到2010年之后。因此，目前的xDSL技術、混合光纖同軸(HFC)、交互式數(shù)字視頻系統(tǒng)(SDV)仍然是當前高速多媒體接入網(wǎng)絡的發(fā)展方向。正在迅速發(fā)展的IP網(wǎng)絡，由于它是面向非連接的網(wǎng)絡，因而對實時傳輸?shù)亩嗝襟w信息而言是不適合的，但TCP/IP對多媒體數(shù)據(jù)的傳輸并沒有根本性的限制。目前世界各個主要的標準化組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、各大公司都在對IP網(wǎng)絡上的傳輸協(xié)議(如RTP/RTCP、RSVP、IPv6等)進行改進，并已初步取得成效，為在IP網(wǎng)上大力發(fā)展諸如視頻會議之類的多媒體業(yè)務打下了良好的基礎。據(jù)預測，在不遠的將來，IP網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務將會大大超過電路交換網(wǎng)上的視頻會議業(yè)務。

3. 分布式處理技術

電視會議不單是點對點通信，更主要的是一點對多點、多點對多點的實時同步通信。視頻會議系統(tǒng)要求不同媒體、不同位置的終端的收發(fā)同步協(xié)調(diào)，多點控制設備(MCU)有效地統(tǒng)一控制，使與會終端共享數(shù)據(jù)、工作對象、工作結(jié)果、數(shù)據(jù)資料，有效協(xié)調(diào)各種媒體的同步，使系統(tǒng)更接近我們?nèi)祟惖男畔⒔涣骱吞幚矸绞健嶋H上通信、合作、協(xié)調(diào)正是分布式處理的要求，也是交互式多媒體協(xié)同工作系統(tǒng)(CSCW)的基本內(nèi)涵。從這個意義上說，視頻會議系統(tǒng)是CSCW主要的群件系統(tǒng)之一。

4. 芯片技術

視頻會議系統(tǒng)對終端設備的要求較高。要求接收來自于攝像機的視頻輸入、麥克風的音頻輸入、共享白板的數(shù)據(jù)輸入以及來自于網(wǎng)絡的信息流數(shù)據(jù)，同時進行視頻編/解碼、音頻編/解碼、數(shù)據(jù)處理等，并將各種媒體信息復用成信息流之后傳輸?shù)狡渌K端。在此過程中要求能與用戶進行友好的交流，實行同步控制。目前，視頻會議終端有基于PC機的軟件編/解碼解決方案、基于媒體處理器的解決方案和基于專用芯片組(ASIC)的解決方案。不管采用何種方案，高性能的芯片是實現(xiàn)這些視頻會議方案所必需的基礎。9.2.3視頻會議系統(tǒng)的組成

視頻會議是兩地或多地間的雙向通信，它不僅傳送語音、數(shù)據(jù)，而且還傳送實時的活動圖像。但由于活動圖像是連續(xù)的數(shù)據(jù)流，多個信道間不能直接連接(否則來自不同地方的圖像將重疊在一起，無法分辨)，因此一個完整的視頻會議網(wǎng)不僅要有視頻會議系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡，而且應設置多點控制設備(MCU)，以進行圖像的切換、語音的混合切換及數(shù)據(jù)的分流。電視會議系統(tǒng)由網(wǎng)絡、終端設備、多點控制單元三部分組成。

1. 網(wǎng)絡

傳輸網(wǎng)絡是視頻會議信息傳輸?shù)耐ǖ?，目前視頻會議業(yè)務可以在多種通信網(wǎng)絡中展開，例如SDH數(shù)字通信網(wǎng)、ISDN、LAN、Internet、ATM、DDN、PSTN等，其傳輸介質(zhì)可以采用光纜、電纜、微波以及衛(wèi)星等數(shù)字信道，或者其他類型的傳輸通道。在用戶接入網(wǎng)范圍內(nèi)，可以使用HDSL、ADSL、HFC網(wǎng)絡等設備進行傳輸。

2. 終端設備

終端設備指用戶在召開視頻會議時所用的終端設施的總稱，有關終端所涉及的相關技術我們在第6章中已經(jīng)介紹，這里只簡單介紹終端設備的外圍設備。

(1)視頻、音頻的輸入輸出設備。視頻輸入設備包括攝像機及錄像機。攝像機主要分為主攝像機、輔助攝像機和圖文攝像機。它們將視頻信號通過視頻輸入口送入編碼器內(nèi)進行處理，通常視頻輸入口不少于4個。參加會議人員通過控制器來控制主攝像機的上下、左右轉(zhuǎn)動以及焦距的調(diào)節(jié)，也可以控制對方會場的主攝像機的轉(zhuǎn)動。主攝像機主要用來攝取發(fā)言人的特寫鏡頭。輔助攝像機主要用來攝取會場全景圖像或不同角度的部分場面鏡頭，或攝取白板上的內(nèi)容。輔助攝像機由人工操作。圖文攝像機一般固定在某一位置，用來攝取文件、圖表等，其焦距已事先調(diào)好。錄像機可播放事先已錄制好的活動和靜止圖像。視頻輸入設備的信號都經(jīng)終端設備的視頻輸入口，將視頻信號送入編碼器內(nèi)進行處理。視頻輸出設備主要包括監(jiān)視器、投影機、電視墻、分畫面視頻處理器。監(jiān)視器用于顯示接收的圖像；會場人數(shù)較多時，可采用投影機或電視墻。為了在監(jiān)視器上既顯示接收的圖像，同時又顯示本會場的畫面，一般采用畫中畫的方式，即在監(jiān)視器屏幕上的某個角落留出一個小窗口，用于顯示本會場的畫面，而在屏幕上的其余部分顯示接收的圖像。

音頻輸入、輸出設備主要包括麥克風、揚聲器、調(diào)音設備和回聲抑制器。麥克風和揚聲器主要用于參加會議人員的發(fā)言和收聽對端會場的發(fā)言。調(diào)音設備為輔助設備，用于調(diào)節(jié)本會場麥克風的音色及音量。回聲抑制器起抑制回聲的作用。

(2)信息通信設備。信息通信設備包括白板、書寫電話、傳真機等。白板供本會場與會人員與對方會場人員討論問題時寫字、畫圖用，其上內(nèi)容通過輔助攝像機的攝取而輸入編碼器，傳送到對端，在對方會場的監(jiān)視器上顯示。書寫電話為書本大小的電子寫字板，供與會人員將要說的話寫在此板上，變換成電信號輸入到視頻編/解碼器，再傳送到對方會場，并顯示在監(jiān)視器上。

3. 多點控制單元

視頻會議業(yè)務是一種多點之間的雙向通信業(yè)務，限于目前的網(wǎng)絡，多點間視頻會議信號的切換必須用專用的設備——多點控制單元(MCU)來完成。MCU是整個會議電視網(wǎng)的控制中心。MCU在一個會議電視網(wǎng)中可以有多個，但并不是無限增加的，也不是任意連接的，應根據(jù)相應的國際標準和傳輸控制協(xié)議設置。MCU和終端的連接網(wǎng)結(jié)構(gòu)呈星形，通常MCU放置在星形網(wǎng)絡的中心處，即參加會議的各個終端都以雙向通信的方式和MCU相連接。由于MCU端口數(shù)是有一定限制的，因此，在遇到會議點特別多的情況時，可以級聯(lián)多個MCU來使用，但同一級的級聯(lián)一般不多于兩級。處在上面一層的MCU是上層MCU，處在下面一層的MCU為從MCU，從MCU受控于上層MCU。MCU是一個數(shù)字處理單元，通常設置在網(wǎng)絡節(jié)點(匯接局)處，可供多個地點的會議同時進行相互間的通信。MCU應在數(shù)字域中實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)信令等數(shù)字信號的混合和切換，但不得影響音頻、視頻等信號的質(zhì)量。

MCU主要由線路單元、音頻處理單元、視頻處理單元、控制處理單元等模塊組成。

線路單元由網(wǎng)絡接口單元、呼叫控制單元、多路復用和解復用單元組成，完成輸入/輸出碼流的波形轉(zhuǎn)換、輸入碼流的時鐘同步、復合碼流的分解及復接?？刂铺幚韱卧瓿尚畔⒘鬟M出MCU的控制，控制信息的提取和處理，控制各模塊內(nèi)部的操作，并協(xié)調(diào)各模塊之間的動作。

音頻處理單元提取與會各點的聲音并進行混合，然后經(jīng)編碼與其他信息合起來發(fā)往各對應點；同時，提取與語音碼相連的控制信息碼送給控制層，完成相應的處理。該模塊也可以與控制層一起根據(jù)聲音電平的高低實現(xiàn)圖像的自動切換。

視頻處理單元提取各點傳來的圖像信息，根據(jù)MCU圖像切換和選擇準則的規(guī)定，完成視頻圖像的交換和發(fā)送，并進行相應處理后與其他信息合起來發(fā)往各對應點。該模塊提供用戶之間數(shù)據(jù)信息的交換。9.2.4相關協(xié)議

1.系統(tǒng)協(xié)議

與視頻會議技術有關的協(xié)議標準為視頻會議、多媒體通信的實現(xiàn)提供了十分靈活的組網(wǎng)方式，使廠商把發(fā)展的重點放在提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務質(zhì)量上來，規(guī)范了多媒體通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

視頻會議(VideoConference)業(yè)務在中國已經(jīng)發(fā)展多年，主要是應用H.320協(xié)議的視頻會議系統(tǒng)；而近年來伴隨著IP技術的不斷成熟和電信級運營，基于H.323協(xié)議的視頻會議系統(tǒng)也開始逐步得到了應用。

1) H.320協(xié)議

H.320是基于P×64K數(shù)字傳輸網(wǎng)絡的視頻會議系統(tǒng)協(xié)議，采用H.221幀結(jié)構(gòu)，典型應用網(wǎng)絡為N-ISDN網(wǎng)、數(shù)字傳輸網(wǎng)和數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)。H.320視頻會議系統(tǒng)包括視頻會議終端、多點控制單元(MCU)和會議網(wǎng)管等設備。

會議網(wǎng)管為可選部分，這里不作討論。多點控制單元(MCU)將在后面與H.323系統(tǒng)的MCU對比介紹，這里只介紹終端部分。H.320終端的功能框圖如圖9-1所示。

視頻編/解碼單元完成圖像的編/解碼、視頻切換及前處理過程，用H.261或H.263建議來規(guī)范。不同制式的視頻信號通過轉(zhuǎn)化為中間格式，實現(xiàn)了互通。圖9-1H.320終端的功能框圖音頻編/解碼單元完成音頻的編/解碼、回聲抵消和噪聲去除工作，用G.711，G.722或G.728建議來規(guī)范。相對視頻信號來說，音頻信號數(shù)據(jù)量小，處理時間短。延時單元可保證視/音頻信號同時到達對端，實現(xiàn)唇音同步。

數(shù)據(jù)業(yè)務設備主要包括電子白板、書寫電話以及傳真機等，可以用來召開數(shù)據(jù)會議，數(shù)據(jù)會議單元使用T.120的協(xié)議。

系統(tǒng)控制部分執(zhí)行兩種功能：通過端到網(wǎng)絡接口信令訪問網(wǎng)絡，通過端到端信令實現(xiàn)端到端控制。多信道復用/解復用單元在發(fā)送方向上主要對視頻、音頻、數(shù)據(jù)和信令等各種數(shù)字信號進行ITU-TH.221幀碼流的復用處理，使之成為能與用戶/網(wǎng)絡接口兼容的信號格式，在接收端則進行相反的解復用處理，使從網(wǎng)絡接口來的信號解復用到相應的媒體處理單元。

用戶/網(wǎng)絡接口單元將復用后的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成可以在各種傳輸網(wǎng)絡上傳遞的碼流，并送到網(wǎng)絡中傳遞。

2) H.323協(xié)議

H.323是基于分組網(wǎng)絡的視頻會議系統(tǒng)協(xié)議，目前主要適用于IP網(wǎng)絡。符合H.323建議的多媒體視頻會議系統(tǒng)由終端、網(wǎng)守(GK)、網(wǎng)關(GW)、多點控制單元(MCU)四個部分組成。

(1)H.323終端。H.323終端的功能框圖如圖9-2所示。

網(wǎng)絡接口由H.225建議描述，主要用于呼叫控制，并規(guī)定了如何利用RTP對視/音頻信號和RAS進行封裝。圖9-2H.323終端功能框圖視頻編/解碼采用H.261或H.263標準，音頻編/解碼采用G.711、G.722、G.728等標準；數(shù)據(jù)功能通過H.245建立一條或數(shù)條單向/雙向邏輯信道來實現(xiàn)；控制功能通過交換H.245消息來實現(xiàn)。

H.323會議終端除了H.320系統(tǒng)的四種信號外，還有兩類信息，就是RSA信號和呼叫信號。RSA是終端與看門人之間為了登記(Registration)，管理(Admission)，改變狀態(tài)(status)、帶寬及關系等過程所需要的信令；呼叫信號用于在H.323系統(tǒng)的兩個末端設備(Endpoints)之間建立呼叫連接。

(2)網(wǎng)守(GK)。與電路交換網(wǎng)絡上的會議系統(tǒng)不同，H.323是針對分組交換質(zhì)量不保證的網(wǎng)絡的，所以有時需要用到網(wǎng)守(或稱為網(wǎng)閘)。

在H.323會議系統(tǒng)中，網(wǎng)守是一個可選的角色，可以有一個或多個網(wǎng)守，也可以沒有網(wǎng)守。網(wǎng)守之間還可以進行相互通信。網(wǎng)守向H.323終端設備提供呼叫控制服務。從邏輯上講，網(wǎng)守是一個獨立的設備(功能模塊)，但實際上，網(wǎng)守可以與終端、MCU、網(wǎng)關等存在于一個設備上，只在功能上獨立。網(wǎng)守的職責如下：

地址翻譯。將別名地址翻譯成運輸層地址。

入會場許可的控制與管理。根據(jù)一些準則，來確定終端用戶是否有權(quán)進入會場。如有權(quán)則進行入會場處理，如無權(quán)則拒絕其進入會場。

帶寬控制與管理。根據(jù)網(wǎng)絡上帶寬資源的使用情況對終端用戶的帶寬使用進行控制和管理。

呼叫管理。網(wǎng)守對終端用戶的呼入作處理，并可進行呼出或呼叫轉(zhuǎn)移。

域管理。

(3)網(wǎng)關(GW)。在視頻會議系統(tǒng)中，網(wǎng)關是跨接在兩個不同網(wǎng)絡之間的設備，其作用是把位于兩個不同網(wǎng)絡上的視頻會議終端連接起來。

網(wǎng)關主要有三大功能：一是轉(zhuǎn)換通信格式，如H.323系統(tǒng)和H.320系統(tǒng)之間通過網(wǎng)關實現(xiàn)H.225和H.221不同碼流之間的互譯，以完成鏈路層的連接；二是視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息編碼格式之間的互譯，以完成表示層之間的相互通信；三是通信協(xié)議和通信規(guī)程(如H.245與H.242)之間的互譯，以實現(xiàn)應用層的通信。在實際的H.323視頻會議系統(tǒng)中，有兩種情況將用到網(wǎng)關：一種情況是一組會議的多個與會者在不同的網(wǎng)絡中(如有的與會者在IP網(wǎng)絡中，有的與會者在E1網(wǎng)絡中)；另一種情況是兩組會議的多個與會者在IP網(wǎng)的不同的網(wǎng)段上，需要通過網(wǎng)關繞過一些路由器或某些低速傳輸通道。

(4)MCU。多點控制單元(MCU)由多點控制器(MC)和多點處理器(MP)組成。H.320與H.323視頻會議系統(tǒng)的多點控制單元有所不同。

H.320系統(tǒng)的多點會議的控制、管理和處理都是集中的，MC和MP一般不可分，通常在會議網(wǎng)中作為MCU設備存在。H.320會議系統(tǒng)采用電路交換模式，會議網(wǎng)為星形拓撲結(jié)構(gòu)。

H.323會議系統(tǒng)基于分組交換模式，從會議電路的組織來看，不存在星形拓撲結(jié)構(gòu)，而往往以網(wǎng)狀或者樹狀拓撲結(jié)構(gòu)形式存在。因而H.323會議的多點會議控制、管理和處理可以進行集中處理，也可以進行分散處理。同樣，MC和MP可以合在一起作為一個設備存在，也可以作為一個功能塊放在其他設備(如終端、網(wǎng)關等)中。

2.視頻編/解碼協(xié)議

視頻會議系統(tǒng)的視頻編/解碼主要使用H.261和H.263兩種協(xié)議。

1) H.261建議

圖像壓縮方法一般包括預測壓縮編碼、變換壓縮編碼、非等步長量化和變長編碼等。H.261建議采用了運動補償預測和離散余弦變換相結(jié)合的混合編碼方案，具有很好的圖像壓縮效果。該建議于1990年正式通過，是其他圖像壓縮標準的核心和基礎。它解決了以下三個問題：

(1)確立了各國圖像編碼專家所公認的統(tǒng)一算法。

(2)設定了CIF和QCIF格式，解決了因電視制式不同而帶來的互通問題。

(3)不涉及PCM標準問題，其編碼器以64~1920kb/s的工作速率覆蓋了N-ISDN和PCM一次群通道，解決了PCM標準互換的問題。

2) H.263建議

H.263建議在1995年公布，1996年正式通過。與H.261相比，H.263獲得了更大的壓縮比，最低碼流速率可達20kb/s，是一個適用于低碼率窄帶通信信道的視頻編/解碼建議。

3.音頻編/解碼協(xié)議

語音的壓縮方法主要包括波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。其中，波形編碼可以獲得較好的語音質(zhì)量，能夠真實地再現(xiàn)說話人的原音，還原話音特征；參數(shù)編碼壓縮率較高，碼率通常低于4.8kb/s，但是聲音質(zhì)量很差，無法分辨出說話人的聲音特征；混合編碼結(jié)合了波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的高壓縮率，取得了較好的效果。

視頻會議系統(tǒng)的音頻編/解碼主要使用G.711、G.722和G.728三種協(xié)議。

G.711和G.722采用波形編碼方式。G.711為波形壓縮法的對數(shù)壓擴(A律或μ律)PCM編碼，采樣范圍為50~3500Hz，壓縮后的碼率為64kb/s或48kb/s。G.722為子帶分割的ADPCM語音編碼，采樣范圍為50~7000Hz，壓縮后的碼率為48kb/s、56kb/s或64kb/s。

G.728采用混合編碼方式，為低延時碼激勵線性預測(LD-CELP)編碼，音頻信號帶寬為50Hz~3.5kHz，編碼語音輸出信號速率為16kb/s。所以，G.728更適合應用于低碼率視頻會議系統(tǒng)中。

4.其他協(xié)議

H.221：視聽電信業(yè)務中64~1920kb/s信道的幀結(jié)構(gòu)。

T.120：多媒體會議的數(shù)據(jù)協(xié)議。

H.224：利用H.221建議的低速數(shù)據(jù)(LSD)/高速數(shù)據(jù)(HSD)/多層鏈路協(xié)議(MLP)信道單工應用的實時控制協(xié)議。

H.245：多媒體通信的控制協(xié)議。

H.242：關于使用2MB/s以下數(shù)字信道在視聽終端間建立通信系統(tǒng)的協(xié)議，實際上為端到端之間的通信協(xié)議。

H.243：利用高于1920kb/s信道在3個以上的視聽終端建立通信的規(guī)程，實際上為多個終端與MCU之間的通信協(xié)議。

H.230：視聽系統(tǒng)的幀同步及控制和指示信號C&I。

H.225.0：基于分組交換的多媒體通信中的呼叫信令協(xié)議和媒體數(shù)據(jù)流分組協(xié)議。

T.123：多媒體會議的網(wǎng)絡專用協(xié)議棧。

G.723.1：音頻編/解碼協(xié)議，是5.3kb/s和6.3kb/s多媒體通信傳輸速率上的雙速語音編碼。

Q.922：ISDN幀模式承載業(yè)務使用的數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。

G.703：脈沖編碼調(diào)制通信系統(tǒng)工程網(wǎng)絡的數(shù)字接口參數(shù)。

IEEE802.3U：10/100Base-T以太網(wǎng)接口標準。9.2.5視頻會議的發(fā)展趨勢

視頻會議作為交互式多媒體通信的先驅(qū)，已經(jīng)有20多年的歷史，順應三網(wǎng)合一的發(fā)展趨勢，勢必要進入一個新的發(fā)展階段。主要原因是：第一，交互式多媒體通信所依附的傳輸網(wǎng)絡基礎，由電路交換式的ISDN和專線網(wǎng)絡向分組交換式的IP網(wǎng)絡過渡；第二，其針對的市場目標將由大型公司、政府機構(gòu)的會議室向小型化的工作組會議室、個人化的桌面延伸，最終發(fā)展到家庭；第三，功能已由原先單純的視頻會議功能發(fā)展成遠程教學系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程醫(yī)療系統(tǒng)等多方面的綜合業(yè)務。盡管在此轉(zhuǎn)型期間視頻會議發(fā)展的勢頭強勁，但就目前這一階段而言，視頻會議的發(fā)展仍不會以一種形式取代另一種形式，而是同時存在著多種解決方案。值得注意的是，現(xiàn)在很多新的技術已經(jīng)深入并逐漸應用到視頻會議中，視頻會議出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢。

1.基于軟交換思想的媒體與信令分離技術

在傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)信息與控制信令一起傳送，由交換機集中處理。而在下一代通信網(wǎng)絡中的核心構(gòu)件卻是軟交換(Softswitch)，其重要思想是采用數(shù)據(jù)信息與信令分離的架構(gòu)，信令由軟交換集中處理，數(shù)據(jù)信息則由分布于各地的媒體網(wǎng)關(MG)處理。相應地，傳統(tǒng)的MCU也被分離成完成信令處理的MC和進行信息處理的MP兩部分，MC可以采用H.248協(xié)議遠程控制MP。MC處于網(wǎng)絡中心，MP則根據(jù)各地的帶寬、業(yè)務流量分布等信息合理地分配信息數(shù)據(jù)的流向，從而實現(xiàn)“無人值守”的視頻會議系統(tǒng)，還可以減少會議系統(tǒng)的維護成本和維護復雜度。

2. 分布式組網(wǎng)技術

這個技術是與信令媒體分離技術相關的。在典型的多級視頻會議系統(tǒng)中，目前最常見的是采用MCU進行級聯(lián)。這種方式的優(yōu)點是簡單易行，缺點是如果某個下層網(wǎng)絡的MCU出現(xiàn)故障，則整個下層網(wǎng)絡均無法參加會議。如果把信令和數(shù)據(jù)分離，那么對于數(shù)據(jù)量小但對可靠性要求高的信令可以由最高級中心進行集中處理，而對數(shù)據(jù)量大但對可靠性要求低的數(shù)據(jù)信息則可以交給各低級中心進行分布處理，這樣既可提高可靠性又可減少對帶寬的要求，對資源實現(xiàn)了優(yōu)化使用。

3.最新的視頻壓縮技術——H.264/AVC

H.264具有統(tǒng)一VLC符號編碼、高精度、多模式的運動估計以及整數(shù)變換和分層編碼語法等優(yōu)點。在相同的圖像質(zhì)量下，H.264所需的碼率較低，大約為MPEG-2的36％，H.263的51％，MPEG-4的61％，優(yōu)勢很明顯。所以可以預計：H.264必將會在視頻會議系統(tǒng)中得到廣泛的應用。

4.交換式組播技術

傳統(tǒng)的視頻會議設備大多只能單向接收，采用交互式組播技術則可以把本地會場開放或上傳給其他會場觀看，從而實現(xiàn)極具真實感的“雙向會場”。

9.3.1IPTV的定義和需求

IPTV(InternetProtocolTV或InteractivePersonalTV)也叫交互式網(wǎng)絡電視，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體技術。IPTV是一種以家用電視機或PC為顯示終端，通過互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議(IP)傳送電視信號，提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的內(nèi)容豐富的多種交互式多媒體服務。IPTV是計算機、通信、多媒體和家電產(chǎn)品新技術的融合。9.3IPTV系統(tǒng)

IPTV業(yè)務利用IP網(wǎng)絡(或者同時利用IP網(wǎng)絡和DVB網(wǎng)絡)，把來源于電視傳媒、影視制片公司、新聞媒體機構(gòu)、遠程教育機構(gòu)等各類內(nèi)容提供商的內(nèi)容，通過IPTV寬帶業(yè)務應用平臺(該平臺往往不僅支持TV，也支持其他業(yè)務)整合，傳送到用戶的個人電腦、機頂盒＋電視機、多媒體手機(用于移動IPTV)等終端，使用戶得以享受IPTV所帶來的豐富多彩的寬帶多媒體業(yè)務內(nèi)容。

目前，IPTV在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。2006年6月30日，全球IPTV用戶數(shù)達到300萬，是2005年同期的兩倍，其中歐洲用戶數(shù)最多并且在2006年發(fā)展最快，法國電信、意大利電信、英國電信都提供了IPTV業(yè)務。從相關咨詢機構(gòu)對IPTV的預測來看，IPTV業(yè)務的發(fā)展前景非常樂觀。在中國，IPTV也在向積極的方向發(fā)展，中國電信和中國網(wǎng)通分別在6個地市獲得了IPTV落地許可。9.3.2IPTV系統(tǒng)的組成

IPTV的工作原理是把源端的電視信號數(shù)據(jù)進行編碼處理，轉(zhuǎn)化成適合IP網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，然后通過IP網(wǎng)絡傳送，最后在接收端進行解碼，再通過電腦或是電視播放。由于數(shù)據(jù)的傳輸速度要求比較高，因此要采用最新的高效視頻壓縮技術，例如H.264、MPEG-4等。

IPTV系統(tǒng)主要包括了節(jié)目提供系統(tǒng)、內(nèi)容管理系統(tǒng)、中心媒體服務系統(tǒng)、運營支撐系統(tǒng)、IP網(wǎng)絡、邊緣流媒體服務器、接入系統(tǒng)和IPTV終端等，如圖9-3所示。

圖9-3IPTV的系統(tǒng)組成

1. 節(jié)目提供系統(tǒng)

該部分主要完成節(jié)目的數(shù)字化，使原始節(jié)目成為能夠在IP網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)字節(jié)目。其主要功能是直播節(jié)目的編碼壓縮、轉(zhuǎn)換和傳送。

2.內(nèi)容管理系統(tǒng)

內(nèi)容管理系統(tǒng)的主要功能是對IPTV的節(jié)目和內(nèi)容進行管理，即主要進行內(nèi)容管理和用戶管理，功能包括內(nèi)容審核、內(nèi)容發(fā)布、內(nèi)容下載、用戶管理以及用戶認證計費等。

3.流媒體傳送系統(tǒng)

流媒體傳送系統(tǒng)主要包括的設備是中心／邊緣流媒體服務器和存儲分發(fā)網(wǎng)絡。

存儲分發(fā)網(wǎng)絡可以由多個服務器組成，它們之間通過負載均衡來實現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)，如CDN(ContentDeliveryNetwork，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡)。

流媒體服務器是提供流式傳輸?shù)暮诵脑O備，要求有很高的穩(wěn)定性，同時能滿足支持多個并發(fā)流和直播流的應用需求。

4.接入系統(tǒng)

接入系統(tǒng)主要為IPTV終端提供接入功能，使IPTV終端能夠順利接入到IP網(wǎng)絡。目前常見的接入方式為xDSL和LAN方式；也可采用FTTC/FTTB的方式，結(jié)合ADSL、SDSL、CableModem等技術，使用FTTC＋HFC的方式向用戶提供寬帶接入。

5.IPTV終端

目前IPTV終端主要有三種形式，即PC、機頂盒＋普通電視機和手機。其中，機頂盒＋普通電視機是IPTV的用戶最常見的消費終端。9.3.3IPTV的體系架構(gòu)

為了適應IPTV快速推進、迅速發(fā)展的需求，電信領域兩大國際標準組織ITU-FGIPTV和ETSI-TISPAN對IPTV的有關標準進行了定義，推進了IPTV的標準化。

這兩個標準組織給出的IPTV的定義為：IPTV是在IP網(wǎng)絡上傳送包含電視、視頻、文本、圖形和數(shù)據(jù)等，提供QoS/QoE、安全、交互性和可靠性的、可管理的多媒體業(yè)務。IPTV需要能夠提供一定的服務質(zhì)量保證，并滿足可控、可管和交互性的相關要求。

FGIPTV在IPTV業(yè)務需求文檔中專門對IPTV的業(yè)務需求進行了要求和說明；TISPAN則將對IPTV的需求分成兩個文檔分別進行研究，分別是支持IPTV業(yè)務的網(wǎng)絡傳送能力要求及綜合NGN業(yè)務和IPTV業(yè)務的業(yè)務層要求。

對于IPTV需要支持的業(yè)務，F(xiàn)GIPTV和TISPAN的描述雖不盡相同，但是可以看出都需要支持各種廣播業(yè)務、點播業(yè)務、交互業(yè)務(如信息類、商務類、通信類、娛樂類、學習類等交互業(yè)務)，并且對IPTV業(yè)務提出了相關需求，包括內(nèi)容提供商、業(yè)務提供商、網(wǎng)絡提供商和終端用戶。目前我國網(wǎng)絡提供商業(yè)務都是由運營商承擔的，內(nèi)容很多來自于廣電的內(nèi)容源。對于IPTV的架構(gòu)，兩個標準組織從兩個方面都在進行研究：一方面是非基于NGN的IPTV架構(gòu)(Non-NGN-BasedIPTV)；另一方面是基于NGN的IPTV架構(gòu)(NGN-BasedIPTV)。對于基于NGN的IPTV架構(gòu)，又根據(jù)是否重用IMS相關功能部件而分成基于IMS的IPTV架構(gòu)(IMS-BasedIPTV)和非基于IMS的IPTV架構(gòu)(Non-IMS-BasedIPTV)。9.3.4IPTV系統(tǒng)的關鍵技術

IPTV技術是一項系統(tǒng)技術，其關鍵技術主要包括音/視頻編/解碼技術、流媒體傳送技術、寬帶接入網(wǎng)絡技術、IP機頂盒技術等。

1.音/視頻編/解碼技術

IPTV音/視頻編/解碼技術在整個系統(tǒng)中處于重要地位。IPTV作為IP網(wǎng)絡上的視頻應用，對音/視頻編/解碼有很高的要求。首先，編碼要有高的壓縮效率和好的圖像質(zhì)量，壓縮效率越高，傳輸占用帶寬越小；圖像質(zhì)量越高，用戶體驗則越好。其次，IPTV平臺應能兼容不同編碼標準的媒體文件，以適應今后業(yè)務的發(fā)展。最后，要求終端支持多種編碼格式或具備解碼能力在線升級功能。

IPTV采用了先進、高效的視頻壓縮編碼技術，使得視頻流在800kb/s的有限帶寬上接近DVD(MPEG-2)的視覺效果(DVD的視頻傳輸帶寬通常為3MB/s)。目前主要編/解碼技術是MPEG-4、H.264與AVS三種。MPEG系列是重要的視頻編碼標準，所有的視頻編碼技術都參照了MPEG技術。MPEG-4具有高質(zhì)量、低傳輸速率等優(yōu)點，已廣泛應用于網(wǎng)絡多媒體、視頻會議與監(jiān)控等圖像傳輸系統(tǒng)中。H.264是新一代視頻編碼標準，2003年3月公布了標準的最終草案，全稱是H.264/AVC或MPEG-4VisualPart10。AVS是中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代音/視頻編碼技術標準，是高清晰度數(shù)字電視、寬帶網(wǎng)絡流媒體、移動多媒體通信、激光視盤等數(shù)字音/視頻產(chǎn)業(yè)群的基礎性標準。AVS2006年3月正式成為國家標準。2007年5月在斯洛文尼亞舉辦的ITU-TFGIPTV工作組第四次會議期間，AVS獲得國際認證，其視頻部分成為IPTV四個可選視頻編碼格式之一，這從經(jīng)濟上為我國節(jié)約了巨大的專利費開支，否則，如果中國采用MPEG或者H.264標準，每年將支付大約200~500億元人民幣的專利費(MPEG專利代理公司MPEGLA規(guī)定，每一臺MPEG-2解碼設備，必須由設備生產(chǎn)商交納2.5美元的專利使用費)。而AVS的專利政策對發(fā)展中國家較為合理，所有專利打包價格是每臺解碼器1元人民幣。AVS與MPEG相比，具有編碼效率高、實現(xiàn)復雜度低、專利授權(quán)模式簡單、收費低等優(yōu)勢。

2.流媒體傳送技術

IPTV的核心業(yè)務是數(shù)字音/視頻流業(yè)務，因此流媒體傳送技術相當重要。如果傳送技術高效可靠，不僅可以節(jié)約系統(tǒng)帶寬，還可以減輕系統(tǒng)負擔，使系統(tǒng)得到優(yōu)化。通常，IPTV系統(tǒng)中流媒體的傳送方式隨用戶接收方式的不同而不同，從終端用戶看，主要有點播和廣播兩種接收方式。

1) 點播接收方式下的流媒體傳送

點播接收的特點是個性化，接收的內(nèi)容和時間取決于用戶喜好，具有實時交互性能。同時，點播業(yè)務對網(wǎng)絡帶寬的需求也很大，為了避免大量消耗骨干帶寬，同時保證服務質(zhì)量，要求IP網(wǎng)絡能有效地將視頻流推送到用戶接入網(wǎng)絡，使用戶盡可能就近訪問。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(ContentDeliveryNetwork，CDN)就能提供這種支持。CDN有時也稱為MDN(MediaDeliveryNetwork)。CDN是建立在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡基礎結(jié)構(gòu)之上的一種增值網(wǎng)絡，是在應用層部署的一層網(wǎng)絡架構(gòu)。在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，用戶請求直接指向基于網(wǎng)絡地址的原始服務器，而CDN業(yè)務提供了一個服務層，補充和延伸了Internet，把要頻繁訪問的內(nèi)容盡可能向用戶推進，提供了基于內(nèi)容進行流量轉(zhuǎn)發(fā)的新能力，把路由導引到最佳服務器上，動態(tài)獲得需要的內(nèi)容。它改變了分布到使用者信息的方式，從被動的內(nèi)容恢復轉(zhuǎn)為主動的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)。

其具體工作過程是：CDN把流媒體內(nèi)容從源服務器復制分發(fā)到最靠近終端用戶的緩存服務器上，當終端用戶請求某個業(yè)務時，由最靠近請求來源地的緩存服務器提供服務。如果緩存服務器中沒有用戶要訪問的內(nèi)容，CDN會根據(jù)配置自動到源服務器中搜索，抓取相應的內(nèi)容，提供給用戶。

2) 廣播接收方式下的流媒體傳送

廣播接收在用戶看來是被動的，用戶對內(nèi)容的選擇只限于所提供的頻道，是非交互型的。由于用戶收看的內(nèi)容是相同的，為了減少網(wǎng)絡帶寬浪費，廣播接收方式對IP網(wǎng)絡提出了組播功能要求。

組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)一次同時發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接收者的網(wǎng)絡技術。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。在IPTV里，組播源往往僅有一個，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需要隨之增加，因為無論有多少個目標地址，在整個網(wǎng)絡的任何一條主干鏈路上都只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內(nèi)廣播”。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。

3.寬帶接入網(wǎng)絡技術

IPTV接入可以充分利用現(xiàn)有寬帶接入技術，主要有xDSL、FTTx＋LAN、CableModem等三種。

(1)xDSL。目前，xDSL技術中最常用的技術有ADSL和VDSL。

ADSL是上下行傳輸速率不相等的DSL技術，它在一對雙絞線上提供的下行速率為1.5～8MB/s，上行速率為16～640kb/s。目前ADSL是我國主要的寬帶接入方式，普通家庭用戶的ADSL速率通常在下行1MB/s左右，而IPTV需要大約3MB/s的下行帶寬，因此，普通用戶的ADSL可以通過提速支持IPTV業(yè)務。

VDSL在一對雙絞線上提供的下行速率為3~52MB/s，上行速率為1.5~2.3MB/s。因此，VDSL可以更好地支持IPTV業(yè)務。

(2)FTTx＋LAN。FTTx技術是光纖到x的簡稱，它可以是光纖到戶(FTTH)、光纖到局(FTTE)、光纖到配線盒/路邊(FTTC)、光纖到大樓/辦公室(FTTB/O)。

光纖具有很寬的帶寬，可以說，光纖到戶技術非常有利于開展IPTV業(yè)務。

(3)CableModem。CableModem接入方式是利用有線電視的同軸電纜傳送數(shù)據(jù)信息的，它的上下行速率可高達48MB/s。但CableModem是一種總線型的接入方式，同一條電纜上的用戶互相共享帶寬，在密集的住宅區(qū)，若用戶過多，CableModem一般難以達到較為理想的速率。

4.IP機頂盒技術

IP機頂盒主要實現(xiàn)以下三方面的功能：

與寬帶接入網(wǎng)連接，收發(fā)和處理IP數(shù)據(jù)和視頻流。

對接收的視頻流進行解碼，包括對MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等編碼格式的解碼，支持視頻點播、電視屏幕顯示、數(shù)字版權(quán)管理等功能。

支持HTML網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)絡游戲等。

IPTV機頂盒所有功能的實現(xiàn)均基于高性能微處理器，嵌入式操作系統(tǒng)是對芯片實時解碼和純軟件實時解碼應用的基本支撐平臺。目前，IPTV機頂盒的嵌入式操作系統(tǒng)基本上分為嵌入式WinCE和嵌入式Linux兩類。

(1)嵌入式WinCE機頂盒。WinCE的最大特點是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開發(fā)WinCE應用。此外，WMV-9播放器還可直接運行于WinCE，許多現(xiàn)成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網(wǎng)絡管理以及視頻流控制等，這些對DSL低帶寬環(huán)境充分分享WindowsMedia優(yōu)秀成果而言，不能不說是事半功倍的終端開發(fā)捷徑。

(2)嵌入式Linux機頂盒。嵌入式Linux機頂盒以專用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構(gòu)成系統(tǒng)。多媒體微處理器帶有MPEG-2或MPEG-4實時解碼功能芯片。9.3.5我國IPTV的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.我國IPTV的發(fā)展現(xiàn)狀

IPTV作為電視新展現(xiàn)形態(tài)的數(shù)字媒體，日益成為不可阻擋的大趨勢。與全球IPTV快速發(fā)展的大趨勢一樣，隨著國內(nèi)運營商IPTV試商用的地區(qū)與規(guī)模的逐漸擴大以及廣大消費者對IPTV認知程度的不斷提高，在用戶規(guī)?？偭科〉幕A上，我國的IPTV保持了穩(wěn)定、快速增長的態(tài)勢，IPTV用戶總數(shù)已經(jīng)從2003年的1.8萬、2004年的4.6萬增長到2008年的300萬。

IPTV等互聯(lián)網(wǎng)視聽節(jié)目服務的發(fā)展印證了電信業(yè)的媒體屬性。就電視內(nèi)容本身而言，與傳統(tǒng)電視(有線、無線、衛(wèi)星)相比，IPTV可能并無區(qū)別，但是由于網(wǎng)絡互動性特征的存在，IPTV可以更方便地提供諸如視頻點播、互動游戲等交互式增值服務。

2.我國IPTV的發(fā)展趨勢

工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化和國際化深入發(fā)展是我國現(xiàn)代化建設面臨的新形勢和新任務。推進信息化與工業(yè)化融合是我國面臨的長期任務。我國廣播電視、電信和互聯(lián)網(wǎng)等原本不同的網(wǎng)絡設施產(chǎn)業(yè)正加快從產(chǎn)業(yè)分立走向產(chǎn)業(yè)融合的步伐。在此背景下，尤其是隨著2008年新一輪政治體制改革和相關政策的調(diào)整，我國包括IPTV在內(nèi)的三網(wǎng)融合性業(yè)務正在進入快速發(fā)展期。

IPTV的競爭優(yōu)勢來源于其個性化、人性化的電視節(jié)目內(nèi)容和互動形式。隨著應用的不斷普及、市場規(guī)模的擴大，IPTV市場將吸引更多的內(nèi)容提供商、內(nèi)容集成商和增值服務提供商的進入，他們將為內(nèi)容的創(chuàng)新、業(yè)務模式的探索帶來更廣闊的發(fā)展空間。而隨著TD-SCDMA的大規(guī)模商用和新一輪電信重組的完成，3G已經(jīng)走入大眾市場。從用戶角度來看，3G終端可以成為IPTV用戶終端的有效延伸。借助于3G終端的個性化服務，IPTV以人為本的發(fā)展目標將會得到極大釋放。

產(chǎn)業(yè)共贏是IPTV和數(shù)字電視融合發(fā)展的必由之路。IPTV的媒體屬性要求IPTV運營商以市場為基礎，以網(wǎng)絡為導向，以客戶為中心，積極與媒體、娛樂、信息內(nèi)容服務合作。IPTV業(yè)務運營的核心問題并不在接入帶寬上，而是在內(nèi)容上，這是電信網(wǎng)的弱項。因此，要滿足市場需要就必須發(fā)揮IPTV與數(shù)字電視的功能互補性。除功能互補之外，IPTV與數(shù)字電視在覆蓋區(qū)域上也應互補。在那些有線電視不能覆蓋的地區(qū)，IPTV有很大的發(fā)展空間。

IPTV是下一代網(wǎng)絡(NGN)中最重要的業(yè)務之一，也是未來數(shù)字家庭中非常重要的一種業(yè)務形態(tài)。電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合已成必然趨勢。三網(wǎng)融合發(fā)展要求電視機終端和PC終端都可以同時連接互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)，在接入互聯(lián)網(wǎng)的同時能夠接收數(shù)字電視廣播。多種接入方式并存保證了能夠以最優(yōu)的方式提供單播、組播、廣播和雙向交互業(yè)務，滿足數(shù)字新媒體的需求。在這樣的趨勢下，電信與廣電產(chǎn)業(yè)價值鏈的融合也必然隨之而實現(xiàn)。IPTV和數(shù)字電視運營主體應該摒棄成見，相互借鑒對方的發(fā)展戰(zhàn)略和運營經(jīng)驗，共同推進三網(wǎng)融合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)共贏的和諧發(fā)展新格局。

隨著通信技術和編碼理論的飛速發(fā)展，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用在機場、賓館、銀行、倉庫、交通、電力等各種重要場所和機構(gòu)。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，其終端與傳輸設備大多采用模擬技術，設備龐大、連線復雜、操作維修不便，不利于系統(tǒng)的程序化控制，更難以利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(LAN、PSTN、ISDN等)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。隨著Internet網(wǎng)絡技術和多媒體通信技術的發(fā)展，9.4多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)一種以數(shù)字化、智能化為特點的多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，它實現(xiàn)了由模擬監(jiān)控到數(shù)字監(jiān)控的質(zhì)的飛躍，能將監(jiān)控信息從監(jiān)控中心釋放出來，監(jiān)控的視頻、音頻、現(xiàn)場告警與控制信號可傳至網(wǎng)絡所及的每一個節(jié)點，人們可以利用計算機網(wǎng)絡在不向地點同時監(jiān)視、控制遠程某一或某些場所，同時控制云臺、鏡頭等設備并獲得各種報警信號，進行遠程指揮。遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要采用點對點和多址廣播兩種傳輸技術，多數(shù)情況下以點對點方式為主。它的主要特點是實時性要求高，延遲小，而且往往要求可控制、可切換視頻源。另外，因被監(jiān)控的對象運動幅度不同，所以要求的圖像質(zhì)量也不一樣。一般像道路監(jiān)控這樣的場合，被監(jiān)控的對象是高速運動的車輛，而且要求至少能看清車牌，因而要求的圖像質(zhì)量相當高，采用MPEG-1格式還難以滿足要求，必須采用高碼流的MPEG-2格式才行；而對樓宇監(jiān)控這樣的場合，在多數(shù)情況下被監(jiān)控的對象是靜止不動的，因而圖像質(zhì)量可適當降低些，一般采用MPEG-1格式就能滿足要求。9.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖9-4是多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場、傳輸網(wǎng)絡和監(jiān)控中心三部分組成。

1.監(jiān)控現(xiàn)場

監(jiān)控現(xiàn)場的核心是本地處理設備，是監(jiān)控遠端必配的設備，其主要功能是對攝像機采集到的圖像信息和聲音信息進行A/D變換和壓縮編碼。

監(jiān)控現(xiàn)場的工作方式有兩種。圖9-4多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第一種方式是由本地的主機對所設置的不同地點進行實時監(jiān)控，適合于近距離監(jiān)控。攝像機捕獲的視頻信號既可以實時存儲到本地的硬盤中，也可以只供觀察，一旦有報警觸發(fā)，便自動將高質(zhì)量的畫面記錄到硬盤中。本地端的主機可以無需外加畫面分割器，同時監(jiān)視多個流動畫面(根據(jù)需要設置其數(shù)量)。錄制在硬盤中的視頻畫面有較高的清晰度，圖像的壓縮比可調(diào)。硬盤中的數(shù)據(jù)循環(huán)存放，硬盤滿后可覆蓋最開始的記錄，這樣可以保證存儲的數(shù)據(jù)是最新的。存儲在硬盤中的畫面可供工作人員隨時回放、搜索、圖像調(diào)整(局部放大、調(diào)光等)等，同時可接打印機打印視頻畫面，也可以按照數(shù)據(jù)庫方式查詢檢索。用戶在軟件中可設置捕捉圖像的時間和長度，以及在無人值守時可分不同情況、時段進行不同的系統(tǒng)設置，并采取不同的處理措施。本地主機裝有攝像機控制器，其主要作用是調(diào)控攝像機參數(shù)，如上、下、左、右地搖鏡頭，拉近、拉遠鏡頭，調(diào)整光圈大小，聚焦等。云臺的轉(zhuǎn)動及可變焦鏡頭的控制也可由攝像機控制器通過本地主處理設備接收監(jiān)控中心的指令來控制。報警探頭可根據(jù)現(xiàn)場需要配置不同的類型以滿足多種監(jiān)測需求，如紅外、煙霧、門禁等。報警采集器將報警探頭傳來的報警信號收集起來并上傳至本地處理設備，本地處理設備接到報警信號后按照用戶設置采取一系列措施，如撥打報警電話、錄像、燈光指示、關閉大門、開燈等。

監(jiān)控現(xiàn)場的第二種工作方式是由本地處理設備將采集的圖像通過線路接口送入通信鏈路并傳至監(jiān)控中心，同時把本地端報警采集器采集到的報警信息打包成一定格式的數(shù)據(jù)流，通過傳輸網(wǎng)絡傳到監(jiān)控中心；監(jiān)控現(xiàn)場則把監(jiān)控中心傳來的控制信令抽取出來，進行命令格式分析，并按照命令內(nèi)容執(zhí)行相應的操作。

2. 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心的核心設備是中心主處理機，其任務是將監(jiān)控遠端傳來的經(jīng)過壓縮的圖像碼流解碼并輸出至監(jiān)視器，選擇接收任意一個遠端的聲音解碼輸出到揚聲器，并把監(jiān)控中心下行的聲音編碼傳送給所選擇的任意一個遠端，也可用廣播方式把聲音傳送給多個遠端，同時它還能接收遠端上傳的報警信息，下達控制指令給遠端處理設備，控制遠端的各種設備。由于系統(tǒng)需要存儲大量的視頻信息，因此專門建立了一個硬盤錄像機，用來存儲現(xiàn)場傳輸過來的各攝像機拍攝的視頻信號。系統(tǒng)中使用了大量的數(shù)據(jù)庫表，包括攝像頭信息表、地圖和子地圖信息表、報警器信息表、報警器預設信息表、視頻通道的設置信息表、硬盤錄像機的信息設置表、硬盤錄像的定時時段設置表、操作日志記錄表、硬盤錄像存放位置表等。為了方便用戶對這些數(shù)據(jù)進行操作和管理，專門增加了一臺數(shù)據(jù)庫服務器。

通過地理信息系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以顯示監(jiān)控地點信息的地圖，在需要時也可以隨時將某地點的圖像信息傳送過來。監(jiān)控中心的顯示設備包括監(jiān)視器陣列和大屏幕監(jiān)視器。監(jiān)視器陣列用以顯示各個監(jiān)控遠端的圖像，在條件允許的情況下，可使用與監(jiān)控遠端數(shù)目相同數(shù)量的監(jiān)視器；當監(jiān)視器數(shù)量少于監(jiān)控遠端的數(shù)目時，可在后臺通過軟件設置輪詢功能，定時在各個監(jiān)視器上輪流播放所有遠端的圖像。如果某個遠端傳來報警信號，監(jiān)控中心就把整個帶寬都分配給該遠端用于圖像傳輸，這樣會得到高速率的圖像傳輸，監(jiān)控人員可以立即采取相應的措施。在事件發(fā)生后，監(jiān)控中心還可以將存儲在該遠端處理設備硬盤上的視頻圖像文件上載過來，回放高質(zhì)量的監(jiān)控圖像。在監(jiān)控中心，大屏幕監(jiān)視器用以顯示當前最為關心的一路視頻。它主要有兩種情況：一種是操作人員在當前想觀看的視頻畫面；另一種是當遠端發(fā)生告警時，大屏幕上的畫面自動切換到報警現(xiàn)場，并自動產(chǎn)生一系列動作，如記錄報警時間、地點、場所、類型等參量，啟動警鈴，遙控遠端切換圖像至報警源，顯示閃爍告警標志等。9.4.2系統(tǒng)特點

多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，有無可比擬的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)音頻和視頻數(shù)字化。能夠?qū)崿F(xiàn)活動多畫面視窗，完成任意分割，靜態(tài)存盤及視頻捕捉；能夠?qū)崿F(xiàn)長時間大容量、多通道硬盤錄像，完成單路/多路回放及檢索；能夠?qū)崿F(xiàn)多路視頻報警、動態(tài)跟蹤、圖像識別，并能適應各種條件；能夠支持多種視頻壓縮標準，滿足各種不同層次的需要。

(2)監(jiān)控網(wǎng)絡化。由于多媒體遠程監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡是基于LAN/WAN的數(shù)字通信網(wǎng)絡，因此，系統(tǒng)可以實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點對多點的任意網(wǎng)絡監(jiān)控組合，并能通過建立網(wǎng)絡間不同級別的安全權(quán)限，滿足大型網(wǎng)絡監(jiān)控的需求。

(3)管理智能化。由于系統(tǒng)模塊化強，便于擴展，方便維護，能根據(jù)需要生成與之相匹配的多級監(jiān)控系統(tǒng)，并輔助以強大的軟件控制，因此，系統(tǒng)能自動跟蹤、記錄在監(jiān)控中發(fā)生的一切信息并存儲起來，進行統(tǒng)計分類，定時完成輸出打印工作，實現(xiàn)全自動化管理。9.4.3遠程監(jiān)控基于寬帶接入網(wǎng)的實現(xiàn)

1. 基于ADSL/CableModem的點對點實現(xiàn)方式

基于ADSL/CableModem點對點方式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。住戶家庭若有PC機，則在PC上增加一視頻捕獲卡，可接入1~4路模擬攝像信號。而ADSL用戶傳輸單元ATU-R可充當視頻處理的網(wǎng)絡接口，經(jīng)雙絞線與ISP機房內(nèi)的DSLAM數(shù)字用戶線訪問多路復用器中的ATU-C。遠端用戶采用ADSL/CM/LAN/Modem等接入方法接入Internet，再根據(jù)住戶ADSL下的IP地址找到家庭內(nèi)的PC或視頻服務器，提取經(jīng)MPEG壓縮的圖像信號，對家中老人、小孩、病人進行圖像觀察和語言交流。因住戶需將數(shù)字圖像上傳至Internet，故速率將受限于ADSL的上行速率(64~640kb/s)。通過CableModem工作時，情況基本相同，只是ATU-R換成CableModem，DSLAM換為CMTS，而且HFC傳輸圖像的上行速率最大可達1.5MB/s，速率將高于ADSL的最大上行速率，但HFC傳輸存在帶寬共享的問題。

圖9-5ADSL方式的家庭遠程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖由于服務提供商不同，ADSL與CableModem所提供的IP地址可能是動態(tài)的，但每次開機后IP地址將是不變的，因此遠端用戶根據(jù)這一IP地址可以找到住戶家庭內(nèi)的視頻服務器，也可由住戶家庭PC開機后固定地向遠端用戶發(fā)送告知IP地址的方法來實現(xiàn)互聯(lián)。若住戶PC內(nèi)安裝有專用安防控制軟件，通過串行口接收家庭報警主機的RS232上傳信號，可同時實現(xiàn)家庭安防系統(tǒng)的遠程監(jiān)視和控制(設防/撤防等)。

2.基于寬帶智能小區(qū)的局域網(wǎng)實現(xiàn)方式

利用FTTX＋LAN的方式，寬帶智能小區(qū)向住戶提供了多種服務。同樣，借助于小區(qū)局域網(wǎng)，亦可向住戶提供遠程監(jiān)控的新業(yè)務?；趯拵е悄苄^(qū)的局域網(wǎng)方式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9-6所示。可在小區(qū)局域網(wǎng)上根據(jù)用戶圖像數(shù)量設置多臺視頻服務器，與視頻矩陣經(jīng)RS232接口相連。利用CCTV控制軟件可經(jīng)視頻服務器對視頻矩陣的1000路攝像機輸入進行視頻切換，即可由視頻服務器4個視頻輸入通路調(diào)用1000路攝像機輸入中的任意一個圖像，這樣便大大擴展了可監(jiān)視的圖像數(shù)量。而家庭安防系統(tǒng)的監(jiān)控則可由局域網(wǎng)上的安防系統(tǒng)服務器來完成。當然，同時亦允許通過住戶自身PC機來完成單獨的視頻圖像輸入和家庭安防情況的上傳。遠端用戶經(jīng)Internet找到小區(qū)局域網(wǎng)的外部IP地址，經(jīng)權(quán)限驗證后由接入服務器的IP內(nèi)部地址綁定，找到相應的視頻服務器，經(jīng)CCTV控制軟件對視頻矩陣的1000個視頻輸入進行調(diào)用切換。

鑒于大多數(shù)小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍沿用傳統(tǒng)的模擬攝像機加視頻矩陣方式，以上遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也基于此系統(tǒng)構(gòu)架。若小區(qū)使用數(shù)字視頻系統(tǒng)，外圍使用IPCamera或模擬Camera加IPServer，核心使用NVR(網(wǎng)絡視頻錄像機)或直接使用中心控制軟件調(diào)用外圍圖像，則可更方便地實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。圖9-6基于寬帶智能小區(qū)的局域網(wǎng)方式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.基于企業(yè)局域網(wǎng)VPN的實現(xiàn)方式——TYCO/VIDEO工程方案實例

隨著視頻技術的發(fā)展，企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)模擬攝像機加視頻矩陣、模擬攝像機加數(shù)字視頻錄像機(DVR)、網(wǎng)絡攝像機IPCamera(或模擬攝像機/視頻服務器IPEncoder)加NVR網(wǎng)絡視頻錄像機，到最新中心管理軟件/遠程客戶端軟件直接調(diào)用控制外圍IP攝像機的發(fā)展過程。具體參數(shù)見表9-1。

表9-1企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)遠程登錄視頻軟件遠程監(jiān)控基于企業(yè)局域網(wǎng)方式的實現(xiàn)為企業(yè)的一些實際問題提供了解決方案。下面以某工程方案為例進行分析。

此工程方案中使用了美國TYCO公司旗下TYCO/VIDEO品牌的產(chǎn)品。TYCO/VIDEO能夠提供從傳統(tǒng)系統(tǒng)到最新網(wǎng)絡視頻／遠程監(jiān)控的全面解決方案。此方案使用了基于IP的網(wǎng)絡視頻／遠程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖9-7所示。鑒于IP攝像機在鏡頭選擇性、環(huán)境適應性、性價比等方面的問題，多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)仍會選擇傳統(tǒng)模擬攝像機／快球與IP

Encoder(單路、回路、8路等)相配合使用。該系統(tǒng)使用TYCO

470固定攝像機和ULTLAVII

917快球作為外圍監(jiān)控設備，包括防水／防爆等不同配置以適應不同環(huán)境的要求，中心機房使用中心控制軟件、客戶端軟件、存儲管理軟件對外圍Camera圖像進行切換控制、存儲管理，而遠端用戶則使用客戶端軟件經(jīng)WAN登錄來實現(xiàn)遠程監(jiān)控、調(diào)用圖像、快球PTZ控制。圖9-7基于IP的網(wǎng)絡視頻／遠程監(jiān)控系統(tǒng)

9.5.1虛擬現(xiàn)實的概念

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，VR)或稱虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment，VE)是由計算機生成的、具有臨場感覺的環(huán)境，它是一種全新的人機交互系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實能對介入者——人產(chǎn)生各種感官刺激，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等，給人一種身臨其境的感覺，同時人能以自然方式與虛擬環(huán)境進行交互操作，它強調(diào)作為介入者——人的親身體驗，要求虛擬環(huán)境是可信的，即虛擬環(huán)境與人對其理解相一致。9.5虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術是多媒體技術發(fā)展的更高境界，它使計算機從使用常規(guī)鍵盤、鼠標、顯示器等輸入、輸出設備對其操作的系統(tǒng)，變成了人處于計算機創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中，通過多種感官渠道與虛擬環(huán)境進行比較“自然”的實時交互的系統(tǒng)，從而體驗真實的環(huán)境，為人們探索宏觀世界和微觀世界，研究各種復雜、危險的環(huán)境下事物的運動變化規(guī)律，提供了極大的便利和全新的方法。近年來，虛擬現(xiàn)實技術引起了各國學者的關注，得到了飛速地發(fā)展，成為十分活躍的研究領域。

虛擬現(xiàn)實的概念最早源于1965年IvanSutherland發(fā)表的論文“TheUltimate,Display”，限于當時的軟硬件技術水平，長期沒有實用化系統(tǒng)。1968年，IvanSutherland研制出頭盔式顯示器(HMD)、頭部及手跟蹤器，是用于虛擬現(xiàn)實技術的最早產(chǎn)品。飛行模擬器是VR技術的先驅(qū)者，鑒于VR在軍事和航天等方面有著重大的應用價值，美國一些公司和國家高技術部門從20世紀50年代末就開始對VR進行研究。NASA在20世紀80年代中期研制成功第一套基于HMD及數(shù)據(jù)手套的VR系統(tǒng)，并應用于空間技術、科學數(shù)據(jù)可視化和遠程操作等領域。

1989年，美國VPL研究公司的創(chuàng)始人加隆·雷尼爾(JaronLanier)提出了VirtualReality一詞，用于統(tǒng)一表述當時涌現(xiàn)的各種借助計算機及傳感裝置而創(chuàng)造的一種新的人機交互手段概念。錢學森先生把VirtualReality譯為“靈鏡”。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有多感知性、沉浸感、交互性、自主性4個特征。交互性和沉浸感是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的兩個實質(zhì)性特性。

1.多感知性(Multi-sensation)

多感知性是指虛擬現(xiàn)實環(huán)境除了具有一般計算機所具有的視覺感知和聽覺感知之外，還應包括觸覺感知、運動感知、味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應該具有一切人所具有的感知功能。

2.沉浸感(Immersion)

沉浸感又稱存在感，是指參與者存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬現(xiàn)實應該達到使操作者感覺和真實環(huán)境一樣。沉浸感可分為視覺浸入、聽覺浸入、觸覺浸入、嗅覺浸入和味覺侵入。

3.交互性(Interaction)

交互性是指用戶對虛擬環(huán)境中物體的可操作程度和用戶從虛擬環(huán)境中得到的實時反饋的自然程度。

4.自主性(Autonomy)

自主性是指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律的程度。要求用戶能以客觀世界的實際動作或以人類熟悉的方式來操作虛擬系統(tǒng)，讓用戶感覺到面對的是一個真實的世界。

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術的特征，特別是交互性以及沉浸程度的不同，虛擬現(xiàn)實可以分為桌面虛擬現(xiàn)實、沉浸虛擬現(xiàn)實、遙現(xiàn)虛擬現(xiàn)實和分布式虛擬現(xiàn)實4類。9.5.2虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關鍵技術

1.虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要由以下5個模塊構(gòu)成。

檢測模塊：檢測用戶的操作命令，并作用于虛擬環(huán)境。

反饋模塊：接受來自傳感器模塊的信息，為用戶提供實時反饋。

傳感器模塊：一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。

控制模塊：對傳感器進行控制，使其對用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實世界產(chǎn)生作用。

建模模塊：獲取現(xiàn)實世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對應的虛擬環(huán)境。

2.虛擬現(xiàn)實關鍵技術

(1)動態(tài)環(huán)境建模技術。動態(tài)環(huán)境建模技術是虛擬現(xiàn)實技術的核心內(nèi)容，它根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。

(2)實時三維圖形生成技術。該技術的研究內(nèi)容主要是如何在不降低圖形質(zhì)量和復雜度的前提下提高刷新頻率。

(3)立體顯示和傳感器技術。虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

(4)應用系統(tǒng)開發(fā)工具。為實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的應用，必須研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具，如虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實技術等。

(5)系統(tǒng)集成技術。系統(tǒng)集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術等。9.5.3虛擬現(xiàn)實技術的應用

虛擬現(xiàn)實技術的應用領域十分廣泛。它開始于軍事領域，在軍事和航空航天的模擬及訓練中起到了非常重要的作用。此外，虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)療、制造業(yè)、娛樂和教育等方面的應用也具有很大的潛力，是21世紀廣泛發(fā)展和必將得到廣泛應用的新技術。虛擬現(xiàn)實的應用范圍如表9-2所示。

表9-2虛擬現(xiàn)實的應用范圍1. 軍事應用及視景仿真

虛擬現(xiàn)實的視景仿真技術由于其在應用上的安全性，在航空航天、航海、核電等方面一直備受重用。特別是在軍事領域，視景仿真技術已成為武器系統(tǒng)研制與試驗的先導技術、校驗技術和分析技術。美國宇航局利用虛擬現(xiàn)實技術對空間站、哈勃太空望遠鏡等進行了仿真，已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護、空間站虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)。美軍采用虛擬現(xiàn)實技術進行了包括軍事教