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）閱讀材料介紹云計算、納米技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器基礎(chǔ)知識、微機電系統(tǒng)MEMS、GPS全球定位系統(tǒng)、射頻識別技術(shù)RFID、圖形與圖像基礎(chǔ)知識。

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，以實現(xiàn)智能化識別、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個含義。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)基本概念①物聯(lián)網(wǎng)是指對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、硬件實現(xiàn)。③物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)對各種物品（包括人）進(jìn)行智能化識別、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，能對物體實施智能控制。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)與計算機網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體信息實時準(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、云計算等，對海量數(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自動控制。利用模糊識別等智能控制技術(shù)對物體實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)，但需要時可利用各種方式接入因特網(wǎng)；④因特網(wǎng)（包括NGN）、移動通信網(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)實現(xiàn)的是全球物品的信息實時共享。要實現(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載體，本質(zhì)上是個電子標(biāo)簽，通過RFID讀寫器可以對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。實現(xiàn)RFID讀寫器和后端應(yīng)用系統(tǒng)間信息交互、捕獲實時信息和事件，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)和云計算平臺等組成，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)軟件平臺組成物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺建立在分層通信協(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)點感知技術(shù)是實現(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)點技術(shù)等。①電子標(biāo)簽。感知技術(shù)中，電子標(biāo)簽用于對采集點信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)識。②新型傳感器。傳感器用來感知信息采集點的環(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)點技術(shù)。智能化傳感網(wǎng)節(jié)點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、存儲容量小、運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)點構(gòu)成，信息感知的過程中，各節(jié)點存有大量冗余數(shù)據(jù)，會浪費通信帶寬和能量資源，且降低數(shù)據(jù)采集效率和及時性，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)、計算機網(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)驗最豐富、性能最優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)，且電信運營商經(jīng)過長時間發(fā)展，積累了長期大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計運營經(jīng)驗。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)演化時歷史包袱較大；②受傳統(tǒng)的壟斷經(jīng)營機制制約，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)通常由多個處于孤島狀態(tài)的城域規(guī)模的電視信號分配網(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)方面運營管理經(jīng)驗；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）計算機網(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)和運營經(jīng)驗；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)量的實時業(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)融合實質(zhì)是在現(xiàn)有市場格局下，實現(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，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，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①時延問題。每個數(shù)據(jù)包的逐個路由器尋址造成“端-端”時延和抖動很大。②網(wǎng)絡(luò)管理與控制、對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)果是各運營商從事多業(yè)務(wù)運營，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)，運送IP所要傳輸?shù)膱笪倪_(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報文壓入標(biāo)簽，封裝成MPLS報文，然后將其投入MPLS隧道。同時，LER還負(fù)責(zé)將MPLS報文的標(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，實現(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)點是有利于維護(hù)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中IP協(xié)議的可擴展性，MPLS的實現(xiàn)將使路由器變得很小，改善了路由擴展能力，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。傳輸信號的物理載體。⑤存儲媒體。4.3.1多媒體通信概述計算機與媒體間的對應(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)是集計算機交互性、通信分布性和視聽技術(shù)真實性為一體的技術(shù)，應(yīng)具有良好的人機界面，可以在時間域/空間域進(jìn)行加工處理，并具備時/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)的實時處理和特技。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)、計算機技術(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；（2）獲取、處理和交流信息時，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①數(shù)據(jù)量大。多媒體信息量極大，要求存儲量大的數(shù)據(jù)庫和高傳輸速率的通信網(wǎng)絡(luò)。②實時性強。多媒體系統(tǒng)需處理各種復(fù)合信息，多媒體技術(shù)必然要支持實時處理。③交互式工作。系統(tǒng)必須能以交互方式工作，真正實現(xiàn)多點之間、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。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，為多媒體通信的實現(xiàn)提供了最基本的物理環(huán)境。②網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。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。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，但運動視頻壓縮時還應(yīng)考慮其運動特性才能達(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）對稱編碼和不對稱編碼二者壓縮/解壓縮時速度與時間的不同。①對稱性是壓縮編碼的關(guān)鍵特征，對稱意味著壓縮/解壓縮占用相同的處理能力和處理時間，對稱編碼適合于實時壓縮和傳輸視頻。②不對稱意味著壓縮和解壓縮速度不同，壓縮時需大量處理能力和時間，但解壓縮時能較好地實時回放。電子出版等多采用不對稱編碼。4.3.3視頻的壓縮編碼2.視頻壓縮必要性模擬視頻信號數(shù)字化后的數(shù)據(jù)量極大。以存儲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)字信號實用化關(guān)鍵，運用數(shù)字技術(shù)對視頻信號壓縮是數(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、時間冗余、統(tǒng)計冗余、視覺冗余等。視頻信號相鄰像素間、相鄰行間、相鄰幀間存在很強的相關(guān)性，這種相關(guān)性就表現(xiàn)為空間冗余和時間冗余。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，保留相互獨立的信息。同時，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。評價標(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）、運動圖像壓縮標(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，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）運動圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)概述①運動圖像主要有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織-動態(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年成立運動圖像專家組（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)針對運動圖像設(shè)計，包括視頻、音頻、視頻/音頻的同步，可實現(xiàn)幀之間的壓縮?！馦PEG基本思想：單位時間內(nèi)采集并存儲第一幀信息，然后只存儲其余幀相對第一幀發(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，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：●對色差信號進(jìn)行亞采樣，減少數(shù)據(jù)量；●采用運動補償技術(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；●對各數(shù)據(jù)塊直流分量進(jìn)行預(yù)測差分編碼等。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”：●第一個綜合了視頻/音頻的標(biāo)準(zhǔn)；●第一次提出對音頻部分品質(zhì)性能的評定；●第一個由所有視頻/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)，同時包含一個標(biāo)準(zhǔn)的軟件實現(xiàn)；4.3.3視頻的壓縮編碼●第一次能在本地模式下對視頻編碼；●第一個只定義接收端，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動圖像，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?；谠摌?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)①MPEG2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的擴充，因為二者基本編碼算法相同。②MPEG2增加的主要功能：●運動向量的精確度提高到半個像素；●關(guān)鍵幀存在特殊向量，擴展了錯誤冗余；4.3.3視頻的壓縮編碼●DCT可選擇精度；●超前預(yù)測模式；●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，原始圖像與幀存儲器中預(yù)測圖像比較，計算出運動矢量，再與參考幀生成原始圖像的預(yù)測圖像，然后把原始圖像與預(yù)測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)①MPEG4概述。MPEG4是個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，為充分利用軟件實現(xiàn)編碼/解碼提供方便。②MPEG4設(shè)計思想。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●采用基于對象的編碼理念，將一幅景物分成若干時間/空間上相互聯(lián)系的視頻、音頻對象分別編碼后，經(jīng)復(fù)用傳輸至接收端，再對不同對象分別解碼，并組合成所需視頻、音頻?！窦缺阌趯Σ煌瑢ο蟛捎孟鄳?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，方便實現(xiàn)對象的操作、編輯。4.3.3視頻的壓縮編碼④MPEG4獨特優(yōu)點●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、超級鏈接、上下載、刪除等?！窀咝У膲嚎s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。擴展現(xiàn)有內(nèi)容識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，或流式應(yīng)用；●可用于實時環(huán)境，也可用于數(shù)字圖書館等非實時環(huán)境?！窠逃?、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是針對實現(xiàn)具有知識產(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，實質(zhì)是一些關(guān)鍵技術(shù)的集成?！襁@種集成環(huán)境能對數(shù)字媒體資源進(jìn)行透明和增強管理，實現(xiàn)內(nèi)容的描述、創(chuàng)建、發(fā)布、使用、識別、收費管理、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、高精度/多模式運動估計、4×4塊的整數(shù)變換，幀內(nèi)預(yù)測功能等特色。4.3.3視頻的壓縮編碼②分層設(shè)計。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/多模式運動估計。H.264支持1/4或1/8像素精度的運動矢量?！襁M(jìn)行運動估計時，編碼器還可選擇“增強”內(nèi)插濾波器提高預(yù)測效果?！馠.264運動預(yù)測中，每個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動物體形狀，顯著提高了運動估計精確度。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，運動物體劃分更精確，不但變換計算量較小，且運動物體邊緣處的銜接誤差顯著減小。●為提高碼率控制的能力，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。為強調(diào)彩色的逼真性，對色度系數(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：一種是對所有的待編碼的符號采用統(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使用一個長度無限的碼字集，設(shè)計結(jié)構(gòu)非常有規(guī)則，用相同的碼表可以對不同的對象進(jìn)行編碼，該方法很容易產(chǎn)生一個碼字，而解碼器也很容易識別碼字的前綴；●CABAC編碼性能比UVLC好，但計算復(fù)雜度高。4.3.3視頻的壓縮編碼⑥幀內(nèi)預(yù)測功能。H.264采用幀內(nèi)預(yù)測，這種空間域預(yù)測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包含用于差錯消除的工具，還能利用數(shù)據(jù)分割方法應(yīng)對信道碼率的變化，在編碼器中生成具有不同優(yōu)先級的視頻數(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、存儲卡、USB或紅外接口等組成。（2）DC分類。分專業(yè)型、普通型。●專業(yè)型。感光面積大、像素數(shù)多、感光度高、功能強，價格貴，用于平面設(shè)計、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●光信號由感光器件CCD/CMOS轉(zhuǎn)換成電信號，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，轉(zhuǎn)化為特定的圖像文件格式，并傳輸至存儲單元；●成像效果可通過DC自身的LCD實時觀看，也可通過相應(yīng)接口傳輸至計算機進(jìn)一步處理、存儲、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像素數(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)。像素數(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，像素數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后就沒有實際意義。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，像素數(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。●原理上，CCD是以點為單位的電荷信號，CMOS是以行為單位的電流信號?！衲壳?，DC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存儲介質(zhì)。分內(nèi)置式、可移動式兩種?！馭D卡。SD卡是基于閃存的固體存儲介質(zhì)，存儲容量大、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“通用儲存媒體”特征，為便攜式產(chǎn)品提供高速、大容量儲存媒體，主要用于Sony產(chǎn)品。4.3.3視頻的壓縮編碼7.MP4播放器①MP4基于音頻編碼技術(shù)（AAC）壓縮音頻，配合相關(guān)知識產(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時可提供1～48個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●每首MP4樂曲是個擴展名為.exe的可執(zhí)行文件，其內(nèi)嵌播放器可直接播放，操作簡便。●MP4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顯示文本?！裰С职鏅?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實時性。為了獲得真實的臨場感，實時性要求較高，即傳輸時延要小。④可靠性。為獲得高可靠性，對網(wǎng)絡(luò)誤碼性能要求很高。⑤同步性。通過時間和空間上的合成，達(dá)到多種媒體的時空同步。4.3.4多媒體通信網(wǎng)絡(luò)各種媒體信息對通信網(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計算機網(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”交互型信息檢索。③多媒體采集業(yè)務(wù)。一種“機-機”或“人-機”間多點向一點匯集信息的業(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，實現(xiàn)電視節(jié)目攝、錄、播、發(fā)、輸、收整個系統(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充，既擴大了節(jié)目覆蓋范圍，又能提高傳輸?shù)馁|(zhì)量?！裎覈嗖捎糜芯€電視臺集中接收DTV信號，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)接脩舳耍貍骺刹捎枚喾N網(wǎng)絡(luò)；③用戶終端系統(tǒng)采用機頂盒（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。主要有美國的高級電視系統(tǒng)委員會（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●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，限制了信號傳輸距離；●對脈沖干擾較敏感；●需較高功率的發(fā)射機；●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，通過數(shù)字信號再生可有效清除各種干擾。③信號易存儲，且存儲時間與信號特性無關(guān)。④DTV兼容現(xiàn)有模擬電視，普通電視機加裝STB即可收看DTV節(jié)目；⑤借助雙向網(wǎng)絡(luò)，DTV既可實現(xiàn)用戶自由點播，也能提供多種增值業(yè)務(wù)。4.3.5多媒體通信應(yīng)用3.視頻點播VOD（1）VOD概述DTV最重要的服務(wù)是VOD，也稱交互式電視點播系統(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、互動性、針對性。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)。有近式點播電視（NVOD）、真實點播電視（TVOD）、交互式點播電視（IVOD）3種VOD系統(tǒng)。4.3.5多媒體通信應(yīng)用●NVOD。多個視頻流依次間隔一定的時間啟動發(fā)送同樣的內(nèi)容。該方式下，一個視頻流可能為許多用戶共享?！馮VOD。真正支持即點即放，用戶提出請求，視頻服務(wù)器會立即傳送用戶所要的視頻內(nèi)容。該方式下，每個視頻流轉(zhuǎn)為某個用戶服務(wù)?！馡VOD。不僅支持即點即放，還可以讓用戶對視頻流進(jìn)行交互式控制，用戶可實現(xiàn)節(jié)目的播放、暫停、倒回、快進(jìn)和自動搜索等。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，對通信的要求是隨時、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節(jié)點技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是整個網(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)勢的基礎(chǔ)上實現(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