日本-区二区三区免费精品_視頻通信技術(shù)的發(fā)展與應用_視像通訊

視頻通信技術(shù)的發(fā)展與應用

2005/07/21

摘要　

　　本文首先詳細闡述了視頻通信技術(shù)的發(fā)展狀況，包括承載網(wǎng)、框架協(xié)議和編解碼技術(shù)，然后簡(jiǎn)單介紹了基于IP網(wǎng)絡(luò )的H.323視頻通信體系結構，并對視頻通信技術(shù)的應用現狀和發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

1、引言

　　隨著(zhù)現代通信技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對通信的需求已經(jīng)由最初的單一語(yǔ)音需求轉變?yōu)閷σ曨l和音頻的通信需求，以傳送語(yǔ)音、數據、視頻為一體的視頻通信業(yè)務(wù)成為通信領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)，以點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)視音頻通信為主要形式的視頻會(huì )議、遠程醫療、遠程教育等服務(wù)得到越來(lái)越多的使用。

2、視頻通信技術(shù)的發(fā)展狀況

(1)承載網(wǎng)

　　視頻通信業(yè)務(wù)可以承載在不同技術(shù)的底層網(wǎng)絡(luò )上，從早期的公共電話(huà)網(wǎng)，到窄帶ISDN，DDN，ATM以及現在廣泛使用的IP網(wǎng)絡(luò )都可以成為視頻通信業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)。由于視頻通信的實(shí)時(shí)性和圖像傳輸的特點(diǎn)，要求承載網(wǎng)具備足夠的帶寬、短時(shí)延、低誤碼率等特點(diǎn)。

　　公共電話(huà)網(wǎng)。窄帶ISDN和DDN是基于電路交換的網(wǎng)絡(luò )，電路交換網(wǎng)絡(luò )是面向連接的網(wǎng)絡(luò )，傳輸速率和時(shí)延穩定，端到端時(shí)延小，誤碼率低，因此視頻通信質(zhì)量容易得到保證。但它的缺點(diǎn)是連接固定，除公共電話(huà)網(wǎng)、ISDN網(wǎng)上是可以進(jìn)行拔號外，其他網(wǎng)絡(luò )的應用都必須進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的永久連接，帶寬利用率較低，開(kāi)放性很差，設置連接不方便。H.320標準就是1990年ITU-T最早制定的滿(mǎn)足和適應這類(lèi)電路交換網(wǎng)絡(luò )的視頻通信框架協(xié)議，最早進(jìn)行商用的視頻通信系統就是建立在此基礎上的。在公共電話(huà)網(wǎng)中是采用話(huà)帶數據來(lái)傳遞視頻信息的，遵循的標準是1995年以來(lái)ITU-T推出的H.324系列，目前主要應用于可視電話(huà)業(yè)務(wù)。

　　ATM以快速分組交換和統計時(shí)分復用的方式進(jìn)行信息傳輸。由于其技術(shù)復雜、設備昂貴，加上ATM的各項標準制定遲緩，未能得到大規模的應用，目前ATM網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)不可能實(shí)現端到端的應用，而是成為一種支持多種應用的傳送平臺。ITU-T的H.321標準和H.310標準正是針對ATM網(wǎng)絡(luò )結構的視頻通信標準和規范。

　　近幾年來(lái)，通信網(wǎng)絡(luò )的IP化成為網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的主流，基于IP網(wǎng)絡(luò )的視頻通信得到普遍應用和廣泛發(fā)展。IP網(wǎng)絡(luò )是使用TCP/IP協(xié)議的面向無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò )，H.323標準是ITU-T在1996年制定的應用于IP網(wǎng)絡(luò )的視頻通信標準，稱(chēng)為“不保證服務(wù)質(zhì)量的局域網(wǎng)上的多媒體視聽(tīng)系統”，并在1998年擴展為“基于分組的多媒體通信系統”，即ITU-TH.323v2，后來(lái)又推出了H.323v3還和H.323v4版本，它是目前擁有大量商業(yè)用戶(hù)的視頻通信標準，并受到世界各國的廣泛重視。

(2)視頻通信的框架協(xié)議

　　隨著(zhù)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻通信系統的承載網(wǎng)從電路交換網(wǎng)向靈活、擴展性強的IP網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)，視頻通信的框架協(xié)議因此產(chǎn)生了H.320，H.324，H.310和H.323四種標準，目前基于H.323的視頻通信系統應用占市場(chǎng)的主導地位。

　　H.320是一個(gè)系列標準，傳輸速率在64kbit/s-2Mbit/s之間，它的主要組成部分為H.221提供把音頻、視頻、數據和控制信息復用進(jìn)單個(gè)比特流的標準，使用時(shí)分復用(TDM)系統，幀長(cháng)為10ms。H.230/H.242提供用于方式命令和指示以及功能交換的標準。H.261提供用于視頻編碼的標準。H.263是一個(gè)新的可選方式，能提供更好的圖像質(zhì)量。G.721提供用于音頻編碼標準。G.722和G.728是可選的代替方式。除了視頻和音頻信道外，在需要時(shí)可以傳送數據。例如T.120會(huì )議。

　　基于H.324的可視電話(huà)系統運行于公眾電話(huà)網(wǎng)(PSTN)之上，傳輸速率為28.8-64kbit/s，可提供語(yǔ)音、圖像和其他數據的實(shí)時(shí)通信。H.324是一個(gè)系列協(xié)議，包括V.34調制解調器協(xié)議、H.223數據復接和分路協(xié)議、H.245系統控制協(xié)議、G.723.1語(yǔ)音算法、H.261和H.263圖像算法。

　　H.323標準涵蓋了音頻、視頻及數據在以IP包為基礎的網(wǎng)絡(luò )(LAN，EXTRANET和Internet)上的通信，H.323V2標準的分層結構主要包括：H.225.O標準的分組和同步，H.26l和H.263標準的視頻編解碼，G.711，G.722，G.728，G.723等標準的音頻編解碼，以及有關(guān)通信控制協(xié)議H.245等，另外，T.120標準為H.323終端增加和擴展了數據會(huì )議的功能，實(shí)現了諸如多點(diǎn)電子白板(T.126)、多點(diǎn)文件傳輸(T.127)、多點(diǎn)應用共享(T.128)等數據會(huì )議功能。

(3)視頻通信的編解碼技術(shù)

　　視音頻的編解碼技術(shù)是視頻通信中的關(guān)鍵技術(shù)。1988年ITU-T頒布了H.261建議草案，該建議以混合編碼為核心，以后制定出一系列的視頻編碼標準，如ITU-T的H.262.H.263.ISO的MPEG-1，MPEG-2等。

　　H.261是最早的運動(dòng)圖像壓縮標準，是ITU-T為IS-DN開(kāi)展可視電話(huà)、視頻會(huì )議而制定的，速率為64kbit/s的整數倍。它詳細制定了視頻編碼的各個(gè)部分，包括運動(dòng)補償的幀間預測、DCT變換、量化、熵編碼以及與固定速率的信道相適配的速率控制等部分。H.261只對CIF和QCIF兩種圖像格式進(jìn)行處理，每幀圖像分成圖像層、宏塊組(GOB)層、宏塊(MB)層、塊(Block)層來(lái)處理。

　　H.263是國際電聯(lián)ITU-T的一個(gè)標準草案，是為低碼流視頻編碼而設計的。隨后出現的第二版(H.263+)及H.263++增加了許多選項，使其具有更廣泛的適用性。H.263的編碼算法與H.261相比做了一些改善和改變，以提高性能和糾錯能力。1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建議的第2版，它提供了12個(gè)新的可協(xié)商模式和其他特征，進(jìn)一步提高了壓縮編碼性能。另外，H.263+對H.263中的不受限運動(dòng)矢量模式進(jìn)行了改進(jìn)，加上12個(gè)新增的可選模式，不僅提高了編碼性能，而且增強了應用的靈活性。H.263已經(jīng)基本上取代了H.261。H263++在H263+基礎上增加了3個(gè)選項，這3個(gè)選項為：選項U、選項V和選項W，主要是為了增強碼流在惡劣信道上的抗誤碼性能，同時(shí)為了提高增強編碼效率。

　　MPEG是活動(dòng)圖像專(zhuān)家組(Moving Picture Exports Group)的縮寫(xiě)，于1988年成立，是為數字視/音頻制定壓縮標準的專(zhuān)家組，目前已提出MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等標準。MPEG-1標準于1993年8月公布，用于傳輸1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動(dòng)圖像及其伴音的編碼。該標準包括五個(gè)部分：第一部分說(shuō)明了如何根據第二部分(視頻)以及第三部分(音頻)的規定，對音頻和視頻進(jìn)行復合編碼。第四部分說(shuō)明了檢驗解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規定的過(guò)程。第五部分是一個(gè)用完整的C語(yǔ)言實(shí)現的編碼和解碼器。MPEG組織于1994年推出MPEG-2壓縮標準，以實(shí)現視/音頻服務(wù)與應用互操作的可能性。MPEG-2標準是針對標準數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進(jìn)一步的完善，特別適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。運動(dòng)圖像專(zhuān)家組MPEG于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC14496)標準第一版本。同年年底推出了MPEG-4第二版，且于2000年年初正式成為國際標準。MPEG-4與MPEG-1和MPEG-2有很大的不同，MPEG-4不只是具體壓縮算法，它是針對數字電視、交互式繪圖應用(影音合成內容)、交互式多媒體(WWW、資料擷取與分散)等整合及壓縮技術(shù)的需求而制定的國際標準。MPEG-4標準將眾多的多媒體應用集成于一個(gè)完整的框架內，旨在為多媒體通信及應用環(huán)境提供標準的算法及工具。

　　H.264/AVC是目前由ITU-T的視頻編碼專(zhuān)家組(VCEG)及ISO/IEC的活動(dòng)圖像專(zhuān)家組(MPEG)大力發(fā)展研究的、適應于低碼率傳輸的新一代壓縮視頻標準。2003年3月由兩個(gè)專(zhuān)家組組成的聯(lián)合視頻專(zhuān)家組(JVT)公布了這一壓縮視頻標準的最終草案，此標準被稱(chēng)為ITU-T的H.264協(xié)議或ISO/IEC的MPEG-4的高級視頻編碼部分。H.264的編解碼框架與以前提出的標準，如H.261、H.263及MPEG-1/2/4并無(wú)顯著(zhù)變化，也是基于混合編碼的方案：整個(gè)系統被劃分為視頻編碼層和網(wǎng)絡(luò )抽象層。視頻編碼層主要描述要傳輸的視頻數據所承載的視頻內容。而網(wǎng)絡(luò )抽象層則是考慮不同的應用，如視頻會(huì )議通信、H.32X連續包的視頻傳輸或RTP/UDP/IP的通信。H.264不僅比H.263和MPEG-4節約了50%的碼率，而且對網(wǎng)絡(luò )傳輸具有更好的支持功能，它引入了面向IP包的編碼機制，有利于網(wǎng)絡(luò )中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò )中視頻的流媒體傳輸。H.264具有較強的抗誤碼特性，可適應丟包率高、干擾嚴重的無(wú)線(xiàn)信道中的視頻傳輸，支持不同網(wǎng)絡(luò )資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩的圖像質(zhì)量。

3、基于IP網(wǎng)絡(luò )的H.323視頻通信體系結構

　　根據H.323建議，IP視頻通信系統由終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、IP網(wǎng)絡(luò )以及多點(diǎn)控制器組成(見(jiàn)圖1)。終端是提供單工或雙工實(shí)時(shí)通信的客戶(hù)端，需支持信令和控制功能，編解碼功能等。網(wǎng)關(guān)用于實(shí)現與非H.323終端的連接。網(wǎng)守執行地址翻譯、呼叫控制與管理、帶寬控制與管理、域管理等功能。多點(diǎn)控制器用于支持三點(diǎn)或多點(diǎn)之間的用戶(hù)會(huì )話(huà)，由多點(diǎn)控制器(MC)和多點(diǎn)處理器(MP)組成，MC確定所有終端的音視頻處理能力并控制資源，MP混合、交換和處理音頻、視頻和數據流。

4、視頻通信技術(shù)的應用現狀

　　2003年SARS的爆發(fā)促進(jìn)了中國視頻通信業(yè)的迅速發(fā)展，各大運營(yíng)商紛紛加大力度投資建設視頻通信網(wǎng)絡(luò )。目前中國電信、中國聯(lián)通、中國鐵通和中國網(wǎng)通都已經(jīng)建立了商用的視頻通信運營(yíng)網(wǎng)絡(luò )，其中中國電信和中國聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò )規模較大，并且擁有大部分的用戶(hù)數量。

　　1994年中國電信建成國內第一個(gè)會(huì )議電視黨政專(zhuān)網(wǎng)，采用點(diǎn)對點(diǎn)結構的非標準視頻網(wǎng)絡(luò )，容量較小，沒(méi)有采用多點(diǎn)控制設備(MCU)。這種點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，單個(gè)設備的故障不影響其他點(diǎn)，系統穩定性高。其缺點(diǎn)是成本高，操作復雜。1996年建成全國公眾會(huì )議電視網(wǎng)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )采用了多點(diǎn)控制設備的兩級級聯(lián)技術(shù)，以北京MCU為中心點(diǎn)，八大區各設一臺MCU為二級中心點(diǎn)，各省終端通過(guò)2M專(zhuān)線(xiàn)電路接入本大區的MCU。隨著(zhù)視訊技術(shù)的發(fā)展和通信市場(chǎng)的變化，中國電信又先后于2002年和2003年建成供集團公司內部使用的2M和8M高清晰會(huì )議電視網(wǎng)，8M高清晰會(huì )議電視應用了MPEG-2編解碼技術(shù)。2002年，中國電信推出了定位于市場(chǎng)中低端用戶(hù)的“新視通”業(yè)務(wù)，系統兼顧了H.320和H.323協(xié)議。支持數字專(zhuān)線(xiàn)、ISDN/LAN/ADSL以及其他多種接入方式。支持接入的終端包括H.320終端、H.323終端、H.320/H.320一體化終端，為用戶(hù)提供全方位、多樣化的服務(wù)。

　　中國聯(lián)通“寶視通”視訊網(wǎng)是基于中國聯(lián)通數據綜合業(yè)務(wù)承載平臺，采用基于IP技術(shù)的H.323技術(shù)體制，用戶(hù)可通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)或寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入到聯(lián)通寬帶視訊網(wǎng)使用該業(yè)務(wù)。全網(wǎng)采用多級GK組網(wǎng)，交換容量大，全網(wǎng)支持15000個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)可視電話(huà)呼叫，支持同時(shí)召開(kāi)600個(gè)多方會(huì )議以上，單個(gè)會(huì )議最大支持300方，全網(wǎng)視訊交換設備(MCU)互為備份。

5、視頻通信技術(shù)的發(fā)展前景

　　中國的視頻通信業(yè)發(fā)展已經(jīng)有10年的發(fā)展歷程了。過(guò)去視頻通信的用戶(hù)主要是政府部門(mén)，直到近期，由于運營(yíng)商視頻網(wǎng)絡(luò )的建設和投入，很多的企業(yè)用戶(hù)開(kāi)始參與進(jìn)來(lái)。但網(wǎng)絡(luò )兼容互通、QoS、業(yè)務(wù)模式等問(wèn)題影響視頻通信快速發(fā)展。由于視頻通信協(xié)議不斷地發(fā)展，存在著(zhù)支持不同協(xié)議的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò )，這些產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò )之間的兼容互通都需要解決。另外，視頻通信設備功能還需完善，基于IP的H.323視訊網(wǎng)絡(luò )在技術(shù)標準和協(xié)議方面，對服務(wù)質(zhì)量保證還做得不夠。關(guān)于業(yè)務(wù)模式主要存在著(zhù)業(yè)務(wù)模型和市場(chǎng)定位不清晰的問(wèn)題，在資費、計費和結算方面不夠完善和靈活。

　　目前，由于網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展、個(gè)人收入的增加，以及人們消費觀(guān)念轉變等諸因素的影響，我國在教育、醫療、金融、政府、企業(yè)等各行業(yè)中出現了對視頻通信業(yè)務(wù)的巨大需求。隨著(zhù)視頻通信向著(zhù)開(kāi)放性、綜合化、普及化、移動(dòng)化、個(gè)人化發(fā)展，“貴族化”的視頻通信業(yè)務(wù)將逐步進(jìn)入家庭，進(jìn)一步走向大眾化，使交互式的視頻通信業(yè)務(wù)如同上網(wǎng)和打電話(huà)一樣方便。

中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)

視訊進(jìn)入應用時(shí)代 2005-07-04

視訊會(huì )議日漸強大忘記鏡頭存在舒服開(kāi)會(huì ) 2005-06-24

視頻優(yōu)編變革即時(shí)通信 2005-06-20

視頻“出位”？ —從差異化角度重新塑造視頻通信廠(chǎng)商競爭力 2005-06-17