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視頻技術(shù)的最新發(fā)展

2003/10/27

　　動態(tài)圖像傳輸在電信領(lǐng)域被稱為視頻業(yè)務(wù)或視訊業(yè)務(wù)，在計算機界常常稱為多媒體通信、流媒體通信等。視頻通信技術(shù)是實現(xiàn)和完成視頻業(yè)務(wù)的主要技術(shù)，本文從信源和信道角度，來闡述其最新發(fā)展。

　　視頻編碼壓縮方面

　　ISO/IEC的標(biāo)準(zhǔn)主要制定了MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，最新發(fā)展是MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21。MPEG-4目前已應(yīng)用于Internet，并開始支持目前標(biāo)準(zhǔn)尚未全面支持的那些應(yīng)用，例如移動通信和個人通信中的聲像業(yè)務(wù)，以及各種基于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的手持式電子產(chǎn)品。今后MPEG-4可能應(yīng)用于多媒體電腦、掌上電腦、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、視頻會議和可視電話等。MPEG-7并不兼容以前的標(biāo)準(zhǔn)，而是以前標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展和延伸，主要描述各種類型的視聽材料，如靜止圖像、圖形、3D模型、音頻、視頻等，以及關(guān)于這些視聽材料在一個多媒體表達(dá)中是如何結(jié)合的等信息。MPEG-21的目標(biāo)是定義一個交互式多媒體框架，跨越大范圍內(nèi)不同的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，使用戶能夠透明地使用多媒體資源，存取、使用并交互多媒體對象，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)模型，包括在價值鏈中對版權(quán)和支付交易的自動管理，以及對內(nèi)容使用者隱私的尊重等等。

　　ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)已頒發(fā)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)有H.261、H.262、H.263。與之相關(guān)的會議電視標(biāo)準(zhǔn)分別有：基于電路交換網(wǎng)絡(luò)H320、基于有QoS的分組交換網(wǎng)絡(luò)H.322、基于IP網(wǎng)絡(luò)的H.323v1～H.323v4、基于PSTN模擬電話網(wǎng)的H.324、H.320系統(tǒng)通過適配進(jìn)入ATM網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)H.321以及基于ATM網(wǎng)絡(luò)的H.310標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前正在制定H.264標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像編碼專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT：Joint Video Team）開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。在相同的重建圖像質(zhì)量下，H.264能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率。H.264雖至今尚未通過標(biāo)準(zhǔn)，但因其更高的壓縮比、更好的IP和無線網(wǎng)絡(luò)信道適應(yīng)性，必將在數(shù)字視頻通信或存儲領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時也要注意，H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計，編碼的計算復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的三倍，解碼復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的兩倍。

　　網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)方面

　　對于視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用而言，主要是寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展有以下幾個方面：

　　利用電話線傳輸視頻信息。利用電話線傳輸視頻信息主要是各種數(shù)字用戶線路xDSL技術(shù)。ADSL的關(guān)鍵技術(shù)在于高速信道的調(diào)制技術(shù)，可選用的調(diào)制技術(shù)有三種：正交幅度調(diào)制（QAM）、無載波幅度相位調(diào)制（CAP）和離散多頻（DMT）調(diào)制。目前已經(jīng)發(fā)展到第二代ADSL，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)G.992.3 (ADSL2)和G.992.4 (Splitterless ADSL2)已經(jīng)獲得通過。此建議規(guī)定的第二代ADSL至少支持下行8Mb/s、上行800kb/s凈數(shù)據(jù)速率，支持Data+POTS、Data+ISDN、Voice over Data三種應(yīng)用環(huán)境，可支持STM、ATM、PTM三種傳送模式，具有多延遲通道、多承載信道，具備快速初始化、無縫速率適配等能力。在ADSL2(G.992.3)的基礎(chǔ)上，又提出了ADSL+，目前正在研究之中。

　　相比而言，VDSL能夠提供更高的傳輸速率。VDSL的線路編碼(調(diào)制技術(shù))有兩種：QAM(正交幅度調(diào)制)和DMT(離散多音頻)。VDSL的傳送模式包括ATM、PTM(分組傳送模式)、STM(同步傳送模式)三種。

　　為規(guī)范和推動VDSL技術(shù)在我國的應(yīng)用和推廣，傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組于2002年初開始研究制訂我國VDSL的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，此標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成并于2002年底發(fā)布。

　　利用自由空間光通信(FSO) 傳輸視頻信息。目前，能傳輸視頻業(yè)務(wù)的寬帶無線接入技術(shù)有多種，如VSAT寬帶衛(wèi)星廣域接入、以IEEE 802.16為代表的寬帶無線接入系統(tǒng)（BWA，包括MMDS、LMDS）、中距離的無線本地環(huán)路技術(shù)、以IEEE802.11系列和HiperLAN為代表的無線局域網(wǎng)接入、以IEEE 802.15無線個人域網(wǎng)WPAN，包括藍(lán)牙、紅外、超寬頻以及HomeRF為代表的短距離無線互連技術(shù)。最近，作為一種解決“最后一公里”瓶頸的解決方案，自由空間光通信（Free Space Optical Communication）技術(shù)也浮出水面。

　　自由空間光通信是光纖通信與無線通信相結(jié)合后的創(chuàng)新產(chǎn)物，它以大氣為媒質(zhì)，通過激光或光脈沖來傳送數(shù)據(jù)信號。FSO網(wǎng)絡(luò)有點到點、點到多點和網(wǎng)狀三種組網(wǎng)方式。目前，當(dāng)采用點到點的組網(wǎng)方式，傳輸距離在2～4公里之間時，F(xiàn)SO能支持155Mbps～10Gbps的傳輸速率；當(dāng)采用點到多點的組網(wǎng)方式，傳輸距離為1～2公里時，F(xiàn)SO同樣能支持155Mbps～10Gbps的傳輸速率；當(dāng)采用網(wǎng)狀的組網(wǎng)方式時，傳輸距離為200～400米時，F(xiàn)SO支持622Mbps的傳輸速率。其缺點是傳輸質(zhì)量受飛物遮擋、大氣環(huán)境等影響。FSO主要用于無線寬帶接入，還可作為光纖通信系統(tǒng)的備份、城域網(wǎng)的擴(kuò)展，F(xiàn)SO還非常適用于企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)等局域網(wǎng)，實現(xiàn)各局域網(wǎng)網(wǎng)段之間的互聯(lián)。

　　采用無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）傳輸視頻信息。PON技術(shù)是實現(xiàn)FTTx最理想的寬帶接入方式。PON包括ATM-PON（APON）和Ethernet-PON（EPON）兩種形式。ATM-PON代表了寬帶接入技術(shù)的最新發(fā)展方向，被認(rèn)為是實現(xiàn)FTTB/C 和FTTH的一種較好方法，并可以實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與CATV業(yè)務(wù)的共網(wǎng)傳送。EPON不僅能綜合現(xiàn)有的有線電視、數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)，還能兼容未來業(yè)務(wù)如數(shù)字電視、VoIP、電視會議和VOD等等，實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)接入。隨著多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）等新的IP服務(wù)質(zhì)量（QoS）技術(shù)的采用，高層協(xié)議與EPON MAC協(xié)議相配合，EPON已完全可能以相對較低的成本提供足夠的QoS保證。加之EPON的價格優(yōu)勢明顯，因而被認(rèn)為是解決電信接入瓶頸問題，最終實現(xiàn)光纖到家的優(yōu)秀過渡方案。

　　采用Fibre Channel技術(shù)傳輸視頻信息。Fibre Channel技術(shù)的最大特點是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信協(xié)議與傳輸物理介質(zhì)隔離開，這樣多種協(xié)議可在同一個物理連接上同時傳送。FC傳輸速度快，它可以提供接近于設(shè)備處理速度的吞吐量，提供從266Mbps到4Gbps的傳輸帶寬，支持超過10公里的傳輸距離；FC是一種通用傳輸機制，支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多種高級協(xié)議。FC技術(shù)對于視頻圖像和海量數(shù)據(jù)的存儲及傳輸極為理想，能提供實時的廣播級視音頻數(shù)據(jù)訪問能力，現(xiàn)已成為視頻傳輸與存儲領(lǐng)域具有強大生命力的新技術(shù)。目前，F(xiàn)C技術(shù)已被許多計算機廠家推薦為電視節(jié)目制作設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲連接標(biāo)準(zhǔn)，同時得到了諸多生產(chǎn)廠商的廣泛支持。

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