寬帶網(wǎng)(多媒體),什么是寬帶網(wǎng)(多媒體)
寬帶網(wǎng)(多媒體),什么是寬帶網(wǎng)(多媒體)
網(wǎng)絡(luò)從信息傳輸帶寬或傳輸介質(zhì)來(lái)分:基帶網(wǎng)、寬帶網(wǎng)。
基帶網(wǎng)的傳輸介質(zhì)用雙絞線(xiàn)、扁平電纜或同軸電纜,數(shù)據(jù)傳輸率在10Mbps以下。以太網(wǎng)就是一種基帶網(wǎng),它采用基帶傳輸技術(shù)。
寬帶網(wǎng)采用受保護(hù)的同軸電纜,數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)400Mbps。常見(jiàn)的寬帶網(wǎng)有PC網(wǎng)等。
數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了視頻信號(hào)的數(shù)字化,使文本、聲音、圖形、圖像等各種形式單獨(dú)存在的單媒體(Mono-media)信號(hào)以數(shù)字的形式、按照一定的邏輯關(guān)系融合成多媒體(Multimedia)信號(hào),如圖1所示。視頻信號(hào)的數(shù)字化不僅為多媒體的產(chǎn)生提供了土壤,而且促進(jìn)了碼率壓縮技術(shù)的發(fā)展。
碼率壓縮技術(shù)使多媒體應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),即多媒體真正成為表示、重現(xiàn)、存儲(chǔ)、傳遞和處理文本、聲音、圖形、圖像信息的技術(shù)。多媒體只能解決信息的表示問(wèn)題,只有網(wǎng)絡(luò)才能解決信息的獲取和共享問(wèn)題。因此,只有將多媒體與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合 。 成一體,才能充分表示和利用信息。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就是多媒體寬帶網(wǎng)。因?yàn)殡S著用戶(hù)要求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供多媒體信號(hào)服務(wù),出現(xiàn)了多媒體網(wǎng)廣播(Web-cast)電視形態(tài),即不僅有一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的單向廣播信號(hào),而且有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向窄播信號(hào)。顯然,多媒體廣播需要寬帶網(wǎng)作為傳輸載體。為此,本文以多媒體網(wǎng)的要求、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限及三網(wǎng)融合的進(jìn)展為題,對(duì)多媒體寬帶網(wǎng)進(jìn)行了展望。
多媒體信息流中的數(shù)字視頻、數(shù)字音頻數(shù)據(jù)量巨大,要求多媒體系統(tǒng)應(yīng)具有足夠大的存儲(chǔ)空間,如符合ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)的PAL制電視信號(hào).
其傳輸率為 25(f/s)Χ625(l/f)Χ720(d/l)Χ8(b/d)Χ3(c)=270Mbp 相當(dāng)于270Mbps/64kbps = 4219路電話(huà)通道。在這樣的傳輸率下,一條按2.5Gbps規(guī)劃的干線(xiàn)只能傳2.5Gbps/270Mbps = 9個(gè)頻道的電視節(jié)目。在不完全壓縮的條件下,要進(jìn)行HDTV廣播,需要數(shù)字視頻帶寬為8(b/f)Χ1920(p/l)Χ1080(l/f)Χ30(f/s)Χ1.5(t) = 746(Mbps);就是傳送一路視頻電話(huà)也需要8(b/f)X128(p/l)X112(l/f) X3030(f/s)X1.5 (t)= 5.2 Mbps數(shù)字帶寬。
因此,數(shù)字化后的視頻需要進(jìn)一步壓縮碼率,才能在寬帶網(wǎng)上傳送。壓縮有兩種途徑: 其一是利用人類(lèi)眼睛的視覺(jué)特性進(jìn)行壓縮。人的眼睛含有對(duì)亮度敏感的柱狀體細(xì)胞1.8億個(gè),含有對(duì)色彩敏感的錐狀體細(xì)胞8百萬(wàn)個(gè),由于柱狀體細(xì)胞數(shù)量遠(yuǎn)大于錐狀體細(xì)胞的數(shù)量,故眼睛對(duì)亮度的敏感程度要大于對(duì)色彩的敏感程度,據(jù)此可以將亮度和色彩分別編碼,使圖像的取樣格式由4:4:4向4:2:2變化或向4:1:1(或4:2:0)變化,PAL制圖像傳輸率相應(yīng)地由270Mbps向180Mbps變化或向135Mbps變化,降低了色彩的數(shù)據(jù)量。
其二是利用圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行壓縮。利用離散余弦變換(DCT)消除空間冗余度;利用游程長(zhǎng)度編碼(RLC)、可變長(zhǎng)度編碼(VLC)降低熵;利用運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)補(bǔ)償消除運(yùn)動(dòng)圖像相鄰幀之間的重復(fù)信息,壓縮了時(shí)間冗余度。如,HDTV的壓縮視頻數(shù)字帶寬為15~ 25Mbps,是數(shù)字視頻帶寬746Mbps作50:1~30:1壓縮之后的結(jié)果,例如圖2所示的SDTV和HDTV視頻壓縮過(guò)程示意圖;廣播電視壓縮數(shù)字視頻帶寬為2~15Mbps,是數(shù)字視頻帶寬124Mbps作62:1~8.2:1壓縮之后的結(jié)果。根據(jù)目前對(duì)有線(xiàn)電視干線(xiàn)網(wǎng)以2.5Gbps作規(guī)劃,并以省際超干線(xiàn)和省內(nèi)干線(xiàn)的廣播級(jí)圖像節(jié)目頻道不會(huì)超過(guò)20路的估計(jì)值為基點(diǎn)進(jìn)行估算,設(shè)每路視頻數(shù)字帶寬為6Mbps,可以計(jì)算出干線(xiàn)網(wǎng)圖像信號(hào)數(shù)據(jù)量為 20(Channel)Χ6(Mbps) = 120Mbps 可見(jiàn),廣播級(jí)圖像數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量?jī)H占系統(tǒng)總?cè)萘康?20Mbps/2.5Gbps = 4.8%。以?shī)势溆?5%的容量將留給新開(kāi)發(fā)的話(huà)音,如傳統(tǒng)的話(huà)音或IP話(huà)音;新開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù),如提供專(zhuān)線(xiàn)租用業(yè)務(wù)和 Internet干線(xiàn)連接等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);非廣播式圖像業(yè)務(wù),如影視點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)和遠(yuǎn)程醫(yī)療。這表明,多媒體干線(xiàn)網(wǎng)不僅要有傳輸幾十套廣播式節(jié)目的能力,而且同時(shí)具有十幾倍于傳輸廣播式圖像業(yè)務(wù)的傳輸話(huà)音、數(shù)據(jù)和非廣播圖像業(yè)務(wù)的能力,使傳統(tǒng)的、樂(lè)節(jié)目為主的、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播電視網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的綜合信息服務(wù)寬帶網(wǎng)。不僅如此,為了無(wú)損失地傳播這些信息,要求采用具有實(shí)時(shí)處理能力的、多處理機(jī)協(xié)同工作的多計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng),各個(gè)計(jì)算機(jī)之間要用高速運(yùn)行的寬帶網(wǎng)絡(luò)相連。而這種高速寬帶網(wǎng)絡(luò)必須適合于傳送數(shù)字廣播音頻、數(shù)字影視視頻、數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及通信話(huà)音,這就要求將目前的廣播電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和電信網(wǎng)融合在一起。
2.傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限
融合是對(duì)三網(wǎng)而言的,如果原來(lái)不存在三網(wǎng),融合也就失去了對(duì)象。正因?yàn)槿W(wǎng)是一個(gè)客觀(guān)存在,所以融合也就成了必須要解決的問(wèn)題。要想準(zhǔn)確地找到融合點(diǎn),就要研究傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題。
(1)電信網(wǎng): 自從1835年莫爾斯發(fā)明電報(bào)和1876年貝爾發(fā)明電話(huà)以來(lái),電信網(wǎng)經(jīng)歷了電話(huà)網(wǎng)、綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN-Integrated Digital Network)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)、增值通信網(wǎng)(VAN-Value Added Network)、綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(ISN-Integrated Services Network)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN- Integrated Services Digital Network)的發(fā)展歷程。由信道獨(dú)占、電路交換方式傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng),發(fā)展成以數(shù)字技術(shù)為平臺(tái)、以電路交換和分組交換為提供業(yè)務(wù)模式、由IDN 和ISN組合成的窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN),并于1984年建立了實(shí)驗(yàn)網(wǎng),最高傳輸碼率由28.8kbps發(fā)展到1.984Mbps。N-ISDN有如表3所示的基本速率和基群速率兩種用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口。用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口由B信道和D信道兩部分組成,其中B信道用于傳輸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電話(huà)及其它電信業(yè)務(wù),D信道用于傳輸控制信息,其用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)可概括為nB+D的形式,n=2時(shí)是基本速率接口,如n=2,B=64kbps,D=16kbps,總數(shù)據(jù)量為nB+D=2X64+16=144kbps;n=23,30時(shí)是基群速率接口,總數(shù)據(jù)量為23B+D,30B+D。由上述可知,盡管電信網(wǎng)在國(guó)際上已經(jīng)成為具有近8億用戶(hù)的第二大網(wǎng),中國(guó)電信網(wǎng)用戶(hù)近一億,在國(guó)際電信網(wǎng)中排行第二位,但由于其信道帶寬和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不符合廣播影視多媒體要求,現(xiàn)行電信網(wǎng)還不具備獨(dú)立承擔(dān)傳輸廣播影視多媒體信息的資格(將來(lái)全數(shù)字寬頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3DDS變成現(xiàn)實(shí)之后,可在一根電話(huà)線(xiàn)上得到6Mbps的接入帶寬,再另作別論)。
電信網(wǎng)需要脫胎換骨的改造,才能勝任傳輸廣播影視多媒體任務(wù)。這可以從表4看到,對(duì)非壓縮視頻速率應(yīng)在100Mbps以上,如傳輸一幅PAL制彩色電視圖像需要速率為216Mbps。而電信N-ISDN的最高速率為2.048Mbp,根本無(wú)法滿(mǎn)足傳輸影視多媒體的要求。原因是:電信網(wǎng)的發(fā)展始終圍繞著提高通信質(zhì)量、擴(kuò)展服務(wù)項(xiàng)目、改進(jìn)使用網(wǎng)絡(luò)的方便性進(jìn)行的,其本來(lái)的目的并不是為了提供多媒體服務(wù)。例如,電信網(wǎng)采用了電路交換和分組交換兩種方式,電路交換延遲時(shí)間短,實(shí)時(shí)性強(qiáng),但不滿(mǎn)足多媒體通道共享的要求,因?yàn)檫@種交換方式占用了專(zhuān)用通道;分組交換方式采用了標(biāo)準(zhǔn)的分組交換通信協(xié)議(Protocol-即為保證兩個(gè)終端設(shè)備間通信而規(guī)定的信息表示形式及必要的控制規(guī)程)X.25,將廣域網(wǎng)相互連接起來(lái),但由于其延遲時(shí)間長(zhǎng),實(shí)時(shí)性差,分組包間延遲(最大時(shí)滯)超過(guò)10個(gè)ms時(shí),語(yǔ)音將不連續(xù),傳輸圖像時(shí)分組包的丟失會(huì)使其出現(xiàn)"黑塊效應(yīng)", 這也不符合影視 多媒體對(duì)動(dòng)態(tài)媒體的要求。所以,電信網(wǎng)是自覺(jué)于通信而自發(fā)于多媒體的通信網(wǎng),它遇到影視多媒體,是一個(gè)成熟的通信網(wǎng)遇到了一個(gè)不成熟的新問(wèn)題,拿不起也放不下,只有將適合于通信的網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議、軟件向適應(yīng)于影視多媒體所需要的方向改造才是唯一的出路。為了適應(yīng)影視多媒體大數(shù)據(jù)量、強(qiáng)實(shí)時(shí)、單媒體間密切關(guān)聯(lián)的時(shí)空約束、數(shù)據(jù)分布性等特點(diǎn),對(duì)多媒體通信網(wǎng)進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn),采用了"電話(huà)網(wǎng)+多媒體"的發(fā)展路線(xiàn)。顯然,電話(huà)網(wǎng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是傳輸窄帶模擬話(huà)音信號(hào),傳送數(shù)字信號(hào)時(shí),要通過(guò)調(diào)制解調(diào)器。
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