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)來分:基帶網(wǎng)、寬帶網(wǎng)。
基帶網(wǎng)的傳輸介質(zhì)用雙絞線、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)采用受保護的同軸電纜,數(shù)據(jù)傳輸率可高達400Mbps。常見的寬帶網(wǎng)有PC網(wǎng)等。
數(shù)字技術(shù)的進步推動了視頻信號的數(shù)字化,使文本、聲音、圖形、圖像等各種形式單獨存在的單媒體(Mono-media)信號以數(shù)字的形式、按照一定的邏輯關(guān)系融合成多媒體(Multimedia)信號,如圖1所示。視頻信號的數(shù)字化不僅為多媒體的產(chǎn)生提供了土壤,而且促進了碼率壓縮技術(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,即多媒體真正成為表示、重現(xiàn)、存儲、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題,只有網(wǎng)絡(luò)才能解決信息的獲取和共享問題。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。這個網(wǎng)絡(luò)就是多媒體寬帶網(wǎng)。因為隨著用戶要求通過網(wǎng)絡(luò)提供多媒體信號服務(wù),出現(xiàn)了多媒體網(wǎng)廣播(Web-cast)電視形態(tài),即不僅有一點對多點的單向廣播信號,而且有點對點的雙向窄播信號。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)融合的進展為題,對多媒體寬帶網(wǎng)進行了展望。
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)具有足夠大的存儲空間,如符合ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)的PAL制電視信號.
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路電話通道。在這樣的傳輸率下,一條按2.5Gbps規(guī)劃的干線只能傳2.5Gbps/270Mbps = 9個頻道的電視節(jié)目。在不完全壓縮的條件下,要進行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: 其一是利用人類眼睛的視覺特性進行壓縮。人的眼睛含有對亮度敏感的柱狀體細(xì)胞1.8億個,含有對色彩敏感的錐狀體細(xì)胞8百萬個,由于柱狀體細(xì)胞數(shù)量遠大于錐狀體細(xì)胞的數(shù)量,故眼睛對亮度的敏感程度要大于對色彩的敏感程度,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)計特性進行壓縮。利用離散余弦變換(DCT)消除空間冗余度;利用游程長度編碼(RLC)、可變長度編碼(VLC)降低熵;利用運動預(yù)測補償消除運動圖像相鄰幀之間的重復(fù)信息,壓縮了時間冗余度。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)目前對有線電視干線網(wǎng)以2.5Gbps作規(guī)劃,并以省際超干線和省內(nèi)干線的廣播級圖像節(jié)目頻道不會超過20路的估計值為基點進行估算,設(shè)每路視頻數(shù)字帶寬為6Mbps,可以計算出干線網(wǎng)圖像信號數(shù)據(jù)量為 20(Channel)Χ6(Mbps) = 120Mbps 可見,廣播級圖像數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量僅占系統(tǒng)總?cè)萘康?20Mbps/2.5Gbps = 4.8%。以娛其余95%的容量將留給新開發(fā)的話音,如傳統(tǒng)的話音或IP話音;新開發(fā)的數(shù)據(jù),如提供專線租用業(yè)務(wù)和 Internet干線連接等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);非廣播式圖像業(yè)務(wù),如影視點播、遠程教學(xué)和遠程醫(yī)療。這表明,多媒體干線網(wǎng)不僅要有傳輸幾十套廣播式節(jié)目的能力,而且同時具有十幾倍于傳輸廣播式圖像業(yè)務(wù)的傳輸話音、數(shù)據(jù)和非廣播圖像業(yè)務(wù)的能力,使傳統(tǒng)的、樂節(jié)目為主的、一點對多點的廣播電視網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)辄c對點和一點對多點的綜合信息服務(wù)寬帶網(wǎng)。不僅如此,為了無損失地傳播這些信息,要求采用具有實時處理能力的、多處理機協(xié)同工作的多計算機處理系統(tǒng),各個計算機之間要用高速運行的寬帶網(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)字計算機數(shù)據(jù)及通信話音,這就要求將目前的廣播電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)和電信網(wǎng)融合在一起。
2.傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限
融合是對三網(wǎng)而言的,如果原來不存在三網(wǎng),融合也就失去了對象。正因為三網(wǎng)是一個客觀存在,所以融合也就成了必須要解決的問題。要想準(zhǔn)確地找到融合點,就要研究傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的問題。
(1)電信網(wǎng): 自從1835年莫爾斯發(fā)明電報和1876年貝爾發(fā)明電話以來,電信網(wǎng)經(jīng)歷了電話網(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。由信道獨占、電路交換方式傳輸模擬信號的通信系統(tǒng),發(fā)展成以數(shù)字技術(shù)為平臺、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年建立了實驗網(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網(wǎng)絡(luò)接口。用戶網(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)字電話及其它電信業(yè)務(wù),D信道用于傳輸控制信息,其用戶網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)可概括為nB+D的形式,n=2時是基本速率接口,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)在國際上已經(jīng)成為具有近8億用戶的第二大網(wǎng),中國電信網(wǎng)用戶近一億,在國際電信網(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)還不具備獨立承擔(dān)傳輸廣播影視多媒體信息的資格(將來全數(shù)字寬頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3DDS變成現(xiàn)實之后,可在一根電話線上得到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,根本無法滿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、擴展服務(wù)項目、改進使用網(wǎng)絡(luò)的方便性進行的,其本來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,電路交換延遲時間短,實時性強,但不滿足多媒體通道共享的要求,因為這種交換方式占用了專用通道;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,但由于其延遲時間長,實時性差,分組包間延遲(最大時滯)超過10個ms時,語音將不連續(xù),傳輸圖像時分組包的丟失會使其出現(xiàn)"黑塊效應(yīng)", 這也不符合影視 多媒體對動態(tài)媒體的要求。所以,電信網(wǎng)是自覺于通信而自發(fā)于多媒體的通信網(wǎng),它遇到影視多媒體,是一個成熟的通信網(wǎng)遇到了一個不成熟的新問題,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、強實時、單媒體間密切關(guān)聯(lián)的時空約束、數(shù)據(jù)分布性等特點,對多媒體通信網(wǎng)進行了研究實驗,采用了"電話網(wǎng)+多媒體"的發(fā)展路線。顯然,電話網(wǎng)設(shè)計的出發(fā)點是傳輸窄帶模擬話音信號,傳送數(shù)字信號時,要通過調(diào)制解調(diào)器。
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