RTNet实验室聂秀英：多媒体通信综述

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　　RTNet实验室 聂秀英

　　一概述

　　21世纪将是信息时代，多媒体通信则是这个时代的主题。随着Internet业务的迅速发展，电信业的重新调整以及多媒体通信组网技术的多样性使得多媒体通信业务提供者在数量上越来越多。

　　目前传统的电信公司已经成功地提供高质量的电话、高速数据、图像、Internet接入和低速数据业务，同时有线电视公司已经成功地提供了高质量的单向视频业务。目前两类运营公司均努力在其运营的网络上开放多媒体通信业务的。然而任何一家传统的媒体运营者都没有提供多媒体通信的绝对优势，这使得二者开始在提供多媒体通信方面进行竞争。同时，其他竞争者(如原先竞争接入和高速率数据传送业务的提供者)也纷纷加入到多媒体通信业务的竞争之中。许多通信设备和业务提供者正在盼望着在全球范围内使用新技术为用户提供多媒体业务。用户也希望能够在多种多媒体通信业务和多个多媒体通信提供者之中进行选择。

　　多媒体通信是多媒体信息处理技术和组网技术二者的融合。多媒体通信中包含有各种信息的处理技术和组网技术的应用。在本文的第二部分奖讨论与多媒体通信相管的各种技术。多媒体通信之所以吸引了众多的商家之间相互竞争和用户的关注时因为其提供了丰富多彩的应用，在本文的第三部分介绍多媒体通信业务的各种应用。在多媒体通信中包含有许多新技术和新设备，在开放多媒体通信业务之前需要很好地了解不同的新技术和新设备之间的相互配合和互操作性以及在开放业务时可能存在的问题和用户对这些应用的接受程度。在本文的第4部分奖介绍在发达国家和发展中国家在提供多媒体通信业务方面所做的试验情况。在本文的最后对多媒体通信的发展作一简要的总结。

　　二与多媒体通信相关的技术

　　多媒体通信业务所涉及的技术包括语音信息，数据和视频信息的处理技术和通信网络技术。

　　2.1信息处理技术

　　2.1.1语音处理技术

　　在实时通信中，语音是各种媒体的核心。虽然说“眼见为实，耳听为虚”，但是在没有直接的视频输出能力的情况下，人与人之间的交互作用还是由语音来控制的。

　　在多媒体通信业务中传送的语音是数字化的语音，在语音的数字化方面已经有了许多国际标准，如ITU-T建议G.711,G.722,G.723和G.729等。在语音处理技术中除了语音压缩方面的处理外还包括在多方会议中语音的混合和多方语音处理等技术。在检索类的应用中还包括人和机器的语音通信的问题需要解决。在要不同的通信质量的情况下需要使用不同的编码压缩方法，一些更特殊的应用中需要的对语音的处理方法仍处于研究阶段。

　　2.1.2数据处理

　　人们在进行远程交流时，除了语音和视频图像信息外还需要交换一些数据信息。甚至有时需要使用异步的方式传递数据，如通过e-mail或信函方式。特别是在进行专题讨论时需要一些数据信息作为补充。同时在多媒体通信中需要一些实时控制，这些控制信息也是数据信息。在数据通信方面已经有许多研究也出现了一些标准，如用于数据会议的ITU-T建议T.120系列便是其中的一类标准。Internet的发展也解决了一些与数据通信相关的一些问题。

　　数据信息处理的一个很重要问题便是数据安全问题，需要解决数据安全的一些措施，包括防火墙技术和一些加密措施等。但到目前为止，虽然已经出现了一些加密和安全协议，但还没有一种能够解决所有安全问题的好的方按，在该领域的研究仍在进行之中。

　　2.1.3视频信息的处理

　　在日常通信过程中，视觉信息在信息交流过程中一直起较为重要的作用。在多媒体通信中，较困难的一个方面问题便是视频图像信息的处理和传输。在视频图像信息的压缩方面已经取得了很大的进展，这主要应归于计算机处理能力的增强和图像压缩算法的改善。视频图像处理的编码标准包括ITU-T建议H.261,H.262,H.263等用于电视会议的编码标准和ISO的用于较高质量(广播电视级质量)的图像编码标准MPEG1,MPEG2和MPEG4等。在具有双向视频通信之前，人们已经普遍接受了电视质量。在进行双向视频通信时，人们也要求提供类似于电视质量的图像质量，由于传送视频图像信息需要较高的带宽，受通信网络的限制，目前提供高质量的视频图像通信的花消将很高。同时在进行会议通信时需要能够同时处理来自不同信息源的视频图像信息，这又增加了处理图像信息的难度。

　　2.2通信网络技术

　　2.2.1传输技术

　　通信网络中的传输部分包括骨干传输网和接入网。近一个世纪以来，大部分传输线路为传送模拟信号的铜线电缆。自80年代以来，随着光纤传输技术的发展和成本的降低，骨干传输线路大多被光纤传输线所代替，在我国主要是SDH系统。但接入网部分仍较多地使用铜线。在90年代研制出可以使用传统的铜线传输高速数据的调制解调器(XDSL)设备。该类技术已经受到电信运营者的注意，并应用到相应的接入网中。

　　在有线电视网上人们开始研制具有双向传输能力的电缆调制解调器，可以双向传送高速数据。但目前这类设备的价格还较高。据悉，目前第三代移动系统的无线宽带接入正在研究之中，最终将解决无线宽带接入问题。

　　2.2.2组网技术

　　进行任何通信均离不开网络的支撑。电话业务的普及得宜于程控交换机技术的成熟和使用的方便。数据通信的大发展受宜于Internet技术的出现。同样多媒体通信的普及和发展应有与其相适应的网络技术的出现。在多媒体通信发展初期，人们尝试着用已有的各种通信网络(包括PSTN,ISDN, B-ISDN,有线电视网，Internet)作为多媒体通信的支撑网络。每一种网络均是为传送特定的媒体而建设的。在现有的各种网络上提供多媒体通信业务，各具有特点，同时也存在一些问题。为了满足人们对多媒体通信业务的不断发展的需求，世界各国均在研究如何建立一个适合多媒体通信的综合网络以及如何从现有网络演进。

　　事实上，在哪种网络是最好的网络基础设施的问题上有一些争论，是电路交换类型的网络或者是分组交换(或帧中继)类型的网络作为将来综合业务网络还没有定论。目前在电信领域提供宽带传输的交换技术为ATM技术而计算机数据通信领域的人事更看好基于TCP/IP技术的网络。但如何构建未来的网络仍处于研究之中。

　　三多媒体通信业务的应用

　　多媒体通信业务之所以受到如此多的关注是由于其具有丰富多彩的应用，下面简单介绍多媒体通信业务的一些典型应用。

　　3.1视频电子信函

　　人们已经广泛地使用了电子信函(e-mail)。电子信函的商业应用包括语音，低分辨力的视频和文本。然而，由于网络有效带宽的制约，目前电子信函业务必须承受不可预测的延时。当前，用户非常希望使用含有高分辨力图像的电子信函，也就是说将用户自己的视频信息传送给对方。

　　3.2远程医疗诊断

　　为支持医学科学的进步，越来越多地开始使用高清晰度医学图像，如X光图像，X线断层图，超声图像和心(动)电图，以实现更精确的医疗诊断。若在远程医疗环境下使用这些图像进行远程诊断时，传输这些图像所需的带宽将是传输高清晰度电视所需带宽的两倍多。在这种情况下，为确保高精度的诊断需要可靠的传输。另外，经常有必要同时显示几副图像以便于比较，有时需要将其中的一些图像处理成更适合的形式。同时分析后的图像也需要与初始图像一同显示。在研究这些图像时，除了来自监视设备的其他数据流外还需要在其上增加语音通信。这种应用是最典型的多媒体通信业务之一。

　　3.3联合计算机辅助设计

　　在大多数制造业包括建筑领域，对用与计算机辅助设计(CAD)的系统图能力的要求正在逐渐增加。最近，利用位于远端的临时工作者进行设计任务的虚拟公司的数量也在增加。对于这种情况，需要集成并在同时利用较高的速度进行传输的大量图像和计算数据以及声音信号，并需要进行在公司成员之间的有效合作。

　　3.4数字网络图书馆系统

　　通过同时按需接入自动文本翻译服务器，文本到语声合成服务器和语声识别服务器可以适当地处理数字图书馆服务器捕获的内容同时除了传统的信息查询服务外还可以提供增值服务。那样，用一种吸引人的方式集成图像，视频和语声，可以将数字图书馆看作是多媒体应用业务的典型例子。

　　3.5多媒体会议系统

　　相当多的研究集中在视频会议系统上，该系统是用户可以获得到更多合作工作的真实感觉。利用视频编解码器，显示器和声音定位技术，系统有效地将分布在不同位置综合起来生成了一单一的明显无缝隙的共享会议环境。系统中使用的视频码可以以150Mbps的速度将HDTV图像在四个声音信号信道上传输。

　　目前，已经开发出了用于会议的大屏幕高清晰度显示系统，同时正在研究用于大屏幕会议的合适的声音系统。关键技术是通过适当地再生声音并将其与来自对端的视频图像相匹配。

　　3.6超高清晰度(SHD)图像系统

　　因为SHD图像(其分辨力与35mm胶带的分辨力相同)的数据量比HDTV的数据量大4倍，因而即使用实际大小显示报纸，也可以读存储起来的高分辨力报纸。事实上，由于图片管的像素点是如此小同时使用每秒60帧的速度非隔行扫描来显示帧，无论观看者离屏幕有多近，都可以看到无闪烁的相当高的分辨力图像。该SHD图像系统可以同前面谈到的数字图书馆组合起来并可以提供如数字博物馆或自动导游等的各种应用业务。SHD图像也支持远程医疗诊断，它包括为各地的专家传送细胞组织的显微镜照片或X光图片。如上面所谈到的利用高带宽传输线将有效地加宽通信应用的范围。

　　3.7视频点播/多媒体点播系统

　　VOD系统代表一类较新的业务，它可以使用户可以在他们愿意的任何时间在家或在他们的办公室接收到向电影，在线购物，卡拉OK音乐，交互式游戏和艺术品等实物信息。除了传统的视频系统的一般回放功能外，VOD系统很快可以处理“跳过”能力，使用户可以从他们规定的地方进行重播。在整个播放过程中，视频信息显示到屏幕的响应时间应小于1s。更实际一些，用户可以按他们各自的目的使用分布在整个网络上的许多种VOD服务器，

　　除了上面所谈到多媒体通信例子外，还有许多种其他类的应用，如远程教学业务，远程电子银行业务，电子报纸业务，电子博物馆业务，家庭购物业务，通信卡拉OK等等。

　　四多媒体通信业务的试验

　　4.1发达国家中的多媒体通信业务试验

　　在当前阶段，在欧洲，美国和日本正在使用Internet或单独的专用网络进行许多种多媒体试验。随着带宽和PC的有效处理能力的增加，正在开发支持Internet上的实时话音和视频信息的传递的新的应用。

　　例如在日本，自1994年NTT一直在运行试验性的多媒体通信网。在1995年底，试验网上有127个用户/参加者。已经利用提供最高为156Mbps的ATM接口为支持各种多媒体和视频点播业务的高速计算机通信，同时一些私营公司已经将ATM技术作为他们骨干LAN技术。高速，宽带骨干网络由连接位于全国的10个ATM交换机的2.4G和10Gbps超高速传输通道组成。

　　为克服目前窄带通信网络试验的障碍，在试验网络中，充分利用了基于ATM的高速宽带通信系统。在提供石油和化学领域所要求的可靠性时，只有ATM能够利用可负担的成本提供像远程出版，或与CAD相关联的应用业务的多媒体业务所需的快速响应。

　　在试验网中的其他受欢迎的应用是电子信函，LAN间通信，使用WWW的多媒体信息检索，像银行业务的在线交易和宽带视频会议。在发达国家到2000年，像视频电子信函，合作工具和桌面视频会议等宽带应用将变得极受欢迎。实质的多媒体系统如基于Internet的数字网络图书馆系统，多媒体会议系统，视频点播(VOD)系统和合作会议系统超高清晰度图像系统已经处于商业应用的第一阶段。

　　4.2我国在多媒体通信业务方面发展情况

　　我国在多媒体通信方面进行了一些努力并取得了一些经验。在目前我国所建的所有宽带通信网上均进行了多媒体业务的试验。如在北京，上海和广州所建的ATM宽带网上进行了VOD和多媒体会议的试验，北京电信管理局也已经进行了可容纳不少用户的VOD试验。清华大学也在研制在有线电视网上进行准VOD的产品并在一些地区进行了试验。同时，我国的一些通信公司也研制出一些基于IP网络的用于较小范围的多媒体会议系统。但总体上来讲，受我国计算机普及率和网络能力的限制，目前我国的多媒体通信系统的规模还不大。

　　五小结

　　多媒体通信业务的提供不仅需要很多新技术和新设备，还需要开发多媒体内容和应用。需要很高的投入。从目前已经进行的试验来看，研究较多的是技术方面的事情。试验的结果表明个体用户似乎对娱乐比接入到信息源更有兴趣。目前还没有提出解决在所包含的技术中缺少标准的问题。尽管为单个用户提供高速多媒体的长期前景是光明的，很可能在一段时间内，一般的用户将面对降低质量的多媒体。若需要较高的质量，他们将求助于台式解决方案，如CD-ROM。

　　多媒体通信业务是通信业务的未来。媒体的多样性可以满足用户的需要。然而，我们不能只是盲目地简单替代和更新现有的通信信道。许多通信业务的成功是通过满足先前未认识的需要来实现的，换句话说就是通过帮助人们解决其自身所不知道的问题来实现的。类似的想象力和灵活性将带来新颖的通信业务，这些新业务也将改变商业和社会生活。

　　目前人们已经接受了PSTN网络提供的话音的质量和有线电视网所提供的视频信息的质量。在将来为给用户提供多媒体通信服务时，所提供的话音和视频信息的质量应优于目前PSTN和有线电视网所提供的话音和视频图像的质量。为此研究和开发人员将需进行大量的研究开发工作。

　　聂秀英