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IP网络多媒体通信技术及应用 教学课件 ppt 作者 朱志祥 1-4 第1章.ppt.ppt

IP网络多媒体通信技术及应用 教学课件 ppt 作者 朱志祥 …

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2019-09-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《IP网络多媒体通信技术及应用 教学课件 ppt 作者 朱志祥 1-4 第1章.pptppt》,可适用于高等教育领域

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第章 绪  论 多媒体通信及业务 数据压缩技术及进展 多媒体通信网及发展 H多媒体通信系统 我国多媒体通信市场的发展现状第章 绪 论第章 绪  论 多媒体通信及业务 多媒体通信的概念  通信的目的  通信的目的是为了传递信息。一般来说,信息是通过交流得到的关于特定事物的知识。信息的获得是通过人类感知系统的活动来完成的,其中视觉是感知信息(主要对文字、图画和视频图像)的重要途径,视觉所感知到的信息约占人类从外部世界获取信息总量的听觉是感知信息(主要对声音)的次要途径,听觉所感知到的信息约占人类从外部世界获取信息总量的另外,嗅觉、味觉和触觉所感知到的信息共约占。第章 绪  论  媒体(Media)是信息表示、传输、存储的形式载体。常见的表示媒体有文字、图画、语言、音乐、动画和视频图像等传输媒体有电话线、同轴电缆、光纤、电磁波、宇宙射线、空气等存储媒体有碑石、石窟、纸张、磁带、磁盘、光盘、半导体存储器等。  自然界的声音、图像以及经过人脑加工处理后形成的语言文字等构成了多媒体信息,也就是说多媒体信息包含了信息和信息的表示形式。第章 绪  论  通信的形式  原始的通信(Communication)方式包括面对面的直接交流方式(如语言、神情、姿态等)和间接的信息交流方式(如烽火传递军情mdashmdash通过光,摔酒杯为号mdashmdash通过声音,鸿雁传书mdashmdash通过文字或书信,虎符调兵mdashmdash通过实物,票号银票汇兑mdashmdash通过实物与密码等)。  现代通信(Telecommunication)与无线电技术密不可分,如电报(Telegraph)、电话(Telephone)、传真(ElectricalTransmission)、电视(Television)等。  计算机网络通信(ComputerCommunication)是由计算机或电信系统按某种结构连接起来用于信息交换的实体。网络连接的目的是实现资源共享。计算机通信网是目前发展最快的数据通信网,包括局域网、广域网、Internet等。第章 绪  论  多媒体通信  多媒体通信(MultimediaCommunication)是多媒体技术和现代通信技术、计算机网络技术相结合的通信形式。多媒体通信系统传送的信息不再是单一的数据、语音或图像信息,而是对诸如图像、声音、文本等多种信息进行综合传输和交换,使各种信息之间的交流更为便捷。第章 绪  论  多媒体信息是相对单媒体(Single-Medium)信息而言的,它具有联合性(Combination)、独立性(Independence)、集成性(Integration)、可控性(ComputerControl)等特点。多媒体信息是数据(文字)、语音和图像等信息的集成,为了这种集成所采用的诸如数字化处理、信息压缩与解压缩的各种编解码技术统称为多媒体技术。多媒体技术是集计算机、通信和信号处理为一体的综合性应用技术,也是多学科的交叉技术。第章 绪  论  多媒体通信系统由终端设备和传输网络组成。根据通信发展的多媒体趋势,终端设备要处理不同的信号,如图像、声音、文本等通信线路不仅要完成信息传输,而且还要完成这些信号的混合和分离处理。在多媒体通信业务中,多数时候,要求信息的传送必须是实时的(有时可以是非实时的),这是多媒体通信系统的一个显著特点。满足实时性要求的处理方法也是多媒体通信中的关键技术之一。第章 绪  论  多媒体通信系统  同其它通信系统一样,多媒体通信系统也由信源、信道和信宿三个主要部分组成,多媒体通信技术实际上也围绕这三个方面展开。  图-是一个广义的单向通信系统模型。信息从信源(InformationSource)传送到信宿。信源是一个信息检测装置,在其中引入熵的概念,作为被观测系统不确定性的尺度,采用基于最大熵定理的最大熵谱分析方法。发信器(Transmitter)又称编码器,是把信息变换成物理信号的装置,它既要考虑信源的特点,也要考虑信道的特性,这样就形成了各种各样的多媒体编码技术。受信器(Receiver)又称译码器,即发信器的逆变器,是把物理信号转换为信宿能够感知的信息的装置,运用维纳滤波理论研究剔除噪声、提取源信号的方法等,这样就形成了各种各样的多媒体信息解码技术。信道(Channel)是传送物理信号的媒介,运用香农信道容量理论分析系统的最佳信息传输条件,这样就形成了各种各样的多媒体信息传输和控制技术。信宿(Destination)是信息传送的对象,即接收信息的人或机器。第章 绪  论图- 广义单向通信系统模型第章 绪  论 多媒体通信业务  ITU中多媒体通信业务的定义  多媒体通信业务种类繁多,特别是宽带通信业务则几乎全部是多媒体业务。为了对多媒体业务进行分类,国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)的有关部门制定了AVtimestimestimes系列的多媒体通信业务规范,其编号和定义如下:  AV 视听业务总体  AV 远程会议总体  AV 音频图形会议一般原则  AV 用于ISDN的音频图形会议业务  AV 用于B-ISDN的音频图形会议业务 AV 用于PSTN的音频图形会议业务第章 绪  论  AV 其它音频图形会议业务  AV 可视电话业务总体  AV 用于ISDN的可视电话业务  AV 用于B-ISDN的可视电话业务  AV 用于PSTN的可视电话业务  AV 用于移动电话网的可视电话业务  AV 电视会议业务总体  AV 用于ISDN的电视会议业务  AV 用于B-ISDN的电视会议业务  AV 视听交互业务总体  AV 其它视听多媒体业务  AV 视听业务应用  AV 电写应用  AV 分配业务第章 绪  论  业务分类  从信息交流的角度来看,多媒体通信业务可分为两类:一类是交互式应用,即用户间、用户和服务器中心之间的信息交流另一类是分配式应用,也可称广播式应用,主要是从服务器到用户的单向信息传递。  按照网络传输能力来进行划分,多媒体通信业务可分为以下三种:一是比特率型,包括恒定比特率(CBR)、可变比特率(VBR)等二是定时关系型,它要求信息点之间具有定时或不定时关系三是连接模式型,即面向连接或无连接。第章 绪  论  另外,多媒体通信业务也可按照网络结构分为两类:一类为点对点通信业务另一类为多点之间的通信业务。  多媒体通信业务主要有:会议业务(ConferenceServices)、谈话业务(ConversationServices)、分配业务(DistributionServices)、检索业务(RetrievalServices)、采集业务(CollectionServices)和消息业务(MessageServices)。第章 绪  论  从应用的角度来看,这类多媒体通信业务可以归为以下类。  ()人与人之间交谈型多媒体通信业务。在多媒体通信体系中,会议业务和谈话业务实际上是一类业务,它们都是人与人之间的通信业务,采用的标准基本上是一样的。比如说它们的显示格式都是CIF(CommonImageFormat)和QCIF在ISDN环境中采用的标准都是H,在PSTN环境下都采用H,在IP网络环境下都采用H等。二者不同之处在于,会议业务是多点之间的人与人之间的交谈,而谈话业务则是两个人之间的交谈另外,会议和交谈要求的图像质量和声音质量不同,一般来说会议业务的要求更高一些。第章 绪  论()人机间交互型信息检索多媒体通信业务。分配业务和检索业务在多媒体通信体系中可以归为同一类,即人机之间的信息检索多媒体通信业务。这类业务完成的是人与主机之间的交互操作。这种交互操作有两个方面的内容,其一是用户通过人机接口向主机发送检索请求,主机接收到用户的请求后,将满足用户要求的信息传送给用户,以完成用户和主机的交互过程,实现检索的目的其二是用户通过人机接口与主机交互信息,通过交互,人与主机之间完成某种交易工作,如电子商务。多媒体检索业务是点对点的交互业务,而多媒体分配业务则是一点对多点的人机交互业务,这种业务的一个最典型的例子是,在一个多媒体会议中,参加会议者有几位,当讨论到一份文件时,一个会议参加者去检索该文件,主机根据用户的要求将满足条件的信息发送给全体与会者,这就是多媒体分配业务。第章 绪  论  ()多媒体采集业务。多媒体采集业务是一种主机与主机或人与主机之间多点向一点汇集信息的业务。随着信息处理技术的发展和信息化水平的提高,多媒体采集业务将是信息采集和监控系统今后的发展趋势。  ()多媒体消息业务。多媒体消息业务是一种存储转发型多媒体通信业务。多媒体电子信箱是典型的多媒体消息业务。第章 绪  论 多媒体通信业务的功能参考模型  对应于IP、B-ISDN和ATM等技术协议的参考模型和分层功能,可以将多媒体通信业务配置到不同的层上,实现不同的功能,这就是多媒体通信业务的功能参考模型。  该参考模型有四层(应用层、表示层、会话层、传送层)和三个平面(用户平面、控制平面、管理平面)。在用户平面上的各种多媒体业务可根据其属性配置到不同的层面上,起到功能协调的作用。在控制平面上对应用层、表示层和会话层上的多媒体业务实现业务控制和业务信元控制。管理平面则对各层业务实现管理(包括信元管理、流量管理、质量管理等)。第章 绪  论  模型下部是与网络相关的层面。ATM网络与用户平面分别具有A、B、C、D四类连接,它们对应于ATM适配层的AAL、AAL、AAL、AAL。另外,ATM网络用信令与控制平面相连接,用OAM(操作、管理、维护)层与管理平面相贯通。  在应用层上开展的多媒体业务有可视电话、会议电视、多媒体邮件、多媒体数据库等。在表示层上使用的业务单元包括特定应用和公共应用的业务单元,它们支持多媒体业务的应用功能,包括数据压缩、加密、媒体转换、媒体间交互协作、用户复用连接以及多连接会议管理等。传送层的功能有多通路管理、通路集合、同步、均衡、信令等,还包括端对端的传送协议、差错控制、流量管理、快速连接管理以及延时限制等。与网络相关的层面应提供传送网络协议的性能,保证延时范围、延时变化、吞吐量、多连接管理能力、通路或信元复用、降低延时变化及误码率等。第章 绪  论 多媒体通信业务的主要应用  多媒体信息服务  多媒体信息服务(MultimediaInformationService)是一类应用较多的多媒体通信系统,如可视图文系统、在家办公系统(SOHO)、科技情报检索系统、多媒体数据库等。这一类服务的业务就是多媒体信息的检索和查询。在这类系统中,超文本、超媒体的概念和技术得到了快速发展和应用。这样一类信息服务系统能够使用户方便地查询所需的多媒体或超媒体(MH)目录和系统的有效信息,并能根据目录来检索各项具体的信息。第章 绪  论  多媒体协同工作  多媒体协同工作(MultimediaCollaboration)如文件共享、多终端游戏等,也称为计算机支持的协同工作(CSCW)。CSCW的概念和技术已渗透到多媒体通信的各个应用领域,如教育和培训、多媒体会议系统、多媒体邮件、数据库、信息服务等。以微机为平台的桌面会议电视系统可算是CSCW的雏形,共同CAD、CAM设计则是CSCW的一种典型应用。第章 绪  论  会议电视系统  会议电视系统利用远程多媒体通信系统来传输会议多媒体信息。迄今为止,会议电视系统已成为多媒体通信应用中最为重要的一类业务。  早期的会议电视系统其承载网络为ISDN或DDN,主要采用H系统。目前的会议电视系统的承载网络为IP网络,主要采用H系统。  远程医疗系统、远程教学系统以及远程监控系统就其本质而言和多媒体会议系统同属一类,也可以被认为是多媒体会议系统在不同环境下的应用。第章 绪  论  视频点播  视频点播(VOD,VideoOnDemand)系统是一种用于家庭娱乐的多媒体通信系统。它由VOD视频服务中心和许多VOD用户组成。在视频服务中心,将所有的节目以压缩数据的形式存入由高速计算机控制的庞大的多媒体数据库中。在VOD用户家中的电视机上有一个称之为ldquo机顶盒rdquo的装置。通过机顶盒,用户在家可以按照指令菜单调取任何一套节目,或调取任何一套节目中的任何片段。VOD服务中心通过计算机对用户实行自动计费。第章 绪  论  数字电视广播  随着数字压缩处理技术的飞速发展,广播领域正经历着一场数字制式取代模拟制式的历史变革。电视传输的数字化为实现传统的IP网、CATV网及PSTN网的ldquo三网合一rdquo奠定了坚实的基础。目前从视频节目的前期采集、后期制作、节目播出到显示已经形成完整的数字化电视传输系统。数字电视系统不但可传输高清晰度的视频图像,同时可开展多媒体业务(如视频会议、VOD、IPTV等),可实现交互式双向通信。我国数字电视广播已进入产业化阶段,并朝着宽带无线移动接收的方向发展。第章 绪  论  多媒体邮件  多媒体邮件(MultimediaMail,MM)不同于电子邮件。电子邮件只有传送文件的功能,多媒体邮件的用户最终不但要求进行声音、文本和图像的传输,还要求转型应用,即要求建立可操作的文档,它可以达到以一种形式发送而以另一种形式阅读的目的。多媒体邮件的存储和转发对网络设施的要求远低于如电视会议那样的实时通信系统,但从服务器读取多媒体邮件却需要较大的带宽和较少的延迟。第章 绪  论      数据压缩技术及进展  计算机中的结构化数据(如文字、数值)都是经过编码后存放的。同样,对非结构化数据如语音、图形、图像也必须转化成计算机可以识别和处理的编码。多媒体计算机实时地处理声、文、图信息的数据量是非常大的。一幅times中等分辨率的彩色图像(bit像素)数据量约为Mbit帧,若是运动图像,要以帧每秒的速度播放,则视频信号的传输速率为Mbs,如果存放在MB的光盘中,只能播放秒。对于音频信号,其情况与视频信号相似。可见,视频和音频数字信息的数据量大,同时要求传输速度快。第章 绪  论考虑到一般计算机的总线传输速度的限制,要处理视频和音频数据,不进行数据压缩是无法实现的,这是数据压缩的必要性。另外,由于视频和音频的原始信号数据存在很大的冗余度,还由于人的视觉和听觉生理特性(如对颜色分辨率弱)等原因,使得数据压缩得以实现。从世纪年代起,视频会议领域技术进步的中心内容之一,就是围绕着如何在保证图像质量和声音质量的前提下,寻求一种更有效的压缩算法,将图像、声音数据压缩到最小。目前常用的压缩算法有H、H、G、G、MPEG-和MPEG-等。第章 绪  论 多媒体通信网及发展 多媒体业务对通信网络的要求  多媒体业务包含声音、图像、数据三个基本分量。各分量均有一定的属性,如传送速率、业务类型、端对端定时、数据结构、业务质量、高层访问协议等。根据多媒体业务的应用特征,需对通信网络提出诸多要求,主要有以下几点:  ()实时性mdashmdash音视频业务需要进行实时通信,因此端对端传送中的各种延时应加以限定,对数据抖动(延时变化)和业务量的突发性参数也应制定相应的标准。第章 绪  论  ()多点性mdashmdash很多多媒体业务需要在多用户之间进行,因此通信网络要具有多播(Multicast)和用户群寻址的能力,以及对多用户通信更加灵活和方便的通信协议。  ()多连接性mdashmdash多媒体业务涉及到多用户连接时,通信网络应能动态地调整业务配置,并根据特定连接来调整业务质量参数。第章 绪  论  ()同步性mdashmdash多媒体信道常由多个部分(如语音、图像、文本等)组成,尽管各个部分产生的地点和时间可能各不相同,但是它们的重显往往需要同步,这是区分多媒体系统与多功能系统的一个重要准则。多媒体信息的同步大致分为两类:一类是连续同步,指的是两个或多个实时连续媒体流之间的同步,如音频与视频之间的同步另一类是事件驱动同步,指的是一个或一组相关事件发生与因此而引起的相应动作之间的同步。  多连接时的多媒体通信必须要求各种信息类型保持同步,例如保持信息流的定时关系,调整不同虚信道(VC)对不同媒体业务的延时等,特别是对于图像和伴音的同步(唇音同步)更为重要,其延时一般要求不大于ms。第章 绪  论 多媒体通信网的组成  多媒体通信网络并不是一个新建的专门用于多媒体通信的网络。目前绝大部分多媒体通信业务都是在现有网络上完成的。因此,我们把能够承载多媒体通信业务的现有网络的集合称为多媒体通信网络。  现有的通信网络可大体分为三类:  第一类为电信网络,如公用电话网(PSTN)、分组交换网(PSPDN)、数字数据网(DDN)、窄带综合业务数字网(N-ISDN)等第章 绪  论  第二类为计算机网络,如局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等  第三类为电视传播网络,如有线电视网(CATV)、混合光纤同轴网(HFC)、卫星电视网等。  另一种通用的分类方法是按距离进行分类,分为局域网(LAN)和广域网(WAN)。局域网是处于同一建筑、同一大学或方圆几公里地域的专用网络。广域网是一个松散定义的网络概念,它是指一组在地域相隔较远,但逻辑上连在一起的通信系统。用于广域网通信的传输装置和介质一般都是由公用电信部门提供的,距离可以遍及一个城市、一个国家甚至一个洲。其中最典型的广域网连接方式是将两个或多个LAN(局域网)由公用数据网通过接口转换及路由器连接而成的。我国公用广域网主要有:利用电话网或租用专线的中速数据网、卫星数据通信网、公用分组交换网、数字数据传输网(DDN)、宽带IP骨干网等。第章 绪  论  电信网向多媒体网络的发展  应用最早且最大的通信网是电话网,它采用电路交换方式将世界上现有的电话机相互连接,构成当代最大的通信系统。在这种方式下,信道是独立的,有利于连续媒体的传输,但是电话线上传输的是模拟信号,数字信号必须经过Modem才能传输。现有普通Modem的最高传输速率只有kbs,无法传输较高质量的视频等大数据量媒体。目前电信部门广泛利用数字程控交换技术和数字传输技术改造模拟电话网,以期不断增设新的附加业务,使电信网逐步向综合数字网过渡。第章 绪  论  继电话网之后又出现了公用数据网(DDN)以及高速专线网。数据通信网不仅能传送数据,还可利用配置在网内的计算中心进行数据处理,尤其是采用著名的X通信协议的DDN多年来得到了较大发展。电话网及公用分组交换网等都是按业务需要而分别组建且相互独立的,当用户需要使用多种通信业务时,必须按业务类型分别向电信部门申请,引入多条连接不同终端的用户线,这给用户带来了诸多不便。在这种背景下,世纪年代初便萌生了将话音、数据、图像等各种业务信息综合在一个通信网传送的构想,这正是综合业务数字网(ISDN)。为实现ISDN,必须首先将世界上规模最大、应用最广的公用电话网改造成IDN(综合数字网),在此基础上再发展成ISDN。接入ISDN后,用户只需提出一次申请,仅用一条用户线和一个电信号码就可将多个不同业务类型的终端接入网内,并按统一的规程进行通信。现有的ISDN只能称为N-ISDN(窄带ISDN),可以传输声音等连续媒体和质量较低的视频信号。第章 绪  论  受限于信道和网络的发展,多媒体通信的一条主线就是沿着电话电信网,大致按语音通信、数据传输、文件传真、可视通信等业务次序而逐步发展的。通过将多种信息综合化、通信信号数字化,来增加某些交互和管理功能,以达到多媒体服务的效果。第章 绪  论  计算机通信网向多媒体网络的发展  随着技术的进步,出现了另外一条发展路线:即以计算机和计算机数字通信网为基础,通过信息传输的实时化、传输信息的多样化(即多媒体化)以及对各种信息媒体管理的综合化来实现多媒体通信。借助于计算机强大的处理能力,可望克服电话网的一些弊端。  计算机和计算机数字通信网的发展目的就是为了实现多媒体服务,其策略为:随着计算机处理能力的提高,网络带宽的拓展,逐渐地增加对新媒体的支持及多种媒体的综合处理与传输。其发展大致可分为如下几个阶段:第章 绪  论  ()网络上只传输数据和控制信息  ()用计算机对电话进行控制,但语音和数据信息分别在不同的网络上传输  ()综合处理数字化语音和数据,使其在同一网络上传输  ()增加对摄像机和视频输出设备的控制,但将模拟视频用单独的网络传输  ()对数字化的图像、音频、视频以及文本数据等多媒体信息进行综合处理,并在同一数字网络中对它们进行统一的实时传输。第章 绪  论  有线电视网向多媒体网络的发展  作为广播电视系统重要组成部分的有线电视(CATV),是无线电视传输的延伸和发展,是人类文明和通信技术的一次飞跃,它具有带宽高、频道数量多、图像质量好、服务功能全等一系列特点。  DEC公司年宣布推出一种使CATV用户通过有线电视网同多媒体计算机网络相连接的装置mdashmdashDigitalChannel,可提供多种服务,包括GIS、现代工程应用、多媒体娱乐、远程学习、电视会议,并能与学校、医院和政府通信。第章 绪  论 多媒体通信网的发展方向  多媒体通信发展的总趋势  随着多媒体应用领域和范围的不断扩展,特别是高质量连续传输数字音频、视频等大数据量的应用,要求多媒体通信具有更高的交换速率、更大的传输带宽和更智能化的管理手段。光纤DWDM(密集波分复用)技术的成熟解决了传输带宽问题,高速路由器解决了快速交换问题。多媒体通信技术的进一步发展趋势是:第章 绪  论  ()媒体多样化。随着科技的进步,新的信息媒体不断出现。比如在当前的虚拟现实系统中,信息表现的方式基本上是三维动画并局限于单机单人,但不久通过增加网络对这些媒体的支持,就会出现分布的虚拟现实。  ()信息传输统一化。各媒体在不同的网上传输不仅在经济上不合算,而且在技术上也给地址管理和各媒体间的同步带来了较大的困难。用同一综合网络传输各种媒体信息可解决这一困难。随着网络技术的发展,这种方式是完全可以实现的。  ()设备控制集中化。分散的媒体设备控制不便于各种信息的有机结合,而多媒体吸引人之处在于它能灵活运用各种媒体表达事物,控制的集中化则为此提供了方便。第章 绪  论  IP与ATM  多年以前,人们曾认为ATM是将来通信发展的最好途径,然而实际的发展并非如此。目前,大家的共识是IP方式才是未来通信发展的趋势。第章 绪  论  ATM网是一种基于统计复用、采用分组交换技术的数据传输网。它采用的是面向连接的技术,能保证其上层业务的服务质量和实现多种业务的综合通信。因此,ATM从技术上来讲是非常理想的。但近年过去了,ATM在商业上并没有获得预期的成功,其主要原因在于ATM技术的复杂性。由于采用面向连接的技术,因此ATM信令系统相当复杂,导致了系统的复杂性。而且ATM工作在统计复用的条件下,要保证服务质量,就需要引入十分复杂的流控技术,这进一步增加了复杂度。另一方面,由于光纤技术的进步,使得ATM靠统计复用节省带宽的优势失去了存在的价值。也正是由于这些原因,导致ATM建设发展缓慢,特别是在骨干网上的应用几乎看不到。第章 绪  论  起源于计算机网络的IP技术,和ATM一样,也采用基于统计复用的分组交换技术,但它采用的是非面向连接的技术,这使得协议和网络设备大为简化,为广泛应用创造了条件,IP已成为目前事实上的网络发展方向。近年来,世界知名的多媒体通信设备厂商,如Polycom、RadVision、Sony等,都纷纷推出各种基于H标准的运行于IP网络的音视频通信产品,并取得了良好的效益。世界各国都将把IP网络作为当前多媒体通信的主流网络,甚至作为未来宽带多媒体通信网络的基础。因此,以IP协议为基础的网络和以此为支撑的多媒体业务将成为今后主要的发展趋势。第章 绪  论  宽带IP网络  宽带IP网是以光纤为传输介质,以大容量的DWDM为传输通道,以ATM、SDHSONET、千兆以太网为组网模式,以第三层第四层路由交换机为平台,综合提供基于IP的各种多媒体业务的数据通信网。  为了使IP包可靠、高效地在光纤上传输,人们提出了许多种技术方案,目前已实现的主要有以下三种。第章 绪  论  ()IPoverATM。此方案可利用ATM的QoS特性保证服务质量,适用于多种业务,但系统开销很大,数据传输率低由于需解决IP网络的非连接特性与ATM面向连接特性之间的矛盾,因而网络管理较复杂。第章 绪  论  ()IPoverSDHSONET。此方案将IP网络技术直接建立在SDHSONET平台上,不受地区限制数据传输率高,可支持Gbs的速率开销小,线路利用率高,带宽扩充简便具有监控、保护切换、流量管理等功能,有利于实施IP多点广播可提供分级服务的QoS,但目前还不能保证完全的QoS。第章 绪  论  ()IPoverEthernet。这是在局域网中占有率高达以上的技术方案。由于千兆以太网(GE)采用和以太网相同的帧,故此方案所采用的GE交换机设备可大大简化,并在网络和应用的平滑升级方面具有优势。其不足是目前也无法保证完全的QoS,且运营监控、流量优化等管理功能先天较弱,不适合用于大型城域网。第章 绪  论  综上所述,宽带IP网的业务架构应是一个混合结构,应综合汇聚以上技术方案的优点。在宽带IP网的核心层,应采用IPoverDWDM或IPoverSDH技术构建骨干网,提供充足的主干带宽,提供全网的关键业务和运营管理。而在其边缘汇聚层,可采用IPoverATM技术来汇集各种业务。在网络的接入层,应采用GE技术提供与局域网的平滑过渡例如提供Mbs的以太网接入。第章 绪  论 接入网及发展  多媒体通信网络除了骨干网之外,同样重要的是接入网(AccessNetwork)。世界范围内的通信网可分为全球网、国家网、广域网、本地网和用户接入网几个层次。用户接入网是整个网络的最底层,它的一端连接用户设备和终端,而另一端则接在骨干网的一个节点上。第章 绪  论  对于骨干接入网,目前主要有两种速率接口,即Mbs的双向对称速率的接口和Mbs的不对称速率接口(或者双向Mbs的对称速率接口)。  目前我国电信网的用户接入网仍以传统的模拟铜缆为主要传输媒体,其传输距离和带宽受到限制,且技术装备落后,使用业务单一,在一定程度上限制和制约了通信的高速发展,成为整个通信网络的ldquo瓶颈rdquo。因此,要满足多媒体通信和宽带高速业务的需要,就必须实现接入网的数字化、宽带化和智能化。第章 绪  论  在过渡阶段,电信网的PSTN提供kbs、kbs、kbs、kbs的接入速率N-ISDN提供kbs、kbs的接入速率ADSL提供下行速率Mbs~Mbs的所谓宽带接入。  下一步,采用光纤到小区、光纤到桌面(FDDI)可实现更大带宽的高速率接入。用户光纤按树型结构敷设,用户独占带宽利用时分多址(TDMA)方式实现光缆信道共享,可以开通交互型或分配型AV业务。第章 绪  论 H多媒体通信系统 H协议  一个多媒体通信系统涉及许多协议,主要包括基础网络协议、网关控制及互通协议、多媒体通信控制协议三部分。其中应用层协议最复杂,不同的应用层协议构成了不同的多媒体通信系统。在ITU-T制定的一系列多媒体通信协议中,应用最广的为Hx系列框架协议,如表-所示,它们分别适用不同的通信网络。第章 绪  论表- Hx系列框架协议特性第章 绪  论H协议是以IETF定义的RTPRTCP协议为基础,对呼叫信令和附加的音视频编码进行扩展而形成的框架协议。H框架协议对一个多媒体通信系统的组成方式、业务呼叫方式及呼叫信令程序进行了详细的描述。H系统协议栈如表-所示。第章 绪  论表- H系统协议栈第章 绪  论 H通信系统的组成  一个H多媒体通信系统主要由终端(T)、网关(GW)、网守(GK)、多点控制单元(MCU)四个主要的组件组成。图-是一个典型的H系统,该系统通过H网关与其它Hx终端相连。第章 绪  论图- H系统及组件第章 绪  论  H终端  H终端包括音频编解码器、视频编解码器、数据信道复用和系统控制四部分。典型的H终端的结构如图-所示。第章 绪  论图- H终端结构第章 绪  论  )音频编解码器  音频编解码器根据G标准编码,能够发送和接收A律、mu律信号。一个终端可选择运用G、G、G、MPEG-和G音频标准(kbs及kbs)进行编解码,并可进行不对称工作。在编解码时,编解码器使用的音频算法是通过在能力交换期间使用H得出的。音频流根据H标准进行格式化。音频的每个信道伴随有一个为音频控制而开放的逻辑信道。音频编解码器一般采用专用DSP芯片来实现。第章 绪  论  )视频编解码器  视频编解码器采用HH协议,图像格式可以选择QCIF、CIF、SQCIF、CIF和CIF格式视频不进行BCH纠错,允许以不对称的比特率、帧率、图像分辨率运行,例如允许具有CIF能力的终端以QCIF格式发送图像,而接收CIF格式的图像。视频流根据H分组协议的规定格式进行传送,每个为视频开放的逻辑信道应伴随有一个为视频控制而开放的逻辑信道。第章 绪  论  )接收通道延时  接收通道延时对语音通道进行适当的额外延时处理,保证与视频图像通道延时一致,实现语音和图像显示的ldquo唇音rdquo同步。  )数据通道  根据应用的要求,可选择一个和多个数据信道,数据信道可以是双向的或者是单向的。考虑到T是Hv终端与H、H或H终端间进行互操作的必备基础,因此,Hv终端在通过H通信规程的协商而实施的多种可选的数据应用中,具备T应用是所能提供的能力之一。第章 绪  论  )系统控制  ()H控制能力。H控制信道承载管理H系统操作的端到端控制消息,包括能力交换、逻辑信道的开关、模式优先权请求、流量控制消息、通用命令和指示。H信令在两个终端间或一个终端和多点控制单元间建立。对于端点间参与的呼叫,端点应在每个方向上建立一个H控制信道,并使用H标准的消息和规程。  ()呼叫控制。运用H呼叫控制信令来建立两个H终端间的连接。呼叫信令信道的开启先于H终端间的H信道和其它任何逻辑信道的建立。H包括RAS和Q协议两部分。RAS(Registration,AdmissionandStatus)主要实现呼叫的设备管理、地址解析、计费和认证信息的传递。第章 绪  论  H网关  在会议系统中,网关是跨接在两个不同网络间的设备,它把位于两个不同网络上的会议终端连接起来组成一组会议。如果会议在一个网内召开,就不需要网关,因此网关是H会议系统的一个可选组件。在实际的H会议系统中有两种场合将用到网关。第一种场合是一组会议的两群与会者在不同的网中(如一群与会者在IP网中,另一群与会者在PSTN网中)另一种情况是两组与会者在不同的网段上,为了旁路一些路由器或某些低速传输通道而从网关转绕。第章 绪  论  H网关的主要作用是:  ()提供传输格式间的转换(例如从H到H)。  ()提供通信规程间的转换(例如从H到H)。  ()提供视频、音频、数据格式转换(例如从G到G,从H到H)。  ()提供呼叫控制信令的转换。  ()管理广域网和局域网流量及T路由选择。第章 绪  论  网关控制协议主要有:  ()MGCP(媒体网关控制协议)mdashmdash描述呼叫控制不在网关内部实现,由外部呼叫控制单元实现的应用编程接口协议。  ()SGCP(简单网关控制协议)mdashmdash基于UDP的简单协议,可以管理端点及端点的连接。第章 绪  论  H网守  网守在H系统中是一个可选项,它向终端提供呼叫控制服务。网守逻辑上与端点分离,但其物理实现可能存在于一个终端、MCU、网关单元、服务器或其它相关设备中。H专门为网守设计了一个信道,即RAS信道。第章 绪  论  网守的主要功能是:  ()地址翻译mdashmdash将别名地址翻译成传输层地址。  ()参会许可权的控制与管理mdashmdash根据一些准则,来确定终端用户是否有权进入会场,如有权则进入会场处理,如无权则拒绝其进入会场。  ()带宽控制与管理mdashmdash根据网络上带宽资源的使用情况对终端用户使用带宽进行控制和管理。  ()呼叫管理mdashmdash对终端用户的呼入处理,并可进行呼出,或进行呼叫转移。第章 绪  论  多点控制单元(MCU)  多点控制单元用来支持多点会议。它由多点控制器(MC)和可选的多点处理器(MP)组成。MC提供支持多点会议的控制功能,在多点会议中,MC将进行与每一个终端间的能力交换,以确定会议中的公共能力。一个终端离开会议时,MC将修改它的能力集并将其发送给与会的终端。MC为会议选定通信模式,并使得在会议中的各终端工作在共同选定的通信模式下。MC可以存在于网守中,也可以存在于网关、终端或MCU中。第章 绪  论  MP接收来自终端的音频、视频和数据码流,这些码流在MP中进行处理后再送回到终端去。MP对视频的处理有两种方式:其一是视频切换,可由主席手动控制或依据声音大小来自动控制其二是视频流复合,将若干站点的画面复合在一个画面上,实现多画面显示(分屏显示)。第章 绪  论 H通信系统的控制方式  通信建立和控制是H终端的核心功能,它提供了控制H终端进行正确操作的信令。这些功能包括呼叫控制(建立和拆除)、能力交换、命令和指示信令、用于开放和描述逻辑信道内容的报文等。H借用H和H协议来实现通信的建立和控制,整个系统的控制由H控制信道、H呼叫信令信道以及RAS信道提供。  H标准描述了在无QoS保证的LAN上媒体流的打包分组与同步传输机制。H对传输的视频、音频、数据与控制流进行格式化处理,以便输出到网络接口,同时在网络接口输入报文中添加控制信息。另外,它还完成逻辑成帧、顺序编号、纠错与检错功能。第章 绪  论  在H系统中,终端与终端之间的通信可以是点对点的连接,此时不需要网守和MCU。点对点通信过程中,端点间的信令消息是直接传递给对端的。端点根据事先知道的端点的IP地址和呼叫信令所采用的公认TCP端口号建立至端点的TCP连接,从而建立起两者间可靠的呼叫信令信道,然后在此信道上交换Q协议消息在端点发送的连接消息中,端点回送自身的H控制信道的TCP端口号,两者建立起H控制信道。第章 绪  论  呼叫接入认证控制  端点在发起呼叫时,用RAS控制信道向网守发出接入认证请求ARQ消息,控制信道为RAS信道(下层采用UDP),网守同意接受该呼叫后,返回端点ACF消息,同时在端点和网守或端点之间建立起呼叫信令信道,进入呼叫建立控制阶段网守拒绝接受该呼叫后,返回端点ARJ消息。第章 绪  论  呼叫建立控制  端点和网守或端点之间采用呼叫信令协议(Q)来交换建立成功呼叫需要的信息,控制信道为呼叫信令信道(下层采用TCP)。呼叫建立成功后,在端点之间建立起H控制信道。第章 绪  论  媒体信道连接控制  端点之间在呼叫建立成功后,用H协议建立两者间的媒体通道,控制信道在端点间建立起具有一定带宽的一个或多个逻辑信道。  呼叫建立和控制过程中,通信双方之间交换信令及控制消息的方式有直接呼叫和通过网守迂回呼叫两种方式,同样媒体控制消息的传送也有直接和经过网守迂回两种方式,具体采用何种方式由网守决定。第章 绪  论    我国多媒体通信市场的发展现状  经过十几年的发展,国内多媒体通信市场已经初具规模,其主要特点可归纳如下:  ()网络建设如火如荼。多媒体通信业务不断增长的需求,刺激了网络建设的飞速发展。一方面,现有通信网络为适应多媒体通信的要求而不断完善另一方面,各个运营商新建或扩建多媒体通信网络,提供宽带服务,希望借此提高自身竞争能力和管理水平,抢占最有利的多媒体通信业务市场。目前各种校园网、局域网、无线局域网、宽带IP城域网、IP专网等日趋完善,网络的发展已形成多网络、多业务、大范围的覆盖区域,同时多种网络趋于互通、融合,这为多媒体通信业务的发展奠定了良好的基础。第章 绪  论  ()应用领域不断增加。多媒体通信的应用领域从最初的电信部门和政府行政会议逐步发展到电力、石化、交通、公检法、工商、税务、文教、卫生、水利、环保、商务、军事、集团企业等各行各业,使得其业务需求迅速升温,规模持续扩大。第章 绪  论  ()业务范围更趋广泛。目前,多媒体业务从最初的IP电话和简单的政府行政会议发展为商务管理会议、远程医疗、远程教育、远程培训、远程监控、虚拟演播室、虚拟模拟驾驶、军事指挥、电子商务、网络娱乐等多种应用形式。随着IP网络的普及和新发展,基于分组交换方式的H系列多媒体业务成为发展的主流,基于IP网络的音视频流媒体应用,如远程网络教学的精品课件播放、多媒体邮件、视频点播业务,也呈现出快速增长的态势,其中IPTV视听业务更成为发展的亮点。第章 绪  论  ()技术飞速发展。高速DSP芯片技术、嵌入式处理器技术、流媒体技术、新一代音视频编解码技术、多点控制技术、宽带网络交换技术、软交换与下一代网络技术等获得了快速的发展和运用,也极大地促进了多媒体业务的实现。第章 绪  论  ()设备日新月异。在H时代,多媒体通信设备,从终端设备到网络传输设备,再到系统控制设备,几乎为国外少数几个厂商所垄断。在H时代,终端设备、网守、网关、多点控制单元(MCU)以及网络传输设备,种类多样,性能从低端到高端都有覆盖。目前在实际应用中已能够看到国内许多厂商的产品,并表现出良好的性价比。第章 绪  论  ()未来与挑战。目前的IP网络还存在QoS的问题,虽然有各种各样的解决方案,但使用起来较为复杂。另外,IP网络的安全问题至今没有得到彻底的解决。这都限制着以其为支撑网络的多媒体应用的大规模普及。如何保持IP网络的开放性和简单性,同时使其具有安全性以及服务保证,这是一个很难的选择,无疑也是我们必须面对的挑战。第章 绪  论  IPv标准的不断完善以及下一代网络技术的研究和探索也将为多媒体通信开辟更为广阔的前景。  无线IP网络已成为下一代网络的一个主要分支,正在朝G方向迈进。要在G上实现高速稳定的数据传输和承载实时视听多媒体业务,必须考虑如何在具有多径衰落、同频干扰、噪声干扰、带宽波动、延时抖动等特性的无线信道上实现视频压缩媒体流的同步及误码控制传输。

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