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第1章 宽带网多媒体系统. 本章重点： · 多媒体系统概述：多媒体系统含义、系统组成、系统特点 · 传统多媒体系统： PSTN 可视电话、视频会议、远程监控、远程医疗系统 · 宽带多媒体系统： VOD、DVB、IP 网络电话、 IP 网络视频会议、远程教学. 1.1 多媒体系统概述. 1.1.1 多媒体系统含义 多媒体系统是将文字、图形、图像、声音、动画等数据信息集成处理的计算机系统。. 1.1.2 多媒体系统组成.
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第1章 宽带网多媒体系统 本章重点： ·多媒体系统概述：多媒体系统含义、系统组成、系统特点 ·传统多媒体系统：PSTN可视电话、视频会议、远程监控、远程医疗系统 ·宽带多媒体系统：VOD、DVB、IP网络电话、IP网络视频会议、远程教学
1.1多媒体系统概述 • 1.1.1多媒体系统含义 • 多媒体系统是将文字、图形、图像、声音、动画等数据信息集成处理的计算机系统。
1.1.2多媒体系统组成 • 多媒体系统是由多媒体硬件和多媒体软件组成的系统。多媒体硬件包括多媒体计算机（内含视频采集卡、音频采集卡等）、多媒体外设（例如摄像头、投影机、数码相机、扫描仪、大屏幕等）、多媒体传输设备（交换机、路由器等）。
1.1.2多媒体系统组成 • 多媒体软件系统包括支持多媒体设备和通信的操作系统（如Windows 98）、多媒体压缩软件（如WinZip）、多媒体制作工具（如Author ware）、多媒体播放软件（如Quick Time、媒体播放机Media Player）、多媒体采集处理软件（如长信公司的Power Meeting 230软件）、多媒体视频监控软件（如长信公司的Power Meeting 960软件）。 • Quick Time的Movie Player和Media Player的主界面如图1-1、1-2所示。
1.1.3多媒体系统特点 • 多媒体系统的特点有以下四个： • （1）系统数据的采集生成、传输、使用、存储的全部处理过程都在计算机的控制下，因而多媒体系统是高度智能化和高速化的。 • （2）系统涉及图、文、声、像、动画等数据是统一在一个系统中处理的，它们有机地结合在一起，用户看到听到的是一个完整的系统，因此多媒体系统是高度集成化的。
1.1.3多媒体系统特点 • （3）系统的图、文、声、像、动画等数据处理和存储的格式是二进制数字格式，适用于计算机系统的编辑、播放、存储、再现，因此多媒体系统是数字化的。 • （4）系统在运行过程中，某些环节允许用户实时地实施控制，比如图像回放、图像局部放大、声音回放、声音复制等，而且这些操作只需通过鼠标的简单点击、拖动即可完成，可见多媒体系统是实时交互化的。
1.2传统多媒体系统 • 1.2.1 PSTN可视电话系统 • 公共电话网是多媒体通信的一个重要的应用领域，除了传真图像以外，可视电话是电话网上开展非话业务历史最长的一种。
1.2.1 PSTN可视电话系统 • 可视电话是计算机技术、数字压缩、解压缩技术以及通信技术结合的高科技产品，它符合国际电信联盟ITU－T H.324标准，适用于普通电话网（PSTN网）。其连接简单，同普通电话一样，只要与电话线和调制解调器Modem相连，接通主机电源即可使用，话费同一般电话一样。普通电话网是一种专为音频传输设计的网络，其频带较窄，数据传输速率慢，不适于传输具有极大数据量的数字视频信号。
1.2.1 PSTN可视电话系统 • 可视电话采用国际先进的压缩技术和算法，对视频信号的数据量进行合理的压缩，降低了视频信号的数据量，并通过编码调制，使PSTN网可以有效地传输数字音频和视频信号。并充分地利用PSTN网的带宽，使得传输的图像速率最高可达15帧／秒，这个速率是PSTN网传输视频信号的最高帧速率。
1.2.2电信网上的视频会议系统 • 1.2.2.1视频会议含义 • 视频会议是指通过多媒体终端和网络，使身处异地的与会者可以就同一议题参与讨论，互相之间不仅可以听到发言者的声音，而且还可以看到发言者的图像及背景，同时还可以交流有关该议题的数据、文字、图表等信息。但是现在大多数的视频会议业务是通过电信网络召开的，它的会议控制、信息交流是由专门的多点控制器（MCU）来担任的，本质上仍属于专网的性质，而且会议的功能也很有限，难于跨网实现通信。
1.2.2.2 视频会议分类 • 目前，视频会议系统可分为2类。 • （1）一类是会议室型，用于跨地区的大、中型会议，可以连接多达几十个会议点，通常人们所指的视频会议多指这一类系统。 • （2）另一类是桌面型视频会议系统（Desktop Video Conferencing System），它主要用于领导、专家以及企业家（开会人数较少）之间的交流。
1.2.2.2 视频会议分类 • 会议室型的视频会议系统一般采用DDN方式，因为DDN能提供较高的专用带宽，如384Kbps或768Kbps，图像质量清晰、稳定，但是系统的会议终端和多点控制单元（MCU）比较昂贵，而且租用线路的价钱也不便宜。正是由于这一限制，桌面型视频会议系统逐渐流行起来，基于电信网的桌面会议系统主要基于ISDN网络。采用ISDN网络无需另外铺设线路，视频终端内除需要插视频卡以外，还要插一块ISDN通信卡，传输速率为B（64Kbps）或2B＋D（144Kbps）, 也可以是6B＋D（384Kbps）。
1.2.2.2 视频会议分类 • 虽然其会议终端和租用线路的价格较上述DDN视频会议系统便宜，但是其图像质量却不如DDN视频会议系统。另外，如果会议信号通过基本接口以2B＋D方式进入ISDN网，虽然可实现多点间的通信，但其通信功能要受到ISDN网功能的限制，难以实现复杂的多点之间的各种通信功能。因此，目前基于ISDN网的视频会议系统多采用点对点方式。
1.2.2.2 视频会议分类 • DDN视频会议系统中，担任会议信息交换的是多点控制器（MCU：Mnltipoint Control Unit）。用MCU组成的多点会议系统的网络拓扑呈星型结构，每个MCU可用专线连接若干个分布在不同地点的会议终端。如果还需要更多的点，则可将二个或多个MCU级联起来，如图1-3所示：
DDN多点会议系统 • 每个点的图像和声音信号都送到MCU，通过VIP总线实现系统内信息交换，完成多点会议的功能。 • DDN多点视频会议系统示意图如图1-4所示。
1.2.3 远程监控系统 • 1.2.3.1远程监控系统含义 • 随着计算机网络技术的发展，基于网络（PSTN、ISDN、LAN、WAN等）的视频应用愈来愈引起人们的重视，视频传输技术的应用系统方兴未艾，已经对社会、企业信息化产生了巨大的影响。监控系统作为视频技术应用的一个很重要的领域，正逐渐地从昂贵的模拟系统向廉价的数字系统发展。
1.2.3.1远程监控系统含义 • 远程监控系统是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型数字视频监控系统。
1.2.3.2远程监控系统组成 • 远程监控可以分为远程监视和远程控制两部分内容，远程监控运用各种先进的网络、多媒体和电子技术，使过去只可能在本地监视的活动现在可在遥远的异地实现。这样一来，某些工作就不需要专门的人员必须出现在现场，如监控某一海洋石油平台的工作，通过远程监控系统可以在陆地上实现。这里我们要注意远程监控和传统监控系统的区别，传统的监控系统只局限于同一地点，如一座大楼、一家工厂。监控点和监控中心不需要WAN来传递信息，并且视频信息没有经过编码处理。
1.2.3.2远程监控系统组成 • 而远程监控则是监视点与控制中心分别位于两地（甚至在不同国家），需要通过WAN来连接传递信息。这样一来，视频和音频数据必须经过编码压缩处理，才能在有限的带宽资源上传递。这种系统具有附属设备少、造价低、操作简单、维护方便等特点。
1.2.3.3监控系统与视频会议的区别 • 监控系统与视频会议系统的最大区别在于：视频会议系统是双向的，而大多数监控系统是单向的，且不需要传递声音。因此从实现上相对简单一些。但是如果用户要求的远程监控系统需要有实时的双向音视频传输，则视频会议系统只要经过适当的功能修改，即可作为远程监控系统。
1.2.3.4基于PSTN监控系统结构 • 基于PSTN的监控系统结构如图1-5所示。
PSTN监控系统结构 • 图1-5中，n个监控点和m个监控中心都通过调制解调器接入公用电话网络。当任何一个监控中心希望了解某一个监控点的情况时，都要以通过拨号连接到该监控点。如果监控中心具备同时连接多个调制解调器的能力，它还可以同时观察若干个监控点的情况。一般的监控系统只能监控图像，但如果必要，PSTN系统也可以将监控点的声音也同时传送到监控中心，从而极大地改善监控系统的性能。
PSTN监控系统结构 • 该系统的一个最简单的应用是家庭用户，当你举家出游时最担心的恐怕就是家里的安全，如果随身带有便携机，为了了解家里的情况，所要做的只是通过计算机拨通家里的电话，对家里的情况就会了如指掌。
1.2.3.5 PSTN监控系统特点 • PSTN监控系统的一个很重要的优点是它不需要铺设特殊的线路，而是充分利用现有公共电话网络。当然由于带宽的限制，目前图像的传输速率和质量还不能完全令人满意，不过对于监控点变化不大的情况，其主要指标是可以满足需要的，而且随着视频技术的发展以及传输线路质量和调制解调器传输速率的不断提高，这种系统的性能是将会得到极大地改善
1.2.4 远程医疗系统 • 1.2.4.1远程医疗系统含义 • 远程医疗系统也是视频会议系统的一个应用，它基于计算机和通讯技术，借助电脑，通过传输信道如局域网、ISDN、DDN、INTERNET、INTRANET、无线网或者卫星信道，在两点或者多点间建立可视通信，实现图像、语音及数据交流的远程电子医疗系统。通过远程医疗系统，将本地医疗数据、放射图像、医疗记录、病人档案及医疗咨询发送到异地，由异地的专家采用遥控摄像机和微摄像设备转动，进行图文扫描来会诊并将结果传回本地，实施远程医疗；
1.2.4.1远程医疗系统含义 • 还可实现医疗单位远程的教育培训、行政会议、交流探讨等；还可访问INTERNET以寻求国外医疗帮助。 • 远程医疗在中国已经有了五、六年的发展历史，现在几乎每个省都有配备了远程医疗系统的医院。但在大多已配备了远程医疗系统的医院里，医疗效果和经济效益并不十分显著，这主要是因为远程医疗系统中仍有许多困难存在。
1.2.4.2远程医疗系统存在的技术问题 • 现有远程医疗系统所采用的通讯网络多种多样，各有利弊。直接线路（甚至光缆）显然是最快速的方案，但只适用于医院内部网络，省际间的高速线路还得等待中国信息高速公路的建成。卫星通讯也能提供较高速的连接和较理想的会诊效果，但其成本及运营费用非一般医院所能承担。
1.2.4.2远程医疗系统存在的技术问题 • MODEM（电话线）显然是较为可行的通讯方案，并且业已被大多数系统作为首选通讯方案，但其弱点也是显而易见的：速率低、不稳定、易中断。ISDN作为一种新的通讯方式，已经以其128kb/s的速度和稳定性、多功能等优点而显示出了强大的生命力。随着Internet的普及以及基于IP的公众多媒体通信网络的建立，为远程医疗打开了一个广阔的应用天地。处在现代医疗卫生中心的医生可以通过多媒体通信网为边远地区的病人提供医疗服务。通过多媒体视频终端
1.2.4.2远程医疗系统存在的技术问题 • 医生不仅可以面对病人进行观察和询问，同时还可以通过远端的医疗传感器或仪表对病人进行多项病理检查，检查的结果可立即传送到中心，为医生诊断提供依据。如果需要，通过远程医疗网络还可组织各地的医疗专家为患者进行会诊，讨论医疗方案。
1.2.4.2远程医疗系统存在的技术问题 • 现有的远程医疗系统所能提供的会诊手段非常有限，一般只是由被服务方将病人的病史与病情以文本文件方式，将图片资料（CT片、X光片、心电图等）扫描入计算机后以图形文件方式传送给服务方，服务方将资料打印出来后交给专家预诊。正式会诊时双方只能通过询问、读图等方式进行（由于通讯原因，实时病人动态图像几乎不能作为诊断依据），专家对病人很难进行深入的了解，这大大影响了会诊的效果。
1.2.4.3远程医疗发展方向 • 为了提高远程会诊的效果，采用一些新的诊疗手段势在必行。目前的主攻方向是远程心电图、心音图，即被服务方将病人的实时心电、心音数据直接通过远程会诊系统实时传到服务方，使会诊专家可以看到实时病人病理切片、心电图、心音图；病人也可身临其境地接收医生的询问和诊断。从而充分发挥名医专家的作用，节省各项费用开支。
远程医疗系统示意图 • 远程医疗系统示意图如图1-6所示。
1.3宽带多媒体系统 • 1.3.1 视频点播VOD • 1.3.1.1 VOD含义 • 视频点播（VOD：Video On Demand）是一种最近发展起来用于家庭娱乐的多媒体系统。它由VOD视频服务中心和许多VOD用户组成。在VOD用户家中的电视机上有一个称之为“机顶盒”的装置。它的最主要的功能就是对所接收的经过MPEG－2压缩的视频、音频数码流进行解码运算，还原成电视机可以接收的音频和视频信号。它的另一个功能就是将用户点播节目的指令送给视频服务中心。
1.3.1.1 VOD含义 • 视频服务中心实际上是一个由高速计算机控制的庞大的多媒体数据库。它在检测到用户的点播指令后，立即将用户所需的节目发送给用户。视频点播、VOD是对传统的被动地看电视方式的一种突破，它可以根据用户的要求随时随地向用户提供他想看的电视节目。
1.3.1.1 VOD含义 • ITU－T的I.375建议中定义的VOD业务是一种交互式的多媒体业务。VOD用户不但可以调看电视节目，还可以对节目实行多种控制。如同控制录像机那样，可以进行倒带、暂停、快进、快退以及搜索等操作。VOD系统的功能还可以进一步扩展，例如可以利用VOD系统进行电视购物、远程教学或者信息检索等业务。
1.3.1.2 VOD组成 • VOD系统的构成如图1-7所示，主要由视频服务器、交换局、接入网和众多的VOD用户电视机上的机顶盒组成。
1.3.1.2 VOD组成 • 1.视频服务器 • 视频服务器一般由三部分组成： • (1)高速SCSI磁盘阵列（高速SCSI 320Mb/s） • (2)高性能处理器及高速总线 • (3)高速通信卡（ATM网用ATM 155Mbps适配卡，高速以太网使用100Mbps以太网卡，FDDI网则使用FDDI网适配卡，一般这样的网卡支持50用户，当用户增加时，要增加网卡或视频服务器的数量）。
1.3.1.2 VOD组成 • 视频服务器通过通信网络面向众多的用户，是VOD系统中最为核心的部件之一，它能够大容量地存储经压缩的视频数据，并能按照各种要求并行播放它们。 • 视频服务器必须能满足用户的这些要求，具有允许访问、数据重放、数据加密及播放控制等功能。此外还要满足每个用户的暂停、快进、快退等类似于录像机操作的要求。视频服务器除了具有相应的硬件结构外，还要具有良好的管理软件。
1.3.1.2 VOD组成 • 2.交换局 • VOD业务交换局的功能是指按用户指令建立一条远端视频服务器（或本局视频服务器）到用户的宽带通道，并完成计时等管理功能。交换局包括前端设备和视频拨号（VDT：Video Dail Tone）网关等。前端设备用于在接入网前对视频信息进行格式化、复接和调制的设备；VDT网关是在用户机顶盒上附加器和业务提供者之间建立信道道，同时向双方传送控制信息。
1.3.1.2 VOD组成 • 3.接入网 • 接入网是指从交换局到用户终端之间的传输手段，它包括前端设备和物理传输设备。接入网的设置要考虑综合业务的接入能力，包括VOD业务、电话业务、CATV和高速数据等业务。在实际应用中，可根据不同的情况采取不同的接入方式。
1.3.1.2 VOD组成 • (1)CATV同轴电缆和模拟调制 • 以原有CATV网为基础，模拟调制信号的带宽在0.5～1.5GHz之间选择，每路视频信号分配8MHz带宽。可利用CATV原有的4路8MHz上行信道传送VOD上行信息。 • (2)CATV同轴电缆和数字调制
1.3.1.2 VOD组成 • 频带选择在550～750MHz内，仍采用8MHz的带宽分割，调制方式为64QAM或16VSB。这样在8MHz的带宽内可以传3～30Mb/s的数据信号，相当于1～10路 VOD信号。 • (3)ADSL的双绞线 • 利用不对称高速数字用户环路（ADSL）技术可向用户传送8Mb/s左右的视频信号及窄带的用户上行信号，传输距离可达3～5公里，可传2路MPEG－2信号或6路MPEG－1信号。
1.3.1.2 VOD组成 • (4)光纤和同轴电缆混合使用（HFC） • 从交换到用户小区采用光纤，从光节点到用户住宅采用树状电缆结构，每个光节点可以向几百用户提供VOD业务。光纤的调制频带和调制方法与同轴电缆一样，这样可省去光纤电缆节点上的信号形式转换。 • 由上可见：用户接入网技术很多，如ADSL技术、Cable Modem技术等，用户的网络包括光纤网、有线电视网、局域网等多种网络，
