第8章多媒體技術和交互式電視8.1多媒體信號和多媒體技術

8.2多媒體信號的傳輸

8.3多媒體技術的應用

8.4交互式電視組成與原理

思考練習題

8.1多媒體信號和多媒體技術

隨著計算機技術、數字圖像壓縮技術和超大規模集成電路技術的發展，由這些技術交匯而產生的多媒體技術也得到了發展。

多媒體是指兩種或兩種以上的媒體。媒體是指攜帶信息的載體，通常應該包括圖像和聲音，可能還有文字、符號、圖形、動畫、圖片等等。多種媒體攜帶的信息是相互聯系、相互協調的。計算機交互處理這些媒體的技術即是多媒體技術。多媒體信號應具有以下三個特征：

(1)綜合性：多媒體信號應是相互有關的多種媒體的信號的綜合。

(2)交互性：通信雙方能充分地進行信息傳送或交流，能獲取、處理、編輯、存儲、展示這些信息媒體。

(3)同步性：多種媒體能同步地、協調地傳送信息。廣播電視中的圖像、聲音、時間、字幕同步地傳送，具有綜合性和同步性，但沒有交互性，所以廣播電視不屬于多媒體；而視頻點播VOD(VideoOnDemand)使觀眾可以選擇節目，可以控制節目的暫停和繼續播放，能夠選擇觀看影片的多種結局之一，所以視頻點播屬于多媒體。通常認為電視會議、可視電話、安全監視、遠程醫療、電子商務、遠程教學等均屬于多媒體范疇。多媒體遠程教學與一般的廣播電視教學的教師講學生聽的模式不同，教師講課時可向學生提問，學生除聽課和回答問題外也可向教師提問。師生之間可頻繁交流信息，有圖像、

語音、文字、符號、圖形、動畫、CAI(計算機輔助教學)課件等媒體。這種多媒體遠程教學因為生動、直觀、交互性強，所以能充分調動學生的積極性，取得良好的教學效果。 8.2多媒體信號的傳輸

圖像信號要求實時傳輸。視頻信號不壓縮時傳送速率在270Mb/s左右，高清晰度電視(HDTV)的信號傳送速率高達1000Mb/s。為了在網絡中傳送更多的多媒體信息，對視頻信息應進行各種壓縮。按照H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2等視頻壓縮的國際標準，HDTV壓縮后的速率也只有20Mb/s。至于可視電話，在公用電話網(PSTN)上傳送時，可壓縮為20kb/s左右。語音信號也要求實時傳輸。語音信號如不壓縮需64kb/s的速率，經過壓縮后可降到32kb/s、16kb/s、8kb/s甚至5～6kb/s。視頻與音頻壓縮編碼是多媒體信號傳輸的關鍵技術。通信服務質量QoS(QualityofService)是通信網絡性能的重要參數，也是網絡效果的主要表示參數，用來描述通信雙方的傳輸質量。QoS基本參數包括系統吞吐率、網絡傳輸的

穩定性、可用性、可靠性、傳輸延遲、傳輸碼率、出錯率、傳輸失敗率、安全性等。傳輸碼率只是其中的主要參數之一，不同的系統強調的參數往往不同，而且QoS參數的設置一般采用分層方式，不同層的參數有不同的表現形式。在用戶層中，針對音頻、視頻信息的采集和重顯，QoS參數表現為采樣率和每秒幀數。在網絡層中，QoS表現為傳輸碼率、傳輸延遲等表示傳輸質量的參數。描述網絡管理的QoS時，應主要考慮網絡資源的共享、參數的動態管理和重組等。8.2.1

PSTN

PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork，公用電話交換網)是公共通信網中規模最大、歷史最長的基礎網絡。電話網的主要用途是傳輸語音信號，用戶的語音信息可通過傳輸線路和交換設備進行互傳。該網絡的終端設備主要是普通模擬電話機，要求所傳輸的信號帶寬在300Hz～3.4kHz之間。

目前，電話網以模擬設備為主的情況已經發生了根本性的變化，數字傳輸設備和數字交換設備不斷地被引入電話網，如數字光纖時分復用設備，計算機數字程控交換設備，所有這些數字化設備已經使公用電話網成為一個以數字設備為主體的網絡。但在用戶線路上傳輸的信號中，模擬語音信號的比例仍然最大，這給在公用電話網上傳輸數字信息帶來了困難。目前，在公用電話網上傳輸數字信號的主要手段仍然是要依靠調制解調器(Modem)，為此ITU-T提出了V系列建議，如描述接口電氣特性的V.28、V.35、V.10、V.11等建議，描述接口間各條接口線路功能及其動作的V.24建議等。還有一些建議是用于描述Modem本身的，如V.21、V.22、V.32等等。

利用符合V.34建議的調制解調器，在PSTN網上可傳輸符合H.324標準的傳輸碼率低于64kb/s的可視電話。V.34是有關28.8kb/s速率的調制解調器的建議。QoS參數為S-QCIF或QCIF格式，7.5幀/秒，Y∶U∶V為4∶1∶1，12比特/像素。8.2.2

ISDN和STM

模擬電話網中，一對電話線只能傳送一路模擬電話信號。隨著通信技術的發展，出現了ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork，綜合業務數字網)，可以支持語音、數據和

圖像等幾種媒體的傳輸業務，其基本傳輸速率為160kb/s。它利用一對電話線，同時傳送兩路數字電話信號(B通路，每路可傳送速率低于64kb/s的數字電話或數字數據)，采用同

步時分復用方式，也稱為STM(SynchronousTransferMode，同步轉移模式)。根據CCITT建議，電信的傳輸、交換、復用統稱為轉移模式。STM在ISDN中的復用方式如圖8-1所

示，以125μs為一幀，共傳送20b，時間上分為3個信道2B+D，每個B信道傳送8b數字電話信號，一個D信道傳送2b信令信號(電話號碼等，速率為16kb/s)，還有供同步、控制等傳輸開銷用的2b。各子信道的信息占用了固定的時隙。各時隙以125μs為周期出現，根據信號所占用的時隙位置，就可判定是哪個子信道的信號，這就是STM。圖8-1

STM的時分復用在STM模式中，分配給了一個信道的一個固定時隙，只能傳輸該信道上的數據，不能傳輸其它數據。如果該信道上沒有數據要傳輸，相應的時隙就空閑，空閑時隙多時會造成帶寬的極大浪費。

綜合業務數字網可傳輸會議電視和可視電話。當上述2B+D的基本接入(BasicAccess)速率不夠時，可使用23B+D、30B+D的基群接入(PrimaryAccess)，取得1.544Mb/s或2Mb/s的傳輸速率。QoS參數為CIF格式，30幀/秒,Y∶U∶V為4∶1∶1，12比特/像素。8.2.3

B-ISDN和ATM

B-ISDN(Broad-bandISDN，寬帶綜合業務數字網)與ISDN類似，利用同一線路在同一時間內傳送多個電信業務信號，其碼率在155Mb/s以上，采用異步時分復用，或稱為ATM(AsychronousTransferMode，異步轉移模式)。其傳送的信息以信元為單位，信元長度是固定的53B，其中信頭為5B，有用信息為48B。

在ATM模式中，各子信道的信號不是按一定時間間隔周期性出現的，因而不能再按固定的時隙位置來判斷其屬于哪個子信道。ATM要在信頭中的固定位置加一種標志信息，表明該信元屬于哪個子信道，即準備送到對方的哪個用戶。這樣，在信道上的時隙劃分就不必采用固定位置的方

式了。

ATM采用統計時分復用的方式來進行數據傳輸。統計時分復用就是根據各信道業務的統計特性，在保證業務質量要求的前提下，在各個業務之間動態地分配網絡帶寬，以達到最佳的資源利用率。這種方式可以解決STM中出現的帶寬浪費的問題。多個子信道根據它們不同的傳輸特性復用到一條鏈路上。與同步時分復用STM不同，在ATM中，時隙只分配給有數據要傳輸的子信道，沒有數據要傳輸的子信道不占用帶寬。因此，ATM在處理實時傳輸時能達到非常好

的性能。在一般的復用機制中，各個輸入帶寬的總和應小于傳輸線路的總帶寬；而利用統計復用的ATM可使輸入帶寬的總和大于總帶寬。

B-ISDN常用的交換方式有電路交換和分組交換。電話程控交換是電路交換方式，通信期間始終有一條電路被建立，也屬于STM模式，它是以固定時隙為基礎的交換。其優點是實時性好，沒有交換引起的時延，但線路的利用率低。分組交換把整個信息分成若干較短的分組，各分組均有一定的目的地址，采用“存儲轉發”方式。其優點是線路利用率高，但分組長度是可變的，兩個用戶在一次通信中各分組可能經由不同的路徑，因而會引入較大的時延，不宜用作實時通信。ATM交換把信息分成一個一個固定長度的信元。信元長度比分組交換時的分組小得多，它利用硬件連接進行信息交換，交換的速度非常快。ATM交換既有分組交換線路利用率高的優點，又有電路交換快速的優點，它是分組交換與電路交換的一種結合。因此，ITU已規定在B-ISDN中應采用ATM方式的復用和交換。這樣的以信元為基本單位的高速ATM信號，必須在寬帶網絡(例如光纖網絡)中才能傳輸。B-ISDN的傳輸速率在155Mb/s以上，可以傳送各種多媒體的新業務。8.2.4

IP網絡

IP網絡包括Internet(因特網)、Intranet(企業網)、WAN(WideAreaNetwork，廣域網)以及LAN(LocalAreaNetwork，局域網)等。IP網絡發展非常迅速，它利用TCP/IP

協議(TransmissionControlProtocolInternetProtocol)，只需給出對方的IP地址，就可十分方便地把信息送到對方終端。但目前IP網絡帶寬較窄，還不能保證多媒體通信業務所需的服務質量(QoS)。對于視頻和音頻傳輸，丟掉幾個分組不會造成很大的問題，但窄帶寬將導致視頻畫面有時清晰，有時模糊，甚至導致音頻信息的中斷。因此，要采用效率更高的壓縮編碼和協議來改善因特網中實時通信的質量。網絡資源預留協議RSVP(ResourceReservationProtocol)對于用IP有限的帶寬傳送視頻和音頻以及其它實時多媒體信息非常重要。采用RSVP技術，通信雙方在建立傳輸信息之

前預留了足夠的帶寬，服務質量會得到較好的保證。目前，RSVP的資源預留功能已在一些廠商的路由器和應用程序中實現。

分類服務技術是解決IP網QoS問題的一種十分有效的方法。不同類別的信息對網絡傳輸資源的要求是不同的，分類服務按業務類別將信息分給能充分保證其服務質量的網絡傳輸資源。

解決質量問題的根本辦法是拓寬網絡帶寬。現在美國正在積極研制下一代因特網NGI(NextGenerationInternet)，其目標就是要拓寬網絡帶寬。8.2.5

FC

FC(FiberChannel，光纖通道)技術是ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute，美國國家標準協會)為網絡和通道I／O接口建立的一個標準集成。它支持HIPPI(High

Perfor

manceParallelInterface，高性能并行接口)、SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型計算機系統接口)、IP、ATM等多種高級協議。它的最大特點是將網絡和設備的通信協議

與傳輸物理介質隔離開。這樣，多種協議可在同一個物理連接上同時傳送，高性能存儲體和寬帶網絡使用單一I／O接口，這使得系統的成本和復雜程度大大降低。光纖通道支持點到點(Links)、仲裁環(ArbitratedLoop，AL)、交換式網絡結構等多種拓撲結構。

1.概述

光纖通道是把設備連接到網絡結構上的一種高速通道，它既具有單通道的特點，又具有網絡的特點，它可以是連接兩套設備的單條電纜，也可以是連接許多設備的交換機產生的網狀結構。光纖通道的最大優點是速度快，它可以給計算機設備提供接近于專業設備處理速度的吞吐量。

光纖通道與協議無關，它提供了一種在源設備(如計算機或磁盤陣列)的發送緩存器和目的設備的接收緩存器之間傳送數據的方法，所以它是一種通用傳輸機制，適用范圍廣，可適合多種性價比的系統(從小系統到超大型系統)，支持現有的IP、SCSI、ATM、HIPPI等多種協議。

光纖通道規范定義的各種類型媒介支持的最大網絡長度如表8-1所示。表8-1

FC中各種媒介支持的最大網絡長度

2.FC的結構

FC定義為多層結構，但是所分的層不能直接映射到OSI(OpenSystemInterconnection，開放系統互連)模型的層上。FC的五層定義為：物理媒介和傳輸速率、編碼方式、幀協議和流控制、公共服務以及上級協議(ULP)接口。

1)FC-0

FC-0是物理層底層標準。FC-0層定義了連接的物理端口特性，包括介質和連接器(驅動器、接收機、發送機等)的物理特性、電氣特性、光學特性、傳輸速率以及其它的一些連接端口特性。物理介質除表8-1所列的之外，還有UTP(UnshieldedTwistedPair，非屏蔽雙絞線)，用于25Mb／s數據傳輸，距離可達50m。光纖通道的數據誤碼率低于10-12,它具有嚴格的抖動容許規定和串行I／O電路。

2)FC-1(傳輸協議)

FC-1根據ANSIX3T11標準，規定了8b／10b的編碼、解碼方式和傳輸協議，包括串行編碼、解碼規則，特殊字符和錯誤控制。這些10b碼字的游程長度等于或小于4b且直流偏置最小，能為鏈路提供自校驗能力和時鐘恢復能力。

3)FC-2(幀協議)

FC-2層定義了傳輸機制，包括幀定位、幀頭內容、使用規則以及流量控制等。光纖通道的數據幀長度可變，地址可擴展。用于傳輸數據的光纖通道的數據幀長度最多可達2KB，因此非常適合于大容量數據的傳輸。幀頭內容包括控制信息、源地址、目的地址、傳輸序列標識和交換設備等。64B可選幀頭用于其它類型網絡在光纖通道上傳輸時的協議映射。光纖通道依賴數據幀頭的內容來引發操作，如把到達的數據發送到一個正確的緩沖區里。

4)FC-3(公共服務)

FC-3層提供高級特性的公共服務，即端口間的結構協議和流動控制，它定義了三種服務：條塊化(Striping)、搜索組(HuntGroup)和多路播放(BroadcastMulticast)。條塊化的

目的是利用多個端口在多個連接上并行傳輸，這樣，傳輸帶寬能擴展到相應的倍數；搜索組用于多個端口去響應一個相同名字的地址；多路播放用于將一個信息傳遞到多個目的地址。

5)FC-4(ULP映射)

FC-4層是光纖通道標準中定義的最高等級，它固定了光纖通道的各層跟高層協議(ULP)之間的映射關系以及與現行標準的應用接口?，F行標準包括現有的所有通道標準和網絡協議，如HIPPI、SCSI接口和IP、ATM等。

3.FC的特點

局域網LAN是面向非連接的，是通過將地址信息打入包內，然后按規定線路發送的方式完成網絡傳輸的。為了管理網絡協議，這種網絡型的互連方案需要較大的軟件開銷。它一方面限制了系統帶寬，另一方面造成了較大的延遲，不適合實時視/音頻互連。此外，客戶端對于服務器存儲體的共享是需要通過服務器來進行的。而FC是寬帶的、直接面向存儲體的網絡，在連接的設備之間，如計算機的處理器和外圍設備之間，通道連接提供點到點的直接連接，或者提供

交換的點到點連接。通道的作用是盡可能快地把數據從A點傳送到B點。目的地的地址不僅是預先確定的，而且兩點之間是用實際線路連接起來的，數據除了去目的地之外不可能去其它任何地方。因此，數據分組中不需要攜帶任何地址和糾錯信息，分組開銷很小。由于它們的點到點的性質和有限的處理要求，通道連接大多以硬件實現。其糾錯過程簡單，也由硬件完成。

傳統的以太網絡連接是取決于尋址方案的多點連接，該尋址方案能保證數據到達正確的目的地。沿著某一條網絡連接傳輸的各個數據分組必須包含一個地址，網絡中的各個設備均根據該地址確定分組是否正確。網絡連接一般都具有相對復雜的誤碼檢測和糾錯能力，分組前端必須包含地址和誤碼糾錯信息，這就使得分組開銷比單通道連接高。另外，網絡連接能夠支持路由選擇等功能，而簡單的單通道不支持這些操作。光纖通道既具有單通道的特點，又具有網絡的特點，它是把設備連接到網絡結構上的一條高速通道。光纖通道網絡最簡單的模型可以是連接兩套設備的單條電纜，而復雜的模型可以是連接許多設備的一臺交換機產生的網狀結構。它根據不同情況實現特定的結構，以達到支持應用程序的目的。在任何情況下，就某個單光纖通道端口而言，無論網絡結構多么復雜，它只負責工作站和網絡結構之間的一條簡單的點到點的連接，可以避免大流量數據傳輸時發生阻塞和沖突，非常適合高速和不間斷視頻數據流的傳送。

4.FC網的容量

FC是一種高性能的基于光纖通道的互聯標準，是專為臺式工作站、海量存儲子系統、外圍設備和主機系統之間雙向點對點的串行數據通道而設計的，其傳輸速率比其它網絡傳輸速率高很多，其標稱數據傳輸率為1000Mb/s。但由于系統管理開銷，信息、硬件(網卡、交換機、集線器、硬盤陣列控制器等)設計水平等因素的影響，FC的實際數據率為100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s和800Mb/s，若視頻工作站的視頻數據率為35Mb/s，實際應用中連入FC的視頻工作站數量不應超過20臺。這是對于一個用戶級(由一臺交換機連接的結構中)的情況；對于多個用戶級，由多臺交換機級聯會大大增加用戶站點，但多臺交換機的級聯會引起信號在交換中的延遲，這是在搭建FC網絡時需要特別小心的。

就目前而言，高速UltraSCSI硬盤的理論I／O能力為40

MB／s，實際上只能達到30MB/s，甚至更低，而無壓縮的視頻流的數碼率，在8b時為20MB/s，在10b時為25MB/s，所以硬盤陣列的I／O能力限制了工作站點的數量。 8.3多媒體技術的應用

8.3.1會議電視

1.概述

會議電視(VideoConference)是利用通信網召開會議的通信方式。會議電視要傳遞與會者的圖像和聲音，與會者對話時可以通過電視看到對方；會議電視還要傳遞文件、圖片、

圖表、會議室氣氛等各種靜止的和活動的圖像信息。會議電視使相隔幾百、幾千千米的與會者之間距離“縮短”，有一種親臨會場的感覺。會議電視減少了旅途時間，節約了大量的出差費用。一些緊急的如防汛、防災等場合，需要迅速作出決策的會議利用會議電視可以爭取時間，及時決策。會議電視的收費與使用時間成正比，這促使發言人要做好充分準備，壓縮發言時間,提高效率。會議電視可以增加與會人數,更好地集思廣益。

1995年，我國公用會議電視骨干網已經建成。從北京到各省省會和直轄市共30個城市已經聯網。湖南、湖北、江蘇、遼寧、安徽、廣東、山東、福建等省已建成省會到地市的省會議電視網。浙江省已建成了各地市到縣的全省性的地市級會議電視網。這些會議電視大部分引進美國CLI公司(1997年被美國VTEL公司并購)、英國GPT等國外公司的設備。

目前，江蘇揚州市的全源公司、深圳市的華為公司和中興公司等都已經研制出國產化設備。

2.會議電視系統的組成

會議電視系統由終端設備、傳輸設備、傳輸信道以及多點控制設備MCU(Multi-pointControlUnit)等組成。

1)終端設備

會議電視終端設備有攝像機、話筒、計算機、傳真機、監視器、會議電視編碼器和解碼器，如圖8-2所示。圖8-2會議電視端的設備配置攝像機一般設特寫攝像機、全景攝像機、文字和圖片攝像機等。圖像切換器按會議進程選用不同攝像機的圖像送出。話筒要選用方向性強并有平坦頻率特性的。室內墻壁應進行吸音處理，避免聲音反射引入的回音。喇叭與話筒之間的聲音來回傳遞會引起嘯叫，應設置回波消除器并調整喇叭與話筒的相對位置，以消除嘯叫。監視器應選用大屏幕電視或投影電視，圖像與實物之比為1∶1，這樣能獲得臨場感。

會議電視編碼器和解碼器是終端設備中的關鍵設備。圖8-3(a)是編碼器方框圖。來自切換器的模擬電視信號，經亮色分離后由模／數(A／D)轉換電路轉換為數字信號，又經公共中間格式(CIF)轉換，把電視信號轉換成統一的中間格式(352×288)，再采用統一的H.261算法進行壓縮。由于編碼中采用了變長編碼VLC技術，經壓縮編碼后的數據為不均勻的數據流，因此需要緩沖存儲器對數據速率進行平滑。從緩存中讀出的數據經過信道編碼(糾錯編碼)可增強其抗干擾能力，然后被送入時分多路復用模塊，并與經編碼的語音

以及來自其它數字設備(如計算機、傳真機等)的數據信號，按照指定的時隙合成一路數字信號，再經接口電路形成標準的傳輸碼形(如HDB3碼(HighDensityBipolar3Zeros)，即3階高密度雙極性碼)后，被送入信道發送。圖8-3(b)是解碼器方框圖。解碼器的工作過程與編碼器相反。傳輸碼經接口電路被恢復成非歸零的時分多路信號以及供解碼用的基本時鐘信號，再經時分解復用之后，分為3個信號流進行進一步處理。其中的數據信號被送往專用的數字接收設備(計算機、傳真機、電子黑板等)。聲音信號被送往聲音解碼電路經數/模(D／A)轉換、功放送往音響設備。而圖像信號經糾錯解碼電路之后，被送入緩存，轉換成與編碼器相同的數據流形式，經H.261解碼、格式轉換、D／A轉換后，在彩色監示器上顯示出來。圖8-3會議電視編碼器和解碼器方框圖(a)編碼器；(b)解碼器

2)多點控制方式

會議電視的分會場一般相隔較遠，分會場數目較多，這就構成了多點會議電視系統。多點會議電視系統的連接、控制方式有以下幾種：

(1)全耦合方式：所有各分會場之間相互用線路連接。當點數很多時，這種方式需要大量線路，很不經濟。

(2)圖像合成方式：把所有會場圖像匯集在一起合成為一幅圖像傳送到各終端，在各終端監視器上多畫面顯示所有會場圖像。

(3)圖像請求方式：把所有圖像集中于一個網絡節點，根據多點的請求，切換出所希望顯示的圖像。國外的會議電視常采用這種方式。

(4)圖文分配方式：通過衛星把某一發送點的圖像分配到所有各點，利用衛星召開電視會議。由于采用面輻射方式，因此該方式最節省線路。

(5)主席控制方式：不改變原來通信網絡結構，線路連接、圖像和聲音的流向都由會議主席進行控制。這種方式不增加任何線路，但靈活性不夠。

3)多點會議電視網

多點會議電視網中都需設置一個或多個MCU，用以完成各個會議點之間的信息交換和匯接作用。ITU-T有關多點會議電視的標準只允許采用兩層級聯的組網模型，這樣可以滿足傳輸延時、語音圖像同步以及網絡控制的要求。圖8-4就是一個二級星形會議電視網示意圖。處在最上面一層的MCU1是主MCU，在它下面一層的MCU2、MCU3和MCU4是和它相連接的從MCU，它們都受控于MCU1。根據需要，網絡內的會議電視終端可以連接在從MCU上，也可以連接在主MCU上。圖中的終端是直接連接到MCU上的，實際上它們是通過各種通信網絡連接到MCU上的。圖8-4二級星形會議電視網示意圖

3.我國公用會議電視骨干網

我國的公用會議電視骨干網采用二級星形結構，以北京為全網一級樞紐中心，以星形輻射形式與二級樞紐中心(即各大區中心——沈陽、上海、南京、武漢、廣州、西安、成

都等地)的多點控制單元(MCU)相連接，各大區中心的MCU與本區內各省中心(即省會會場)相連，這樣就構成了一個以北京為中心的全國會議電視骨干網。傳輸手段可以是現有的光纜、數字微波、數字衛星等。按我國開會的慣例，采取主席控制模式，即主席所在的主會場，可同時向所有分會場傳遞主會場的圖像和聲音，并通過MCU與任一分會場對話，指揮匯接設備切換圖像和聲音。分會場發言需向主席申請，一旦被主席認可，該分會場的圖像、語音便可以廣播方式傳送到其它各個會場。這種模式符合ITU-T的H.243標準。

全國性會議電視網管中心設在一級樞紐中心，由中央多點管理系統(CMMS)及工作站組成。網管中心的主要功能是：①顯示各MCU狀態；②對MCU進行故障診斷；③對每個MCU的計費進行統計；④統計與會會場、會議時間、碼速率；⑤記錄會議的有關事件。國家骨干網全部采用美國威泰視訊公司(VTEL公司，前CLI公司)的Radiance9075型會議電視終端設備，該設備有一套CLI專有的CTX、CTXPlus的編碼算法，其圖像清晰度高于H.261算法，同時還具備符合H.261建議的CIF、QCIF圖像格式。國家骨干網的多點控制采用CLI公司的MCUⅡ，它具有12個2Mb/s端口，符合H.200系列建議，具有全網的主席控制模式以及遠端攝像的互控功能。

4.三種實用的會議電視系統

符合H.320標準的ISDN網的會議電視業務已經進入實用。為了在計算機網以及PSTN網上組建會議電視系統，ITU-T于1995年推出了在LAN網上組建視聽系統的H.323系列建議，在ATM網組建視聽系統的H.310系列建議，在PSTN網上進行視聽通信的H.324系列建議。目前，H.320會議電視系統已占有相當大的比例，為了將H.320系統引入計算機網和ATM網，ITU-T又推出了H.321系列標準，在H.320的設備中增加了一個ATM適配器并連接到ATM網上。與此類似，可采用H.322建議將H.320系統適配入計算機LAN中。H.321和H.322實質上是將H.320系統的數據流重新組裝為ATM網和LAN可接收的數據流，起著一種網絡之間適配器的作用，本質上仍然是H.320系統。由于有關ATM的協議遲遲未完全推出，因而基于ATM的H.310系統至今也未得到推廣使用，真正有發展前景的會議電視系統為基于ISDN的H.320、基于PSTN的H.324和基于IP的H.323三種，它們各自所包括的有關國際標準如表8-2所示。表8-2三種實用的會議電視系統8.3.2可視電話

可視電話(VideoTelephony)的通信信號包括語音信號和圖像信號，通話雙方在對話過程中可以看到對方的圖像，豐富了通信的內容。通話過程傳送的是雙方的頭像，圖像內容簡單，對細節的要求可以適當降低。目前，發展可視電話的條件已經具備。國際標準ITU-TH.324描述了可視電話終端，它采用V.34調制解調器，數碼率通常為28.8kb/s，可通過公共電話交換網(PSTN)進行傳送。我國現在的電話普及率已達80%，為可視電話的普及、互通創造了條件。

1.H.324可視電話終端

H.324可視電話終端如圖8-5所示。圖8-5

H.324可視電話終端

H.324是一個框架型的建議，它包含一系列的建議，稱之為H.324協議族。它全面規范了視/音頻的壓縮編/解碼、多種媒體信息的復用、信道接口、控制信令等多項技術指

標。

H.324協議族包括以下協議：

(1)G.723.1低速語音編/解碼建議。它提供高效語音壓縮編、解碼，其速率為5.3kb/s和6.3kb/s兩種。

(2)G.729／G.729A低速語音編/解碼建議。它提供電話網質量的語音編碼，8kb/s編碼速率。G.729A是G.729的簡化版，和G.729兼容。

(3)H.263／H.261視頻編/解碼建議。它提供高效的活動圖像壓縮編/解碼技術。

(4)H.245通信控制協議。多媒體通信中，控制部分是整個系統的“司令部”，音頻、視頻、數據和復用部分都需要由它來統一協調。從通信的開始、呼叫、建立物理通路、建立邏輯通路、交換通信能力、判決主從關系到通信過程的控制、結束通信等操作都由它來控制完成。為了保證不同廠商產品的互通，有必要統一通信標準。ITU-T在1995年專門發布了用于多媒體通信的控制協議H.245，規定了終端消息的句法和語義以及通信開始時進行協商的操作過程。這些消息包括終端發送和接收的通信能力、接收端的優先模式、邏輯信道的通知、控制和指示。

(5)H.223信道復用協議。多媒體信息由多種不同媒體信息組成，多種媒體信息(包括視頻、音頻、數據和控制流)要同時傳輸，在發送端必須把它們復用成一個統一的數據流；在接收端要同步地、實時地把它解復用為多種媒體信息。H.223建議對低比特率多媒體通信中信息的幀結構、字結構、分組復用等作了明確規定，它適用于低比特率多媒體終端之間，低比特率多媒體終端與MCU之間的通信。這個復用協議還能對圖像序列進行編號、誤差檢測和校正。

(6)V.34調制解調器全雙工通信協議。其通信速率可達28.8kb/s或33.6kb/s。

(7)V.8建議。它規范了在PSTN上的數據通信的起始呼叫過程、可視電話和普通電話工作模式的轉換。

(8)T.120系列數據通道建議。

這種極低比特率的視聽系統的應用十分廣泛，除可視電話外，還可用于遠程監控、遠程醫療、移動可視電話、多媒體電子郵件、視頻游戲等。

2.H.323可視電話

ITU-T的H.323“基于分組交換的多媒體通信系統”是一個框架性的建議，包括終端設備、視/音頻和數據的傳輸、通信控制、網絡接口等內容，還包括多點控制單元MCU、多點控制器MC、多點處理器MP、網關GW(GateWay)和網閘GK(GateKeeper)等設備。

H.323系統的信息傳播可以采用單播(Unicast)、多路單播(Multi-unicast)或多播(Multicast)的形式。

H.323系統的終端結構如圖8-6所示。圖8-6

H.323系統的終端結構示意圖

H.323系統使用實時傳輸協議RTP(RealtimeTransportProtocol)和實時傳輸控制協議RTCP(RealtimeTransportControlProtocol)。RTP提供同步和排序服務，適于傳送如音

頻、視頻等連續性數據，對網絡引起的時延和差錯有一定的自適應性。RTCP用于管理質量控制信息，例如監視延時和帶寬。RTP不能確保數據的完整性，但能很好地處理定時的問題。在通信過程中，RTP對所傳的每個分組蓋上時間戳(Timestamp)。在接收端，解碼器可根據時間戳重新建立定時關系。H.323中資源預留協議RSVP可以防止因網絡超載而不能傳遞信息的情況發生，保證H.323終端有一定的帶寬，從而保證傳輸質量。在H.323中，與RSVP有關的是網閘機制，用來防止視頻業務量占用所有的有效帶寬。網閘有三項功能。第一，接入控制，由于網絡資源有限，網絡上同時接入的用戶數也是有限的，GK根據授權情況和網絡資源情況確定是否允許用戶接入。第二，能夠為終端提供帶寬管理和網關定位等服務，如為用戶保留所需的帶寬。第三，具有呼叫路由的功能，所有終端的呼叫可以匯集到這里，然后再轉發給其它終端，以便和其它網絡終端通信。

多點控制單元MCU為3個或3個以上的終端或網關參加多點通信提供服務。MCU包括必備的MC和可選的MP。多點控制器MC是H.323中的實體，它為多點通信提供控制，并控制資源。MC通過H.245與各終端進行協商，為當前的通信確定一個共同的通信模式，MC不負責音頻、視頻和數

據的混合或交換。多點處理器MP負責完成視/音頻編/解碼，格式轉換，語音的混合，視頻的合成或切換等功能。網關GW是H.323中的端點設備，通過它的實時雙向通信服務，可實現局域網和其它類型網絡之間的連接。

H.323的系統控制分為三個部分。一是通過H.245通信控制協議完成通信的初始過程建立、邏輯信道建立、終端之間能力交換、通信結束等功能。例如通過能力交換，發送端采用接收端能解碼的模式發送。二是RAS(Registration、AdministrationandStatus，注冊、允許和狀態)控制，用于傳送有關RAS的信息。三是呼叫信令(CallSignaling)控制，用于建立呼叫、請求呼叫的帶寬改變、獲得呼叫中端點設備的狀態、拆除呼叫等的消息過程。呼叫過程使用H.225.0所定義的消息。

H.323終端常用于可視電話、會議電視、遠程醫療、遠程教學等。8.3.3遠程醫療

遠程醫療系統是一種利用現代通信網絡實現遠距離醫療咨詢、會診、手術示范的交互式多媒體信息系統。邊遠地區的醫生將患者的病歷、檢查數據、心電圖以及B超、X線、CT(ComputedTomography，計算機斷層成像)、MRI

(MagneticResonanceImaging，核磁共振成像)等影像資料通過信息處理設備和相應的通信線路傳送給大城市的醫生和專家，讓他們會診。專家們可以向對方醫生或病人提問以進一步了解病情，最后做出診斷和治療方案。邊遠地區的病人因此及時得到高質量的醫療服務。圖8-7是遠程醫療系統的結構示意圖。圖8-7遠程醫療系統結構示意圖

1.輸入/輸出設備

視頻輸入/輸出設備有攝像機、監視器和錄像機，還有心電圖機、B超成像系統、CT成像系統、MRI成像系統；音頻輸入/輸出設備有話筒、揚聲器等。信息通信設備有書寫電話、傳真機等。書寫電話為書本大小的電子寫字板，與會人員將要說的話寫在此板上，變換成電信號后輸入到視頻編碼器上，再傳送到對方，顯示在監視器上。

2.視頻編、解碼器

視頻編、解碼器用來壓縮醫療視頻信息。醫用圖像中，病變部位的圖像對保真度要求是非常高的，任何細節上的損傷都是不允許的，它的模糊有可能導致誤診，以至于把病人推向危險的邊緣。可是需要無損恢復的病變部位圖像只占整個醫用圖像的一小部分，對于圖像其它部分可以適當調整質量以減小圖像數據率。這樣壓縮后的圖像完全保存了疾病特征，而數據量非常小。醫生可以把它迅速發送到千里之外的醫學專家那里，以最快的速度得到權威的確診。

3.復用／解復用設備和用戶／網絡接口

復用／解復用設備將視頻、音頻、控制信號等各種數字信號組合為64～1920kb/s的數字碼流，使之成為與用戶／網絡接口兼容的信號格式。該信號格式應符合國際規定的H.221建議的要求。最好采用B-ISDN的網絡，接口是B-ISDN的網絡接口。

美國VTEL公司的HS2000遠程醫療系統可以由紅外遙控或圖形觸摸屏控制，整個系統裝在推車上可以方便地移動，固定在機械臂上的攝像機可以旋轉、傾斜和推拉，傳送30幀/秒的清晰畫面，可連接內窺鏡、耳鏡、檢眼鏡和EKG(Electrocardiogram，心電圖)機器，可通過局域網和廣域網傳送音、視頻信息。我國擁有自主知識產權的交互式高分辨率醫學圖像遠程會診系統，由中科院上海技術物理研究所研制成功。這套系統的核心技術處于國際領先地位。華東醫院、上海八五醫院、香港理工大學放射學系等單位經過兩年多的試用證明，它已具備推廣應用的條件。

1997年7月份在上海召開了第一屆全國遠程醫學研討會，標志著我國遠程醫療將進入一個新階段。衛生部已建立“金衛工程”衛星專網，分布在全國15個中心城市的首批20家醫院將率先上網。上海市在衛生局的支持下，已建立了聯合名醫中心，開展了遠程醫療工作，并取得了很好的成績。例如，徐州市第四人民醫院與上海遠程會診中心開通以來，共會診了數百人次，會診質量和效果滿意率達99.2%，醫生和病人滿意率也達99.2%。再如，上海中山醫院自1995年10月正式開展遠程醫療以來，至今已在江蘇、浙江、山東、安徽、福建、河南、甘肅、江西、湖南、新疆、西藏等地建立了48個會診點，會診病人上千例，形成了一個初具規模的遠程會診網點。遠程醫療在醫療實踐中發揮了重要作用。8.3.4多媒體電視監控報警系統

多媒體電視監控技術打破了傳統的電視監控結構，依靠計算機技術、數字視頻壓縮編/解碼技術、網絡技術和通信技術，對各種媒體信息的應用趨向綜合化、交互化。

多媒體電視監控系統由現場多媒體電視監控終端、多媒體監控中心和傳輸網絡構成，如圖8-8所示。多媒體電視監控終端由攝像機、報警探頭、切換控制器和多媒體計算機構成。多媒體計算機內插有視、音頻采集壓縮卡，裝有大容量硬盤，可對輸入的視、音頻信號進行實時捕獲、實時壓縮，然后存入硬盤。圖8-8多媒體電視監控系統攝像機、報警探頭的輸出信號通過各自的傳輸線傳送到切換控制器。切換控制器是以單片機為核心的，它接收多媒體計算機通過RS-232串口發出的各種命令，包括切換命令、信息疊加命令、云臺和鏡頭控制命令、報警控制命令等所有專用鍵盤能發出的命令，實現視、音頻切換，控制電動云臺作上、下、左、右等動作，調整變焦鏡頭的光圈、聚焦和變焦等。切換控制器還將報警信息統計后發送給多媒體計算機。

多媒體電視監控終端實際上是一個小型監控系統，它利用計算機的圖形顯示功能，可以在CRT上顯示和實物完全一樣的控制鍵盤，用鼠標拖動光標到按鍵上，按一下鼠標按鈕，將產生與原鍵盤按鍵一樣的功效。它也可以在CRT上顯示報警統計圖表，或對其它數據進行統計，生成直方圖、折線圖、圓圖等多種統計圖表，這些圖表可以在打印機上打印出來。它還可以在CRT上顯示整個電視監控報警系統的配置示意圖，示意圖中應有所有攝像機與入侵檢測器的狀態。示意圖應與系統的實際地理位置相接近，以便操作人員辨認。在每一臺攝像機或入侵檢測器上安排一個作用鈕，用鼠標拖動光標到作用鈕上，按一下鼠標的按鈕將打開相應的視頻窗口，窗口內顯示攝像機的實時圖像或入侵檢測器上一次報警時記錄的一幀凍結圖像和報警日期及時間。多媒體計算機可以多畫面顯示多路視頻信號的活動圖像，可將某圖像放大到全屏幕或縮小，可以將重要的圖像存入硬盤或從硬盤中取出某段錄像顯示在CRT上或在打印機上打印出來。多媒體監控中心是一臺高性能計算機，它可以通過網絡向多媒體電視監控終端調取實時圖像或錄像，調取統計報表或報警信息，可以對一幀圖像進行數字圖像處理(即對現場錄下的不夠清晰的畫面進行處理，使其更清晰、突出、明確)。常用的數字處理有：

(1)對圖像的各種參數，如亮度、對比度、飽和度、R、G、B三基色的相對取值進行調整。

(2)對圖像進行均衡處理，如對于灰度分布不均勻的圖像可處理得均勻些。

(3)對圖像進行平滑處理，比如對于噪波太多的圖像進行處理后，噪波將減少。

(4)對圖像進行銳化處理，比如對于邊緣不清晰的圖像，處理后可突出景物的邊緣。

多媒體電視監控報警系統的最大特點是：可以對圖像、聲音、數據等由多種媒體傳來的現場信息進行總體混編，組成多媒體數據庫。比如，需要某年某月某日報警時的現場信息，多媒體數據庫中的圖像、聲音、數據等能同時展現在你面前，使你有如身臨其境，因而可作出合理的分析或采取恰當的對策。

8.4交互式電視的組成與原理

數字電視技術的首要目標是提高傳送圖像的質量，由于其傳輸的是數字信號，在傳輸過程中引入的噪波只要幅度不超過一定的門限都可以被清除掉，萬一有誤碼，也可利用糾錯技術糾正過來，因此數字電視接收的圖像質量很高。數字電視采用了高效的壓縮編碼技術，在原來只能傳一套模擬電視節目的頻帶內可以傳送多套數字電視節目，這使電視節目數量迅速增多。所以在采用了前面介紹的各種技術后，提高傳送圖像的質和量的目的已經基本達到。數字電視技術的第二個目標是實現多功能的ITV(InteractiveTelevision，交互式電視)，就是按照觀眾的要求在數字電視節目中加入各種各樣的增值服務。用戶使用ITV時，可以隨時收看自己喜愛的節目，即可進行視頻點播VOD(VideoonDemand)；在收看的過程中，可以利用遙控器調出主要演員或運動員的資料，可以查看劇情簡介或者查看以往的比賽成績，甚至可以選擇劇情的多種結局之一。用戶可以隨時直接點播希望收看的節目，這從根本上改變了被動收看電視的方式。

交互式電視和視頻點播這兩個名稱經?；煊?。比較而言，交互式電視的范圍要廣一些，它除了視頻點播外還包括網上購物、電視會議、遠程教育、交互廣告和交互游戲等功

能。交互式電視是多媒體技術中的一個特殊類型，它采用了不對稱的信息傳輸模式?？梢园呀换ナ诫娨暤膫鬏斖贩殖晒澞客泛头祷赝贰９澞客芬卜Q下行通路，它把視頻信息傳送到用戶(現在有很多技術可以傳送視頻，這些技術的共同特點是“高速寬帶”)。返回通路也稱上行通路，是用戶通過遙控器進行節目選擇、從電視購物目錄中瀏覽和選購時使用的通路，它的數據傳輸率很低。交互式電視系統把50～1000MHz帶寬分配給下行通路，把5～42MHz分配給返回通路，即下行數據速率大大高于上行數據速率，下行信號帶寬遠遠寬于上行信號帶寬。8.4.1視頻服務器

視頻服務器是交互式電視系統中的關鍵設備，其性能在實現VOD和擴大電視的應用范圍時起著決定作用。視頻服務器是一個存儲和檢索視頻節目信息的服務系統，必須具有大容量低成本存儲、迅速準確響應和安全可靠等特性。

1.視頻服務器的功能

(1)對用戶訪問請求的處理。視頻服務器應能根據系統資源的使用情況對用戶的點播請求進行處理，能采取一定的安全措施防止非法用戶的訪問，能提供對交互式游戲和其它軟件的隨機、即時訪問，能對數字化存儲的電影和電視提供順序、批量的訪問。

(2)大容量視頻存儲功能。在VOD系統中，用戶觀看節目的模式已不是電視臺單向播放、用戶被動觀看的形式了，而變成像因特網一樣，用戶可隨時選擇喜愛的節目。與傳統的通信業務相比，VOD對網絡帶寬資源要求很高。若采用壓縮方式來傳送多媒體數據，按視頻質量的不同，編碼速率有96kb／s～15Mb/s；若以3Mb/s的MPEG-2方式來傳送一套多媒體節目，每小時的數據傳輸量達1.4GB。對于一個大規模多媒體服務系統來說，多媒體數據的存儲容量一般有幾百到數千個小時，這意味著數據的存儲量將達到1～10TB,因此，視頻服務器的數據存儲量是非常龐大的。

(3)并行、實時、連續傳輸功能。視、音頻信號是實時連續信號，對視、音頻信息進行檢索時在時間上有嚴格的要求，必須及時地把數據傳給用戶，否則圖像和聲音的連續性就會遭到破壞。因此，服務器必須具備一個高速、寬帶的下行通道，以便把視頻、音頻和控制信號等服務數據傳送給各個用戶，通道傳送速率應可達1Gb／s。同時，視頻服務器還接收來自用戶請求服務器的返回通路信號，因為用戶的請求是隨機的，所以系統在某個時刻的用戶請求數也是隨機的，這就要求系統必須能夠同時處理大量用戶的并發請求，具有大規模并行處理能力。

(4)交互控制能力。視頻服務器的控制處理能力應該根據應用的不同而進行設計。電影、電視點播的交互較少，只需較少的控制處理能力；交互式學習、交互式購物及交互式視頻游戲的交互量大，就需要高性能的計算機平臺。

(5)自診斷恢復功能。當某些部件發生故障時，不能讓整個網絡停機維修，服務器應能在自診斷后恢復正常運行狀態。

一般情況下，視頻服務器必須能夠存儲供不同用戶選擇的200～2000個節目資源，能夠支持200～75000個用戶，并能在任何時候同時向所有用戶設備提供服務。視頻服務器支持的用戶數量受到磁盤尋址時間的影響。磁盤尋址時間應控制在10ms以內。

2.視頻服務器數據存儲結構

1)存儲區域網絡SAN

通常多媒體服務系統應具備1000～10000h的節目存儲量，較大的系統要求服務器能達到100000h存儲能力。若系統容量為100000h，在不考慮差錯控制產生的存儲開銷時，采用MPEG-2方式以3Mb/s存儲，則凈存儲數據為140TB，這是相當大的數據量。

SAN(StorageAreaNetwork，存儲區域網絡)是網絡計算機的新一代存儲應用，它把大型數據庫與高速數據訪問技術結合在一起，是類似于普通局域網的一種高速存儲網絡。SAN可以是本地的或是遠程的，共享的或是專用的，還可以是只包括外部的或集中的存儲器和SAN相連。SAN的接口通常不是以太網而是FC。SAN使存儲資源能夠被構建于服務器之外，這樣，多個服務器就能夠在不影響系統性能和主網絡的情況下分享這些存儲資源。所以SAN被稱為“服務器背后的網絡”。SAN的特點是寬帶、模塊化可擴充結構、高可用性和容錯能力、易管理、易集成、低造價。LAN與SAN的差別是：LAN對服務器來說是前端(Front-end)的網絡，而SAN對服務器來說是后端(Back-end)的網絡。SAN的示意圖如圖8-9所示。圖8-9

SAN的示意圖就SAN構架而言，典型的SAN環境應包括四個主要組成部分：最終用戶平臺(客戶機)、服務器、存儲設備及存儲子系統、互連設備。SAN的互連設備是通過寬帶光纖通道(FC)連接的。用FC連接是為了滿足SAN中共享存儲環境所需的寬帶主干網的要求。FC是當今主干網首選，它已經成為SAN接口的工業標準?；贔C的SAN改變了傳統服務器與磁盤陣列的主從關系。位于SAN上的所有設備均處于平等的地位，任何一臺服務器均可對網絡上任何一臺存儲設備進行存取，通過FC寬帶和強大的I／O處理能力，SAN技術在可連接性、可擴展性以及性能方面可以解決SCSI技術無法解決的問題，成為存儲領域具有強大生命力的新技術。

2)網絡連接存儲NAS

NAS(NetworkAttachedStorage)和SAN不同，NAS設備之間可以直接連接于LAN或WAN，這是因為NAS系統包括一個文件系統，比如網絡文件系統。NAS可以運行于Ethernet、ATM、FDDI(FiberDistributedDataInterface，光纖分布式數據接口)，NAS使用的協議包括HTTP、NFS(NetworkFilesSystem，網絡文件系統)、TCP、DP(UserDatagramProtocol，用戶數據報協議)和IP。NAS是一種特殊的、能完成單一或一組指定功能的基于網絡的存儲設備，它通過自帶的網絡接口把存儲設備直接連入到網絡中，實現海量數據的網絡共享，把服務器從繁重的I／O負載中解脫出來，它是新興的面向網絡存儲模式的標志性設備。其主要特征是把存儲設備和網絡接口集成在一起，直接通過網絡存取數據。也就是說，把存儲功能從服務器中分離出來，使其更加專門化，從而獲得更高的存取效率和更低的存儲成本。NAS的示意圖如圖8-10所示。圖8-10

NAS的示意圖

3)分布式數據存儲方式

分布式多媒體數據存儲是采用磁盤陣列在多個節點間分布的方式來存儲媒體數據的，如圖8-11所示。圖中，節點之間可以通過互連I／O來進行相互通信；磁盤陣列中存儲的數據在物理上是連接在某個特定的節點上的，但是數據是共享的，在邏輯上整個系統的所有媒體數據存儲設備就相當于一個巨大的存儲池，這就是單一存儲圖像(SingleStorageImage)技術。圖8-11分布式數據存儲模型

3.“推”模式和“拉”模式服務

交互電視系統用兩種方法為用戶提供服務：服務器“推(Push)”模式和客戶機“拉(Pull)”模式。用這兩種方法可在客戶機和服務器之間請求和發送視頻數據。

(1)服務器“推”模式。大多數的VOD系統采用這種做法，即建立起一個交互后，視頻服務器以受控制的速率發

送數據給客戶，客戶接受并且緩存到來的數據以供播放。一旦視頻會話開始，視頻服務器就持續發送數據給客戶直到客戶發送請求來停止。

(2)客戶機“拉”模式。在“請求—響應”模式下，客戶每隔一周期發送一個請求給某個服務器，請求傳送一段特定的視頻數據；收到請求后，服務器從存儲器中檢索數據并把它發送給客戶，此時數據流是由客戶驅動的。

在“推”模式下，需要服務器間的時鐘同步，只要服務器的時鐘是同步的，就可以應用基于輪轉的調度算法；在“拉”模式下，由于系統中的服務器是自治的，因此服務器間不需要時鐘同步。

圖8-12示出了“推”模式和“拉”模式。圖8-12“推”模式和“拉”模式(a)服務器“推”模式；(b)客戶機“拉”模式

4.并行VOD系統

當客戶的請求超過服務器的容量時，可把視頻數據分別存儲到不同的服務器中，不必復制視頻數據就可以不斷擴大VOD系統的服務規模，這稱為并行VOD系統。

在并行視頻服務器中，視頻數據在多個服務器中被分割，所以服務器均勻承擔來自客戶端的視頻請求，這樣就增加了系統容量，并且通過數據冗余(如增加校驗碼)可以提高可靠性。目前有兩種分割法：

(1)時間分割。一個視頻流可以被認為由一系列的視頻幀構成，即把視頻流分為許多幀單元(等長時間的幀)，然后存儲到多個服務器上，這稱作時間分割。

(2)空間分割。時間分割把視頻流分為許多相同時間長度的幀，空間分割是把視頻流分為由相同長度的字節構成的幀。由于每個分割單元都是大小相同的，因此空間分割簡化了存儲和緩存區的管理。

在時間分割中，所有服務器中的視頻幀被檢索的頻率是相同的，但是視頻幀的字節大小卻不一定是相同的，這一點在運用了幀內和幀間編碼方式的MPEG-1和MPEG-2視頻流上尤其明顯。所以每一個服務器上視頻數據的檢索量就取決于它所存儲的幀的類型。比如：MPEG-1中有I、P、B幀，平均數據量為I>P>B。一個存儲I幀的服務器必然比存儲P幀的服務器要發送更多的數據，承擔更重的負載。分割這種做法沒有帶來額外的存儲空間的需要，但有負載平衡(LoadBalancing)的問題。比如一些受大眾歡迎的視頻片斷必然會被多次檢索，造成了一些服務器某段時間的不堪重負，而另外一些服務器卻被閑置。

5.調度算法

在服務器響應客戶的請求時，可以運用以下幾種調度算法：

(1)輪轉調度(RoundRobinScheduling)。輪轉調度不考慮服務器的連接數和響應時間，它將所有的服務器看成是相同的，以輪轉的形式將連接分發到不同的服務器上。

(2)加權輪轉調度(WeightedRoundRobinScheduling)。按照每臺機器不同的處理能力給每臺機器分配一個權重，根據權重的大小以輪轉的方式將請求分發到各臺機器上。這種調度算法的耗費比其它的動態調度算法小，但是當負載變化很頻繁時，它會導致負載失衡，而且那些長請求會發送到同一個服務器上。

(3)最少連接調度(LeastConnectionScheduling)。最少連接調度將用戶請求發送到連接數最少的機器上。最少連接調度是一種動態調度方法，如果各臺服務器的處理能力相近，負載變化很大時也不會導致負載失衡，因為它不會把長請求發送到同一臺機器上。但是當服務器的處理能力差異較大時，最少連接調度就不能很好地發揮效能了。

(4)加權最少連接調度(WeightedLeastConnectionScheduling)。這種算法按照每臺機器不同的處理能力給每臺機器分配一個權重，將用戶請求發送到權重乘連接數最小的機器上。

交互電視系統中要有一個大容量、共享的高速視頻服務器或存儲子系統來存放數字視頻數據。視頻服務器是系統中的關鍵，存儲體系和調度算法的改善有助于提高系統的服務質量。8.4.2交互式電視的組成

交互式電視系統由電視節目源、視頻服務器(8.4.1節已介紹過)、寬帶傳輸網絡、家庭用戶終端、管理收費系統五個部分組成。

1.電視節目源

媒體管理及制作單位要提供VOD的服務，首先要將節目內容數字化。內容豐富、畫面清晰、聲音優美的電視節目源是交互式電視服務必要的前提?？梢岳秒娪昂碗娨暵摵系膬瀯?，以及數字電視中加密和條件存取的功能，來擴大交互式電視節目的數量和質量。

2.寬帶傳輸網絡

視頻流從視頻服務器到家庭用戶是通過傳輸網絡進行的。傳輸網絡包括主干網和用戶分配網。目前主干網比較統一，都使用SDH(SynchronousDigitalHierarchy，同步數字系列)、ATM或IP技術的光纖網絡。因為提供交互式電視業務的行業不同，所以用戶分配網分為以下三類：

廣播電視行業采用HFC(HybridFiberCoaxial，光纖同軸電纜有線電視混合網)，一般是光纖到路邊，同軸電纜進戶,大多采用750MHz系統。其中，5～65MHz為上行信號頻段，110～550MHz為模擬信號通道，550～750MHz頻段為數字信號通道。每個8MHz的頻道采用64QAM調制，可供8～10個經MPEG-2壓縮后的視頻流通過，是比較理想的寬帶傳輸網絡。電信行業采用ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine，不對稱數字用戶線路)公眾電話網。如果使用MPEG-1編碼，可以用雙絞線提供一個1.5Mb/s的下行通路來傳輸視頻流，用一個16kb／s的上行通路來傳輸用戶發出的控制信息。采用這種方式的優勢是現有的電話用戶比有線電視用戶多，易于普及。不足之處在于，由于帶寬不夠只能采用MPEG-1方式，且用戶離交換中心不能超過6km。

計算機公司采用局域網(LAN)并利用5類線為用戶服務。LAN的帶寬在10～100MB時可以滿足需要，但是傳輸距離不遠，只能用于用戶密集的區域，如機關大樓、酒店等。

3.家庭用戶終端

用戶終端有多媒體計算機、交互式電視接收機和電視機加機頂盒三種。多媒體計算機或交互式電視機具有不能比擬的優點，但價格相對較貴。對于已有電視機的用戶，增加一個機頂盒是最佳的選擇。機頂盒是用戶用來選擇節目、遙控節目運行的設備，其主要功能有收發信號、調制解調和解壓縮等。

4.管理收費系統

交互式電視和數字電視是一種可以滿足不同觀眾不同需求的服務形式，需要有地址編碼和尋址功能，并按提供服務的內容和數量進行收費。因此，它需要有一種安全可靠、有效合理的管理收費系統。8.4.3交互式電視的實現

目前在國際上主要有兩種方式的交互式電視。

第一種是存儲釋放終端交互方式。中央電視臺進行的交互式電視試驗就屬于這種方式。存儲釋放終端交互方式不需要回傳通道，它是通過廣播網絡向下傳輸數字電視信號的，所以也稱為廣播方式的交互式電視。用戶需要購買數字電視機頂盒，將傳輸的數字信號進行解碼并轉換為普通的模擬視頻信號輸出到普通電視等終端顯示設備上實現顯示。實際上，這種方式利用單向傳輸的廣播網絡，在數字電視數據流中同時傳輸多套節目和一套多角度的節目源以及各種豐富的圖文信息。互動功能的實現實際上是指用戶在傳輸的多路節目源中選擇一套節目并且在一套節目源中選擇從不同角度拍攝的節目以及相關的圖文信息。它利用廣播電視頻帶寬的特點將大量的數據傳到用戶，用戶可以實時地在接收端與接收機的終端實現交互，或將大量信息存在終端中的存儲器或硬盤中，再實現非實時的終端交互。另一種是面向人的實時交互方式，即將電視和Internet相結合，使之具有Internet訪問功能，用戶可以通過遙控器進行網上沖浪、發送電子郵件、查找相關節目信息、進行電視購物等等，這是通過用戶主動查找信息的方式來實現交互功能的。面向人的實時交互方式需要回傳通道，由于人的感覺反應有一定的時間，通常響應時間大于0.5s。這種方式的互動電視從最初WEBTV的窄帶56kb/s調制解調器接入發展到目前的寬帶(包括Ethernet網和ADSL等)、窄帶接入共存方

式，而且在功能上增加了電視節目指南、離線瀏覽等功能，并且在高端產品中增加了PVR(PersonalVideoRecorder，私人視頻記錄)等功能。

1.電話視頻點播

電話視頻點播是指電視臺開辟某個頻道或利用某個頻道的空閑時段，自動播放用戶通過電話點播的視頻節目。下行信號是電視臺的視頻信號，上行信號是通過PSTN傳送的。這種方式利用現有的有線電視頻道和PSTN，只需少量投入便可運行，因而已被數量眾多的有線電視臺采用。電視臺可以將MTV、曲藝、小品和相聲等節目預先以數字方式存儲在硬盤上作為節目源。由于點播系統的節目進行了數字壓縮，因此一塊80GB的硬盤可以存儲數百分鐘的節目，相當

于百余首歌曲的MTV。電視臺可根據自己的節目量隨意增加硬盤塊數。VCD、DVD的節目本來就是數字壓縮信號，所以可以直接拷貝到硬盤上。當用戶打進的專線電話接通后，自動點播系統進行語音提示或播出屏幕選單，用戶用電話機的數字按鈕輸入要點播的節目編號，自動播出系統立刻播出用戶點播的節目。用戶還可以預定播出時間和指定播出時顯示的字幕。當用戶操作失誤時，系統會用語音提示用戶的錯誤并自動返回，讓用戶重新輸入，用戶輸入完畢后，所輸入的信息會自動形成控制文件，記錄在計算機中。當到達用戶點播的時刻時，系統先播出用戶所留字幕，然后播出用戶點播的節目。當沒有節目播出時，播出系統將自動循環播出節目單。以上全過程都是自動完成、無人值守的。點播頻道播出的是由觀眾主動點播的文藝節目，具有很高的收視率，是插播廣告的最佳時段。用戶點播費用可以由電話局代收。全國的各級電話局都開辦了專線電話服務，如

168、268信息服務臺等，用戶只需向電話局申請電話專線即可。當用戶打進電話時，系統自動將點播費記錄在電話費中。電話局的此項業務是國家法律規定的一項營業項目。同時系統也配有精確的收費計算功能，避免了經濟糾紛。

電話視頻點播產品具有以下特點：

(1)點播線路暢通。用戶可以在任意時間預先點播節目，避開線路繁忙的高峰期；節目點播有多條外線，可徹底解決電話打不通的問題。

(2)便利、快捷。屏幕顯示簡潔、全中文界面、整個點播過程不到一分鐘。

(3)主動親切。對于簡易的點播設備，在用戶點播完節目后，馬上直接播出，不能反映出點播者和被點播者的信息；對于較好的點播系統，用戶可通過電話留言，播出字幕，滿足消費者表達情感的要求。

(4)廣告自動播出功能?？啥〞r播出用戶的電視廣告。

(5)穩定可靠。硬盤有冗余備份，專業設備配制。

(6)主動性。主動性是指電視臺對視頻點播的管理功能，如對用戶留言的檢查。

2.中央電視臺交互式電視廣播系統

中央電視臺采用了廣播方式的交互式電視方案，即由若干視頻通道和一個圖文／數據通道組成一個傳輸流，并在用戶機頂盒上實現交互操作，如圖8-13所示。用戶的命令由紅外遙控器傳送到機頂盒，控制電視機快速地切換到不同通道的圖像，同時可以將圖文信息融入畫面或單獨顯示。圖8-13廣播方式的交互式電視

1)節目形態

(1)多頻道。多頻道節目之間沒有相關性，每個頻道獨立地播出一套節目，如體操比賽中的吊環、單杠、自由體操和鞍馬等或者足球聯賽中同時進行的若干場比賽。

多頻道節目可以將幾場比賽同時直播，觀眾可以選擇觀看自己喜歡的球隊，每場比賽都是在第一時間內獲取視覺信息，并且因比賽結果的不可預見而具有很強的興奮點，滿足體育觀眾對于時效和欣賞的要求。多頻道節目與傳統電視節目是完全一致的，在工藝流程上沒有差別，可以直接使用原有的節目資源，制作成本較低。

(2)多角度。多角度信號可以用于體育比賽和大型的文藝演出?，F場采用多個攝像機機位多角度拍攝，并將多個信號通過一組視頻通道傳輸給用戶。用戶通過遙控器控制機頂盒，可以任選其中一個角度的信號觀看。

多角度交互節目第一次賦予了觀眾相當于電視導演一樣的選擇權。以往的電視節目也有多個機位的圖像，但只有經過導演切換后的一路信號送給觀眾，觀眾是沒有選擇權的。

然而觀眾的審美觀點和觀看興趣與導演不同，有些人喜歡全景，有些人喜歡特定場景，有些人只關心自己喜愛的球員。實際上，觀眾的興趣愛好不同，必然造成眾口難調的局面，多角度電視節目較好地滿足了用戶的個性化需求，可以說是一個巨大的跨越。

(3)導航。導航畫面可以引導觀眾迅速找到所需節目的頁面和畫面。在交互式電視節目中，通常會提供多個選擇，可以是不同的節目，也可以是不同角度的圖像。顯然，讓觀眾逐個頻道地搜尋是不切實際的，必須有一個能快速方便地定位頻道的途徑。

由于交互節目中具有多個畫面，且定義的內容或功能不同，因此導航畫面的設置具有明顯的現實意義。通過導航畫面，用戶可以迅速地切換到所需的圖像頻道或文字信息畫面。導航頁面上往往用不同的顏色對應不同的內容，只要簡單地按下遙控器上同色的按鈕，即可轉換到相應的內容上去。實現導航頁面的方法可以是靜態的，也可以是動態的。前者由文字和靜止畫面構成，而后者則在一個屏幕上使用多個活動畫面。如果導航頁面采用文字和靜止圖像，只要利用圖文層制作即可，需要使用的系統資源很少，但是沒有實時圖像，無法使觀眾看到當前節目進行的實際情況，會影響導航效果；而用活動圖像導航則具有很強的實時感，能夠反映當前節目的實際內容，但是需要占用一個視頻通道并且要有相應的數字特技制作設備，即需使用較多的系統資源。

(4)圖文頻道。數字電視極有價值的特點之一，是支持與視、音頻節目一起傳送圖文信息。

圖文信息簡潔明確，比較直觀。采用圖文信息的最大好處是可以按需獲取，觀眾在任何時候都可以閱讀。例如，目前的天氣預報只在特定的時間播出，如果錯過時間則無法觀

看。采用圖文信息后，可以不受限制地在任何時候調出天氣預報。

圖文信息內容也能夠連續更新，及時地提供最新的動態，對于比分、