第8章多媒體技術(shù)與交互技術(shù)

第8章多媒體技術(shù)和交互式電視8.1多媒體信號(hào)和多媒體技術(shù)

8.2多媒體信號(hào)的傳輸

8.3多媒體技術(shù)的應(yīng)用

8.4交互式電視組成與原理

思考練習(xí)題

8.1多媒體信號(hào)和多媒體技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像壓縮技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，由這些技術(shù)交匯而產(chǎn)生的多媒體技術(shù)也得到了發(fā)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(yīng)該包括圖像和聲音，可能還有文字、符號(hào)、圖形、動(dòng)畫、圖片等等。多種媒體攜帶的信息是相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)的。計(jì)算機(jī)交互處理這些媒體的技術(shù)即是多媒體技術(shù)。多媒體信號(hào)應(yīng)具有以下三個(gè)特征：

(1)綜合性：多媒體信號(hào)應(yīng)是相互有關(guān)的多種媒體的信號(hào)的綜合。

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

(3)同步性：多種媒體能同步地、協(xié)調(diào)地傳送信息。廣播電視中的圖像、聲音、時(shí)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(diǎn)播VOD(VideoOnDemand)使觀眾可以選擇節(jié)目，可以控制節(jié)目的暫停和繼續(xù)播放，能夠選擇觀看影片的多種結(jié)局之一，所以視頻點(diǎn)播屬于多媒體。通常認(rèn)為電視會(huì)議、可視電話、安全監(jiān)視、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教學(xué)等均屬于多媒體范疇。多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)與一般的廣播電視教學(xué)的教師講學(xué)生聽的模式不同，教師講課時(shí)可向?qū)W生提問，學(xué)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(hào)、圖形、動(dòng)畫、CAI(計(jì)算機(jī)輔助教學(xué))課件等媒體。這種多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)因?yàn)樯鷦?dòng)、直觀、交互性強(qiáng)，所以能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，取得良好的教學(xué)效果。 8.2多媒體信號(hào)的傳輸

圖像信號(hào)要求實(shí)時(shí)傳輸。視頻信號(hào)不壓縮時(shí)傳送速率在270Mb/s左右，高清晰度電視(HDTV)的信號(hào)傳送速率高達(dá)1000Mb/s。為了在網(wǎng)絡(luò)中傳送更多的多媒體信息，對視頻信息應(yīng)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，HDTV壓縮后的速率也只有20Mb/s。至于可視電話，在公用電話網(wǎng)(PSTN)上傳送時(shí)，可壓縮為20kb/s左右。語音信號(hào)也要求實(shí)時(shí)傳輸。語音信號(hào)如不壓縮需64kb/s的速率，經(jīng)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(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。通信服務(wù)質(zhì)量QoS(QualityofService)是通信網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)，也是網(wǎng)絡(luò)效果的主要表示參數(shù)，用來描述通信雙方的傳輸質(zhì)量。QoS基本參數(shù)包括系統(tǒng)吞吐率、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?/p>

穩(wěn)定性、可用性、可靠性、傳輸延遲、傳輸碼率、出錯(cuò)率、傳輸失敗率、安全性等。傳輸碼率只是其中的主要參數(shù)之一，不同的系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的參數(shù)往往不同，而且QoS參數(shù)的設(shè)置一般采用分層方式，不同層的參數(shù)有不同的表現(xiàn)形式。在用戶層中，針對音頻、視頻信息的采集和重顯，QoS參數(shù)表現(xiàn)為采樣率和每秒幀數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)層中，QoS表現(xiàn)為傳輸碼率、傳輸延遲等表示傳輸質(zhì)量的參數(shù)。描述網(wǎng)絡(luò)管理的QoS時(shí)，應(yīng)主要考慮網(wǎng)絡(luò)資源的共享、參數(shù)的動(dòng)態(tài)管理和重組等。8.2.1

PSTN

PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork，公用電話交換網(wǎng))是公共通信網(wǎng)中規(guī)模最大、歷史最長的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)的主要用途是傳輸語音信號(hào)，用戶的語音信息可通過傳輸線路和交換設(shè)備進(jìn)行互傳。該網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備主要是普通模擬電話機(jī)，要求所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬在300Hz～3.4kHz之間。

目前，電話網(wǎng)以模擬設(shè)備為主的情況已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化，數(shù)字傳輸設(shè)備和數(shù)字交換設(shè)備不斷地被引入電話網(wǎng)，如數(shù)字光纖時(shí)分復(fù)用設(shè)備，計(jì)算機(jī)數(shù)字程控交換設(shè)備，所有這些數(shù)字化設(shè)備已經(jīng)使公用電話網(wǎng)成為一個(gè)以數(shù)字設(shè)備為主體的網(wǎng)絡(luò)。但在用戶線路上傳輸?shù)男盘?hào)中，模擬語音信號(hào)的比例仍然最大，這給在公用電話網(wǎng)上傳輸數(shù)字信息帶來了困難。目前，在公用電話網(wǎng)上傳輸數(shù)字信號(hào)的主要手段仍然是要依靠調(diào)制解調(diào)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(dòng)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(diào)制解調(diào)器，在PSTN網(wǎng)上可傳輸符合H.324標(biāo)準(zhǔn)的傳輸碼率低于64kb/s的可視電話。V.34是有關(guān)28.8kb/s速率的調(diào)制解調(diào)器的建議。QoS參數(shù)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(wǎng)中，一對電話線只能傳送一路模擬電話信號(hào)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))，可以支持語音、數(shù)據(jù)和

圖像等幾種媒體的傳輸業(yè)務(wù)，其基本傳輸速率為160kb/s。它利用一對電話線，同時(shí)傳送兩路數(shù)字電話信號(hào)(B通路，每路可傳送速率低于64kb/s的數(shù)字電話或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))，采用同

步時(shí)分復(fù)用方式，也稱為STM(SynchronousTransferMode，同步轉(zhuǎn)移模式)。根據(jù)CCITT建議，電信的傳輸、交換、復(fù)用統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)移模式。STM在ISDN中的復(fù)用方式如圖8-1所

示，以125μs為一幀，共傳送20b，時(shí)間上分為3個(gè)信道2B+D，每個(gè)B信道傳送8b數(shù)字電話信號(hào)，一個(gè)D信道傳送2b信令信號(hào)(電話號(hào)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(shí)隙。各時(shí)隙以125μs為周期出現(xiàn)，根據(jù)信號(hào)所占用的時(shí)隙位置，就可判定是哪個(gè)子信道的信號(hào)，這就是STM。圖8-1

STM的時(shí)分復(fù)用在STM模式中，分配給了一個(gè)信道的一個(gè)固定時(shí)隙，只能傳輸該信道上的數(shù)據(jù)，不能傳輸其它數(shù)據(jù)。如果該信道上沒有數(shù)據(jù)要傳輸，相應(yīng)的時(shí)隙就空閑，空閑時(shí)隙多時(shí)會(huì)造成帶寬的極大浪費(fèi)。

綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)可傳輸會(huì)議電視和可視電話。當(dāng)上述2B+D的基本接入(BasicAccess)速率不夠時(shí)，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(shù)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(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))與ISDN類似，利用同一線路在同一時(shí)間內(nèi)傳送多個(gè)電信業(yè)務(wù)信號(hào)，其碼率在155Mb/s以上，采用異步時(shí)分復(fù)用，或稱為ATM(AsychronousTransferMode，異步轉(zhuǎn)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(hào)不是按一定時(shí)間間隔周期性出現(xiàn)的，因而不能再按固定的時(shí)隙位置來判斷其屬于哪個(gè)子信道。ATM要在信頭中的固定位置加一種標(biāo)志信息，表明該信元屬于哪個(gè)子信道，即準(zhǔn)備送到對方的哪個(gè)用戶。這樣，在信道上的時(shí)隙劃分就不必采用固定位置的方

式了。

ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用就是根據(jù)各信道業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)特性，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的前提下，在各個(gè)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，以達(dá)到最佳的資源利用率。這種方式可以解決STM中出現(xiàn)的帶寬浪費(fèi)的問題。多個(gè)子信道根據(jù)它們不同的傳輸特性復(fù)用到一條鏈路上。與同步時(shí)分復(fù)用STM不同，在ATM中，時(shí)隙只分配給有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)淖有诺溃瑳]有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)淖有诺啦徽加脦?。因此，ATM在處理實(shí)時(shí)傳輸時(shí)能達(dá)到非常好

的性能。在一般的復(fù)用機(jī)制中，各個(gè)輸入帶寬的總和應(yīng)小于傳輸線路的總帶寬；而利用統(tǒng)計(jì)復(fù)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(shí)隙為基礎(chǔ)的交換。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，沒有交換引起的時(shí)延，但線路的利用率低。分組交換把整個(gè)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(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”方式。其優(yōu)點(diǎn)是線路利用率高，但分組長度是可變的，兩個(gè)用戶在一次通信中各分組可能經(jīng)由不同的路徑，因而會(huì)引入較大的時(shí)延，不宜用作實(shí)時(shí)通信。ATM交換把信息分成一個(gè)一個(gè)固定長度的信元。信元長度比分組交換時(shí)的分組小得多，它利用硬件連接進(jìn)行信息交換，交換的速度非?？臁TM交換既有分組交換線路利用率高的優(yōu)點(diǎn)，又有電路交換快速的優(yōu)點(diǎn)，它是分組交換與電路交換的一種結(jié)合。因此，ITU已規(guī)定在B-ISDN中應(yīng)采用ATM方式的復(fù)用和交換。這樣的以信元為基本單位的高速ATM信號(hào)，必須在寬帶網(wǎng)絡(luò)(例如光纖網(wǎng)絡(luò))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(yè)務(wù)。8.2.4

IP網(wǎng)絡(luò)

IP網(wǎng)絡(luò)包括Internet(因特網(wǎng))、Intranet(企業(yè)網(wǎng))、WAN(WideAreaNetwork，廣域網(wǎng))以及LAN(LocalAreaNetwork，局域網(wǎng))等。IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速，它利用TCP/IP

協(xié)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(wǎng)絡(luò)帶寬較窄，還不能保證多媒體通信業(yè)務(wù)所需的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。對于視頻和音頻傳輸，丟掉幾個(gè)分組不會(huì)造成很大的問題，但窄帶寬將導(dǎo)致視頻畫面有時(shí)清晰，有時(shí)模糊，甚至導(dǎo)致音頻信息的中斷。因此，要采用效率更高的壓縮編碼和協(xié)議來改善因特網(wǎng)中實(shí)時(shí)通信的質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留協(xié)議RSVP(ResourceReservationProtocol)對于用IP有限的帶寬傳送視頻和音頻以及其它實(shí)時(shí)多媒體信息非常重要。采用RSVP技術(shù)，通信雙方在建立傳輸信息之

前預(yù)留了足夠的帶寬，服務(wù)質(zhì)量會(huì)得到較好的保證。目前，RSVP的資源預(yù)留功能已在一些廠商的路由器和應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)。

分類服務(wù)技術(shù)是解決IP網(wǎng)QoS問題的一種十分有效的方法。不同類別的信息對網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的要求是不同的，分類服務(wù)按業(yè)務(wù)類別將信息分給能充分保證其服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)傳輸資源。

解決質(zhì)量問題的根本辦法是拓寬網(wǎng)絡(luò)帶寬?，F(xiàn)在美國正在積極研制下一代因特網(wǎng)NGI(NextGenerationInternet)，其目標(biāo)就是要拓寬網(wǎng)絡(luò)帶寬。8.2.5

FC

FC(FiberChannel，光纖通道)技術(shù)是ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))為網(wǎng)絡(luò)和通道I／O接口建立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集成。它支持HIPPI(High

Perfor

manceParallelInterface，高性能并行接口)、SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)、IP、ATM等多種高級(jí)協(xié)議。它的最大特點(diǎn)是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信協(xié)議

與傳輸物理介質(zhì)隔離開。這樣，多種協(xié)議可在同一個(gè)物理連接上同時(shí)傳送，高性能存儲(chǔ)體和寬帶網(wǎng)絡(luò)使用單一I／O接口，這使得系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度大大降低。光纖通道支持點(diǎn)到點(diǎn)(Links)、仲裁環(huán)(ArbitratedLoop，AL)、交換式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.概述

光纖通道是把設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的一種高速通道，它既具有單通道的特點(diǎn)，又具有網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，它可以是連接兩套設(shè)備的單條電纜，也可以是連接許多設(shè)備的交換機(jī)產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。光纖通道的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快，它可以給計(jì)算機(jī)設(shè)備提供接近于專業(yè)設(shè)備處理速度的吞吐量。

光纖通道與協(xié)議無關(guān)，它提供了一種在源設(shè)備(如計(jì)算機(jī)或磁盤陣列)的發(fā)送緩存器和目的設(shè)備的接收緩存器之間傳送數(shù)據(jù)的方法，所以它是一種通用傳輸機(jī)制，適用范圍廣，可適合多種性價(jià)比的系統(tǒng)(從小系統(tǒng)到超大型系統(tǒng))，支持現(xiàn)有的IP、SCSI、ATM、HIPPI等多種協(xié)議。

光纖通道規(guī)范定義的各種類型媒介支持的最大網(wǎng)絡(luò)長度如表8-1所示。表8-1

FC中各種媒介支持的最大網(wǎng)絡(luò)長度

2.FC的結(jié)構(gòu)

FC定義為多層結(jié)構(gòu)，但是所分的層不能直接映射到OSI(OpenSystemInterconnection，開放系統(tǒng)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(xié)議和流控制、公共服務(wù)以及上級(jí)協(xié)議(ULP)接口。

1)FC-0

FC-0是物理層底層標(biāo)準(zhǔn)。FC-0層定義了連接的物理端口特性，包括介質(zhì)和連接器(驅(qū)動(dòng)器、接收機(jī)、發(fā)送機(jī)等)的物理特性、電氣特性、光學(xué)特性、傳輸速率以及其它的一些連接端口特性。物理介質(zhì)除表8-1所列的之外，還有UTP(UnshieldedTwistedPair，非屏蔽雙絞線)，用于25Mb／s數(shù)據(jù)傳輸，距離可達(dá)50m。光纖通道的數(shù)據(jù)誤碼率低于10-12,它具有嚴(yán)格的抖動(dòng)容許規(guī)定和串行I／O電路。

2)FC-1(傳輸協(xié)議)

FC-1根據(jù)ANSIX3T11標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了8b／10b的編碼、解碼方式和傳輸協(xié)議，包括串行編碼、解碼規(guī)則，特殊字符和錯(cuò)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(yàn)?zāi)芰蜁r(shí)鐘恢復(fù)能力。

3)FC-2(幀協(xié)議)

FC-2層定義了傳輸機(jī)制，包括幀定位、幀頭內(nèi)容、使用規(guī)則以及流量控制等。光纖通道的數(shù)據(jù)幀長度可變，地址可擴(kuò)展。用于傳輸數(shù)據(jù)的光纖通道的數(shù)據(jù)幀長度最多可達(dá)2KB，因此非常適合于大容量數(shù)據(jù)的傳輸。幀頭內(nèi)容包括控制信息、源地址、目的地址、傳輸序列標(biāo)識(shí)和交換設(shè)備等。64B可選幀頭用于其它類型網(wǎng)絡(luò)在光纖通道上傳輸時(shí)的協(xié)議映射。光纖通道依賴數(shù)據(jù)幀頭的內(nèi)容來引發(fā)操作，如把到達(dá)的數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)正確的緩沖區(qū)里。

4)FC-3(公共服務(wù))

FC-3層提供高級(jí)特性的公共服務(wù)，即端口間的結(jié)構(gòu)協(xié)議和流動(dòng)控制，它定義了三種服務(wù)：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(gè)端口在多個(gè)連接上并行傳輸，這樣，傳輸帶寬能擴(kuò)展到相應(yīng)的倍數(shù)；搜索組用于多個(gè)端口去響應(yīng)一個(gè)相同名字的地址；多路播放用于將一個(gè)信息傳遞到多個(gè)目的地址。

5)FC-4(ULP映射)

FC-4層是光纖通道標(biāo)準(zhǔn)中定義的最高等級(jí)，它固定了光纖通道的各層跟高層協(xié)議(ULP)之間的映射關(guān)系以及與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)包括現(xiàn)有的所有通道標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如HIPPI、SCSI接口和IP、ATM等。

3.FC的特點(diǎn)

局域網(wǎng)LAN是面向非連接的，是通過將地址信息打入包內(nèi)，然后按規(guī)定線路發(fā)送的方式完成網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。為了管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這種網(wǎng)絡(luò)型的互連方案需要較大的軟件開銷。它一方面限制了系統(tǒng)帶寬，另一方面造成了較大的延遲，不適合實(shí)時(shí)視/音頻互連。此外，客戶端對于服務(wù)器存儲(chǔ)體的共享是需要通過服務(wù)器來進(jìn)行的。而FC是寬帶的、直接面向存儲(chǔ)體的網(wǎng)絡(luò)，在連接的設(shè)備之間，如計(jì)算機(jī)的處理器和外圍設(shè)備之間，通道連接提供點(diǎn)到點(diǎn)的直接連接，或者提供

交換的點(diǎn)到點(diǎn)連接。通道的作用是盡可能快地把數(shù)據(jù)從A點(diǎn)傳送到B點(diǎn)。目的地的地址不僅是預(yù)先確定的，而且兩點(diǎn)之間是用實(shí)際線路連接起來的，數(shù)據(jù)除了去目的地之外不可能去其它任何地方。因此，數(shù)據(jù)分組中不需要攜帶任何地址和糾錯(cuò)信息，分組開銷很小。由于它們的點(diǎn)到點(diǎn)的性質(zhì)和有限的處理要求，通道連接大多以硬件實(shí)現(xiàn)。其糾錯(cuò)過程簡單，也由硬件完成。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)連接是取決于尋址方案的多點(diǎn)連接，該尋址方案能保證數(shù)據(jù)到達(dá)正確的目的地。沿著某一條網(wǎng)絡(luò)連接傳輸?shù)母鱾€(gè)數(shù)據(jù)分組必須包含一個(gè)地址，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備均根據(jù)該地址確定分組是否正確。網(wǎng)絡(luò)連接一般都具有相對復(fù)雜的誤碼檢測和糾錯(cuò)能力，分組前端必須包含地址和誤碼糾錯(cuò)信息，這就使得分組開銷比單通道連接高。另外，網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，又具有網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，它是把設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的一條高速通道。光纖通道網(wǎng)絡(luò)最簡單的模型可以是連接兩套設(shè)備的單條電纜，而復(fù)雜的模型可以是連接許多設(shè)備的一臺(tái)交換機(jī)產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它根據(jù)不同情況實(shí)現(xiàn)特定的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到支持應(yīng)用程序的目的。在任何情況下，就某個(gè)單光纖通道端口而言，無論網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，它只負(fù)責(zé)工作站和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的一條簡單的點(diǎn)到點(diǎn)的連接，可以避免大流量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生阻塞和沖突，非常適合高速和不間斷視頻數(shù)據(jù)流的傳送。

4.FC網(wǎng)的容量

FC是一種高性能的基于光纖通道的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，是專為臺(tái)式工作站、海量存儲(chǔ)子系統(tǒng)、外圍設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間雙向點(diǎn)對點(diǎn)的串行數(shù)據(jù)通道而設(shè)計(jì)的，其傳輸速率比其它網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高很多，其標(biāo)稱數(shù)據(jù)傳輸率為1000Mb/s。但由于系統(tǒng)管理開銷，信息、硬件(網(wǎng)卡、交換機(jī)、集線器、硬盤陣列控制器等)設(shè)計(jì)水平等因素的影響，F(xiàn)C的實(shí)際數(shù)據(jù)率為100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s和800Mb/s，若視頻工作站的視頻數(shù)據(jù)率為35Mb/s，實(shí)際應(yīng)用中連入FC的視頻工作站數(shù)量不應(yīng)超過20臺(tái)。這是對于一個(gè)用戶級(jí)(由一臺(tái)交換機(jī)連接的結(jié)構(gòu)中)的情況；對于多個(gè)用戶級(jí)，由多臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)會(huì)大大增加用戶站點(diǎn)，但多臺(tái)交換機(jī)的級(jí)聯(lián)會(huì)引起信號(hào)在交換中的延遲，這是在搭建FC網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(shí)際上只能達(dá)到30MB/s，甚至更低，而無壓縮的視頻流的數(shù)碼率，在8b時(shí)為20MB/s，在10b時(shí)為25MB/s，所以硬盤陣列的I／O能力限制了工作站點(diǎn)的數(shù)量。 8.3多媒體技術(shù)的應(yīng)用

8.3.1會(huì)議電視

1.概述

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

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

1995年，我國公用會(huì)議電視骨干網(wǎng)已經(jīng)建成。從北京到各省省會(huì)和直轄市共30個(gè)城市已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)。湖南、湖北、江蘇、遼寧、安徽、廣東、山東、福建等省已建成省會(huì)到地市的省會(huì)議電視網(wǎng)。浙江省已建成了各地市到縣的全省性的地市級(jí)會(huì)議電視網(wǎng)。這些會(huì)議電視大部分引進(jìn)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(shè)備。

目前，江蘇揚(yáng)州市的全源公司、深圳市的華為公司和中興公司等都已經(jīng)研制出國產(chǎn)化設(shè)備。

2.會(huì)議電視系統(tǒng)的組成

會(huì)議電視系統(tǒng)由終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、傳輸信道以及多點(diǎn)控制設(shè)備MCU(Multi-pointControlUnit)等組成。

1)終端設(shè)備

會(huì)議電視終端設(shè)備有攝像機(jī)、話筒、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、監(jiān)視器、會(huì)議電視編碼器和解碼器，如圖8-2所示。圖8-2會(huì)議電視端的設(shè)備配置攝像機(jī)一般設(shè)特寫攝像機(jī)、全景攝像機(jī)、文字和圖片攝像機(jī)等。圖像切換器按會(huì)議進(jìn)程選用不同攝像機(jī)的圖像送出。話筒要選用方向性強(qiáng)并有平坦頻率特性的。室內(nèi)墻壁應(yīng)進(jìn)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(huì)引起嘯叫，應(yīng)設(shè)置回波消除器并調(diào)整喇叭與話筒的相對位置，以消除嘯叫。監(jiān)視器應(yīng)選用大屏幕電視或投影電視，圖像與實(shí)物之比為1∶1，這樣能獲得臨場感。

會(huì)議電視編碼器和解碼器是終端設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備。圖8-3(a)是編碼器方框圖。來自切換器的模擬電視信號(hào)，經(jīng)亮色分離后由模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，又經(jīng)公共中間格式(CIF)轉(zhuǎn)換，把電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的中間格式(352×288)，再采用統(tǒng)一的H.261算法進(jìn)行壓縮。由于編碼中采用了變長編碼VLC技術(shù)，經(jīng)壓縮編碼后的數(shù)據(jù)為不均勻的數(shù)據(jù)流，因此需要緩沖存儲(chǔ)器對數(shù)據(jù)速率進(jìn)行平滑。從緩存中讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼(糾錯(cuò)編碼)可增強(qiáng)其抗干擾能力，然后被送入時(shí)分多路復(fù)用模塊，并與經(jīng)編碼的語音

以及來自其它數(shù)字設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等)的數(shù)據(jù)信號(hào)，按照指定的時(shí)隙合成一路數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)接口電路形成標(biāo)準(zhǔn)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(fā)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(jīng)接口電路被恢復(fù)成非歸零的時(shí)分多路信號(hào)以及供解碼用的基本時(shí)鐘信號(hào)，再經(jīng)時(shí)分解復(fù)用之后，分為3個(gè)信號(hào)流進(jìn)行進(jìn)一步處理。其中的數(shù)據(jù)信號(hào)被送往專用的數(shù)字接收設(shè)備(計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、電子黑板等)。聲音信號(hào)被送往聲音解碼電路經(jīng)數(shù)/模(D／A)轉(zhuǎn)換、功放送往音響設(shè)備。而圖像信號(hào)經(jīng)糾錯(cuò)解碼電路之后，被送入緩存，轉(zhuǎn)換成與編碼器相同的數(shù)據(jù)流形式，經(jīng)H.261解碼、格式轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換后，在彩色監(jiān)示器上顯示出來。圖8-3會(huì)議電視編碼器和解碼器方框圖(a)編碼器；(b)解碼器

2)多點(diǎn)控制方式

會(huì)議電視的分會(huì)場一般相隔較遠(yuǎn)，分會(huì)場數(shù)目較多，這就構(gòu)成了多點(diǎn)會(huì)議電視系統(tǒng)。多點(diǎn)會(huì)議電視系統(tǒng)的連接、控制方式有以下幾種：

(1)全耦合方式：所有各分會(huì)場之間相互用線路連接。當(dāng)點(diǎn)數(shù)很多時(shí)，這種方式需要大量線路，很不經(jīng)濟(jì)。

(2)圖像合成方式：把所有會(huì)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(jiān)視器上多畫面顯示所有會(huì)場圖像。

(3)圖像請求方式：把所有圖像集中于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)多點(diǎn)的請求，切換出所希望顯示的圖像。國外的會(huì)議電視常采用這種方式。

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

(5)主席控制方式：不改變原來通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，線路連接、圖像和聲音的流向都由會(huì)議主席進(jìn)行控制。這種方式不增加任何線路，但靈活性不夠。

3)多點(diǎn)會(huì)議電視網(wǎng)

多點(diǎn)會(huì)議電視網(wǎng)中都需設(shè)置一個(gè)或多個(gè)MCU，用以完成各個(gè)會(huì)議點(diǎn)之間的信息交換和匯接作用。ITU-T有關(guān)多點(diǎn)會(huì)議電視的標(biāo)準(zhǔn)只允許采用兩層級(jí)聯(lián)的組網(wǎng)模型，這樣可以滿足傳輸延時(shí)、語音圖像同步以及網(wǎng)絡(luò)控制的要求。圖8-4就是一個(gè)二級(jí)星形會(huì)議電視網(wǎng)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(jù)需要，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的會(huì)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(shí)際上它們是通過各種通信網(wǎng)絡(luò)連接到MCU上的。圖8-4二級(jí)星形會(huì)議電視網(wǎng)示意圖

3.我國公用會(huì)議電視骨干網(wǎng)

我國的公用會(huì)議電視骨干網(wǎng)采用二級(jí)星形結(jié)構(gòu)，以北京為全網(wǎng)一級(jí)樞紐中心，以星形輻射形式與二級(jí)樞紐中心(即各大區(qū)中心——沈陽、上海、南京、武漢、廣州、西安、成

都等地)的多點(diǎn)控制單元(MCU)相連接，各大區(qū)中心的MCU與本區(qū)內(nèi)各省中心(即省會(huì)會(huì)場)相連，這樣就構(gòu)成了一個(gè)以北京為中心的全國會(huì)議電視骨干網(wǎng)。傳輸手段可以是現(xiàn)有的光纜、數(shù)字微波、數(shù)字衛(wèi)星等。按我國開會(huì)的慣例，采取主席控制模式，即主席所在的主會(huì)場，可同時(shí)向所有分會(huì)場傳遞主會(huì)場的圖像和聲音，并通過MCU與任一分會(huì)場對話，指揮匯接設(shè)備切換圖像和聲音。分會(huì)場發(fā)言需向主席申請，一旦被主席認(rèn)可，該分會(huì)場的圖像、語音便可以廣播方式傳送到其它各個(gè)會(huì)場。這種模式符合ITU-T的H.243標(biāo)準(zhǔn)。

全國性會(huì)議電視網(wǎng)管中心設(shè)在一級(jí)樞紐中心，由中央多點(diǎn)管理系統(tǒng)(CMMS)及工作站組成。網(wǎng)管中心的主要功能是：①顯示各MCU狀態(tài)；②對MCU進(jìn)行故障診斷；③對每個(gè)MCU的計(jì)費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；④統(tǒng)計(jì)與會(huì)會(huì)場、會(huì)議時(shí)間、碼速率；⑤記錄會(huì)議的有關(guān)事件。國家骨干網(wǎng)全部采用美國威泰視訊公司(VTEL公司，前CLI公司)的Radiance9075型會(huì)議電視終端設(shè)備，該設(shè)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(shí)還具備符合H.261建議的CIF、QCIF圖像格式。國家骨干網(wǎng)的多點(diǎn)控制采用CLI公司的MCUⅡ，它具有12個(gè)2Mb/s端口，符合H.200系列建議，具有全網(wǎng)的主席控制模式以及遠(yuǎn)端攝像的互控功能。

4.三種實(shí)用的會(huì)議電視系統(tǒng)

符合H.320標(biāo)準(zhǔn)的ISDN網(wǎng)的會(huì)議電視業(yè)務(wù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用。為了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及PSTN網(wǎng)上組建會(huì)議電視系統(tǒng)，ITU-T于1995年推出了在LAN網(wǎng)上組建視聽系統(tǒng)的H.323系列建議，在ATM網(wǎng)組建視聽系統(tǒng)的H.310系列建議，在PSTN網(wǎng)上進(jìn)行視聽通信的H.324系列建議。目前，H.320會(huì)議電視系統(tǒng)已占有相當(dāng)大的比例，為了將H.320系統(tǒng)引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)和ATM網(wǎng)，ITU-T又推出了H.321系列標(biāo)準(zhǔn)，在H.320的設(shè)備中增加了一個(gè)ATM適配器并連接到ATM網(wǎng)上。與此類似，可采用H.322建議將H.320系統(tǒng)適配入計(jì)算機(jī)LAN中。H.321和H.322實(shí)質(zhì)上是將H.320系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流重新組裝為ATM網(wǎng)和LAN可接收的數(shù)據(jù)流，起著一種網(wǎng)絡(luò)之間適配器的作用，本質(zhì)上仍然是H.320系統(tǒng)。由于有關(guān)ATM的協(xié)議遲遲未完全推出，因而基于ATM的H.310系統(tǒng)至今也未得到推廣使用，真正有發(fā)展前景的會(huì)議電視系統(tǒng)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(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)如表8-2所示。表8-2三種實(shí)用的會(huì)議電視系統(tǒng)8.3.2可視電話

可視電話(VideoTelephony)的通信信號(hào)包括語音信號(hào)和圖像信號(hào)，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(nèi)容。通話過程傳送的是雙方的頭像，圖像內(nèi)容簡單，對細(xì)節(jié)的要求可以適當(dāng)降低。目前，發(fā)展可視電話的條件已經(jīng)具備。國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-TH.324描述了可視電話終端，它采用V.34調(diào)制解調(diào)器，數(shù)碼率通常為28.8kb/s，可通過公共電話交換網(wǎng)(PSTN)進(jìn)行傳送。我國現(xiàn)在的電話普及率已達(dá)80%，為可視電話的普及、互通創(chuàng)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(gè)框架型的建議，它包含一系列的建議，稱之為H.324協(xié)議族。它全面規(guī)范了視/音頻的壓縮編/解碼、多種媒體信息的復(fù)用、信道接口、控制信令等多項(xiàng)技術(shù)指

標(biāo)。

H.324協(xié)議族包括以下協(xié)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(wǎng)質(zhì)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(dòng)圖像壓縮編/解碼技術(shù)。

(4)H.245通信控制協(xié)議。多媒體通信中，控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的“司令部”，音頻、視頻、數(shù)據(jù)和復(fù)用部分都需要由它來統(tǒng)一協(xié)調(diào)。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(guān)系到通信過程的控制、結(jié)束通信等操作都由它來控制完成。為了保證不同廠商產(chǎn)品的互通，有必要統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)。ITU-T在1995年專門發(fā)布了用于多媒體通信的控制協(xié)議H.245，規(guī)定了終端消息的句法和語義以及通信開始時(shí)進(jìn)行協(xié)商的操作過程。這些消息包括終端發(fā)送和接收的通信能力、接收端的優(yōu)先模式、邏輯信道的通知、控制和指示。

(5)H.223信道復(fù)用協(xié)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(shù)據(jù)和控制流)要同時(shí)傳輸，在發(fā)送端必須把它們復(fù)用成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流；在接收端要同步地、實(shí)時(shí)地把它解復(fù)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(jié)構(gòu)、字結(jié)構(gòu)、分組復(fù)用等作了明確規(guī)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(gè)復(fù)用協(xié)議還能對圖像序列進(jìn)行編號(hào)、誤差檢測和校正。

(6)V.34調(diào)制解調(diào)器全雙工通信協(xié)議。其通信速率可達(dá)28.8kb/s或33.6kb/s。

(7)V.8建議。它規(guī)范了在PSTN上的數(shù)據(jù)通信的起始呼叫過程、可視電話和普通電話工作模式的轉(zhuǎn)換。

(8)T.120系列數(shù)據(jù)通道建議。

這種極低比特率的視聽系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，除可視電話外，還可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)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(tǒng)”是一個(gè)框架性的建議，包括終端設(shè)備、視/音頻和數(shù)據(jù)的傳輸、通信控制、網(wǎng)絡(luò)接口等內(nèi)容，還包括多點(diǎn)控制單元MCU、多點(diǎn)控制器MC、多點(diǎn)處理器MP、網(wǎng)關(guān)GW(GateWay)和網(wǎng)閘GK(GateKeeper)等設(shè)備。

H.323系統(tǒng)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(tǒng)的終端結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。圖8-6

H.323系統(tǒng)的終端結(jié)構(gòu)示意圖

H.323系統(tǒng)使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP(RealtimeTransportProtocol)和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP(RealtimeTransportControlProtocol)。RTP提供同步和排序服務(wù)，適于傳送如音

頻、視頻等連續(xù)性數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)引起的時(shí)延和差錯(cuò)有一定的自適應(yīng)性。RTCP用于管理質(zhì)量控制信息，例如監(jiān)視延時(shí)和帶寬。RTP不能確保數(shù)據(jù)的完整性，但能很好地處理定時(shí)的問題。在通信過程中，RTP對所傳的每個(gè)分組蓋上時(shí)間戳(Timestamp)。在接收端，解碼器可根據(jù)時(shí)間戳重新建立定時(shí)關(guān)系。H.323中資源預(yù)留協(xié)議RSVP可以防止因網(wǎng)絡(luò)超載而不能傳遞信息的情況發(fā)生，保證H.323終端有一定的帶寬，從而保證傳輸質(zhì)量。在H.323中，與RSVP有關(guān)的是網(wǎng)閘機(jī)制，用來防止視頻業(yè)務(wù)量占用所有的有效帶寬。網(wǎng)閘有三項(xiàng)功能。第一，接入控制，由于網(wǎng)絡(luò)資源有限，網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)接入的用戶數(shù)也是有限的，GK根據(jù)授權(quán)情況和網(wǎng)絡(luò)資源情況確定是否允許用戶接入。第二，能夠?yàn)榻K端提供帶寬管理和網(wǎng)關(guān)定位等服務(wù)，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(zhuǎn)發(fā)給其它終端，以便和其它網(wǎng)絡(luò)終端通信。

多點(diǎn)控制單元MCU為3個(gè)或3個(gè)以上的終端或網(wǎng)關(guān)參加多點(diǎn)通信提供服務(wù)。MCU包括必備的MC和可選的MP。多點(diǎn)控制器MC是H.323中的實(shí)體，它為多點(diǎn)通信提供控制，并控制資源。MC通過H.245與各終端進(jìn)行協(xié)商，為當(dāng)前的通信確定一個(gè)共同的通信模式，MC不負(fù)責(zé)音頻、視頻和數(shù)

據(jù)的混合或交換。多點(diǎn)處理器MP負(fù)責(zé)完成視/音頻編/解碼，格式轉(zhuǎn)換，語音的混合，視頻的合成或切換等功能。網(wǎng)關(guān)GW是H.323中的端點(diǎn)設(shè)備，通過它的實(shí)時(shí)雙向通信服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)和其它類型網(wǎng)絡(luò)之間的連接。

H.323的系統(tǒng)控制分為三個(gè)部分。一是通過H.245通信控制協(xié)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(jié)束等功能。例如通過能力交換，發(fā)送端采用接收端能解碼的模式發(fā)送。二是RAS(Registration、AdministrationandStatus，注冊、允許和狀態(tài))控制，用于傳送有關(guān)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(diǎn)設(shè)備的狀態(tài)、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(huì)議電視、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)等。8.3.3遠(yuǎn)程醫(yī)療

遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)是一種利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離醫(yī)療咨詢、會(huì)診、手術(shù)示范的交互式多媒體信息系統(tǒng)。邊遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)生將患者的病歷、檢查數(shù)據(jù)、心電圖以及B超、X線、CT(ComputedTomography，計(jì)算機(jī)斷層成像)、MRI

(MagneticResonanceImaging，核磁共振成像)等影像資料通過信息處理設(shè)備和相應(yīng)的通信線路傳送給大城市的醫(yī)生和專家，讓他們會(huì)診。專家們可以向?qū)Ψ结t(yī)生或病人提問以進(jìn)一步了解病情，最后做出診斷和治療方案。邊遠(yuǎn)地區(qū)的病人因此及時(shí)得到高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。圖8-7是遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8-7遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.輸入/輸出設(shè)備

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

2.視頻編、解碼器

視頻編、解碼器用來壓縮醫(yī)療視頻信息。醫(yī)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(xì)節(jié)上的損傷都是不允許的，它的模糊有可能導(dǎo)致誤診，以至于把病人推向危險(xiǎn)的邊緣。可是需要無損恢復(fù)的病變部位圖像只占整個(gè)醫(yī)用圖像的一小部分，對于圖像其它部分可以適當(dāng)調(diào)整質(zhì)量以減小圖像數(shù)據(jù)率。這樣壓縮后的圖像完全保存了疾病特征，而數(shù)據(jù)量非常小。醫(yī)生可以把它迅速發(fā)送到千里之外的醫(yī)學(xué)專家那里，以最快的速度得到權(quán)威的確診。

3.復(fù)用／解復(fù)用設(shè)備和用戶／網(wǎng)絡(luò)接口

復(fù)用／解復(fù)用設(shè)備將視頻、音頻、控制信號(hào)等各種數(shù)字信號(hào)組合為64～1920kb/s的數(shù)字碼流，使之成為與用戶／網(wǎng)絡(luò)接口兼容的信號(hào)格式。該信號(hào)格式應(yīng)符合國際規(guī)定的H.221建議的要求。最好采用B-ISDN的網(wǎng)絡(luò)，接口是B-ISDN的網(wǎng)絡(luò)接口。

美國VTEL公司的HS2000遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可以由紅外遙控或圖形觸摸屏控制，整個(gè)系統(tǒng)裝在推車上可以方便地移動(dòng)，固定在機(jī)械臂上的攝像機(jī)可以旋轉(zhuǎn)、傾斜和推拉，傳送30幀/秒的清晰畫面，可連接內(nèi)窺鏡、耳鏡、檢眼鏡和EKG(Electrocardiogram，心電圖)機(jī)器，可通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)傳送音、視頻信息。我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交互式高分辨率醫(yī)學(xué)圖像遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)，由中科院上海技術(shù)物理研究所研制成功。這套系統(tǒng)的核心技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位。華東醫(yī)院、上海八五醫(yī)院、香港理工大學(xué)放射學(xué)系等單位經(jīng)過兩年多的試用證明，它已具備推廣應(yīng)用的條件。

1997年7月份在上海召開了第一屆全國遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)研討會(huì)，標(biāo)志著我國遠(yuǎn)程醫(yī)療將進(jìn)入一個(gè)新階段。衛(wèi)生部已建立“金衛(wèi)工程”衛(wèi)星專網(wǎng)，分布在全國15個(gè)中心城市的首批20家醫(yī)院將率先上網(wǎng)。上海市在衛(wèi)生局的支持下，已建立了聯(lián)合名醫(yī)中心，開展了遠(yuǎn)程醫(yī)療工作，并取得了很好的成績。例如，徐州市第四人民醫(yī)院與上海遠(yuǎn)程會(huì)診中心開通以來，共會(huì)診了數(shù)百人次，會(huì)診質(zhì)量和效果滿意率達(dá)99.2%，醫(yī)生和病人滿意率也達(dá)99.2%。再如，上海中山醫(yī)院自1995年10月正式開展遠(yuǎn)程醫(yī)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(gè)會(huì)診點(diǎn)，會(huì)診病人上千例，形成了一個(gè)初具規(guī)模的遠(yuǎn)程會(huì)診網(wǎng)點(diǎn)。遠(yuǎn)程醫(yī)療在醫(yī)療實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。8.3.4多媒體電視監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

多媒體電視監(jiān)控技術(shù)打破了傳統(tǒng)的電視監(jiān)控結(jié)構(gòu)，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字視頻壓縮編/解碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，對各種媒體信息的應(yīng)用趨向綜合化、交互化。

多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場多媒體電視監(jiān)控終端、多媒體監(jiān)控中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖8-8所示。多媒體電視監(jiān)控終端由攝像機(jī)、報(bào)警探頭、切換控制器和多媒體計(jì)算機(jī)構(gòu)成。多媒體計(jì)算機(jī)內(nèi)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(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲、實(shí)時(shí)壓縮，然后存入硬盤。圖8-8多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)、報(bào)警探頭的輸出信號(hào)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(jī)為核心的，它接收多媒體計(jì)算機(jī)通過RS-232串口發(fā)出的各種命令，包括切換命令、信息疊加命令、云臺(tái)和鏡頭控制命令、報(bào)警控制命令等所有專用鍵盤能發(fā)出的命令，實(shí)現(xiàn)視、音頻切換，控制電動(dòng)云臺(tái)作上、下、左、右等動(dòng)作，調(diào)整變焦鏡頭的光圈、聚焦和變焦等。切換控制器還將報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)后發(fā)送給多媒體計(jì)算機(jī)。

多媒體電視監(jiān)控終端實(shí)際上是一個(gè)小型監(jiān)控系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)的圖形顯示功能，可以在CRT上顯示和實(shí)物完全一樣的控制鍵盤，用鼠標(biāo)拖動(dòng)光標(biāo)到按鍵上，按一下鼠標(biāo)按鈕，將產(chǎn)生與原鍵盤按鍵一樣的功效。它也可以在CRT上顯示報(bào)警統(tǒng)計(jì)圖表，或?qū)ζ渌鼣?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成直方圖、折線圖、圓圖等多種統(tǒng)計(jì)圖表，這些圖表可以在打印機(jī)上打印出來。它還可以在CRT上顯示整個(gè)電視監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的配置示意圖，示意圖中應(yīng)有所有攝像機(jī)與入侵檢測器的狀態(tài)。示意圖應(yīng)與系統(tǒng)的實(shí)際地理位置相接近，以便操作人員辨認(rèn)。在每一臺(tái)攝像機(jī)或入侵檢測器上安排一個(gè)作用鈕，用鼠標(biāo)拖動(dòng)光標(biāo)到作用鈕上，按一下鼠標(biāo)的按鈕將打開相應(yīng)的視頻窗口，窗口內(nèi)顯示攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像或入侵檢測器上一次報(bào)警時(shí)記錄的一幀凍結(jié)圖像和報(bào)警日期及時(shí)間。多媒體計(jì)算機(jī)可以多畫面顯示多路視頻信號(hào)的活動(dòng)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(jī)上打印出來。多媒體監(jiān)控中心是一臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)，它可以通過網(wǎng)絡(luò)向多媒體電視監(jiān)控終端調(diào)取實(shí)時(shí)圖像或錄像，調(diào)取統(tǒng)計(jì)報(bào)表或報(bào)警信息，可以對一幀圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理(即對現(xiàn)場錄下的不夠清晰的畫面進(jìn)行處理，使其更清晰、突出、明確)。常用的數(shù)字處理有：

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

(2)對圖像進(jìn)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(jìn)行平滑處理，比如對于噪波太多的圖像進(jìn)行處理后，噪波將減少。

(4)對圖像進(jìn)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(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是：可以對圖像、聲音、數(shù)據(jù)等由多種媒體傳來的現(xiàn)場信息進(jìn)行總體混編，組成多媒體數(shù)據(jù)庫。比如，需要某年某月某日報(bào)警時(shí)的現(xiàn)場信息，多媒體數(shù)據(jù)庫中的圖像、聲音、數(shù)據(jù)等能同時(shí)展現(xiàn)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(dāng)?shù)膶Σ摺?/p>

8.4交互式電視的組成與原理

數(shù)字電視技術(shù)的首要目標(biāo)是提高傳送圖像的質(zhì)量，由于其傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，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(cuò)技術(shù)糾正過來，因此數(shù)字電視接收的圖像質(zhì)量很高。數(shù)字電視采用了高效的壓縮編碼技術(shù)，在原來只能傳一套模擬電視節(jié)目的頻帶內(nèi)可以傳送多套數(shù)字電視節(jié)目，這使電視節(jié)目數(shù)量迅速增多。所以在采用了前面介紹的各種技術(shù)后，提高傳送圖像的質(zhì)和量的目的已經(jīng)基本達(dá)到。數(shù)字電視技術(shù)的第二個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多功能的ITV(InteractiveTelevision，交互式電視)，就是按照觀眾的要求在數(shù)字電視節(jié)目中加入各種各樣的增值服務(wù)。用戶使用ITV時(shí)，可以隨時(shí)收看自己喜愛的節(jié)目，即可進(jìn)行視頻點(diǎn)播VOD(VideoonDemand)；在收看的過程中，可以利用遙控器調(diào)出主要演員或運(yùn)動(dòng)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(jié)局之一。用戶可以隨時(shí)直接點(diǎn)播希望收看的節(jié)目，這從根本上改變了被動(dòng)收看電視的方式。

交互式電視和視頻點(diǎn)播這兩個(gè)名稱經(jīng)?；煊谩１容^而言，交互式電視的范圍要廣一些，它除了視頻點(diǎn)播外還包括網(wǎng)上購物、電視會(huì)議、遠(yuǎn)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(shù)中的一個(gè)特殊類型，它采用了不對稱的信息傳輸模式。可以把交互式電視的傳輸通路分成節(jié)目通路和返回通路。節(jié)目通路也稱下行通路，它把視頻信息傳送到用戶(現(xiàn)在有很多技術(shù)可以傳送視頻，這些技術(shù)的共同特點(diǎn)是“高速寬帶”)。返回通路也稱上行通路，是用戶通過遙控器進(jìn)行節(jié)目選擇、從電視購物目錄中瀏覽和選購時(shí)使用的通路，它的數(shù)據(jù)傳輸率很低。交互式電視系統(tǒng)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(shù)據(jù)速率大大高于上行數(shù)據(jù)速率，下行信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于上行信號(hào)帶寬。8.4.1視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器是交互式電視系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能在實(shí)現(xiàn)VOD和擴(kuò)大電視的應(yīng)用范圍時(shí)起著決定作用。視頻服務(wù)器是一個(gè)存儲(chǔ)和檢索視頻節(jié)目信息的服務(wù)系統(tǒng)，必須具有大容量低成本存儲(chǔ)、迅速準(zhǔn)確響應(yīng)和安全可靠等特性。

1.視頻服務(wù)器的功能

(1)對用戶訪問請求的處理。視頻服務(wù)器應(yīng)能根據(jù)系統(tǒng)資源的使用情況對用戶的點(diǎn)播請求進(jìn)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(jī)、即時(shí)訪問，能對數(shù)字化存儲(chǔ)的電影和電視提供順序、批量的訪問。

(2)大容量視頻存儲(chǔ)功能。在VOD系統(tǒng)中，用戶觀看節(jié)目的模式已不是電視臺(tái)單向播放、用戶被動(dòng)觀看的形式了，而變成像因特網(wǎng)一樣，用戶可隨時(shí)選擇喜愛的節(jié)目。與傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)相比，VOD對網(wǎng)絡(luò)帶寬資源要求很高。若采用壓縮方式來傳送多媒體數(shù)據(jù)，按視頻質(zhì)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(jié)目，每小時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸量達(dá)1.4GB。對于一個(gè)大規(guī)模多媒體服務(wù)系統(tǒng)來說，多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量一般有幾百到數(shù)千個(gè)小時(shí)，這意味著數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量將達(dá)到1～10TB,因此，視頻服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量是非常龐大的。

(3)并行、實(shí)時(shí)、連續(xù)傳輸功能。視、音頻信號(hào)是實(shí)時(shí)連續(xù)信號(hào)，對視、音頻信息進(jìn)行檢索時(shí)在時(shí)間上有嚴(yán)格的要求，必須及時(shí)地把數(shù)據(jù)傳給用戶，否則圖像和聲音的連續(xù)性就會(huì)遭到破壞。因此，服務(wù)器必須具備一個(gè)高速、寬帶的下行通道，以便把視頻、音頻和控制信號(hào)等服務(wù)數(shù)據(jù)傳送給各個(gè)用戶，通道傳送速率應(yīng)可達(dá)1Gb／s。同時(shí)，視頻服務(wù)器還接收來自用戶請求服務(wù)器的返回通路信號(hào)，因?yàn)橛脩舻恼埱笫请S機(jī)的，所以系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的用戶請求數(shù)也是隨機(jī)的，這就要求系統(tǒng)必須能夠同時(shí)處理大量用戶的并發(fā)請求，具有大規(guī)模并行處理能力。

(4)交互控制能力。視頻服務(wù)器的控制處理能力應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用的不同而進(jìn)行設(shè)計(jì)。電影、電視點(diǎn)播的交互較少，只需較少的控制處理能力；交互式學(xué)習(xí)、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(jì)算機(jī)平臺(tái)。

(5)自診斷恢復(fù)功能。當(dāng)某些部件發(fā)生故障時(shí)，不能讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)停機(jī)維修，服務(wù)器應(yīng)能在自診斷后恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

一般情況下，視頻服務(wù)器必須能夠存儲(chǔ)供不同用戶選擇的200～2000個(gè)節(jié)目資源，能夠支持200～75000個(gè)用戶，并能在任何時(shí)候同時(shí)向所有用戶設(shè)備提供服務(wù)。視頻服務(wù)器支持的用戶數(shù)量受到磁盤尋址時(shí)間的影響。磁盤尋址時(shí)間應(yīng)控制在10ms以內(nèi)。

2.視頻服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

1)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN

通常多媒體服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)具備1000～10000h的節(jié)目存儲(chǔ)量，較大的系統(tǒng)要求服務(wù)器能達(dá)到100000h存儲(chǔ)能力。若系統(tǒng)容量為100000h，在不考慮差錯(cuò)控制產(chǎn)生的存儲(chǔ)開銷時(shí)，采用MPEG-2方式以3Mb/s存儲(chǔ)，則凈存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為140TB，這是相當(dāng)大的數(shù)據(jù)量。

SAN(StorageAreaNetwork，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的新一代存儲(chǔ)應(yīng)用，它把大型數(shù)據(jù)庫與高速數(shù)據(jù)訪問技術(shù)結(jié)合在一起，是類似于普通局域網(wǎng)的一種高速存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。SAN可以是本地的或是遠(yuǎn)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(chǔ)器和SAN相連。SAN的接口通常不是以太網(wǎng)而是FC。SAN使存儲(chǔ)資源能夠被構(gòu)建于服務(wù)器之外，這樣，多個(gè)服務(wù)器就能夠在不影響系統(tǒng)性能和主網(wǎng)絡(luò)的情況下分享這些存儲(chǔ)資源。所以SAN被稱為“服務(wù)器背后的網(wǎng)絡(luò)”。SAN的特點(diǎn)是寬帶、模塊化可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)、高可用性和容錯(cuò)能力、易管理、易集成、低造價(jià)。LAN與SAN的差別是：LAN對服務(wù)器來說是前端(Front-end)的網(wǎng)絡(luò)，而SAN對服務(wù)器來說是后端(Back-end)的網(wǎng)絡(luò)。SAN的示意圖如圖8-9所示。圖8-9

SAN的示意圖就SAN構(gòu)架而言，典型的SAN環(huán)境應(yīng)包括四個(gè)主要組成部分：最終用戶平臺(tái)(客戶機(jī))、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備及存儲(chǔ)子系統(tǒng)、互連設(shè)備。SAN的互連設(shè)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(chǔ)環(huán)境所需的寬帶主干網(wǎng)的要求。FC是當(dāng)今主干網(wǎng)首選，它已經(jīng)成為SAN接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?；贔C的SAN改變了傳統(tǒng)服務(wù)器與磁盤陣列的主從關(guān)系。位于SAN上的所有設(shè)備均處于平等的地位，任何一臺(tái)服務(wù)器均可對網(wǎng)絡(luò)上任何一臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行存取，通過FC寬帶和強(qiáng)大的I／O處理能力，SAN技術(shù)在可連接性、可擴(kuò)展性以及性能方面可以解決SCSI技術(shù)無法解決的問題，成為存儲(chǔ)領(lǐng)域具有強(qiáng)大生命力的新技術(shù)。

2)網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)NAS

NAS(NetworkAttachedStorage)和SAN不同，NAS設(shè)備之間可以直接連接于LAN或WAN，這是因?yàn)镹AS系統(tǒng)包括一個(gè)文件系統(tǒng)，比如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。NAS可以運(yùn)行于Ethernet、ATM、FDDI(FiberDistributedDataInterface，光纖分布式數(shù)據(jù)接口)，NAS使用的協(xié)議包括HTTP、NFS(NetworkFilesSystem，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))、TCP、DP(UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)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(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)設(shè)備，它通過自帶的網(wǎng)絡(luò)接口把存儲(chǔ)設(shè)備直接連入到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享，把服務(wù)器從繁重的I／O負(fù)載中解脫出來，它是新興的面向網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)模式的標(biāo)志性設(shè)備。其主要特征是把存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口集成在一起，直接通過網(wǎng)絡(luò)存取數(shù)據(jù)。也就是說，把存儲(chǔ)功能從服務(wù)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(chǔ)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

分布式多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是采用磁盤陣列在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間分布的方式來存儲(chǔ)媒體數(shù)據(jù)的，如圖8-11所示。圖中，節(jié)點(diǎn)之間可以通過互連I／O來進(jìn)行相互通信；磁盤陣列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在物理上是連接在某個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)上的，但是數(shù)據(jù)是共享的，在邏輯上整個(gè)系統(tǒng)的所有媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備就相當(dāng)于一個(gè)巨大的存儲(chǔ)池，這就是單一存儲(chǔ)圖像(SingleStorageImage)技術(shù)。圖8-11分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型

3.“推”模式和“拉”模式服務(wù)

交互電視系統(tǒng)用兩種方法為用戶提供服務(wù)：服務(wù)器“推(Push)”模式和客戶機(jī)“拉(Pull)”模式。用這兩種方法可在客戶機(jī)和服務(wù)器之間請求和發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。

(1)服務(wù)器“推”模式。大多數(shù)的VOD系統(tǒng)采用這種做法，即建立起一個(gè)交互后，視頻服務(wù)器以受控制的速率發(fā)

送數(shù)據(jù)給客戶，客戶接受并且緩存到來的數(shù)據(jù)以供播放。一旦視頻會(huì)話開始，視頻服務(wù)器就持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶直到客戶發(fā)送請求來停止。

(2)客戶機(jī)“拉”模式。在“請求—響應(yīng)”模式下，客戶每隔一周期發(fā)送一個(gè)請求給某個(gè)服務(wù)器，請求傳送一段特定的視頻數(shù)據(jù)；收到請求后，服務(wù)器從存儲(chǔ)器中檢索數(shù)據(jù)并把它發(fā)送給客戶，此時(shí)數(shù)據(jù)流是由客戶驅(qū)動(dòng)的。

在“推”模式下，需要服務(wù)器間的時(shí)鐘同步，只要服務(wù)器的時(shí)鐘是同步的，就可以應(yīng)用基于輪轉(zhuǎn)的調(diào)度算法；在“拉”模式下，由于系統(tǒng)中的服務(wù)器是自治的，因此服務(wù)器間不需要時(shí)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(wù)器“推”模式；(b)客戶機(jī)“拉”模式

4.并行VOD系統(tǒng)

當(dāng)客戶的請求超過服務(wù)器的容量時(shí)，可把視頻數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到不同的服務(wù)器中，不必復(fù)制視頻數(shù)據(jù)就可以不斷擴(kuò)大VOD系統(tǒng)的服務(wù)規(guī)模，這稱為并行VOD系統(tǒng)。

在并行視頻服務(wù)器中，視頻數(shù)據(jù)在多個(gè)服務(wù)器中被分割，所以服務(wù)器均勻承擔(dān)來自客戶端的視頻請求，這樣就增加了系統(tǒng)容量，并且通過數(shù)據(jù)冗余(如增加校驗(yàn)碼)可以提高可靠性。目前有兩種分割法：

(1)時(shí)間分割。一個(gè)視頻流可以被認(rèn)為由一系列的視頻幀構(gòu)成，即把視頻流分為許多幀單元(等長時(shí)間的幀)，然后存儲(chǔ)到多個(gè)服務(wù)器上，這稱作時(shí)間分割。

(2)空間分割。時(shí)間分割把視頻流分為許多相同時(shí)間長度的幀，空間分割是把視頻流分為由相同長度的字節(jié)構(gòu)成的幀。由于每個(gè)分割單元都是大小相同的，因此空間分割簡化了存儲(chǔ)和緩存區(qū)的管理。

在時(shí)間分割中，所有服務(wù)器中的視頻幀被檢索的頻率是相同的，但是視頻幀的字節(jié)大小卻不一定是相同的，這一點(diǎn)在運(yùn)用了幀內(nèi)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(gè)服務(wù)器上視頻數(shù)據(jù)的檢索量就取決于它所存儲(chǔ)的幀的類型。比如：MPEG-1中有I、P、B幀，平均數(shù)據(jù)量為I>P>B。一個(gè)存儲(chǔ)I幀的服務(wù)器必然比存儲(chǔ)P幀的服務(wù)器要發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，承擔(dān)更重的負(fù)載。分割這種做法沒有帶來額外的存儲(chǔ)空間的需要，但有負(fù)載平衡(LoadBalancing)的問題。比如一些受大眾歡迎的視頻片斷必然會(huì)被多次檢索，造成了一些服務(wù)器某段時(shí)間的不堪重負(fù)，而另外一些服務(wù)器卻被閑置。

5.調(diào)度算法

在服務(wù)器響應(yīng)客戶的請求時(shí)，可以運(yùn)用以下幾種調(diào)度算法：

(1)輪轉(zhuǎn)調(diào)度(RoundRobinScheduling)。輪轉(zhuǎn)調(diào)度不考慮服務(wù)器的連接數(shù)和響應(yīng)時(shí)間，它將所有的服務(wù)器看成是相同的，以輪轉(zhuǎn)的形式將連接分發(fā)到不同的服務(wù)器上。

(2)加權(quán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度(WeightedRoundRobinScheduling)。按照每臺(tái)機(jī)器不同的處理能力給每臺(tái)機(jī)器分配一個(gè)權(quán)重，根據(jù)權(quán)重的大小以輪轉(zhuǎn)的方式將請求分發(fā)到各臺(tái)機(jī)器上。這種調(diào)度算法的耗費(fèi)比其它的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法小，但是當(dāng)負(fù)載變化很頻繁時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致負(fù)載失衡，而且那些長請求會(huì)發(fā)送到同一個(gè)服務(wù)器上。

(3)最少連接調(diào)度(LeastConnectionScheduling)。最少連接調(diào)度將用戶請求發(fā)送到連接數(shù)最少的機(jī)器上。最少連接調(diào)度是一種動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，如果各臺(tái)服務(wù)器的處理能力相近，負(fù)載變化很大時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致負(fù)載失衡，因?yàn)樗粫?huì)把長請求發(fā)送到同一臺(tái)機(jī)器上。但是當(dāng)服務(wù)器的處理能力差異較大時(shí)，最少連接調(diào)度就不能很好地發(fā)揮效能了。

(4)加權(quán)最少連接調(diào)度(WeightedLeastConnectionScheduling)。這種算法按照每臺(tái)機(jī)器不同的處理能力給每臺(tái)機(jī)器分配一個(gè)權(quán)重，將用戶請求發(fā)送到權(quán)重乘連接數(shù)最小的機(jī)器上。

交互電視系統(tǒng)中要有一個(gè)大容量、共享的高速視頻服務(wù)器或存儲(chǔ)子系統(tǒng)來存放數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。視頻服務(wù)器是系統(tǒng)中的關(guān)鍵，存儲(chǔ)體系和調(diào)度算法的改善有助于提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。8.4.2交互式電視的組成

交互式電視系統(tǒng)由電視節(jié)目源、視頻服務(wù)器(8.4.1節(jié)已介紹過)、寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)、家庭用戶終端、管理收費(fèi)系統(tǒng)五個(gè)部分組成。

1.電視節(jié)目源

媒體管理及制作單位要提供VOD的服務(wù)，首先要將節(jié)目內(nèi)容數(shù)字化。內(nèi)容豐富、畫面清晰、聲音優(yōu)美的電視節(jié)目源是交互式電視服務(wù)必要的前提。可以利用電影和電視聯(lián)合的優(yōu)勢，以及數(shù)字電視中加密和條件存取的功能，來擴(kuò)大交互式電視節(jié)目的數(shù)量和質(zhì)量。

2.寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)

視頻流從視頻服務(wù)器到家庭用戶是通過傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。傳輸網(wǎng)絡(luò)包括主干網(wǎng)和用戶分配網(wǎng)。目前主干網(wǎng)比較統(tǒng)一，都使用SDH(SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字系列)、ATM或IP技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)樘峁┙换ナ诫娨晿I(yè)務(wù)的行業(yè)不同，所以用戶分配網(wǎng)分為以下三類：

廣播電視行業(yè)采用HFC(HybridFiberCoaxial，光纖同軸電纜有線電視混合網(wǎng))，一般是光纖到路邊，同軸電纜進(jìn)戶,大多采用750MHz系統(tǒng)。其中，5～65MHz為上行信號(hào)頻段，110～550MHz為模擬信號(hào)通道，550～750MHz頻段為數(shù)字信號(hào)通道。每個(gè)8MHz的頻道采用64QAM調(diào)制，可供8～10個(gè)經(jīng)MPEG-2壓縮后的視頻流通過，是比較理想的寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)。電信行業(yè)采用ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine，不對稱數(shù)字用戶線路)公眾電話網(wǎng)。如果使用MPEG-1編碼，可以用雙絞線提供一個(gè)1.5Mb/s的下行通路來傳輸視頻流，用一個(gè)16kb／s的上行通路來傳輸用戶發(fā)出的控制信息。采用這種方式的優(yōu)勢是現(xiàn)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(jì)算機(jī)公司采用局域網(wǎng)(LAN)并利用5類線為用戶服務(wù)。LAN的帶寬在10～100MB時(shí)可以滿足需要，但是傳輸距離不遠(yuǎn)，只能用于用戶密集的區(qū)域，如機(jī)關(guān)大樓、酒店等。

3.家庭用戶終端

用戶終端有多媒體計(jì)算機(jī)、交互式電視接收機(jī)和電視機(jī)加機(jī)頂盒三種。多媒體計(jì)算機(jī)或交互式電視機(jī)具有不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格相對較貴。對于已有電視機(jī)的用戶，增加一個(gè)機(jī)頂盒是最佳的選擇。機(jī)頂盒是用戶用來選擇節(jié)目、遙控節(jié)目運(yùn)行的設(shè)備，其主要功能有收發(fā)信號(hào)、調(diào)制解調(diào)和解壓縮等。

4.管理收費(fèi)系統(tǒng)

交互式電視和數(shù)字電視是一種可以滿足不同觀眾不同需求的服務(wù)形式，需要有地址編碼和尋址功能，并按提供服務(wù)的內(nèi)容和數(shù)量進(jìn)行收費(fèi)。因此，它需要有一種安全可靠、有效合理的管理收費(fèi)系統(tǒng)。8.4.3交互式電視的實(shí)現(xiàn)

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(chǔ)釋放終端交互方式。中央電視臺(tái)進(jìn)行的交互式電視試驗(yàn)就屬于這種方式。存儲(chǔ)釋放終端交互方式不需要回傳通道，它是通過廣播網(wǎng)絡(luò)向下傳輸數(shù)字電視信號(hào)的，所以也稱為廣播方式的交互式電視。用戶需要購買數(shù)字電視機(jī)頂盒，將傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行解碼并轉(zhuǎn)換為普通的模擬視頻信號(hào)輸出到普通電視等終端顯示設(shè)備上實(shí)現(xiàn)顯示。實(shí)際上，這種方式利用單向傳輸?shù)膹V播網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)字電視數(shù)據(jù)流中同時(shí)傳輸多套節(jié)目和一套多角度的節(jié)目源以及各種豐富的圖文信息?；?dòng)功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是指用戶在傳輸?shù)亩嗦饭?jié)目源中選擇一套節(jié)目并且在一套節(jié)目源中選擇從不同角度拍攝的節(jié)目以及相關(guān)的圖文信息。它利用廣播電視頻帶寬的特點(diǎn)將大量的數(shù)據(jù)傳到用戶，用戶可以實(shí)時(shí)地在接收端與接收機(jī)的終端實(shí)現(xiàn)交互，或?qū)⒋罅啃畔⒋嬖诮K端中的存儲(chǔ)器或硬盤中，再實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)的終端交互。另一種是面向人的實(shí)時(shí)交互方式，即將電視和Internet相結(jié)合，使之具有Internet訪問功能，用戶可以通過遙控器進(jìn)行網(wǎng)上沖浪、發(fā)送電子郵件、查找相關(guān)節(jié)目信息、進(jìn)行電視購物等等，這是通過用戶主動(dòng)查找信息的方式來實(shí)現(xiàn)交互功能的。面向人的實(shí)時(shí)交互方式需要回傳通道，由于人的感覺反應(yīng)有一定的時(shí)間，通常響應(yīng)時(shí)間大于0.5s。這種方式的互動(dòng)電視從最初WEBTV的窄帶56kb/s調(diào)制解調(diào)器接入發(fā)展到目前的寬帶(包括Ethernet網(wǎng)和ADSL等)、窄帶接入共存方

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

1.電話視頻點(diǎn)播

電話視頻點(diǎn)播是指電視臺(tái)開辟某個(gè)頻道或利用某個(gè)頻道的空閑時(shí)段，自動(dòng)播放用戶通過電話點(diǎn)播的視頻節(jié)目。下行信號(hào)是電視臺(tái)的視頻信號(hào)，上行信號(hào)是通過PSTN傳送的。這種方式利用現(xiàn)有的有線電視頻道和PSTN，只需少量投入便可運(yùn)行，因而已被數(shù)量眾多的有線電視臺(tái)采用。電視臺(tái)可以將MTV、曲藝、小品和相聲等節(jié)目預(yù)先以數(shù)字方式存儲(chǔ)在硬盤上作為節(jié)目源。由于點(diǎn)播系統(tǒng)的節(jié)目進(jìn)行了數(shù)字壓縮，因此一塊80GB的硬盤可以存儲(chǔ)數(shù)百分鐘的節(jié)目，相當(dāng)

于百余首歌曲的MTV。電視臺(tái)可根據(jù)自己的節(jié)目量隨意增加硬盤塊數(shù)。VCD、DVD的節(jié)目本來就是數(shù)字壓縮信號(hào)，所以可以直接拷貝到硬盤上。當(dāng)用戶打進(jìn)的專線電話接通后，自動(dòng)點(diǎn)播系統(tǒng)進(jìn)行語音提示或播出屏幕選單，用戶用電話機(jī)的數(shù)字按鈕輸入要點(diǎn)播的節(jié)目編號(hào)，自動(dòng)播出系統(tǒng)立刻播出用戶點(diǎn)播的節(jié)目。用戶還可以預(yù)定播出時(shí)間和指定播出時(shí)顯示的字幕。當(dāng)用戶操作失誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)用語音提示用戶的錯(cuò)誤并自動(dòng)返回，讓用戶重新輸入，用戶輸入完畢后，所輸入的信息會(huì)自動(dòng)形成控制文件，記錄在計(jì)算機(jī)中。當(dāng)?shù)竭_(dá)用戶點(diǎn)播的時(shí)刻時(shí)，系統(tǒng)先播出用戶所留字幕，然后播出用戶點(diǎn)播的節(jié)目。當(dāng)沒有節(jié)目播出時(shí)，播出系統(tǒng)將自動(dòng)循環(huán)播出節(jié)目單。以上全過程都是自動(dòng)完成、無人值守的。點(diǎn)播頻道播出的是由觀眾主動(dòng)點(diǎn)播的文藝節(jié)目，具有很高的收視率，是插播廣告的最佳時(shí)段。用戶點(diǎn)播費(fèi)用可以由電話局代收。全國的各級(jí)電話局都開辦了專線電話服務(wù)，如

168、268信息服務(wù)臺(tái)等，用戶只需向電話局申請電話專線即可。當(dāng)用戶打進(jìn)電話時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將點(diǎn)播費(fèi)記錄在電話費(fèi)中。電話局的此項(xiàng)業(yè)務(wù)是國家法律規(guī)定的一項(xiàng)營業(yè)項(xiàng)目。同時(shí)系統(tǒng)也配有精確的收費(fèi)計(jì)算功能，避免了經(jīng)濟(jì)糾紛。

電話視頻點(diǎn)播產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

(1)點(diǎn)播線路暢通。用戶可以在任意時(shí)間預(yù)先點(diǎn)播節(jié)目，避開線路繁忙的高峰期；節(jié)目點(diǎn)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(gè)點(diǎn)播過程不到一分鐘。

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

(4)廣告自動(dòng)播出功能?？啥〞r(shí)播出用戶的電視廣告。

(5)穩(wěn)定可靠。硬盤有冗余備份，專業(yè)設(shè)備配制。

(6)主動(dòng)性。主動(dòng)性是指電視臺(tái)對視頻點(diǎn)播的管理功能，如對用戶留言的檢查。

2.中央電視臺(tái)交互式電視廣播系統(tǒng)

中央電視臺(tái)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(gè)圖文／數(shù)據(jù)通道組成一個(gè)傳輸流，并在用戶機(jī)頂盒上實(shí)現(xiàn)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(jī)頂盒，控制電視機(jī)快速地切換到不同通道的圖像，同時(shí)可以將圖文信息融入畫面或單獨(dú)顯示。圖8-13廣播方式的交互式電視

1)節(jié)目形態(tài)

(1)多頻道。多頻道節(jié)目之間沒有相關(guān)性，每個(gè)頻道獨(dú)立地播出一套節(jié)目，如體操比賽中的吊環(huán)、單杠、自由體操和鞍馬等或者足球聯(lián)賽中同時(shí)進(jìn)行的若干場比賽。

多頻道節(jié)目可以將幾場比賽同時(shí)直播，觀眾可以選擇觀看自己喜歡的球隊(duì)，每場比賽都是在第一時(shí)間內(nèi)獲取視覺信息，并且因比賽結(jié)果的不可預(yù)見而具有很強(qiáng)的興奮點(diǎn)，滿足體育觀眾對于時(shí)效和欣賞的要求。多頻道節(jié)目與傳統(tǒng)電視節(jié)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(jié)目資源，制作成本較低。

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

多角度交互節(jié)目第一次賦予了觀眾相當(dāng)于電視導(dǎo)演一樣的選擇權(quán)。以往的電視節(jié)目也有多個(gè)機(jī)位的圖像，但只有經(jīng)過導(dǎo)演切換后的一路信號(hào)送給觀眾，觀眾是沒有選擇權(quán)的。

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

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

由于交互節(jié)目中具有多個(gè)畫面，且定義的內(nèi)容或功能不同，因此導(dǎo)航畫面的設(shè)置具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。通過導(dǎo)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(dǎo)航頁面上往往用不同的顏色對應(yīng)不同的內(nèi)容，只要簡單地按下遙控器上同色的按鈕，即可轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的內(nèi)容上去。實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航頁面的方法可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。前者由文字和靜止畫面構(gòu)成，而后者則在一個(gè)屏幕上使用多個(gè)活動(dòng)畫面。如果導(dǎo)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(tǒng)資源很少，但是沒有實(shí)時(shí)圖像，無法使觀眾看到當(dāng)前節(jié)目進(jìn)行的實(shí)際情況，會(huì)影響導(dǎo)航效果；而用活動(dòng)圖像導(dǎo)航則具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)感，能夠反映當(dāng)前節(jié)目的實(shí)際內(nèi)容，但是需要占用一個(gè)視頻通道并且要有相應(yīng)的數(shù)字特技制作設(shè)備，即需使用較多的系統(tǒng)資源。

(4)圖文頻道。數(shù)字電視極有價(jià)值的特點(diǎn)之一，是支持與視、音頻節(jié)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(shí)候都可以閱讀。例如，目前的天氣預(yù)報(bào)只在特定的時(shí)間播出，如果錯(cuò)過時(shí)間則無法觀

看。采用圖文信息后，可以不受限制地在任何時(shí)候調(diào)出天氣預(yù)報(bào)。

圖文信息內(nèi)容也能夠連續(xù)更新，及時(shí)地提供最新的動(dòng)態(tài)，對于比分、