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隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的不斷進步，視頻處理技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)有了很大的發(fā)展，而通信網(wǎng)的巨大發(fā)展，也為視頻技術(shù)的高速發(fā)展帶來了機遇。在通信網(wǎng)中，無論是有線技術(shù)還是無線技術(shù)都在朝著寬帶化和IP化方向發(fā)展，而寬帶化的網(wǎng)絡(luò)最重要的特征就是能夠充分地支持多媒體業(yè)務(wù)，主要就是支持不同速率、不同質(zhì)量的視頻業(yè)務(wù)。而通信網(wǎng)協(xié)議IP化的發(fā)展，也對實時性要求較高的視頻應(yīng)用提出了新的要求。本文將從信源壓縮技術(shù)、多媒體系統(tǒng)通信協(xié)議、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及多媒體運營系統(tǒng)等方面探討視頻技術(shù)未來發(fā)展的趨勢。
一、視頻信源壓縮編碼標準
在多媒體應(yīng)用中，視頻數(shù)據(jù)量方面可壓縮的信息量最多，而壓縮處理后的視頻質(zhì)量的高低是決定多媒體服務(wù)質(zhì)量好壞的主要因素，因此視頻技術(shù)是多媒體應(yīng)用的核心技術(shù)。在學術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域許多人都在致力于視頻壓縮技術(shù)的研究，并且制訂了幾個標準，如：99vU-T H.261，H.263和ISO/IEC的 MPEG-1和MPEG-2。這些標準覆蓋了很大的視頻速率范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，支持不同速率、不同的圖像質(zhì)量要求等條件的視頻業(yè)務(wù)，能夠滿足包括電視會議、視頻電子郵件、可視電話、廣播級視頻應(yīng)用等不同要求的服務(wù)。隨著視頻應(yīng)用需求的不斷發(fā)展，視頻壓縮技術(shù)也有了很大的提高，新出現(xiàn)的壓縮標準有了更高的壓縮效率（在相同的圖像質(zhì)量下需要更低的傳送碼率或在相同的傳輸速率提供質(zhì)量更好的圖像），同時支持不同的傳輸速率以適應(yīng)不同的傳送網(wǎng)絡(luò)。
在目前已經(jīng)大量應(yīng)用的壓縮標準中，MPEG-1和MPEG-2是面向廣播級或準廣播級應(yīng)用的。MPEG-1標準主要是為了視頻存貯媒體如VCD而制定，該標準能夠適應(yīng)變碼流的處理，其主要目的是在1～1.5Mbit/s的情況下，提供30幀CIF (352×288) VHS的質(zhì)量的圖像。MPEG-1 的實時編碼通常需要硬件才能完成，解碼可以用軟件來完成。MPEG-1 不能提供分級圖像編碼，也不能在丟包率高的情況下應(yīng)用。
MPEG-2 標準擴展了MPEG-1標準，能夠支持高分辯率圖像和聲音。目標碼率是 在3～15Mbit/s傳輸速率條件下提供廣播級的圖像，而且能夠提供SNR、時間、空間三種分級編碼。該標準應(yīng)用于衛(wèi)星廣播時，在當前的一個模擬信道中，不犧牲質(zhì)量的情況下能提供5路數(shù)字的編碼節(jié)目。
H.261與H.263標準主要面向于低碼率的視頻應(yīng)用，如可視電話和會議電視。H.261是最早出現(xiàn)的視頻編碼標準，它的輸出碼率是64kbit/s的倍數(shù)。 H.261主要是為了ISDN的會議電視和可視電話的應(yīng)用。H.261所需要的計算量能夠顯著下降。這種算法通過均衡圖像質(zhì)量和運動來優(yōu)化帶寬，所以圖像快速運功時質(zhì)量會下降。H.261的輸出速率是恒定的，而圖像質(zhì)量非恒定。
H.263是為了支持低速率的通信而制定的標準，但希望能夠適應(yīng)較大的動態(tài)范圍，而不僅限于低碼率，而且能取代H.261。H.263能適應(yīng)誤碼率高的信道具備容錯的能力。
由于公用電話網(wǎng)(PSTN)和無線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸速率仍然很有限，而且誤碼率高，上述的標準不能滿足這類高壓縮效率和強信道冗錯能力的應(yīng)用要求。針對以上壓縮算法的不足，目前出現(xiàn)了一些新的壓縮標準，如H263+和MPEG-4標準。H263+以及后來的H263++、H26L能很好地解決低碼率視頻應(yīng)用問題，它們在提高編碼壓縮效率的同時，提高碼流對高誤碼率信道的容錯能力，而且都是通過選項（option）的形式提供的，方便靈活，且能夠兼容本標準的以前版本。H.263 VERSION 2 （或稱H263+）是在H.263的基礎(chǔ)上以增加編碼的可選項的形式改進的，在語法上與H.263兼容，但編碼效率有很大提高，適用范圍也更大。其主要的應(yīng)用方向仍是低碼流的視頻業(yè)務(wù)，用于PSTN以及無線接入的高誤碼比的通信環(huán)境，因此在H263+中既增加了一些改進編碼效率的方法，同時也提高了抗誤碼性能的能力。由于實現(xiàn)成本較低，H263+標準已經(jīng)越來越多地被采用。
MPEG-4標準則是今后一段時間壓縮標準的主流。MPEG-4標準既能夠支持碼率低于64kbit/s的視頻應(yīng)用，也能夠支持廣播級的視頻應(yīng)用。與其他壓縮標準相比，MPEG-4標準在DCT的基礎(chǔ)上引入了圖像模型的概念從而具有更高的壓縮效率。MPEG-4的工作集中于發(fā)展MSDL (MPEG-4 Syntactic Description Language)語言。MSDL和Java的思想一樣，能夠通過下載功能模塊部分建立新編解碼器。
二、多媒體信息系統(tǒng)通信協(xié)議
目前使用最為廣泛且發(fā)展前景最好的多媒體業(yè)務(wù)主要是會議電視、遠程教學、遠程醫(yī)療、可視電話等業(yè)務(wù)，而實現(xiàn)這一系列業(yè)務(wù)的核心就是多媒體會議體系標準。99vU-T 的H系列標準是為多媒體會議而制訂的，其中包含了視頻編解碼，語音編解碼，復(fù)接/解復(fù)接等內(nèi)容。不同的標準組采用了相同的系統(tǒng)框架，其對應(yīng)的各部分內(nèi)容也基本相同，主要區(qū)別在于為了適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的包優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)接口的定義。目前主要的幾個協(xié)議組包括H.320 、H.324 和H.323。
H.320是基于ISDN的視頻會議系統(tǒng)，是目前會議電視和可視電話主要采用的協(xié)議，也是應(yīng)用得比較廣泛和成功的協(xié)議組。 H.320規(guī)定了視頻和語音編解碼的標準、復(fù)接、解復(fù)接和控制一整套協(xié)議。其中有語音的編解碼的標準G.711、G.722、G.728、G.729，編碼速率8kbit/s～64kbit/s，不同的標準所提供的語音質(zhì)量不一樣。視頻編解碼標準有H.261、H.263、H.263+，其中復(fù)接采用定義到比特的H.221標準，控制部分采用H.242進行終端之間的能力交互。由于ISDN協(xié)議是基于電路交換的，其優(yōu)點是能夠保證傳輸帶寬，從而充分保證視頻服務(wù)的實時性，使傳輸帶寬在目前實際應(yīng)用中具有更高的商業(yè)可操作性。
H.324是基于PSTN的視頻會議系統(tǒng)，同樣也規(guī)定了視頻和語音編解碼的標準、復(fù)接、解復(fù)接和控制一整套協(xié)議。其中語音編解碼的標準有G.723.1、G.729等，視頻編解碼標準有H.261、H.263、H.263+，其中復(fù)接采用H.223，控制部分采用H.245。自從1996年就有了符合標準的系統(tǒng)，但是因為傳輸速率很低，視頻質(zhì)量比較差，因而沒有很大的發(fā)展。但第三代移動通信可能采用H.324系統(tǒng)，這樣H.324系統(tǒng)將會有很大的發(fā)展。
H.323是基于IP分組網(wǎng)的視頻會議系統(tǒng)，用于分組網(wǎng)絡(luò)，通常包頭是40字節(jié)，包大小是1500字節(jié)。能夠達到一個合理的開銷和凈荷比。H.323中語音的編解碼的標準G.723.1、G.722、G.728、G.729傳輸速率達8kbit/s～64kbit/s。視頻編解碼標準有H.261、H.263、H.263+，其中復(fù)接采用H.225.0，控制采用H.245，其協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于IP協(xié)議不僅已經(jīng)統(tǒng)治了桌面和通信網(wǎng)絡(luò)的接入層，而且通信網(wǎng)絡(luò)的骨干層和匯聚層也越來越多使用IP協(xié)議，這使得H.323協(xié)議組有了非常旺盛的生命力。實際上，早期的IP電話系統(tǒng)就已經(jīng)使用了H.323協(xié)議組框架，由于IP協(xié)議是面向無連接的數(shù)據(jù)報通信，網(wǎng)絡(luò)的時延、時延抖動在理論上都沒有保證，這增加了H.323在應(yīng)用中的復(fù)雜性，需要網(wǎng)絡(luò)提供商、視頻服務(wù)提供商密切地配合并采用更加合理的網(wǎng)絡(luò)資源分配方案。
三、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展
近幾年來，寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有了很大的發(fā)展。對于視頻應(yīng)用來說，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展產(chǎn)生的影響主要在兩個方面：一是網(wǎng)絡(luò)（包括有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)）可以提供更高的接入帶寬，這為大規(guī)模開展視頻服務(wù)奠定了基礎(chǔ)；二是針對視頻服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，尤其是在IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中越來越強調(diào)QoS/CoS的概念，使商用化的多媒體應(yīng)用成為現(xiàn)實。
有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要體現(xiàn)在接入帶寬的不斷提高，目前正逐漸成為主流以及有潛力成為未來主流的接入技術(shù)，它包括4個方面。
1．ADSL是目前最令人注目的寬帶接入技術(shù),ADSL業(yè)務(wù)能力可提供的傳輸通道為非對稱高速傳輸通道，ADSL可提供6～8Mbit/s的下行數(shù)據(jù)流，上行通信速率可以達到640kbit/s，同時可進行PSTN上的模擬話音通信。由于寬帶多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展有一個過程，從近期的主要業(yè)務(wù)需求看，1.5Mbit/s的傳輸速率已可滿足，因此ADSL是目前寬帶接入的首選技術(shù)。
2．光纖到小區(qū)結(jié)合樓內(nèi)綜合布線。隨著駐地網(wǎng)的開放，目前很多新的電信運營商都將此方案作為進入電信領(lǐng)域的首選。通過重新鋪設(shè)五類線，用戶可以獲得10M甚至100M的接入帶寬，可以充分支持多媒體業(yè)務(wù)。該技術(shù)的缺點是將傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工作環(huán)境參差不齊的小區(qū)和樓宇，運行維護具有一定的難度，而且覆蓋范圍比較小。
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