（计算机应用技术专业论文）ip视频及其在网上大学的应用研究.pdf

i 1 视频及其在 网上大学 的应用研究 a b s t r a c t i p v i d e o i s t h e t e c h n o l o g y t h a t d i g i t a l v i d e o s i g n a l i s e x c h a n g e d i p p a c k e t o v e r n e t w o r k b a s e d t c p i p p r o t o c o l i t i s t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e r n e t t h e r e s e a r c h w o r k i n a n e w t e c h n o l o g y a s t h i s p 即e r c a n b e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s 宙 d i s c u s s t h e o r i g i n c h a r a c t e r i s t i c s a n d a d v a n t a g e s o f i p v i d e o d i s c u s s t h e a r c h i t e c t u r e o f i p v i d e o i t h a s b e e n e x p o u n d e d a b o u t t h e a r c h i t e c t u r e t h e f i r s t o f n e t w o r k u n i v e r s i t y s t u d yt h e m o d e o f t h e s e c o n d o f n e t w o r k u n i v e r s i t y c h a r a c t e r i s t i c s c o n s t r u c t i o n k e y t e c h n o l o g i e s o f i t i n t h i s s e c t i o n i p v i d e o c o n s t r i c t i o n t r a n s m i s s i o n a n d c o m m u n i c a t i o n w i t h o t h e r n e t w o r k a r e e x p o u n d e d i p g r o u p m u l t i c a s t a n d v o d a t e d i s c u s s t h e a d a p t a b i l i t y o f t h e c o m p r e s s e d c o d e e d o f v i d e o s t u d v t h er e a l i z a t i o n o f i p v i d e o o v e r n e t w o r k u n i v e r s i t y c o m b i n i n g w i t h t h e h u n a n n e t w o r k u n i t e u n i v e r s i t y p l a t f o r m e x e r c i s i n g t o t a l d e s i g n i d e o l o g y o n t h e p l a t f o r m t h e s o l u t i o n o f v i d e o t h e m u l t i m e d i a r e a l t i m e t e a c h i n g s y s t e m w h i c h h a v e a c c u m u l a t e d t h e e x p e r i e n c e s f o r t h e p r o m o t i n g o f t h e i p v i d e o i h o p e g r e a t l y t h a t t h e r e l a t e d e f f o r t s o n t h e i p v i d e o t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n c o u l d p r o v i d e s o m e u s e f u l n e s s f o r t h e p r o m o t i o n o f i p vi d e o 4 怎 彩蕊 蘸 扑 h 视频及其在 网上大学 的应用研究 w o r d s i p p a c k e t t c p i p h 3 2 3 m p e g i m p e g 4 i p o v e r s d h i p o v e r a t m i p o v e r d w d m i p g r o u p m u l t i c a s t i p v e d i o d e m a n d m u l t i m e d i a r e a l t i m e t e a c h i n g s y s t e m 才 漏 鑫 j 嫉 n 视领及i t 在 网上大学 的应用研究 第一章绪 论 1 1 i p 视频的发展 数字式视频和音频技术的进步导致了计算机和网络的革命 并为计算机 系统和应用开 拓了新的设 计空间 这是美国计算机学会 1 9 9 3 年多媒体技术国 际会议程序委员会主席p v e n k a t a a n g a n 加里福尼亚大学 在论文集前言中的 第一句话 它充分说明了多媒体技术的内涵及其发展趋势 随着全球信息化时代的到来 人们了解事物 交换信息的途径已 经从纸 笔 书本 话音等发展到通过声光电信号等各种方式更准确 更快捷 更丰富 地表达出来 在需求的推动下 多媒体计算机技术与通信技术相结合 逐渐发 展成为一种新的边缘技术 多媒体通信技术 如果说i s 世纪是电 报的时代 2 0 世纪是电 话的时代 那么 2 1 世纪将是多 媒体通信的时代 其中 i p 视频 作为多媒体会话型通信业务的典型 己 在社会性的信息交流中发挥了巨大的沟 通作用 它能为用户提供直接 全面的沟通交流 并能节约时间 降低成本 提高生产率 i p 视频的 应用有视频会议 会议电视 场所监控 医疗会诊 远程教育 视频点 播等 随着广域网 局域网带宽的提高 网 络上i p 视颇应用 的需求越来越大 墓于i p 视频的远程教育系统就是在视频会议的基础上发展起 来的 会议 是人 类社会 经济生活中不可缺少的一部分 有关的 研究表明 通信 的有效性5 5 依赖于 面对面的视觉效果 3 8 依赖于说话语音 视听是人们获取 信息的最重要的形式 而面对面的讨论是人们表达思想最丰富的一种方式 虽 然有了电话和邮政 但人们仍要不停地出 差 赴会 劳神又费财 为了 解决这个问 题 早在 6 0 年代 就已 经有了 视颇会议系统的研究 视 频会议系统旨 在为分放于不同地区的多个用户提供一个很好的讨论环境 使人 熟 赢 鬓 扁瓤 m视领及其在 网上大学 的应用研究 们足不出 户就可与远在天涯的朋友展开讨论 举行远程会议 一直以 来 由于 视频的压缩 解压缩及传输问题没有解决 未能取得理想的效果 近几年来多 媒体翅信技术不断发展 实时视频引入到会议系统中后 通过 视频会议系 统进行讨论己 经变得自 然真切 极大地促进了 应用 自1 9 4 8 年提出 视频数字化概念后 经过将近4 0 年的探索 于 1 9 8 2 年提出了电 视演播室数字 编码的国际标准 c c i r 6 0 1 号建议 又于1 9 8 4 年提出了第一个实用化的 适应 于会议电视和可视电话要求的1 1 2 6 1 标准 1 9 9 3 年公布了活动图像的编码压缩 标准m p e g 1 1 9 9 4 年发表了m p e g 2 标准 该标准向 下兼容m p e g 1 向 上兼容 h d t v 的图像质量 1 9 9 9 年公 布了m p e g 4 标准 2 0 0 1 年还计 划发表m p e g 7 标准 现代多媒体通信是从两条基本路线发展起来的 一条是源于电视机 电话 等一般的通信方式 通过将多种信息综合化 通信信号数字化 增加某些交互 和自 动管理功能 以 达到近似于多媒体通信的服务效果 另一条路线以计算机 及计算机数字通信网为 基础 通过信息传输的实时化 传愉信息的多媒体化 以及对各种媒体信息管理的综合 化 实现多媒体通信 从源自电 视 电话这条线路来说 先后出 现了 声频电 信会议 视频图文会 议 电视会议以及会议室等系统 这些系统中 传输的大部分是模拟信号 所用 网络也不是综合的数字网络 它强调的是实时的语音 视频信息的交换 缺乏 人机交互和对会议的管理功能 在整个会议中 它们的作用只是传输现场的情 况 而其他事务 诸如召开会议时的组织 安排 会议讨论的记录 以 及讨论 结果的存档等等都于普通的会议没有两样 需要人们用手工完成 从基于计算机数字网 络的发展路线来看 视频会议系统起源于消息系统 以后发展成为 计算机会议系统 由 于这条路线的基础是计算机和数字网络 因 此其交互能力和会议管理能力很强 网 上大 学是 远程 教育的一 种 目 前被称为 现代远程教育 以 区别 于函 授 广 播 有线电 视 视颇点 播等传统的远 程教育形式 网 上大学利用现代网 络手 毓歌 初薇 一一 一一 一 一一 一j p 1 1m丝迪 i丝 达燮鱼e 2 m ilf 究 段和信息技术 应用成熟的i p 技术 以多 媒体 交互 式的 特征 远 距离 快速 度 高质量地传送教学声像 图文和数据 从而实现教学目 的的一种新型教学 模式 它突破了传统教学在时问和空间上的限制 是教育发展过程中一次革命 性飞跃 i p 视频的技术为网上大学的实现提供了可能 i p网络用在多 用户问共享带宽 井注重数据的完整性 而不是时序性 所以 基于i p 的视频接收时就会受到影响 因此 在视频会议中 时序的概念 比完整性更重要 这就需要解决时序的机制 i i 3 2 3 一解决时序的机制应运产 生 在发送端 i p包时加上时序标签 在接收端进行排序 即使在传输过程 中 有时延 接收时也会 按时序标签排序进行播放 打乱的i p 包进行恢复 但当i p 网 络上用户分 享带宽超载时 接收端没有数据 出 现i p 丢包的情 况 所以 i p 视频在使用时 带宽上要有所保留 同时 也要防止i p 视频流占 用所有的可用带宽 1 2 研究课题来源 1 2 学等 课题来源及选题依据 传统的远程教育主要是 采用电 视的通信手段 比 如人 们比较熟悉的电视大 虽然电视较好地解决了 音频 视频以及音视频的综合 传输 但是要在其 上增加新的媒体服务 却非常困难 另 外 要使它提供足够的交互 性和对各 种媒 体统一管理也不容易 因此 它不能成为最强有力的远程教育手段 而基于电路交换 存 j 交互式集中授 听课系 统打破了电视大学一统远程教育 的格局 湖南网上教学起步较早 已 建成一个由原教学网和相关视频设各组成 的一期工程 是一个以m c i i 为交换控制中心 以p c m 2 m 电路为网络基础的远程 三 凑 1 荒 m 1 l 领 及 其 在 网 上 大 学 的 应 用 研 究 一 个 老 师 可 以 同 时 为 更多 的 学 生 授 课 一 套 教 案 同 时 为 所 有 学 生 所 用 最 大 限度地发挥了 教育资源的优势 减少教育的重复投入 节省本来就短缺的教 育经费 克服传统教育在教育资源 师资 教材 教室 实验设施等 教 育方法 以教师为中心 统一 进度等 上的限制 实现优秀教育资源和教育 方法不受时空限制得以共享 同时也使更多人获得受教育的机会 为普及高 质量的教育提供了一种有效的手段 学习者可以 根据自己 的兴趣 爱好 业务能力 时间情况等来制订学习计划 和确定学习 进度 实现以学习者为中心的 个性化 教育 学习者还能以多 种方式同步 或异步地与教师或其他学习者进行充分的交互和协作活动 这是 传统课堂教育无法比 拟的 并且在教学过程中 集成了文本 图形 像 音 频甚至视频等多 种媒体 能激发学习兴趣 从而提高教学质量 基于网络的各 种信息交流方式 e m a i l b b s c h a t i p p h o n e 双向 视频系 统等 为师生之间 学校之间 学校与教委之间的双向交流创造了 最好的 条件 统一的教学体系 统一的教学管理 完整的教学数据分析 为教学的规划和 发展提供了更为广阔的空间 新型的教学业务也 将不断产生 电子商务 体系的融入 使教学方和受教育方之间的支付交易变得简单 更加 促使教学的进一步普及和发展 此课题解决了视频用户与网络接口问题 视领压缩问 题 会议电 视标准 i p 视频压缩及传输以及i p 视频和其它网 络数字视频的互通等问 题 因此本课题 具有很强的理论价值和实用价值 且与本人所选的现代计算机通信技术研究方 向紧密结合 在网上教学的信息数据中 视预流特别是高带宽视撷流对网络的带宽占 用 是相当高的 一个m p e g 1 质最的高带宽视频流占 用1 5 m b p 的带宽 仅仅 按照全省 1 4 个地市级听课室和9 6 个县级听课室的规棋 如果点 播教学全 疡施旗爵 i a 视领及其在 网上大学 的应用研究 部117 省 级教学管理中 心 提供 将占 用高 达1 6 5 m b p 带宽 这对省内1 6 3 的 1 5 5 m b p 的互 连带宽而言是无法承担的 同时1 6 3 网络也 井非为网上教学业 务所独占 网上教学业务必须满足不影响其它数据业务正常开展的要求 为了 缓和网 上教学业务 对 1 6 3 省骨千网的压力 教学资源要求采用分布式 存储方式 在长沙建立网上教学管理中心 存储所有的教学资源 在其它 十三个地市建立教学管理分中心 存储部分教学资 源 提供本地区高带宽 条件下的点播教学服务 网 上教学的中 心机房设置在长沙电信局 网 络管理机房设置在省信息产业 局机房 网管机房具备对中心机房的所有网上教学设备进行远程管理和实 时监控的能力 包括系统服务的远程启动 停止以及 状态监控 市动态分布存储等 教学资源地 对于建设在长 沙地区以外的多媒体授课室 当地的教学管理分中心还必须 具各支持实时授课能力和对授课的信息采集功能 实时授课的教师与地处各 地听课室的学生之间可以 进行荃于i p 网络的视音 频双向交互 交互的控制权由 授课教师掌握 针对低带宽条 件的家庭用户 要求有相应的服务保障来支持实时授课和非 实时授课 在优先保障声音不失真的前提下提供较好的视颁效果 1 4 本文研究工作 本文的研究工作主要有以下几个方面 1 探讨i p 视频的发展 特性及原理以及 网上大学 一期的荃本组成 通 过 描 述i f 视 领 提 供 的 快 捷 丰 富 的 业 务 及 与 其 它 网 络 互 联 给 用 户 带 来 的信息化体验 阐述了i p 视频的发展 基本特征及其原理 同时将目 前 网上 大学 一期的基本组成作了简单介绍 2 提出了 网上大学 二期的网 络模型概念 知瀚 赫 愈长 11 视领及其在 网上大学 的应用研究 提出了 网 i 大学 二期的 需要涉及 的网 络结构 系 统组成及关键技术 3 论述了 网上 大学 二期需要涉及 的冲视频体系结构 论述了i p 视频的网络结构及其模型 以及i p 视频用户一网络接口 并详 细阐述了i p 视频的压缩和传输及其与其它网络的互通 4 探讨 i i 视频的协议及标准 论述了i p视频协议的结构模型 用户一网络接口 协议 i f 视频网络协议 m p g g 系 列以及i p 视频会议标准 h 3 2 3 列举了i p 视频国际标准 国内 规范 5 解决了i f 视频在 网上大学 系统中的关键技术 i p 组播和i p 点播 6 提出了i p 视频在 网上大学 系统中的网络架构 通过探讨三种宽带i p 主干网 技术比 较以及几种i p 视频接入技术比 较 得 出现行 网上大学 网络建设方案 7 解决了i f 视频在 网上大学 应用实现 i p 视频在远程教学中的应用 即总体设计思想和视频解决方案 多 媒体实 时授课系统 从而为i p 视频与其它网 络互通 以及i p 视频应用的推广积累了 经验 乞 赢毛瓣蘸 j p 视 领 及 其 在 m 上大 学 的 应 用 研 究 第二章 网上大学 概念模型 a 1 网上大学 网络结构 1 总休网络结构方案 基于电路交换的交互式教学网 络己解决了远程教学的集中上课功能 能得到 这样学习机会的学生毕竞有限 更多的学生希望得到价廉 方便的学习机会 为满足这一大批有志学生的学习欲望 本工程重点解决采用 i p 方式为学生提供 多媒体教学环境 充分利用电信现有公共i p 网络和接入网络 使更多的学生通 过各种方式接受现代高等教育 见图2 1 在现有基于h 2 6 1 会议电视技术基 础上的交互式教学网络扩容的基础上 在省信息产业局网上教学中心建设一个 基于i f 技术的网上大学中心平台 以1 6 9 1 6 3 等公 共i p 网络为 基本传输互联 网络 以电 信h f c n i s d n p s t n 等公网为 基本接入手段 构建以i p 技术为主 的网上全功能虚拟大学 网上大学网 络结构由 六部分 组成 1 网 上大学处理中 心 包括实时 授课系统 非实时授课系统和电 子课件等 2 教学管理系统 包 括学员报名 学籍管理等 3 电子 授课室 包括视频处理服务器 数据调制器 换频合路设条 完成网上大学对全省h f c 网的一个频道内4 路教学实况广播 4 电 子听课室 学员可在听课室听课 提问 观看电子课件等 5 网 上大学地区 中心 在地区中心可存放一些地区常用的一些课件 提供非实时授课等 网络互联 授课室的视频 音频 电子白 板 电子教案等授课内 容是网上大学电子课件 的基础 每个授课室与省中心平台的连接不得低于2 m b p s 由 于h f c 网一个娜耸 可同时广播四个授课室的视频 音颇 电子白 板 电 子 教案 等授课内 容 建 议采 用头 端与省中 心通过直达光 纤以1 0 0 m b p s 以 太网 方 式 直联 除通过墓于1 1 2 6 1 交互式教学和基于i p 通过h f c 网的广播式实时教学外 1 5 瓤撬篇盈 众 视领 及其 在 网 上 大 学 的 应用 研究 网 上大学的 大部分 授课内 容是 通过1 6 3 1 6 9 等i p 公网以 浏览方 式获得的 网 上大学省中 心平台可以采用 1 0 0 m b p s 直联 1 6 3 1 6 9 网上过来的访问必须 通过 认证服务器的级别认证才能获得网 上大学不同 级别的信息服务 图2 1 网上大学二期工程网络结构模型 3 用户接入 网上大学的用户接入 方案是基于 1 6 3 1 6 9 所能提供的用户接入手段 目 前1 6 9 网络所能提供的接入手段仅为p s t n 拨号接入 因此1 6 9 用户只能从网上 大学获得非视频类教学信息 1 6 3 入 2 h d的 n i s d n拨号接入 网络可为用户提供5 6 k b p s 以下的p s t n 拨号接 d d n f r a t m 宽带专线接入等 因此 的n i s d n 用户可获得基于h 2 6 1 格式的包含 视频信息的多 媒体课件信息 抵 犯巍 淤 蘸瞬 里r 颂 及 其 在 网 上 大 学 的 应 用 研 究 专线用户可获得纂于m p r q 1 的高质最多 媒体课件信息 p s t n用户只能获得非 视频类多媒体课件信息 2 2 网上教学系统组成 网上教学系统由教学管理系统 教务管理系统 多 媒体点播 广播系统 交互系统制作系统 网管系统六部分组成 1 教学管理系统 教学管 理系 统在开 展多种形式的多媒体教学方式时 兼顾到当前不同的网 络接入方式 对高 带宽和低带宽的网络接入都能在最大程度上体会到多媒体教 学方式 同时通过各 种方式建立起以b b s e m a i l c h a t 电 子图书馆等各种应 用系统为 基础的电子校园 创造出 浓郁的校园氛围 减轻读于网上大学的学生 与传统大学的学生之间的心理差异 使得网上大学具有更强的可感受性和亲和 力 充分体现出网上大学的优势 2 教务管理系统 教务管理的作用是统筹安排和调度教学资源 以 保障所有教学活动的正常 开展 包括教学计划 专业设置 课程设置 课程安排 教案管理 考试安排 成绩管理 学位管理 毕业处理等组成部分 实现宾实大学教育体系的教务 功能 因为网 上大学的授课和学习方式灵活 在授课方面既有授课室教师的实 时授课 又 有多 媒体教学系 统的课程广播和课程点播 在听课上既有学员在听 课室上课 又 有学员在家通过多媒体教学系统听课 所以网上大学的教务管理 功能与传统大学相比更加复杂 3 多媒体点播广播系统 点播 广播系统提供了多媒体教学系统的核心功能 实时和非实时授课 功能 4 交互系统 赢摹 翩颤豪 1 11 现领及其在 网上大学 的应用研究 交互系 统是 用 于 听 课点 的 学 生与 教学 现 场的老 师 进行 实时 视 频 音频的 双 向 交流 主要用于学生 提问 教师答疑等 双向交流的教学环节 交互系统其实 也就是一个点到多 点的视频会议系 统 在这个视频会议系 统中 每个视频终端 只需看到发言方即可 如 提问时 所有的终端都看到和听到提问者的视频 教师回答时 所有的终端的画 面都将切换到教师处 在多媒体教学系统中 学 生现场提问 教师答疑等需要双向交流的教学环节都需要一个能提供实时的 高质量的视音频双向交流的系统来实现 同时实时的 高质量的视音频双向交 流是保证教学质量 提高学生学习积极性的重要途径 交互系统是多媒体教学 系统中的一个较为独立的子系统 所有的交互过程和交互的视音频数据传送都 将在本系统内完成 全系统只有各交互终端的认证 创建视频会议的记录 加 入会议的信息的取得等操作才会与事务服务器有数据的交流 5 制作系统 作为信息服务 特别是提供公 众信息服务的商业站点而言 信息的丰富程度 和信息的更新及时 程度都是直接影响到该站点是否对用户具有真正的吸引 任 何一个站点的信息采集和信息制作的职贵 使得网站具有理想的用户访问 从 而提高管理中心本身的商业价值 同时 由于本身各种教学信息必须 根据信息 类别来统一管理和存储 一般来说 信息的采集与制作可在各业务系统中分别 完成 但在教学业务开展的初期 在业务单位少 制作信息贫乏 制作工具不 齐全的情况下 可由 教学管理中心统一采集 制作和管理 如各种电子图书 电子资料 电子教案 电子试题等等 s 网管系统 溉霜痴踌 n 视 领及其在 网上大学 的应用研究 网上联合火 学多 媒体教学系统的网络系统主要由一系列不同功能的服务器 组成 各服务器之问业务关联紧密 同时随着业务扩展 网络会将变得更加庞 大和复杂 为了 便于网络的维护 扩展 优化 故障检修 对各业务集中 进行 监控 管理和统计 保证网络及业务的正常运行 需要有一个网 络管理系统对 本系 统中的设备 和业务 进行统一的规划和管理 网络管理系统在整个多媒体教 学系统中与其它系统或设备的关系如下图 省中心平台 授课室 交互 系统 客户 端 广播 系统 控制 端 地市中心 家庭用户听课室 恻目一 一闻圈困 图2 2网上教学系统组成 2 3 网上大学 关键技术 1 详组播技术 传统的数据传送方式己经不能适应应用发展的需要 例如在一个网络上有 加 个用户需要接收相同的信息时 传统的解决方案要么把这一信息分别发送 2 0 0 次 以便确保需要数据的用户能够得到所需的数据 要么采用广播的方式 锄 蘸夷 即视领及其在 网上大学 的应用研究 在 整个网 络范围内 传送数 据 需要 这些数 据的用户 可直接在网 络上获 取 这些 方式都浪费了大皿宝贵的带宽资源 特别是网络上只有少数用户需要数据时 这种浪费更加明显 1 p 组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的 i p组播采用了 组地址的概念 把需要数据的用户编入用户组 并利用一些 高级的网络协议来确保最经济地利用带宽 把数据通过用户组传递给真正需要 的用户 i p组播还能减轻服务器的负担 提高电子商务 应用程序的效率 节省 大量的经费 并能带来更多新的增值服务 2 高带宽点寸 爵 高带宽点播授课方式是针对网络接入带宽在1 5 m b p s 以 上的用户群适用的 它提供的是m p e g 1 质盘的多 媒体流 和广播形式不同的是 每一个点播请求都 需要单独的服务 进程响应 同时在网络上占 用一个视频流带宽 点播授课时 视 音频数据以实时数据流形式传输 视 音倾数据流一旦开始传输 就必须 保证其平滑回放 数据流不能有停滞 间断 网 络拥堵 c p u 争用或磁盘的i 0 瓶 颈 都 可 能 导 致 传 输 延 迟 引 起 数 据 流 传 输 堵 塞 网 上 大 学 的 点 描 授 课 必 琐 采 用相应控制机制和技术 以保证网络延迟满足要求 因此 网络接入带宽在 1 5 m b p s 以 上的 用户群 适用高带宽点 播 3 低带宽点播 低带宽点播在网上教学中主要适用于家庭用户的在家学习方式 目 前国内 个人i n t e r n e t 用户 接入以p s t n 拨号形式为主 同时n i s d n 接入的用户数t正 在随着其价格的逐步下降而上升 这些接入方式的带宽较窄 p s t n 拨号 方式最 高只有 5 6 k b p s s n i s d n的 b d方式也只有 5 6 k b p s s 远低于 m p e g i的 1 5 m b p s s 带 宽 要 求 向 时 家 庭 用 户 由 于 其 计 算 机 知 识 掌 握 的 局 限 性 难 以 适 应 视频点播专用客户端程序复杂的安装 配z及操作 徽软的 w i n d o w s m e d i a s e r v e r 能适应多 种网络带宽条 件 从2 8 8 k b p s s 到3 5 m b p s s 和多 种视频质 量 处 理 要 求 众 8 f p 到 3 0 f p 的 内 吞 流 化 的 流 式 多 媒 体 信 息 的 发 布 平 台 包 翩 墉 感 盛 1 赘 i i i 视须及其在 网上大学 的应用研究 括了 流 式媒 体 的 制作 发布 播 放和 管 理的 一 整套 解决 方案 因 此 家 庭 用户 的在家学习 建议采用低带宽点播 a 主千网技术 i p网络要建立在现有的网络技术基础上 建立在当前最先进的网络传输 技术基础上 典 型的1 i 关 技术有i p o v e r a t m i p c r v e r s d h i p o v e r wd m等 n 5 在高性能 宽 1 0 fi i i p 业务 方面 i p o v e r s d h技术由 于去掉7 a t m设各 投资少 见 效快而且 线路利用率高 而i p o v e r a t m技术则充分利用已 经存在的 a t m网络和技术 发挥a t m网 络的技术优势 对于i p o v e r wd m技术 它能 够极大地拓展现有的网 络带宽 最大限度地提高线路利用率 并且在外围网络 以 千兆以太网成为主流的情况下 这种技术能真正地实现无缝接入 s 接入技术 i p视频接入要建立在现有的网络接入方式荃础上 建立在当 前最先进的 网络接入方式基re i 上 典型的相关接入方式有i s d n x d s l c a b l e m o d e m l a n 接入等 综合业务 数字网 i s d n 是从电话与数字网 相结合而演化来的一种网 络 提供端到端的数字链路及 话音业务 非话音业务 等广泛的业务类别 我国的主干线传输网已基本上实现了有线光纤化 无线数字微波和卫星 化 绝大多数乡 镇 交换节点也 实现了 数字程控化 只有用户环路实现了数字化 才能使用户真正 跨上信息高 速公路 用户环路数字化的技术有根多 x d s l 就是 其中之一 在光纤同轴混合h f c网络上 使用 c a b l e m o d e m可以进行诸如 i n t e rn e t 接入之类的应用 是 现阶段最为 经济的高速数据通信手段 而h f c网络则为人 们提供了一种有效的解决方案 在h f c网络上利用c a b l e m o d e m可以实现理想 的宽带接入 在计算机局域网中 以太网夙于中 低速率的网 络 目 前 在构 筑大规模l a n时 i t id m b i t l s 的高速以太网己 作为主干网得到普及 从用户角 度来看 l a n将从单一的数据通信用的专用网 扩展成为同时 传送数据 话音和 i 3 i f fl t i i i 领及其在 网上大学 的应用研究 图 像 的多 媒 体 通信网 络 钩 粉 交换 式以 太 网 1 0 0 m b id s 高 速以 太网 技术的 完 善 与成熟 以太网标准向千兆位速度扩展 推出了作为下一代主干网的超高速以 太 网 千 兆 位 以 太 网 技 术 1 2 9 1 畜 之 安晶 n 视领及其在 网上大学 的应用研究 第三章 i p 视频体系结构 协议及标准 3 1 i p 视频结构模型 目 前 i p 视频相关的技术发展较快 但是从运营和业务的角度较为缺乏参 考模型 一个有效的模型是指导网 络组织的 基础 现提出 如图示意的i p 视频结 构 模 型 支撑层 如网关 图 3 1 i p 视频结构模型 上述模型中存在三个层而 分别是视频层 信令层和支撑层 其中 视频 层主要由网 关设备 组成 主要功能定位为 提供视频通道 进行i p 网和其它网 间的视频转换 配合信令层进行视频传输认证 信令层主要由关守设备或呼叫 处理服务器 信令网关等组成 主要功能定位为 视频层设各的定位与路由 接续 认证 授权控制 对所管理的域内的带宽控制和网关管理 域间通信控制 支撑层主要是认证 计费 用户数据库设备及网管设备等 主要功能定位为 用 户教据库 对记帐卡用户的实时计费 网络管理 业务管理 益 r a 赫 11 视领及其在 网上大学 的应用研究 视频层结构 由于i f 视频的 才 如 氛 视频层是一个无级的平面网 及在信令层的控制下 任何两个网关设备 问可建立直通的视频 因此视颇层中设 备主要依据业务需求 确定 信令层的结构 视频层主要处理的是媒体流 而信令层主要处理信令 包括h 3 2 3 中h 2 2 5 r a s h 2 2 5 q 9 3 1 或是与m p e g 相关控制等 信令层结构可能的方式有准直联的 分层方式和直联的对等方式 分 层式的 组织结构中关守分为两层 l 1 层的关守 负责各域内的网关呼叫和路由 l 2 层的关守负贵控制l 1 层的关守 主要控制域 间的网关路由 对等式的组织结构中 关守既要负责域内网关 又 须负贵域间网 关路由 支撑层结构 支撑层的结构取决于业务和管理需求 其中 用户数据库的组织可以和关守 的 组 织 一 致 也 可 以 在 关 守 之 上 组 织 数 据 库 数 盈 少 于 关 守 1 0 3 1 13 1 3 2 视频用户一网络接口 i p 视频信号通过1 1 3 2 3 协议 结合m p e g 压缩后打包 形成 i p 包 与网 络进行通讯 i p 包格式如下 i p包 x字节2 0字节 图 3 2 字节1 2 字节x字节 包格式 u d p 在有多 个视频流 和音频流的多 媒体通信系统中 用基于up 传输的i p 多 橇赢 irl iq v 3 9 a 型 述 置 m a m iff p e 一 一 点广播和由i e t p 实时传输协议r t p 处理视频和音频信息 每个 1 1 b p 包均 加上一个 包含时标和序号的报头 若接收端配以适当的缓冲 那么 它就可 以利用时标和序号信息 复原 再生 数据包 记录失序包 同步语音 图 像和数据以及改善连接重放效果 r t p r t c p 实时传输协 议 实时传输控制协议 r t p 工作于i p 多点广播的顶层 用于处理i f 网上的视频和音频流 r t c p 监视服务质盆以 及网上传送信息 井定期 将包含服务 质量信息的控制信息包分发给所有通信节点 提供端到 端的实时数据流传输业务 由于 h 3 2 3基于 r t p r t c p 因此它可在 i n t e r n e t 多 点广播骨干网i m b 或具有多点广播能力的i n t e r n e t 虚拟网上 运行 并支持音濒 视频和数据多媒体通信 3 3 视频压缩 1 mp e g i 标准 m p e g 是活动图像专家组 m o v i n g p i c t u r e e x p e r t g r o u p 的英文缩写 实 际上 它是标准化组织 i s o 和国际电 i委员会 i e c 联合 技术委员会1 j t c 1 的第2 9 分委员 会 s c 2 9 的第 11 工作组 w g 1 1 其全称是 w g 1 1 o f s c 2 9 o f i s o i e c j t c 1 m p e g 的 任务 是开发 运动图 像 及其声 音的数字 编码标准 成立 于 1 9 8 8 年 专家组最初的任务 有三个 实现1 5 m b s i o m b s 4 0 m b s 的压缩编码 标准 即 m p e g 1 m p e g 2 m p e g 3 但因为 m p e g 2的功能已 使 m p e g 3为多 余 所以 m p e g 3 于1 9 9 2月 撤消 m p e g 4 项目 是 1 9 9 1 年5 月 建议井于 1 9 9 3 年 7月确认 其目 标是 甚低数码率的音频压缩编码 码率低于 2 8 8 k b s 下 面分别介绍各个标准 随着 数字 音频和数字视频 技术的 广泛应用 i s o 的 活 动图像专家 组 m p e g 在 1 9 9 1 年 1 1 月 提出了 i s o 1 1 1 7 2 标准的建议草案 通称 m p e g 1 标准 该标 滋 一 剔瓤一 视领及其在网上大学 的应用研究 准于 1 9 9 2年 日 月 通过 1 9 9 年 8月公布 m p e g 1 标准适用于数码率在 1 s m b p s 左右的应用环境 也就是为c o r o m 光盘的视频存储和放像所制定的 m p e g 1 标准可以 处理各 种类型的活 动图像 其基本算法对于压缩水平方 向 3 6 个像素竖直方向 2 8 8 个 象素的空间分 辨力 每秒2 4 至3 0 幅画面的 运动 图像有很好的效果 在 m p e g 1 标准中的一帧图像的概念不同于电视中 帧的概 念 前者一定是成逐行扫描的图像 如果待处理信号是隔行扫描的图像 则编 码前必须将其转换成逐行扫描的格式 m p e g 1标准提供了 一些录像机的功能 正放 图像冻结 快进 快倒和 慢放 此外 还提供了 随机存储的功能 当然 解码器这些功能的实现在一定 程度上同图像数据存储介质相关 m p e g 标准采用了一系 列技术以获得高压缩比 第一 对色差信号进行 亚 采样 减少数 据量 第二 采用 运动补偿技术减 少帧间冗 余度 第 三 做二 维d c t 变换去除空间 相关 性 第四 对o c t 分盈 进行 t化 舍去不 重要的信息 将量化后1 k t 分贵按照频率重新 排序 第五 将 d c t 分盆进行变字长编码 第 对每数据块的直流分量 c i 进行预测差分编码m p e g 1 中的图像类型共分四 i 图像 或称i u t r a 图像 采用帧内编码 不参照其它图像 p 图像 p r e d i c t e d 图 像 它们参照前一幅i 或p 图像做运动补偿编码 b 图像 或称 或称双 六种 向 预测图像 它们参照前一幅和后一幅i 或p 图像做双向 运动补偿编码 d 图像 或 称 直 流 1 x 图 像 这 类 图 像 中 只 含 直 流 分 皿 是 为 快 放 功 能 而 设 计 的 i n 2 mp e g 2 标a i m p e g 2 是由 m p e g 开发的第 2 个标准 按计划于 1 9 9 4 年 1 1 月正式确定 为国际标准 m p e g 2 是 活动图像及有关声音信息的通用编码 g e n e r i c c o d i n g o f m o v i n g p i c t u r e s a s s o c i a t e d a u d i o i n f o r m a t i o n 标准 m p e g 2 标准制定 始于 1 9 9 0 年7 月 在此之间 国际电信联盟电信标准化部门 i t u t 成立了一 个有关 a t m 的图像编码专家组 从此开 始了j t c i i t l i t 的合作 从1 9 9 1 年5 磁 飘 藻 孰 冲视领及其在 网上大学 的应用研究 月开始征 集有关图像 编码算法 v i d e o c o d i n g a l g o r i t h m s 的文 件 有3 2 个公司 和组织提供了 非常i y 细的研究结果和 n 1 格式的 编解码图像录像带 1 9 9 1 年1 1 月 在日 本的 j v c 研究 所进行了 对比 测 试 确定 带有 运动补偿 预测和内 插的o c t 最成熟和性能最好 在1 9 9 2 年 1 月的会上又定下了 m p e g 2 是 通用 g e n e r i c 标准 m p e g 2 的声音和系统部分的工作始于 1 9 9 2 年7 月 m p e g 为制定 m p e g 2 经常与有关国际组织 如 i s o i e c i t i i t i t l i r 等开会协调 并注意到了与 m p e g 1 的兼容一致 国际电联的无线电通信部门 i t u 的从广播电视方面提出的 不同需 求构成了m p e g 2的 档次 等级 p r o f i l e l e v e l 概念的基 础 工 t l i r 在 m p e g 2 的质2检验 测试方面做了 大量工作 m p e g 2 的委员 会草案工 s o i e c c u 1 3 8 1 8 是 1 9 9 1 年 i 1 月 产生的 按计t j 在 1 9 9 4 年1 1 月 7 日至 1 1 日 的新加 坡会议上 批准为国际标准i s o i e c i s 1 3 8 1 8 此后还要对 m p e g 2 进行扩展 a 9 3 mp e g 4 标7 l m p e g 4 标准将支 持 7 个 新的 功能 现分别介 绍如下 令 基于内容的操作与比特流编辑支持无须编码就可进行基于内容的操 作与比 特流 编辑 例如 使用者可在图像或比特流中 选择一具体的对 象 o b j e c t 例如图像中的某个人 某个 建筑等等 随后改变它的某 些特性 自 然与合f iu 数据混合编码 提供将自然视频图像同合成数据 文本 图 形 有效结合的方式 同时支持交互性操作 今 增强的时间 域随机存取 m p e g 4 将提供有效的随机存取方式 在有限 的时间 间隔内 可 按帧 或任 意形 状的对象 对一音 视预序列 进行随机 存取 例如以一序列中的某个音 视领对象为目 标进行 快进 搜索 今 提高编码效率 在与现有的或正在形成的标准的可比 拟速率上 m p e g 4标准将提供更好的主观视觉质a的图像 这一功能可望在迅 荆 粼悦 4 1 视烦及其在 网上大学 的应用研究 速发展中的移动通信网中获得应用 但值得注意的是 提高编码效率 不是m p e g 4的唯一的主要目际 令 对多 个并发数 据流的编码 m p e g 4将提供对一景物的有效多视角编 码 加上多 伴音声道编码及有效的视听同步 在立体视频应用方面 m p e g 4 将利用对同一景物的多 视点观察所造成的信息冗余 m p e g 4 的这一功能在足够的观察视点条件下将有效地描述三维自 然景物 今 错误易发环境中的伉错性 r o b u s t n e s s 种有线 线网和各种存储媒体 m p e g 4 灵活多样 是指允许采用各 将提高抗错误能力 e r r o r r o b u s t n e s s c a p a b i l i t y 尤其是在易发生严重错误的环境下的低比 特应用中 移动通信链路 注意 m p e g 4是第一个在其音 视频 表示规范 y 虑信道特性的 标准 目 的不是取代已由 通信网 提供的错 误控制技术 而是 提供一 种对 抗残留 错误的 坚韧性 例如 选择性前 向g q 错 s e l e c t i v e f o r w a r d e r r o r c o r r e c t i o n 错误遏制 e r r o r c o n t a i n m e n t 或错误掩盖 e r r o r c o n c e a l m e n t 基于内容的尺度可变 性 c o n t e n t b a s e d s c a l a b i l i t y 内容尺度可变 性意味着给图像中的各个对象分配优先级 其中 比较重要的对象用 较高的空间和或时间分辨率表示 基于内容的 尺度可变性是 m p e g 4 的核心 因为 一旦图像中所含对象的目 录及相应的优先级确定后 其 它的基于内 容的功能就比较容易实现了 对甚低比 特率应用来说 尺 度可变性是一个关键的因紊 因为它提供了自 适应可用资源的能力 例如 这个功能允许 使用者规定 对具有最高优先级的对象以 可接受 的质量显示 第 二优先 级的 对象则以 较低的质f 显示 而其余内 容 对 象 则 不 子显 示 可见 这 种 方 式可 最 有 效 地 利用 有限 的 资 源 co s mp e g 7 标洲 e m p e g 家族的新 成员叫作 多 媒体内 容描述接口 简称m p e g 7 它的由来是 亡沈 i i 视领及其在 网上大学 的应用研究 1 2 十 4 7 因为 没有n ip e g 3 m p e g 5 m p e g 6 它将扩展现有内 容识别专 用解 决方案的有限的能力 特别是它还包括了 更多的数据类型 换言之 m 尸 e g 一7 将规定一个用于描述各种不同类型多 媒体信息的描述符的标准集合 m p e g 7 还将对定义其他描述符及其结构 描述方案 和他们之间的关系的方法进行标 准化 这种描述 也就是描述符和描述方案的组合 将与内容本身关联起来 以 便对用户感兴趣的 素材进行快速高效的搜索 m p e g 7 将标准化一种用来定义 描 述方案的语言 即描述定义语言 d d l 带有与之相关的 m p e g 7 数据的 a v 素 材 就可以 被加上索引 并可进行检索 这些素材可能包括 静止图像 图形 3 d 模型 音频 语