数字音视频技术的业务应用

第 9章 数字音视频技术的业务应用 数字音频（ DAB）广播 9.1 可视电话 9.2 视频会议 9.3 视频监控 9.4 交互电视与视频点播 9.5 远程教育 9.6 远程医疗 9.7 多媒体计算机技术 9.8 新业务应用 9.9 学习目标 知识目标：了解数字音视频技术的业务应用。对诸如数字广播、会议电视、远程教育、远程医疗、视频点播、远程监视等有初步的认识。 技能目标：了解视频会议系统的构成，掌握桌面型视频会议系统的安装方法。 9.1 数字音频（ DAB）广播 9.1.1 DAB发展概况 数字音频广播（ Digital Audio Broadcasting）是继 AM、 FM传统模拟广播之后的采用全数字方式的广播，简称 DAB。 随着计算机技术、数字信号处理技术和大规模集成电路的发展，人们开发成功了数字音频广播技术。 它把低码率高质量的信源码技术和抗回波传输的信道编码技术综合在一起，能够实现无线广播高质量（ CD级质量）的移动接收，被喻为无线广播新的里程碑。 数字音频广播 模拟音频广播 传递内容 声音、文字、图片、短片等多媒 体内容 声音 行动性 可高速行动接收 高速行动接收时易使信号受到干扰而 产生噪声 信号 与音质不受多路径传播的干扰， 可确保音质 音质受地形、其他信号干扰而产生噪 声 频道负载 透过较佳的压缩技术，一个频道可同时传送多套近 CD音质的节目 一个频道只能传送一套标准音质的音讯节目 频谱 可采用单频网 需采用复频网 表 9-1 数字音频广播与模拟音频广播性能对比 1高效的信源编码技术 2 COFDM信道编码技术 3具有不同的覆盖模式 4采用多种工作模式和多个工作频段 5同时附带传输多种数据业务 6扩展性 7数据透明性 9.1.2 DAB系统 1尤里卡（ Eureka） 147/DAB发射系统 DAB技术是一项前景非常广阔的先进技术，目前工业发达国家和一些第三世界的国家都在积极开发利用 DAB产品，以便尽早占领世界市场完成从目前广播到下一代广播的转换，而且 DAB中的一些技术已经用于目前广播领域的各个方面（如MUSICAM已经作为 HDTV和普通数字电视伴音标准以及卫星传输数字广播节目的标准）。 数字音频广播由单一频率模块组成，通过复用可以传送立体声或单声的广播，还可传送文本和数据。 不是所有的数字接收机都是 DAB接收机，目前市面上有许多的数字接收机，但大多为利用数字技术制造的模拟的 FM、 AM广播与卫星广播接收机，这类的接收机称为数字接收机。 而 DAB接收机则必须符合 Eureka 147技术规格，才能接收得到 DAB的信号。 世界大多数国家的 DAB都是直接采用或参考欧共体的尤里卡 147/DAB技术开发而成的。 图 9-1为尤里卡 147/DAB系统的结构框图（图中未包括射频部分）。 图 9-1 尤里卡 147/DAB系统的结构框图 从图中可以看出该系统包括演播室信源编码和信道处理两大部分。 演播室信源编码部分包括 L、 R声道A/D变换器， L、 R声道的信源编码，多路复用等。 多路复用除把左右声道的音频数据复用外，还把节目类型信号和附加信号复用在一起。 信道处理部分包括节目多工器、信道编码器、调制器和射频功放等电路。 节目多工器是将多路数字音频信号复用在一起。 信道编码包括纠错编码和数据交织等措施，这些措施可提高信号在传输过程中的抗干扰能力。 数字调制采用正交频分多路调制，这种调制方法由于其抗多径传输功能，适合于移动接收。 下面对各部分作较详细地说明。 （ 1）信源编码 （ 2）信道编码 （ 3）可删除型卷积编码 （ 4）单频网络（ SFN） 2尤里卡 147/DAB接收系统 DAB的传输模式有四种，其中最重要模式是用于地面单频网（ SFN）的模式 1与用于传输距离有限的中等规模网络的模式 2。 EUREKA 147接收系统使用波段 III（ band III）以及 L波段（ L band）的无线频带，波段 III的频带范围为 174MHz 240MHz， L波段则为 1 452MHz 1 492MHz，也有些国家使用超高频波段（ UHF， 300MHz3 000MHz）。 图 9-2 DAB接收机的原理示意图 图 9-3 Bosch DAB/DMB模块接口 图 9-4 应用例子 9.2 可视电话 可视电话（ Video phone）作为一种多媒体通信新业务，不仅传送话音，而且传送活动图像，较电话技术提供更丰富的交流手段，将改变人类的办公和生活空间。 随着计算机网络技术的发展，大量基于 IP的可视电话越来越受到人们的欢迎。 9.2.1 可视电话的发展 1964年，美国第一台黑白可视电话问世，之后可视电话的发展一直比较缓慢。 1992年，美国 AT T公司推出了基于普通电话交换网的彩色可视电话，随后许多国家都生产出类似的产品，但没有形成统一的国际标准。 1996年，国际电信联盟正式批准了普通电话交换网可视电话标准 H.324，提供了统一的通信协议和图像、语音压缩标准。 中国的可视电话发展比国外晚，但技术标准与世界同步。 目前可视电话还未真正进入家庭，其原因主要有以下 3个。 （ 1）价格太高，一般家庭不能接受。 （ 2）传输质量不高，画面连续性不强。 （ 3）不同厂家对传输协议和标准理解不同，导致终端设备间或终端、局端设备间不能互通。 9.2.2 可视电话的分类 常用的可视电话有两种分类方式：一种是按所使用的通信网络来分类，另一种是按使用的终端类型来分类。 1按所接入的通信网不同分类 按所接入的通信网络不同，可视电话可以分为基于 ISDN的可视电话、基于包交换网络的计算机局域网和 Internet网的可视电话，以及基于 PSTN的可视电话 3类。 （ 1） PSTN电话网可视电话 （ 2） ISDN可视电话 （ 3）基于局域网和 Internet网（ IP）的可视电话 图 9-5 H.324可视电话终端系统框图 2按照实现方式不同分类 按照实现方式不同分类，可视电话有基于 PC机的可视电话、机顶盒可视电话和类似于普通电话的专用可视电话终端 3类。 （ 1）基于 PC机的可视电话 （ 2）机顶盒可视电话 （ 3）独立的可视电话 9.3 视频会议 随着现代社会生活节奏和工作效率的加快，传统的通信手段已经远远不能满足用户要求。 视频会议正是在这种巨大的市场驱动下应运而生的新一代通信系统，视频会议系统把不同地点、任意会场实时写真的场景和语音互连，同时向与会者提供分享的听觉和视觉空间，使各方有“面对面”和身临其境的感觉。 与会各方可以观察对方的形象、动作、表情等，同时观看所出示的实物、图纸、文件等实拍的电视图像，或者屏幕上的文字与图形，通过各种终端发表意见，从而使不同地点的与会各方“同处一室”共商大计。 这不仅为用户提供了更及时、更有效、更简便的通信服务，还提高了用户的办事效率，是一种节省时间和精力且经济又现代化的沟通方式。 9.3.1 视频会议概述 1视频会议系统的基本类型 从技术的角度看，视频会议系统大致可分为运行在 128 384kbit/s速率下的专网或 DDN网、 LAN/WAN网和 PSTN网 3种基本类型。 （ 1）基于专网或 DDN网的视频会议系统 （ 2）基于 Internet网的数据会议业务以及与基于 PSTN网的电话会议集成系统 （ 3）基于 Internet网的集多业务种类为一体的网络会议系统 2视频会议系统的应用形式 从会议终端（包括其外围设备）类型上分，由于应用目的和场合不同，视频会议系统大体上可分为会议室型、桌面型和可视电话 3大类。 3视频会议系统的关键技术 （ 1）信息压缩技术 （ 2）网络传输技术 （ 3）多点传输及会议控制技术 4视频会议系统的国际标准 标 准 H.320 H.323 H.324 H.310 应用网络 ISDN LAN PSTN ATM 视频编码 H.261 H.261/H.263 H.261/263 H.262/261 音频编码 G.711/722/728 G.711/722/728/723/729 G.723/729 MPEG1/G.711/722/728 多路复用 H.221 H.225 H.223 H.222/H.222.1 通信控制 H.242 H.245 H.245 H.245 数据传输 T.120 T.120 T.120 T.120 表 9-2 视频会议系统国际标准 9.3.2 视频会议系统的基本构成 （ 1）多点转发服务器 MFS 图 9-6 多点会议系统的一般结构 （ 2）通信终端 （ 3）通信网络 图 9-7 会议电视设备与通信网络互联的数字接口 9.3.3 视频会议系统的新发展 1基于 ATM的视频会议系统 图 9-8 H.310宽带会议电视系统 2基于 IP的视频会议系统 图 9-9 多媒体视频会议系统 9.4 视频监控 9.4.1 视频监控系统的发展特点 （ 1）网络化 （ 2）数字化 （ 3）网络管理分级化 （ 4）系统具有可扩展性 （ 5）操作简单 9.4.2 视频监控系统的结构 图 9-10 电视监视系统的组成部分 1摄像部分 （ 1）摄像机 （ 2）镜头 （ 3）云台 （ 4）防护罩 2传输部分 （ 1）视频信号的传输 （ 2）控制信号的传输 直接控制 多线编码的间接控制 通信编码的间接控制 同轴视控 无线传输 3显示与记录 （ 1）图像监视器 （ 2）录像机 （ 3）视频切换器 （ 4）多画面分割器 （ 5）视频分配器 4控制设备的功能与实现 图 9-11 视频分配器的基本形式 图 9-12 闭路视频监控系统控制的种类 （ 1）电动变焦镜头的控制 （ 2）云台自动控制 （ 3）切换设备的控制 9.5 交互电视与视频点播 9.5.1 概述 随着近年来通信、多媒体、计算机和电视技术的发展以及进一步融合，交互电视（ Interactive Television， ITV）应运而生，并迅速成为信息高速公路中最热门的话题之一。 采用了数字视频交互（ Digital Video Interactive）技术之后的 ITV已完全不同于现在的家用电视，它彻底改变了人们被动接收电视信息的传统方式，是一种受观众控制的电视技术，实现了人与电视的直接对话。 在交互式电视服务时，节目提供者将节目存储在视频服务器中，服务器随时应观众的需求，通过传输网络传送到用户的家中，然后由机顶盒将压缩的电视信号解码后输出至电视机或由数字交互式电视接收机直接接收，用户便可欣赏自己要求的节目。 视频点播（ VOD），即用户可以按需要播放相应的视频节目。 用户不必遵守传统的时间表，而是根据自己的意愿随时直接点播希望收看的节目，从根本上改变了过去被动式收看电视的方式，实现了节目的按需收看和任意播放。 形象地说，使用视频点播业务就好像在自己的录像机或 VCD上看节目一样方便。 用户不仅可以自由调用节目，还可以对节目实现编辑和处理（如暂停、快 /慢进、搜索等），获得与节目相关的详细信息，如电视剧简介及演员个人资料等。 目前，常见的 ITV系统是 VOD，它可以通过电话系统、有线电视系统、蜂窝电视系统，宾馆按次付费系统以及混合系统，提供较好质量的数字式压缩的 VOD电视节目。 为了利用有限的节目通道满足更多人的要求，视频点播通常设计以下 3种服务方式，以适应不同的需要。 1单点播方式 2多点播方式 3广播方式 视频点播系统具有以下特点。 （ 1）非对称流量 （ 2）点播内容及时间的不确定性 （ 3）实时性与同步性要求 9.5.2 VOD系统的体系结构 图 9-13 VOD系统结构示意图 1机顶盒 机顶盒（ STB， set-top-box）又称接收附加器，是 VOD系统中不可缺少的用户终端设备之一，是用户显示设备、外围设备以及传输网络之间的桥梁。 上述两类 STB所涉及的关键技术包括如下。 （ 1）复用和信源解码技术 （ 2）下行数据的信道解调 /解码技术 （ 3）上行数据的调制编码技术 （ 4） Internet浏览技术 （ 5）实时软件系统技术 2视频服务器 视频服务器（ Video Server）是 VOD系统的核心模块，存储有大量的多媒体信息，并支持很多用户的并发访问，主要完成节目的存储和播放控制。 为了节省存储空间的传输带宽，节目要经过数据压缩。 服务器通过与 STB的交互作用来控制节目的播放，包括各种 VCR的控制功能。 图 9-14 服务器的基本结构 3高速网络 VOD是一种客户 /服务器模型的点对点实时多媒体通信系统，视频服务器可同时为很多用户提供点对点的即时 VOD服务。 为了获得较高的音视频质量，要求传输网络应具有宽带、低延迟和支持 QoS等传输特性，如 ATM、高速交换式 LAN或高速光纤 WAN等高速网络。这样的高速网络由 3部分构成。 （ 1）用户接入网 （ 2）交换局 （ 3）骨干网 9.6 远程教育 远程教育是指处于异地的知识提供者和学习者之间通过一定的媒体手段进行知识传授的教育方式，是建立在现代传媒技术基础上的多媒体应用系统。 学习者可以任意选择学习的时间，选择想要学习的内容，可以在数字图书馆获取资料，可以通过 E-mail、 BBS或者电子论坛跟教师或同学进行交流。 远程教育突破了时间和空间的限制，使得学习者可以随意安排自己的学习计划，节省了时间；也使得处于不同地点的各类不同学习资源得以更有效的配置，提高了资源的利用率。 近几年来，网络技术和多媒体技术的快速发展和应用的普及，为远程教育提供了基础平台。 就目前的发展状况，纯硬件的多媒体教育网络、纯软件多媒体教育网络和软硬结合的多媒体教育网络 3种多媒体教育方案都能够基本满足目前网络教学的要求。 但是，随着计算机处理能力、网络带宽和传输速率的飞速提高，纯硬件方案在传输速率上的优势将逐步被取代，同时其复杂度过高，投资过大，互易性太差，因而最终必将会被基于网络的纯软件多媒体教育网络取代。 基于网络的纯软件多媒体教育网络将会是未来多媒体教育网络的发展方向。 远程多媒体教育应具备以下特点。 （ 1）以通信技术、网络技术和多媒体技术为基础。 （ 2）知识提供者和学习者在地理上是分开的。 （ 3）学习者可自主选择学习的时间、地点和内容。 （ 4）应具备实时的各种媒体信息交互功能。 9.6.1 远程教育分类 （ 1）纯硬件多媒体方案 （ 2）纯软件多媒体方案 （ 3）软硬件结合方案 9.6.2 远程教育的系统功能模块 （ 1）教学环境 （ 2）教学管理 （ 3）教学实施 9.7 远程医疗 我国幅员辽阔，各地医院所处位置十分分散。 当某地出现一例疑难杂症时，需要把多方医生聚集起来进行会诊。 以前，由于空间的限制，所有医生必须聚集于同一个地方，耗费了大量的时间与财力。 现在，使用远程医疗业务不仅可提高医疗质量、降低医院的运行成本，而且还可提高医疗诊断的及时性、准确性，最终达到远程“现场”协作会诊的医疗目的。 远程医疗是目前国际上发展迅速的一门跨学科的高新技术。 远程医疗是综合利用通信技术、计算机技术、微电子技术来实现远程医疗信息的采集、传输、处理和存储的一项新的宽带多媒体应用业务。 远程医疗系统本质上是一种多点通信系统，在会议电视的基础上，针对医疗的特殊要求进行改造，可以方便地建立起远程医疗系统。 从技术的角度看，远程医疗系统的要求比一般电视会议要高，主要表现在对终端和控制软件的要求上。 例如，对显示的医疗图像要求其清晰度较高，要达到或超过 1 024 768像素的水平；对动态图像要能作动态或静态显示，并能处理三维图像、显微图像、超声图像、 X射线图像和核磁共振图像等；对外科手术中的关键操作要能进行多方位的摄取、传输和存储；要能提供各种方便的对大量医疗资料的存储和检索方式。 9.7.1 远程医疗系统的构成 （ 1）医疗中心和医疗站点 （ 2）医疗信息中心 （ 3）通信网络 9.7.2 远程医疗系统的类型 （ 1）远程医疗监护 （ 2）远程诊断和会诊 （ 3）远程手术治疗 （ 4）医学信息提供 （ 5）远程医学教学和培训 （ 6）特殊的远程医疗系统 9.8 多媒体计算机技术 随着计算机技术和数据通信技术的的高速发展，多媒体技术越来越成为人们关注的焦点和核心。 要弄清什么是多媒体（ Multimedia），首先要知道什么是媒体（ Media）。 媒体即媒介、媒质，它是信息的载体。 在计算机领域有两种含义：一种是指用以存储信息的实体，如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器；另一种是指信息的载体，如数字、文字、声音、图像和图形。 多媒体技术中的媒体是指后者。 人们一般将多媒体理解为多种媒体的综合。 但是，多媒体技术不是各种信息媒体的简单复合，它是一种把文本（ Text）、图形（ Graphics）、图像（ Images）、动画（ Animation）和声音（ Sound）等形式的信息结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能完成一系列交互式操作的信息技术。 多媒体技术的基本特征是信息载体多样性、集成性和交互性。 9.8.1 多媒体计算机系统 多媒体计算机（ Multimedia Personal Computer ， MPC）是指具有特定多媒体功能的计算机， MPC并不是一种全新的个人计算机，它是在 PC机基础上加上一些硬件卡及相应软件，使其具有综合处理文字、图像、声音信息的功能。 因此，多媒体计算机系统与通用的计算机系统相似，但要求更高，除了需要较高配