視頻信息傳輸技術(shù)的發(fā)展
來源:數(shù)字音視工程網(wǎng) 編輯:ann 2012-10-22 00:00:00 加入收藏
隨著Internet的不斷發(fā)展與普及化,人們迫切希望在互聯(lián)網(wǎng)上傳送或接收更多的多媒體信息。視頻信號(hào)的傳輸是多媒體信息傳輸?shù)暮诵年P(guān)鍵所在。視頻信號(hào)在計(jì)算機(jī)終端播放已毋容置疑,關(guān)鍵問題在于信號(hào)的壓縮及傳輸技術(shù)。例如,傳輸MPG-1方式的普通電視信號(hào),要求速率為120~140kbit/s;傳輸相當(dāng)于S-VSH的MPG-2電視信號(hào),要求500kbit/s的速率;傳輸雙工或更高質(zhì)量的信號(hào),對(duì)帶寬的要求還要高。另外,視頻傳輸對(duì)延遲及延遲抖動(dòng)要求較高。所以,視頻傳輸不但要有較寬的帶,還要有較好的穩(wěn)定性和可伸縮性。
a、電話線傳輸視頻信息
用電話系統(tǒng)傳輸視頻信號(hào),主要應(yīng)用的是各種數(shù)字用戶線路xDSL技術(shù)。它提供一種直接接入Internet方案的不中斷服務(wù)。按照ITU G.902定義,接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間一系列傳送實(shí)體(如網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和傳輸設(shè)施等)組成,是能為電信業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供所需傳輸能力的實(shí)施系統(tǒng),可經(jīng)由管理接口(Q3)配置和管理。它實(shí)際上是本地局與用戶設(shè)備間的信息傳送實(shí)施系統(tǒng),可以部分或全部替代傳統(tǒng)的用戶本地線路,含復(fù)用、交叉連續(xù)和傳輸?shù)裙δ?。原則上,接入網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)的SNI和UNI的類型、數(shù)目沒有限制。整個(gè)通信網(wǎng)分為3部分:傳送網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)。最新的 xDSL技術(shù)利用電話線路的雙銅線實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)兆比特的數(shù)據(jù)傳輸,比普通撥號(hào)上網(wǎng)及ISDN適配器的速率高得多。
ADSL(非對(duì)稱用戶數(shù)字線)是xDSL技術(shù)之一。它可傳輸高品質(zhì)的視頻信號(hào)。其上行傳輸速率要低于下行傳輸速率。下行傳輸速率受傳輸距離的影響,距離為2.7km時(shí),傳輸速率8.4Mbit/s,5.5km時(shí)便降到 1.54Mbit/s。上行傳輸速率在16~64kbit/s之間。所以ADSL更適合點(diǎn)播的分布式服務(wù)。ADSL的關(guān)鍵技術(shù)在于高速信道的調(diào)制,可選用的調(diào)制技術(shù)有3種:正交幅度調(diào)制(QAM)、無載波幅度相位調(diào)制(CAP)和離散多頻(DMT)調(diào)制。與QAM、CAP相比,DMT可提供更高的工作速率,是一種多載波調(diào)制方法。它將電話網(wǎng)中雙絞線的可用頻帶(1MHz)劃分為256個(gè)子信道,每個(gè)子信道帶寬為 4kHz。它可根據(jù)各子信道的性能來動(dòng)態(tài)地分配各信道每字符可攜帶的比特?cái)?shù),關(guān)閉那些不能攜帶數(shù)據(jù)的子信道,這樣使可用頻帶的平均傳輸率大大提高。ADSL將下行高速信道分為4個(gè)子承載信道 AS0-AS3,將雙工中速信道分為3個(gè)子信道LS0-LS2。各個(gè)信道的選擇在ADSL初始化中完成。 ADSL可提供符合歐洲、北美標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率,也可為ATM提供信道。系統(tǒng)工作時(shí),4路下行單向高速數(shù)據(jù)信號(hào)AS0-AS3和3路雙工中速信號(hào)LS0-LS2經(jīng)過同步混合,進(jìn)入兩個(gè)分離的緩存器——快速緩存器和交織緩存器,分別進(jìn)行循環(huán)碼校驗(yàn)、量化和前向糾錯(cuò)編碼(FEC)。交織緩存器出來的數(shù)據(jù)還需經(jīng)過交織處理。兩路信號(hào)在經(jīng)過頻率分配,均衡后,再進(jìn)行星座編碼和增益控制,最后經(jīng)反傅立葉變化(IDFT)來完成多載波的調(diào)制,再經(jīng)過并/串變換和D/A轉(zhuǎn)換,發(fā)送到信道上去。接收端經(jīng)相反處理,即可恢復(fù)數(shù)據(jù)。
HDSL(高速率用戶數(shù)字線)亦是xDSL技術(shù)的一種,由于采用了先進(jìn)的調(diào)制技術(shù),所以對(duì)帶寬的要求較少,在傳輸?shù)耐瑫r(shí)也不用中繼器,僅使用兩對(duì)雙絞線。HDSL用兩對(duì)雙絞銅線傳送雙向?qū)ΨQ數(shù)字信號(hào),傳輸速率為 168kbit/s,提供2048kbit/s的E1業(yè)務(wù)。HDSL無中繼傳輸距離為3~5km,比傳統(tǒng)的PCM要長一倍以上。它對(duì)雙絞銅線的要求沒有傳統(tǒng)技術(shù)嚴(yán)格,所以安裝方便。HDSL采用了若干編碼和調(diào)制方式,如基帶編碼方式(PAM)、正交幅度調(diào)制(QAM)、無載波調(diào)幅調(diào)相(CAP)等,以提高傳送質(zhì)量,延長傳輸距離。HDSL用多對(duì)線并行傳輸,光將2Mbit/s的數(shù)據(jù)流均勻分配在若干對(duì)雙絞銅線上傳輸,然后再還原成2Mbit/s。
目前ADSL和HDSL技術(shù)較為成熟,用得較多。其他還有RDSL(自適應(yīng)用戶數(shù)字線),它可根據(jù)傳輸線的質(zhì)量和傳輸距離動(dòng)態(tài)地調(diào)整訪問速度;VDSL(甚高速用戶數(shù)字線),這是傳輸速率最快的一種,在一對(duì)雙絞線上可支持上行傳輸速率13~52Mbit/s和下行傳輸速率1.5~2.3Mbit/s,但傳輸距離只有300~1 400m,可以支持高清晰度電視(HDTV)信號(hào);SDSL(單用戶數(shù)字線),也支持T1 線路及E1線路,傳輸距離在304m內(nèi)時(shí),可以滿足上、下行傳輸速率相等的要求,在無負(fù)載銅質(zhì)電話線上,支持廉價(jià)1.1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸,并很快達(dá)到2Mbit/s;IDSL(ISDN用戶數(shù)字線),在無負(fù)載銅質(zhì)電話線上支持雙向144kbit/s的數(shù)據(jù)速率,能在標(biāo)準(zhǔn)ISDN的距離上實(shí)現(xiàn)ISDN的質(zhì)量,很適合傳輸距離超過5km的用戶。
b、利用無線技術(shù)傳輸視頻信息
無線接入的下行速度要高于上行速度,可達(dá)到400kbit/s,這是因?yàn)橛脩羯闲卸嗖捎媚M調(diào)制解調(diào)器,通過標(biāo)準(zhǔn) SLIP/PPP聯(lián)接到本地ISP。實(shí)際速度根據(jù)調(diào)制解調(diào)器速率而定。
另一種無線技術(shù)是局域性多點(diǎn)分布服務(wù)(LDMS),它是一種雙向的數(shù)字式廣播系統(tǒng),主要利用地面設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。LMDS使用G波段,由于頻率高,所以集線站和網(wǎng)絡(luò)中心的轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸數(shù)據(jù)。這個(gè)通信中心的作用是處理所有的路徑選擇、線路交換以及橋接到Internet上的一些問題。雖然LMDS不是一個(gè)完全的交換式網(wǎng)絡(luò),但是它可以建立虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。正如其他高速訪問方案一樣,LMDS也是非對(duì)稱的系統(tǒng)。它將1GHz的帶寬分出850MHz用于下行通信,其余的150MHz用于上行通信。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,LMDS會(huì)將許多用戶指定到不同的信道上,而這些信道的帶寬大約在20~40MHz之間。
c、其他可利用的視頻傳輸技術(shù)
現(xiàn)在,與傳送視頻數(shù)據(jù)有關(guān)的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)都處在完善中。例如,ATM可以集成視頻、數(shù)據(jù)和音頻,其信元的長度為 53bit,其中包含5bit的首標(biāo),用于錯(cuò)誤控制、地址信息以及優(yōu)先權(quán)控制等,其余的48bit用來攜帶數(shù)據(jù)。由于ATM是一種面向連接的通信方式,因此就像打電話一樣,ATM會(huì)把第一個(gè)寄存器中的內(nèi)容傳送給連接在通道上的所有交換機(jī),由交換機(jī)負(fù)責(zé)傳送每一個(gè)信元到下一個(gè)節(jié)點(diǎn),數(shù)據(jù)流本身不必考慮路徑選擇的問題,這種透明的傳輸方式使ATM具有很強(qiáng)的可伸縮性。另外,ATM的連接成本由所傳送的數(shù)據(jù)量大小而定,與傳送距離沒有關(guān)系。ATM網(wǎng)絡(luò)能夠提供的速率達(dá)25Mbit/s~ 1Gbit/s。除此之外,ATM的交換裝置能以透明的方式來動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速率,因此它非常適宜于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)傳輸。
除ATM外,還有一些其他的通信協(xié)議可用于視頻網(wǎng)絡(luò)。分布式排隊(duì)雙總線技術(shù)(DQDB)在雙工的模式下可以提供34~ 140Mbit/s的傳輸速率,它采用兩條總線將數(shù)據(jù)傳送到所有的連接點(diǎn)上,總線的端節(jié)點(diǎn)能夠產(chǎn)生空數(shù)據(jù)封包,該包被傳送到其他的節(jié)點(diǎn)上以查詢是否有需要傳輸?shù)男畔?。DQDB是一種非連接的網(wǎng)絡(luò),各端點(diǎn)之間的通信速率也不一樣,每一個(gè)信元的長度也是53bit,其中5bit為地址信息,這和 ATM信元的長度和格式一樣,因此,它們彼此的結(jié)構(gòu)能夠兼容。雙總線結(jié)構(gòu)增加了重復(fù)性,從而可以大大提高DQDB的穩(wěn)定性。這樣,一旦一條通道完全不通,系統(tǒng)即可在數(shù)秒之內(nèi)完成重新設(shè)置。
寬帶ISDN (B-ISDN)也可以用于視頻傳輸,它能夠以高于150Mbit/s的速率傳送視頻和其他數(shù)據(jù)。B-ISDN 主要采用的技術(shù)是光纖加上時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。在美國,它是以(SONET)為基礎(chǔ)的,在歐洲則是以同步數(shù)字分級(jí)技術(shù)為基礎(chǔ)的。
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