第 9章 多媒体通信
? 概述
? 可视电话系统
? 视频会议系统
? 多媒体网络
? 多媒体 网络的 QoS
? 分布式多媒体系统
9.1 概 述
? 1.历史与现状
? 现代通信技术以电报 (1835年 )和电话 (1876年 )出现
为诞生的标志
? 计算机技术和通信技术结合产生了一批种类不同
用途各异的通信网络形式和通信业务
? 2.多媒体对通信的影响
(1)多媒体数据量 ；
(2)多媒体实时性；
(3)多媒体时空约束；
(4)多媒体交互性；
(5)多媒体分布式处理和协同工作要求。
? 实现途径
(1)话路 +视频 → 多媒体通信；
(2)网络 +视频 → 多媒体通信；
(3)有线电视 +交换功能 → 多媒体通信。
? 关键技术
(1)声音、视频、动画等的传输技术；
(2)数据压缩和解压缩技术；
(3)解决多媒体实时同步问题；
(4)解决协议和标准化问题。
9.2 可视电话系统
? 理想的多媒体通信方式是人们可以在任何地点,
任何时间通过网络进行多媒体信息交换 。
? 为了使电话网能传送视频信号, 人们很早就开
始可视电话的研究 。
? 由于传输线路性能的局限性, 可视电话一直没
能广泛应用 。
? 随着多媒体技术和通信网的发展, 可视电话会
越来越普及 。
9.2.1 可视电话系统 的组成原理
1.可视电话分类与组成
? 语音处理部分
? 图像输入部分
? 图像输出部分
? 图像信号处理部分
2.可视电话控制器
(1)图像信号 A/D和 D/A转换；
(2)帧存储器；
(3)信源编码 /解码；
(4)信道编码 /解码；
(5)调制 /解调；
(6)转输信道。
图 9.1 可视电话控制器功能框图
帧储
存器
A/D
D/A
信源编码
解码
信道编码
解码
调制
解调
摄像
显示
模拟信道
(公用电话网 )
数字信道
(ISDN)数字网
9.2.2 静止图像传输
静止图像传输的过程,
? 在发送端摄得的图像首先经 A/D转换, 把模拟信号变
成数字信号后存入帧存储器, 即把活动图像冻结,
获取一帧画面, 并高速写入数字存储器；
? 该静止图像以低速读出, 经信源编码和信道编码后
送到电话线上传送；
? 在接收端, 接收信号经解调, 解码恢复成原来的数
字信号后, 再送入帧存储器, 然后反复以高速读出,
D/A变换后送往显示器或监视器；
? 在显示器上显示出原来的静止图像 。
静止图像传输原理
? 主要是利用帧存储器来改变信号的时间轴, 把
快信号变成慢信号, 频带相应由宽变窄, 使其
能在电话线上传送, 这实际上是利用延长时间
轴的方法传输要求宽带的大数据量的数字图像
信号 。
? 传输时,会引起声音中断,因而要求高速传输
图像信号。可从两方面予以解决,
? 图像处理；
? 通信处理。
9.2.3 动态图像传输技术
? ISDN的应用为动态图像的传输开辟了广阔的前
景, 可视电话正朝看动态图像方向发展 。
? 早期编码 /解码无标准, 互不兼容, 无法通信 。
为此 CCITT制订了 H.261标准, 它规定了视频
编码传输速度 。
? 目前 H.262(MPEG-2),H.263(低速线路 )等标准
提供了不同速率的视频编码技术,
9.3 视频会议系统
? 视频会议系统是一种在位于两个或多个地点的
一群用户之间提供语音和运动彩色画面的双向
实时传送的视听会话型电信会议业务。
? 早期的视频会议系统推广受到很大的限制。
? CCITT为视听通信系统制定了 H.261标准,解
决了不同厂商产品兼容性问题,为其普及打下
良好的基础。
商品化的视频会议系统
(1)高档会议室型 –— DDN,专网,300K~2M。
(2)桌面会议系统 –— DDN,ISDN(112~768K)
或 LAN(384K)。
(3)可视电话型 –— PSTN(28.8,33.6K)。
1990年 12月,ITU-T批准了在窄带 ISDN上进行视听业务
的标准 H.320建议
视频会议系统的组成
? 视频编解码器及附属设备；
? 音频编解码器及附属设备；
? 信息通讯设备；
? 多路复用 /信号分离设备；
? 用户 /网路接口；
? 多点控制设备 (MCU)；
? 系统控制部分。
图 9.2 多点视频会议系统
视频输
入输出
设备
视频编
解码器
音频输
入输出
设备
音频编
解码器
时
延
用
户
/
网
络
接
口
多
路
复
用
/
信
号
分
离
设
备
信息通信设备
系 统 控 制
会议电视
终端设备 B
会议电视
终端设备 C
MCU
会议电视终端设备 A
传
输
信
道
H.320建议
H.261 H.221 G.703
G.711,G.722.G.728
H.242.H.230,H.221.H.243.H.281
T.120系列 H.200/AV.270
ITU多媒体通信标准
? ITU从 1990发布了 H系列, G系列, T系列等规范,
形成了多媒体视频会议系统标准体系, 解决了不
同系统的互通问题 。
? H.320系统的其他相关协议包括,
H.243 –—多个终端与 MCU之间的通信规程；
H.230 –—帧同步控制与指示信号；
H.233 –—视听业务的加密系统；
H.234 –—视听业务的密钥管理与认证；
H.281 –— 会议电视远端摄像机控制规程 。
等等
? H.320系统在 N-ISDN的 64Kbps(B信道 ),384Kbps
(H0信道 )和 1536/1920Kbps(H11/H12信道 )上提供
视听业务 。 这是 ITU最早批准的视频会议系统标
准, 因而被广泛应用 。
? 其他标准
H.323—运行在 LAN/Intranet的视频会议框架标准
H.324—运行在低速率传统电话线和无线通信信
道上的视频会议框架标准；
H.321/H.310—ATM环境规定了 2种可视通信协议 。
视频会议系统的基本功能
? 视频会议系统工作时,各会议点的多媒体终端
将反映各个会场的主要场景、人物及有关资料
的图像以及发言者的声音同时进行数字化压缩；
? 根据视频会议的控制模式,经过数字通信系统，
沿指定方向进行传输；
? 同时在各个会议点的多媒体计算机上,通过数
字通信系统实时接收解压缩多媒体会议信息,
并在其监视器上实时显示出指定会议参加方的
会议室场景、人物图像、图片和语音。
视频显示的转换控制的 3种模式,
(1)语音激活模式 或称自动模式；
(2)主席控制模式；
(3)讲课模式 。
9.4 多媒体网络
9.4.1 概述
? 计算机网络,通过通信线路将多台地理上分
散的独立工作的计算机互联起来，以达到通
信和共享资源的目的,这样一个松散耦合
的系统就叫计算机网络 。
? 多媒体网络,将多台地理上分散的具有处
理多媒体功能的计算机和终端通过高速通信
线路互联起来，以达到多媒体通信和共享多
媒体资源的网络 。
? 多媒体网络发展,
(1)1980年 —1990年, 局域网 (10Mbps),以 Ethernet、
Novell,Token Ring为代表, 传输线路以双绞线和
同轴电缆为主, 传送的信息媒体以正文为主 。 广
域网 Internet传送正文, 提供文件和 Email服务 。
(2)1990年 —2000年, 高速局域网 (100Mbps),窄带
ISDN光纤网络, 提供浏览, 图形, 声音, 电子邮
件和静止图像传送 。
(3)2000年 —2010年, B-ISDN,宽带 IP,高速光纤
网络, 提供视频图像传输和实时多媒体服务 。
9.4.2 现有网络对多媒体通信的支持
? 电话交换网
? Ethernet(以太网 )
? 分组交换网
? FDDI(光纤分布式接口 )
? ISDN
1.电话交换网
? 电话网是通信网的基础,它的组成部分包括传输
线路、交换机和用户终端。
? 结构有星型网、网状网、树型网及复合网多种 。
? 电话网本质上是用于模拟语音通信的,经调制解
调将二进制数据调制成模拟信号在电话网中传送。
? 电话网一般由若干级交换中心组成自动交换网,
再通过端局连接到各个电话用户。
? 电话接续方式为电路交换，目前电话交换网功能
及性能不断扩充,支持多种电信业务。但对多媒
体业务支持能力较差。
图 9.3 我国电话网路的等级结构
2,Ethernet(以太网 )
? 以太网 1978年提出 。 典型的结构为总线方式, 现
有星形连接方式以适应电话线的结构方式 。
? 传输速率为 10Mbps,最大站间距离为 1500米,
可通过中继器扩展网络覆盖范围 。
? 访问控制方法为 CSMA/CD,既可单点通信, 又
可单点对多点广播 。
? 10BASE-T以太网范围和速度有限, 不能完全适
应多媒体通信实时性要求和媒体种类变换的要求,
但对静态媒体的传输效果还可以 。
? 100BASE-T 是 由 快 速 以 太 网 联 盟 开 发 的
100Mbps高速以太网, 组成的 LAN较好地支持
多媒体通信, IEEE已将 100BASE-T确定为
IEEE 802.3u标准 。
? 千兆以太网联盟开发的 1000Mbps以太网技术,
已作为 IEEE 802.3z和 802.3ab标准, 千兆以太网
技术显著地提高了网络的可用带宽, 可用在任
何规模的局域网的通信中 。
? 但以太网没有提供 QoS的支持, 这对多媒体通
信来说是一种缺陷 。
图 9.4 以太网构成
重发器
重发器
服务器
3.分组交换网 X.25
? PSN(分组交换网 )是大型的计算机网络，它由数据
交换节点和连接它们的各种不同信道组成。数据传
输速率在 500Kbps到 2～ 3Mbps 。
? CCITT对分组交换的特点,
(1)所有报文必须划分为分组。每个分组的大小一般有一定
的限制 (如 1000bits左右 )；
(2)分组必须附加目的地址、分组编号及校验码等控制信息，
且有标准格式；
(3)按存储 —转发方式传递分组,由于分组长度较短，利用
高速传输实时性较好；
(4)各分组可通过不同的传输途径先后到达目的地。
? 传统的 X.25分组交换网非常适合于数据传输,但
存在着传输速率低、网络时延大、吞吐量小以及通
信费用高等缺点,很难满足多媒体通信的要求。
新的分组交换技术,如帧中继 (FR),ATM等提高
了分组交换技术的性能。
? 其中 FR是一种支持 HDLC规程的宽带数据业务标准,
它一方面继承了 X.25的优点,如提供统计复用功
能、永久虚电路、交换虚电路等,另一方面又改
进了 X.25的性能。
? 帧中继业务兼有 X.25分组交换业务和电路交换业务
的长处,在实现上又比 ATM简单,是现阶段数据
交换网升级的有效途径。
图 9.5 分组交换网与 PSN示意图
4,FDDI(光纤分布式接口 )
? FDDI实际上是以光纤为传输媒介的、速率为
100Mbps的令牌环局域网的 ANSI标准。 IEEE已将
FDDI确定为 IEEE 802.8标准。
? 它既可用于主机与外围设备之间、各主机之间的
互连,又可作为主干网，实现了多个 LAN连接。
? FDDI是一种提供面向连接传输服务的高速局域网，
固定分配通信信道带宽。 16个面向连接服务，每
个 6.144Mbps。
? 由于它专用于数据传输,不能为不同媒体选择不
同协议、不能动态分配带宽,所以对多媒体通信
支持有局限性。
图 9.6 FDDI结构及应用
节点机
PABX CTV
CTV 数据交换机
…
…
…
2Mbps
TEL
TEL
FAX
FAX
2Mbps
会议电视
FDDI
以太网
以太网 以太网
5,ISDN
? ITU ISDN定义,
ISDN是以提供端到端连接的电话网 IDN为基础发展
而成的通信网,用以支持电话及非话的多种业务。
? 用户对通信网有一个由有限个标准多用途的用户 /网
络接口构成的出入口,
(1)基本速率接口 (BRI)2B+D,即 2个传输用户信息的 64Kbps
的 B通道,1个传输低速数据信息的 16Kbps的 D通道共计
144 Kbps,距离在 7km之内；
(2)基群速率接口 (PRI)30B+D,主要面向设有 PBX (用户小
交换机 )或具有召开电视会议用的高速信道等需要大业务
量的用户。
9.4.3 B-ISDN及 ATM
1,B-ISDN
? B-ISDN的宽带业务常指其传输速率超过一次群
速率的业务。
? 可利用 H21(32.768Mbps),H22(43～ 45Mbps),
H4 (132 ~138.24 Mbps)等固定速率通路来传送以
动态图像为主的编码信息,其中 H21,H22适合
传送现有的广播电视信号,H4用来传输 HDTV
信号。
图 9.7 各类应用及速率要求
信息速率 ISDN B-ISDN
10Kbps,100kbps,
1Mbps
10Mbps,100Mbps
传送连续快信息 语音 TV电话,TV会议
FAX CATV HDTV
传送数据信息 CAD/CAM
低速数据 LAN间通信 高速数据
可视图文 静态图像检索 高清晰度图像
传送多路信息 多媒体多路通信
2,ATM交换技术
? B-ISDN中交换主要是高速分组交换、高速电路交
换、异步传输模式 (ATM)和光交换技术。
? 在电路交换模式中收发两端之间建立了一条传输
速率固定的信息通路。在通信过程中,不论是否
发送信息，该通路均被某呼叫所独占，这种传输
模式称同步传输模式 (STM)。
? ATM采用的对策
(1)以固定长度的信元发送信息，能适应任何速率。
信元长为 53B,其中 5B为信元头，其余 48B为数据。
(2)在协议处理上用硬件对头部信息进行识别, 采用
光纤高速传输, 不用误码控制和流量控制, 大大
降低了时延, 使信息传送速度快, 容量大 。
(3)尽量采用简单协议，灵活性强,用户可以应用从
零到极限速率的任一有效码速，并可根据需要灵
活地配置网络接口所用的带宽，使带宽“按需分
配”。
? ATM的优点
(1)用户信息进入网络具有高度的灵活性。由于不
再有通路速率的限制，任何输出速率终端都可
以进网通信。
(2)可动态分配和更有效地利用网络资源。
ATM本质上是一种高速分组传输模式，与分组长
度可变的 X.25分组交换相比,
(1)它不采用通常存储 /转发方式而使用硬件交换；
(2)ATM将分组交换协议简化，无误码流量控制。
图 9.8 ATM的信元
3,ATM视听业务标准
? ATM是 ITU-T建议的 B-ISDN传输模式，因此制定 ATM环境
下的视听系统和终端的标准很有必要。该标准不仅应保证
ATM环境下不同系统的互通,而且具有连接在其他类型网
络上的终端之间的互操作性,首先是具备与已广泛应用的
H.320系统的互操作性。
? ITU-T为 ATM环境规定了 2种系统,
(1)H.321 它将 H.320终端适配到 B-ISDN中, 即除了网络接口
和呼叫控制外, 其余部分还保持 H.320终端所使用的协议 。
(2)H.310 它定义了 B-ISDN上的系统和终端, 包括一个 H.320
/H.321互操作模式, 和一个 ATM本地模式, 即完全在 ATM
环境下的模式 。 H.310包括与 320终端互通的部分, 是 H.321
的一个超集 。
图 9.9 H.310终端协议参考模型
9.5 多媒体通信网的 QoS
? 服务质量 (QoS)是说明多媒体性能目标的元组，
通过该元组的性能说明，可以对通信系统性能
进行指定
? 不同应用有不同的 QoS要求
9.5.1多媒体信息传输对网络的要求
(1) 吞吐量 (throughput)
网络传输二进制信息的速率，又称比特率或带宽 。
支持不同应用的网络应满足不同吞吐量需求,
? 图像传输,
HDTV(MPEG2,20~40Mbps)；
演播室质量的普通电视 (MPEG2,6~8Mbps)；
广播质量电视 (MPEG2,3~6Mbps)；
录像质量电视 (MPEG1,1.4Mbps)；
会议质量电视 (H.261,128Kbps)。
? 声音传输,
话音 (带宽限制在 3.4KHz内，压缩后到 4~32Kbps)；
高质量的话音 (50Hz~7KHz,48~64Kbps)；
CD质量的音乐 (20KHz,MPEG~1,128~192Kbps)；
5.1声道立体环绕声 (3~20KHz,AC-3,320Kbps)。
(2) 延时 (Delay)
传输延时定义为 信源发出第一个比特到信宿接收到第一个比
特之间的时间差。
? 网络的单程传输延时应在 100~500ms,一般 250ms；
? 交互式多媒体应用，系统对用户指令响应 1~2s。
(3) 延时抖动 (Delay jitter)
网络传输延时的变化 。
一般来讲,人耳对声音抖动比较敏感，人眼对视频抖
动不很敏感。参考指标,
? CD质量声音,小于 100ms； 电话质量声音，小于
400ms； 严格要求的应用 (如虚拟现实 )，抖动小于
20~30ms。
? HDTV图像，小于 50ms； 广播质量电视，小于
100ms； 会议质量电视，小于 400ms。
(4) 错误率 (Error Rate)
? 误码率 BER,从一点到另一点的传输过程中所残留的错误比
特的频数。如光缆传输,10-9~10-12的范围。
? 包错误率 BER,指同一个包两次接收、包丢失、或包的次序
颠倒而引起的包错误。
? 包丢失率 PLR,指包丢失而引起的包错误。
参考指标,
? 压缩的 CD质量声音,BER小于 1/10000； 未压缩的 CD质量
声音,BER小于 1/1000； 电话质量声音,BER小于 1/100。
? 压缩的 HDTV图像,BER小于 10-10； 压缩的广播质量电视,
BER小于 10-9； 压缩的会议质量电视,BER小于 10-8。
9.5.2 服务质量 (QoS)描述
ITU将 QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组
性能参数。两种描述方法,
? 确定性描述,
QoS参数 <=Upper_bound
QoS参数 >=Lower_bound
? 统计性描述,
Prob[QoS参数 <=Upper_bound]>=Prob_bound
Prob[QoS参数 >=Lower_bound]>=Prob_bound
9.6 分布式多媒体系统
? 分布式处理使通信和计算机两个领域都
发生深刻变化, 并产生了一批新的应用
领域, 如实时会议系统, 计算机协同工
作系统, 电子报纸共编和发行系统, 家
庭信息服务和娱乐等 。
9.6.1 分布式 多媒体系统概述
1.分布式 多媒体系统的基本特征
? 所谓分布式处理就是要将所有介入到分布处理过程
中的对象、处理及通信都统一控制起来，对合作活
动进行有效地协调，使所有任务都能正常地完成。
? 分布式多媒体系统有以下基本特征,
(1)多媒体集成性；
(2)
(3)运行实时性；
(4)操作交互性；
(5)系统透明性。
2.分布式处理中的协同工作
? 分布系统的建立与控制是建立在网络基础上的，
与用户交互有关的分布式应用的控制与协调。
? 对这种分布式系统从时间和空间概念分类
时间
空间 同时 不同时
同地点 面对面交互 异步交互
不同地点 同步分布式交互 异步分布式交互
表 9.2 分布处理的时空分类
4种不同情况
(1)同时同地点。不是分布处理，属于像电化教室这
样的应用。
(2)不同时同地点 。 可以看作一种异步式的交互方式,
可以是本机留言或电子布告, 是同地点的交互,
不属于分布处理 。
(3)不同时不同地点 。 存在用户有目的地寻找路径和
目的地的动作, 属于分布式处理的范畴 。 不需实
时处理, 只需存储转发 。 典型应用如电子邮件 。
(4)同时不同地点。
9.6.2 分布式多媒体系统的实现模型
1.开放分布处理参考模型
? 开放分布处理参考模型可以支持分布处理的建模。
多媒体系统为它的用户提供抽象的服务。这些服
务是由用户代理提供的。
? 用户通过用户代理 UA对系统进行存取，系统的抽
象服务由操作的逻辑组合来提供。
? 系统内也是由一组系统代理实现，所有系统代理
具有相同的性能, 并且以相互合作的方式提供服
务。
? 一个 SA可同时同若干个 UA交互。这样用户代理
在用户和系统之间建立了逻辑接口，并从系统的
内部分布中抽象出来
图 9.10 从应用角度看系统的组成
用户代理
用户代理
用户代理
用户代理
系统代理 系统代理
系统代理 系统代理
UA UA
UA
UA
SA SA
SA SA
SA/SA
用户间连接
两种不同的协议
? 存取协议 定义用户代理和系统代理之间的相互
作用。
? 系统协议 定义两个系统代理之间的协议。
? 用户代理可能要访问任何系统代理，以便通过
存取协议对系统作存取；而系统代理则可以依
次地根据提供服务的系统协议访问其他系统代
理。实线是可能的协议,虚线 是已经建立起的
连接 。
2.分布式多媒体系统服务模型
? 从用户观点, 客户机 /服务器模型就是客户机首
先提出服务请求 (RPC),系统根据资源分配来
决定访问相应的服务器, 服务器执行所需的功
能, 完成一个远程调用过程后, 将结果返回客
户机 。
? 客户机和服务器是通过网络或分布式低层网络
互连而实现这样一个完整的请求和服务过程 。
? 客户机 /服务器实质是指分布式系统中两个进程
之间的关系, 更确切地说, 客户机和服务器都
是进程, 两个进程要互相通讯并建立合作关系 。
9.6.3 分布式 多媒体系统的层次结构
? 多媒体接口层
? 多媒体传输层
? 流管理层
? 多媒体表示层
? 应用层
应用层
多媒体表示层
流管理层
多媒体传输层
多媒体接口层
图 9.11 分布式多媒体系统层次结构
本章小结
本章主要讨论多媒体通信的概念、系统、网络
和分布式多媒体系统。
? 常见多媒体通信系统可视电话、电视会议系统 ；
? 讨论了 目前的通信网对多媒体通信的支持，以及以
ATM为基础的宽带 ISDN网络 ；
? 最后还讨论了基于多媒体通信网的 服务质量与分布
式多媒体处理技术。
这些内容是多媒体通信网的基础。
? 概述
? 可视电话系统
? 视频会议系统
? 多媒体网络
? 多媒体 网络的 QoS
? 分布式多媒体系统
9.1 概 述
? 1.历史与现状
? 现代通信技术以电报 (1835年 )和电话 (1876年 )出现
为诞生的标志
? 计算机技术和通信技术结合产生了一批种类不同
用途各异的通信网络形式和通信业务
? 2.多媒体对通信的影响
(1)多媒体数据量 ；
(2)多媒体实时性；
(3)多媒体时空约束；
(4)多媒体交互性；
(5)多媒体分布式处理和协同工作要求。
? 实现途径
(1)话路 +视频 → 多媒体通信；
(2)网络 +视频 → 多媒体通信；
(3)有线电视 +交换功能 → 多媒体通信。
? 关键技术
(1)声音、视频、动画等的传输技术；
(2)数据压缩和解压缩技术；
(3)解决多媒体实时同步问题；
(4)解决协议和标准化问题。
9.2 可视电话系统
? 理想的多媒体通信方式是人们可以在任何地点,
任何时间通过网络进行多媒体信息交换 。
? 为了使电话网能传送视频信号, 人们很早就开
始可视电话的研究 。
? 由于传输线路性能的局限性, 可视电话一直没
能广泛应用 。
? 随着多媒体技术和通信网的发展, 可视电话会
越来越普及 。
9.2.1 可视电话系统 的组成原理
1.可视电话分类与组成
? 语音处理部分
? 图像输入部分
? 图像输出部分
? 图像信号处理部分
2.可视电话控制器
(1)图像信号 A/D和 D/A转换；
(2)帧存储器；
(3)信源编码 /解码；
(4)信道编码 /解码；
(5)调制 /解调；
(6)转输信道。
图 9.1 可视电话控制器功能框图
帧储
存器
A/D
D/A
信源编码
解码
信道编码
解码
调制
解调
摄像
显示
模拟信道
(公用电话网 )
数字信道
(ISDN)数字网
9.2.2 静止图像传输
静止图像传输的过程,
? 在发送端摄得的图像首先经 A/D转换, 把模拟信号变
成数字信号后存入帧存储器, 即把活动图像冻结,
获取一帧画面, 并高速写入数字存储器；
? 该静止图像以低速读出, 经信源编码和信道编码后
送到电话线上传送；
? 在接收端, 接收信号经解调, 解码恢复成原来的数
字信号后, 再送入帧存储器, 然后反复以高速读出,
D/A变换后送往显示器或监视器；
? 在显示器上显示出原来的静止图像 。
静止图像传输原理
? 主要是利用帧存储器来改变信号的时间轴, 把
快信号变成慢信号, 频带相应由宽变窄, 使其
能在电话线上传送, 这实际上是利用延长时间
轴的方法传输要求宽带的大数据量的数字图像
信号 。
? 传输时,会引起声音中断,因而要求高速传输
图像信号。可从两方面予以解决,
? 图像处理；
? 通信处理。
9.2.3 动态图像传输技术
? ISDN的应用为动态图像的传输开辟了广阔的前
景, 可视电话正朝看动态图像方向发展 。
? 早期编码 /解码无标准, 互不兼容, 无法通信 。
为此 CCITT制订了 H.261标准, 它规定了视频
编码传输速度 。
? 目前 H.262(MPEG-2),H.263(低速线路 )等标准
提供了不同速率的视频编码技术,
9.3 视频会议系统
? 视频会议系统是一种在位于两个或多个地点的
一群用户之间提供语音和运动彩色画面的双向
实时传送的视听会话型电信会议业务。
? 早期的视频会议系统推广受到很大的限制。
? CCITT为视听通信系统制定了 H.261标准,解
决了不同厂商产品兼容性问题,为其普及打下
良好的基础。
商品化的视频会议系统
(1)高档会议室型 –— DDN,专网,300K~2M。
(2)桌面会议系统 –— DDN,ISDN(112~768K)
或 LAN(384K)。
(3)可视电话型 –— PSTN(28.8,33.6K)。
1990年 12月,ITU-T批准了在窄带 ISDN上进行视听业务
的标准 H.320建议
视频会议系统的组成
? 视频编解码器及附属设备；
? 音频编解码器及附属设备；
? 信息通讯设备；
? 多路复用 /信号分离设备；
? 用户 /网路接口；
? 多点控制设备 (MCU)；
? 系统控制部分。
图 9.2 多点视频会议系统
视频输
入输出
设备
视频编
解码器
音频输
入输出
设备
音频编
解码器
时
延
用
户
/
网
络
接
口
多
路
复
用
/
信
号
分
离
设
备
信息通信设备
系 统 控 制
会议电视
终端设备 B
会议电视
终端设备 C
MCU
会议电视终端设备 A
传
输
信
道
H.320建议
H.261 H.221 G.703
G.711,G.722.G.728
H.242.H.230,H.221.H.243.H.281
T.120系列 H.200/AV.270
ITU多媒体通信标准
? ITU从 1990发布了 H系列, G系列, T系列等规范,
形成了多媒体视频会议系统标准体系, 解决了不
同系统的互通问题 。
? H.320系统的其他相关协议包括,
H.243 –—多个终端与 MCU之间的通信规程；
H.230 –—帧同步控制与指示信号；
H.233 –—视听业务的加密系统；
H.234 –—视听业务的密钥管理与认证；
H.281 –— 会议电视远端摄像机控制规程 。
等等
? H.320系统在 N-ISDN的 64Kbps(B信道 ),384Kbps
(H0信道 )和 1536/1920Kbps(H11/H12信道 )上提供
视听业务 。 这是 ITU最早批准的视频会议系统标
准, 因而被广泛应用 。
? 其他标准
H.323—运行在 LAN/Intranet的视频会议框架标准
H.324—运行在低速率传统电话线和无线通信信
道上的视频会议框架标准；
H.321/H.310—ATM环境规定了 2种可视通信协议 。
视频会议系统的基本功能
? 视频会议系统工作时,各会议点的多媒体终端
将反映各个会场的主要场景、人物及有关资料
的图像以及发言者的声音同时进行数字化压缩；
? 根据视频会议的控制模式,经过数字通信系统，
沿指定方向进行传输；
? 同时在各个会议点的多媒体计算机上,通过数
字通信系统实时接收解压缩多媒体会议信息,
并在其监视器上实时显示出指定会议参加方的
会议室场景、人物图像、图片和语音。
视频显示的转换控制的 3种模式,
(1)语音激活模式 或称自动模式；
(2)主席控制模式；
(3)讲课模式 。
9.4 多媒体网络
9.4.1 概述
? 计算机网络,通过通信线路将多台地理上分
散的独立工作的计算机互联起来，以达到通
信和共享资源的目的,这样一个松散耦合
的系统就叫计算机网络 。
? 多媒体网络,将多台地理上分散的具有处
理多媒体功能的计算机和终端通过高速通信
线路互联起来，以达到多媒体通信和共享多
媒体资源的网络 。
? 多媒体网络发展,
(1)1980年 —1990年, 局域网 (10Mbps),以 Ethernet、
Novell,Token Ring为代表, 传输线路以双绞线和
同轴电缆为主, 传送的信息媒体以正文为主 。 广
域网 Internet传送正文, 提供文件和 Email服务 。
(2)1990年 —2000年, 高速局域网 (100Mbps),窄带
ISDN光纤网络, 提供浏览, 图形, 声音, 电子邮
件和静止图像传送 。
(3)2000年 —2010年, B-ISDN,宽带 IP,高速光纤
网络, 提供视频图像传输和实时多媒体服务 。
9.4.2 现有网络对多媒体通信的支持
? 电话交换网
? Ethernet(以太网 )
? 分组交换网
? FDDI(光纤分布式接口 )
? ISDN
1.电话交换网
? 电话网是通信网的基础,它的组成部分包括传输
线路、交换机和用户终端。
? 结构有星型网、网状网、树型网及复合网多种 。
? 电话网本质上是用于模拟语音通信的,经调制解
调将二进制数据调制成模拟信号在电话网中传送。
? 电话网一般由若干级交换中心组成自动交换网,
再通过端局连接到各个电话用户。
? 电话接续方式为电路交换，目前电话交换网功能
及性能不断扩充,支持多种电信业务。但对多媒
体业务支持能力较差。
图 9.3 我国电话网路的等级结构
2,Ethernet(以太网 )
? 以太网 1978年提出 。 典型的结构为总线方式, 现
有星形连接方式以适应电话线的结构方式 。
? 传输速率为 10Mbps,最大站间距离为 1500米,
可通过中继器扩展网络覆盖范围 。
? 访问控制方法为 CSMA/CD,既可单点通信, 又
可单点对多点广播 。
? 10BASE-T以太网范围和速度有限, 不能完全适
应多媒体通信实时性要求和媒体种类变换的要求,
但对静态媒体的传输效果还可以 。
? 100BASE-T 是 由 快 速 以 太 网 联 盟 开 发 的
100Mbps高速以太网, 组成的 LAN较好地支持
多媒体通信, IEEE已将 100BASE-T确定为
IEEE 802.3u标准 。
? 千兆以太网联盟开发的 1000Mbps以太网技术,
已作为 IEEE 802.3z和 802.3ab标准, 千兆以太网
技术显著地提高了网络的可用带宽, 可用在任
何规模的局域网的通信中 。
? 但以太网没有提供 QoS的支持, 这对多媒体通
信来说是一种缺陷 。
图 9.4 以太网构成
重发器
重发器
服务器
3.分组交换网 X.25
? PSN(分组交换网 )是大型的计算机网络，它由数据
交换节点和连接它们的各种不同信道组成。数据传
输速率在 500Kbps到 2～ 3Mbps 。
? CCITT对分组交换的特点,
(1)所有报文必须划分为分组。每个分组的大小一般有一定
的限制 (如 1000bits左右 )；
(2)分组必须附加目的地址、分组编号及校验码等控制信息，
且有标准格式；
(3)按存储 —转发方式传递分组,由于分组长度较短，利用
高速传输实时性较好；
(4)各分组可通过不同的传输途径先后到达目的地。
? 传统的 X.25分组交换网非常适合于数据传输,但
存在着传输速率低、网络时延大、吞吐量小以及通
信费用高等缺点,很难满足多媒体通信的要求。
新的分组交换技术,如帧中继 (FR),ATM等提高
了分组交换技术的性能。
? 其中 FR是一种支持 HDLC规程的宽带数据业务标准,
它一方面继承了 X.25的优点,如提供统计复用功
能、永久虚电路、交换虚电路等,另一方面又改
进了 X.25的性能。
? 帧中继业务兼有 X.25分组交换业务和电路交换业务
的长处,在实现上又比 ATM简单,是现阶段数据
交换网升级的有效途径。
图 9.5 分组交换网与 PSN示意图
4,FDDI(光纤分布式接口 )
? FDDI实际上是以光纤为传输媒介的、速率为
100Mbps的令牌环局域网的 ANSI标准。 IEEE已将
FDDI确定为 IEEE 802.8标准。
? 它既可用于主机与外围设备之间、各主机之间的
互连,又可作为主干网，实现了多个 LAN连接。
? FDDI是一种提供面向连接传输服务的高速局域网，
固定分配通信信道带宽。 16个面向连接服务，每
个 6.144Mbps。
? 由于它专用于数据传输,不能为不同媒体选择不
同协议、不能动态分配带宽,所以对多媒体通信
支持有局限性。
图 9.6 FDDI结构及应用
节点机
PABX CTV
CTV 数据交换机
…
…
…
2Mbps
TEL
TEL
FAX
FAX
2Mbps
会议电视
FDDI
以太网
以太网 以太网
5,ISDN
? ITU ISDN定义,
ISDN是以提供端到端连接的电话网 IDN为基础发展
而成的通信网,用以支持电话及非话的多种业务。
? 用户对通信网有一个由有限个标准多用途的用户 /网
络接口构成的出入口,
(1)基本速率接口 (BRI)2B+D,即 2个传输用户信息的 64Kbps
的 B通道,1个传输低速数据信息的 16Kbps的 D通道共计
144 Kbps,距离在 7km之内；
(2)基群速率接口 (PRI)30B+D,主要面向设有 PBX (用户小
交换机 )或具有召开电视会议用的高速信道等需要大业务
量的用户。
9.4.3 B-ISDN及 ATM
1,B-ISDN
? B-ISDN的宽带业务常指其传输速率超过一次群
速率的业务。
? 可利用 H21(32.768Mbps),H22(43～ 45Mbps),
H4 (132 ~138.24 Mbps)等固定速率通路来传送以
动态图像为主的编码信息,其中 H21,H22适合
传送现有的广播电视信号,H4用来传输 HDTV
信号。
图 9.7 各类应用及速率要求
信息速率 ISDN B-ISDN
10Kbps,100kbps,
1Mbps
10Mbps,100Mbps
传送连续快信息 语音 TV电话,TV会议
FAX CATV HDTV
传送数据信息 CAD/CAM
低速数据 LAN间通信 高速数据
可视图文 静态图像检索 高清晰度图像
传送多路信息 多媒体多路通信
2,ATM交换技术
? B-ISDN中交换主要是高速分组交换、高速电路交
换、异步传输模式 (ATM)和光交换技术。
? 在电路交换模式中收发两端之间建立了一条传输
速率固定的信息通路。在通信过程中,不论是否
发送信息，该通路均被某呼叫所独占，这种传输
模式称同步传输模式 (STM)。
? ATM采用的对策
(1)以固定长度的信元发送信息，能适应任何速率。
信元长为 53B,其中 5B为信元头，其余 48B为数据。
(2)在协议处理上用硬件对头部信息进行识别, 采用
光纤高速传输, 不用误码控制和流量控制, 大大
降低了时延, 使信息传送速度快, 容量大 。
(3)尽量采用简单协议，灵活性强,用户可以应用从
零到极限速率的任一有效码速，并可根据需要灵
活地配置网络接口所用的带宽，使带宽“按需分
配”。
? ATM的优点
(1)用户信息进入网络具有高度的灵活性。由于不
再有通路速率的限制，任何输出速率终端都可
以进网通信。
(2)可动态分配和更有效地利用网络资源。
ATM本质上是一种高速分组传输模式，与分组长
度可变的 X.25分组交换相比,
(1)它不采用通常存储 /转发方式而使用硬件交换；
(2)ATM将分组交换协议简化，无误码流量控制。
图 9.8 ATM的信元
3,ATM视听业务标准
? ATM是 ITU-T建议的 B-ISDN传输模式，因此制定 ATM环境
下的视听系统和终端的标准很有必要。该标准不仅应保证
ATM环境下不同系统的互通,而且具有连接在其他类型网
络上的终端之间的互操作性,首先是具备与已广泛应用的
H.320系统的互操作性。
? ITU-T为 ATM环境规定了 2种系统,
(1)H.321 它将 H.320终端适配到 B-ISDN中, 即除了网络接口
和呼叫控制外, 其余部分还保持 H.320终端所使用的协议 。
(2)H.310 它定义了 B-ISDN上的系统和终端, 包括一个 H.320
/H.321互操作模式, 和一个 ATM本地模式, 即完全在 ATM
环境下的模式 。 H.310包括与 320终端互通的部分, 是 H.321
的一个超集 。
图 9.9 H.310终端协议参考模型
9.5 多媒体通信网的 QoS
? 服务质量 (QoS)是说明多媒体性能目标的元组，
通过该元组的性能说明，可以对通信系统性能
进行指定
? 不同应用有不同的 QoS要求
9.5.1多媒体信息传输对网络的要求
(1) 吞吐量 (throughput)
网络传输二进制信息的速率，又称比特率或带宽 。
支持不同应用的网络应满足不同吞吐量需求,
? 图像传输,
HDTV(MPEG2,20~40Mbps)；
演播室质量的普通电视 (MPEG2,6~8Mbps)；
广播质量电视 (MPEG2,3~6Mbps)；
录像质量电视 (MPEG1,1.4Mbps)；
会议质量电视 (H.261,128Kbps)。
? 声音传输,
话音 (带宽限制在 3.4KHz内，压缩后到 4~32Kbps)；
高质量的话音 (50Hz~7KHz,48~64Kbps)；
CD质量的音乐 (20KHz,MPEG~1,128~192Kbps)；
5.1声道立体环绕声 (3~20KHz,AC-3,320Kbps)。
(2) 延时 (Delay)
传输延时定义为 信源发出第一个比特到信宿接收到第一个比
特之间的时间差。
? 网络的单程传输延时应在 100~500ms,一般 250ms；
? 交互式多媒体应用，系统对用户指令响应 1~2s。
(3) 延时抖动 (Delay jitter)
网络传输延时的变化 。
一般来讲,人耳对声音抖动比较敏感，人眼对视频抖
动不很敏感。参考指标,
? CD质量声音,小于 100ms； 电话质量声音，小于
400ms； 严格要求的应用 (如虚拟现实 )，抖动小于
20~30ms。
? HDTV图像，小于 50ms； 广播质量电视，小于
100ms； 会议质量电视，小于 400ms。
(4) 错误率 (Error Rate)
? 误码率 BER,从一点到另一点的传输过程中所残留的错误比
特的频数。如光缆传输,10-9~10-12的范围。
? 包错误率 BER,指同一个包两次接收、包丢失、或包的次序
颠倒而引起的包错误。
? 包丢失率 PLR,指包丢失而引起的包错误。
参考指标,
? 压缩的 CD质量声音,BER小于 1/10000； 未压缩的 CD质量
声音,BER小于 1/1000； 电话质量声音,BER小于 1/100。
? 压缩的 HDTV图像,BER小于 10-10； 压缩的广播质量电视,
BER小于 10-9； 压缩的会议质量电视,BER小于 10-8。
9.5.2 服务质量 (QoS)描述
ITU将 QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组
性能参数。两种描述方法,
? 确定性描述,
QoS参数 <=Upper_bound
QoS参数 >=Lower_bound
? 统计性描述,
Prob[QoS参数 <=Upper_bound]>=Prob_bound
Prob[QoS参数 >=Lower_bound]>=Prob_bound
9.6 分布式多媒体系统
? 分布式处理使通信和计算机两个领域都
发生深刻变化, 并产生了一批新的应用
领域, 如实时会议系统, 计算机协同工
作系统, 电子报纸共编和发行系统, 家
庭信息服务和娱乐等 。
9.6.1 分布式 多媒体系统概述
1.分布式 多媒体系统的基本特征
? 所谓分布式处理就是要将所有介入到分布处理过程
中的对象、处理及通信都统一控制起来，对合作活
动进行有效地协调，使所有任务都能正常地完成。
? 分布式多媒体系统有以下基本特征,
(1)多媒体集成性；
(2)
(3)运行实时性；
(4)操作交互性；
(5)系统透明性。
2.分布式处理中的协同工作
? 分布系统的建立与控制是建立在网络基础上的，
与用户交互有关的分布式应用的控制与协调。
? 对这种分布式系统从时间和空间概念分类
时间
空间 同时 不同时
同地点 面对面交互 异步交互
不同地点 同步分布式交互 异步分布式交互
表 9.2 分布处理的时空分类
4种不同情况
(1)同时同地点。不是分布处理，属于像电化教室这
样的应用。
(2)不同时同地点 。 可以看作一种异步式的交互方式,
可以是本机留言或电子布告, 是同地点的交互,
不属于分布处理 。
(3)不同时不同地点 。 存在用户有目的地寻找路径和
目的地的动作, 属于分布式处理的范畴 。 不需实
时处理, 只需存储转发 。 典型应用如电子邮件 。
(4)同时不同地点。
9.6.2 分布式多媒体系统的实现模型
1.开放分布处理参考模型
? 开放分布处理参考模型可以支持分布处理的建模。
多媒体系统为它的用户提供抽象的服务。这些服
务是由用户代理提供的。
? 用户通过用户代理 UA对系统进行存取，系统的抽
象服务由操作的逻辑组合来提供。
? 系统内也是由一组系统代理实现，所有系统代理
具有相同的性能, 并且以相互合作的方式提供服
务。
? 一个 SA可同时同若干个 UA交互。这样用户代理
在用户和系统之间建立了逻辑接口，并从系统的
内部分布中抽象出来
图 9.10 从应用角度看系统的组成
用户代理
用户代理
用户代理
用户代理
系统代理 系统代理
系统代理 系统代理
UA UA
UA
UA
SA SA
SA SA
SA/SA
用户间连接
两种不同的协议
? 存取协议 定义用户代理和系统代理之间的相互
作用。
? 系统协议 定义两个系统代理之间的协议。
? 用户代理可能要访问任何系统代理，以便通过
存取协议对系统作存取；而系统代理则可以依
次地根据提供服务的系统协议访问其他系统代
理。实线是可能的协议,虚线 是已经建立起的
连接 。
2.分布式多媒体系统服务模型
? 从用户观点, 客户机 /服务器模型就是客户机首
先提出服务请求 (RPC),系统根据资源分配来
决定访问相应的服务器, 服务器执行所需的功
能, 完成一个远程调用过程后, 将结果返回客
户机 。
? 客户机和服务器是通过网络或分布式低层网络
互连而实现这样一个完整的请求和服务过程 。
? 客户机 /服务器实质是指分布式系统中两个进程
之间的关系, 更确切地说, 客户机和服务器都
是进程, 两个进程要互相通讯并建立合作关系 。
9.6.3 分布式 多媒体系统的层次结构
? 多媒体接口层
? 多媒体传输层
? 流管理层
? 多媒体表示层
? 应用层
应用层
多媒体表示层
流管理层
多媒体传输层
多媒体接口层
图 9.11 分布式多媒体系统层次结构
本章小结
本章主要讨论多媒体通信的概念、系统、网络
和分布式多媒体系统。
? 常见多媒体通信系统可视电话、电视会议系统 ；
? 讨论了 目前的通信网对多媒体通信的支持，以及以
ATM为基础的宽带 ISDN网络 ；
? 最后还讨论了基于多媒体通信网的 服务质量与分布
式多媒体处理技术。
这些内容是多媒体通信网的基础。
