寬帶網(wǎng)(多媒體),什么是寬帶網(wǎng)(多媒體)

網(wǎng)絡(luò)從信息傳輸帶寬或傳輸介質(zhì)來分：基帶網(wǎng)、寬帶網(wǎng)。

(資料圖)

基帶網(wǎng)的傳輸介質(zhì)用雙絞線、扁平電纜或同軸電纜，數(shù)據(jù)傳輸率在10Mbps以下。以太網(wǎng)就是一種基帶網(wǎng)，它采用基帶傳輸技術(shù)。

寬帶網(wǎng)采用受保護(hù)的同軸電纜，數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)400Mbps。常見的寬帶網(wǎng)有PC網(wǎng)等。

數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步推動了視頻信號的數(shù)字化，使文本、聲音、圖形、圖像等各種形式單獨(dú)存在的單媒體(Mono-media)信號以數(shù)字的形式、按照一定的邏輯關(guān)系融合成多媒體(Multimedia)信號，如圖1所示。視頻信號的數(shù)字化不僅為多媒體的產(chǎn)生提供了土壤，而且促進(jìn)了碼率壓縮技術(shù)的發(fā)展。

碼率壓縮技術(shù)使多媒體應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，即多媒體真正成為表示、重現(xiàn)、存儲、傳遞和處理文本、聲音、圖形、圖像信息的技術(shù)。多媒體只能解決信息的表示問題，只有網(wǎng)絡(luò)才能解決信息的獲取和共享問題。因此，只有將多媒體與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合 。 成一體，才能充分表示和利用信息。這個網(wǎng)絡(luò)就是多媒體寬帶網(wǎng)。因?yàn)殡S著用戶要求通過網(wǎng)絡(luò)提供多媒體信號服務(wù)，出現(xiàn)了多媒體網(wǎng)廣播(Web-cast)電視形態(tài)，即不僅有一點(diǎn)對多點(diǎn)的單向廣播信號，而且有點(diǎn)對點(diǎn)的雙向窄播信號。顯然，多媒體廣播需要寬帶網(wǎng)作為傳輸載體。為此，本文以多媒體網(wǎng)的要求、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限及三網(wǎng)融合的進(jìn)展為題，對多媒體寬帶網(wǎng)進(jìn)行了展望。

多媒體信息流中的數(shù)字視頻、數(shù)字音頻數(shù)據(jù)量巨大，要求多媒體系統(tǒng)應(yīng)具有足夠大的存儲空間，如符合ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)的PAL制電視信號.

其傳輸率為 25(f/s)Χ625(l/f)Χ720(d/l)Χ8(b/d)Χ3(c)=270Mbp 相當(dāng)于270Mbps/64kbps = 4219路電話通道。在這樣的傳輸率下，一條按2.5Gbps規(guī)劃的干線只能傳2.5Gbps/270Mbps = 9個頻道的電視節(jié)目。在不完全壓縮的條件下，要進(jìn)行HDTV廣播，需要數(shù)字視頻帶寬為8(b/f)Χ1920(p/l)Χ1080(l/f)Χ30(f/s)Χ1.5(t) = 746(Mbps);就是傳送一路視頻電話也需要8(b/f)X128(p/l)X112(l/f) X3030(f/s)X1.5 (t)= 5.2 Mbps數(shù)字帶寬。

因此，數(shù)字化后的視頻需要進(jìn)一步壓縮碼率，才能在寬帶網(wǎng)上傳送。壓縮有兩種途徑： 其一是利用人類眼睛的視覺特性進(jìn)行壓縮。人的眼睛含有對亮度敏感的柱狀體細(xì)胞1.8億個，含有對色彩敏感的錐狀體細(xì)胞8百萬個，由于柱狀體細(xì)胞數(shù)量遠(yuǎn)大于錐狀體細(xì)胞的數(shù)量，故眼睛對亮度的敏感程度要大于對色彩的敏感程度，據(jù)此可以將亮度和色彩分別編碼，使圖像的取樣格式由4：4：4向4：2：2變化或向4：1：1(或4：2：0)變化，PAL制圖像傳輸率相應(yīng)地由270Mbps向180Mbps變化或向135Mbps變化，降低了色彩的數(shù)據(jù)量。

其二是利用圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行壓縮。利用離散余弦變換(DCT)消除空間冗余度;利用游程長度編碼(RLC)、可變長度編碼(VLC)降低熵;利用運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償消除運(yùn)動圖像相鄰幀之間的重復(fù)信息，壓縮了時間冗余度。如，HDTV的壓縮視頻數(shù)字帶寬為15~ 25Mbps，是數(shù)字視頻帶寬746Mbps作50：1~30：1壓縮之后的結(jié)果,例如圖2所示的SDTV和HDTV視頻壓縮過程示意圖;廣播電視壓縮數(shù)字視頻帶寬為2~15Mbps,是數(shù)字視頻帶寬124Mbps作62：1~8.2：1壓縮之后的結(jié)果。根據(jù)目前對有線電視干線網(wǎng)以2.5Gbps作規(guī)劃，并以省際超干線和省內(nèi)干線的廣播級圖像節(jié)目頻道不會超過20路的估計(jì)值為基點(diǎn)進(jìn)行估算，設(shè)每路視頻數(shù)字帶寬為6Mbps,可以計(jì)算出干線網(wǎng)圖像信號數(shù)據(jù)量為 20(Channel)Χ6(Mbps) = 120Mbps 可見，廣播級圖像數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量僅占系統(tǒng)總?cè)萘康?20Mbps/2.5Gbps = 4.8%。以娛其余95%的容量將留給新開發(fā)的話音，如傳統(tǒng)的話音或IP話音;新開發(fā)的數(shù)據(jù)，如提供專線租用業(yè)務(wù)和 Internet干線連接等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);非廣播式圖像業(yè)務(wù)，如影視點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)和遠(yuǎn)程醫(yī)療。這表明，多媒體干線網(wǎng)不僅要有傳輸幾十套廣播式節(jié)目的能力，而且同時具有十幾倍于傳輸廣播式圖像業(yè)務(wù)的傳輸話音、數(shù)據(jù)和非廣播圖像業(yè)務(wù)的能力，使傳統(tǒng)的、樂節(jié)目為主的、一點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播電視網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)對點(diǎn)和一點(diǎn)對多點(diǎn)的綜合信息服務(wù)寬帶網(wǎng)。不僅如此，為了無損失地傳播這些信息，要求采用具有實(shí)時處理能力的、多處理機(jī)協(xié)同工作的多計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，各個計(jì)算機(jī)之間要用高速運(yùn)行的寬帶網(wǎng)絡(luò)相連。而這種高速寬帶網(wǎng)絡(luò)必須適合于傳送數(shù)字廣播音頻、數(shù)字影視視頻、數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及通信話音，這就要求將目前的廣播電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和電信網(wǎng)融合在一起。

2.傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限

融合是對三網(wǎng)而言的，如果原來不存在三網(wǎng)，融合也就失去了對象。正因?yàn)槿W(wǎng)是一個客觀存在，所以融合也就成了必須要解決的問題。要想準(zhǔn)確地找到融合點(diǎn)，就要研究傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的問題。

(1)電信網(wǎng)： 自從1835年莫爾斯發(fā)明電報和1876年貝爾發(fā)明電話以來，電信網(wǎng)經(jīng)歷了電話網(wǎng)、綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN-Integrated Digital Network)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)、增值通信網(wǎng)(VAN-Value Added Network)、綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(ISN-Integrated Services Network)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN- Integrated Services Digital Network)的發(fā)展歷程。由信道獨(dú)占、電路交換方式傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)，發(fā)展成以數(shù)字技術(shù)為平臺、以電路交換和分組交換為提供業(yè)務(wù)模式、由IDN 和ISN組合成的窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)，并于1984年建立了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，最高傳輸碼率由28.8kbps發(fā)展到1.984Mbps。N-ISDN有如表3所示的基本速率和基群速率兩種用戶網(wǎng)絡(luò)接口。用戶網(wǎng)絡(luò)接口由B信道和D信道兩部分組成，其中B信道用于傳輸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電話及其它電信業(yè)務(wù)，D信道用于傳輸控制信息，其用戶網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)可概括為nB+D的形式，n=2時是基本速率接口，如n=2,B=64kbps,D=16kbps,總數(shù)據(jù)量為nB+D=2X64+16=144kbps;n=23,30時是基群速率接口,總數(shù)據(jù)量為23B+D,30B+D。由上述可知，盡管電信網(wǎng)在國際上已經(jīng)成為具有近8億用戶的第二大網(wǎng)，中國電信網(wǎng)用戶近一億，在國際電信網(wǎng)中排行第二位，但由于其信道帶寬和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不符合廣播影視多媒體要求，現(xiàn)行電信網(wǎng)還不具備獨(dú)立承擔(dān)傳輸廣播影視多媒體信息的資格(將來全數(shù)字寬頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3DDS變成現(xiàn)實(shí)之后，可在一根電話線上得到6Mbps的接入帶寬，再另作別論)。

電信網(wǎng)需要脫胎換骨的改造，才能勝任傳輸廣播影視多媒體任務(wù)。這可以從表4看到，對非壓縮視頻速率應(yīng)在100Mbps以上，如傳輸一幅PAL制彩色電視圖像需要速率為216Mbps。而電信N-ISDN的最高速率為2.048Mbp,根本無法滿足傳輸影視多媒體的要求。原因是：電信網(wǎng)的發(fā)展始終圍繞著提高通信質(zhì)量、擴(kuò)展服務(wù)項(xiàng)目、改進(jìn)使用網(wǎng)絡(luò)的方便性進(jìn)行的，其本來的目的并不是為了提供多媒體服務(wù)。例如，電信網(wǎng)采用了電路交換和分組交換兩種方式，電路交換延遲時間短，實(shí)時性強(qiáng)，但不滿足多媒體通道共享的要求，因?yàn)檫@種交換方式占用了專用通道;分組交換方式采用了標(biāo)準(zhǔn)的分組交換通信協(xié)議(Protocol-即為保證兩個終端設(shè)備間通信而規(guī)定的信息表示形式及必要的控制規(guī)程)X.25，將廣域網(wǎng)相互連接起來，但由于其延遲時間長，實(shí)時性差，分組包間延遲(最大時滯)超過10個ms時，語音將不連續(xù)，傳輸圖像時分組包的丟失會使其出現(xiàn)"黑塊效應(yīng)", 這也不符合影視 多媒體對動態(tài)媒體的要求。所以，電信網(wǎng)是自覺于通信而自發(fā)于多媒體的通信網(wǎng)，它遇到影視多媒體，是一個成熟的通信網(wǎng)遇到了一個不成熟的新問題，拿不起也放不下，只有將適合于通信的網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議、軟件向適應(yīng)于影視多媒體所需要的方向改造才是唯一的出路。為了適應(yīng)影視多媒體大數(shù)據(jù)量、強(qiáng)實(shí)時、單媒體間密切關(guān)聯(lián)的時空約束、數(shù)據(jù)分布性等特點(diǎn)，對多媒體通信網(wǎng)進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，采用了"電話網(wǎng)+多媒體"的發(fā)展路線。顯然，電話網(wǎng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是傳輸窄帶模擬話音信號，傳送數(shù)字信號時，要通過調(diào)制解調(diào)器。