宽带网络视讯技术和应用

2019-11-03 10:39:22

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供稿：网友

江苏省电信公司互联网部陆富琪

　　近年来，随着宽带网络的发展和用户需求的驱动，宽带接入市场日益兴旺，网络内容应用得到空前重视，流媒体系统快速推进，宽带视讯越来越受关注，被认为是未来高速宽带网络的主流应用之一。从全球电信产业较长时间的发展来看，视讯将成为继话音、数据、移动之后的第四种电信业务。本文从宽带视讯的相关概念、应用类型、相关技术、业务系统和运营模式等方面对宽带视讯技术和应用进行了全景式的扫描。

一、相关概念

　　视讯业务是一种通过电信网络实现点对点或点对多点的集图像、语音、数据于一体的实时性交互业务，可以实现人们面对面沟通。近年来已在远程会议、远程教学、远程医疗等方面得到了快速的发展。从视讯网络传输的角度看，宽带视讯是连续媒体的应用，它具有传输带宽要求高、允许有一定的传输误差、实时性要求高、对网络功能要求高等明显的特点。其中，实时要求是视讯业务的根本要求，需要通过一系列合适的网络上层协议（如RTP/RTCP）和更复杂的QoS保障机制（如RSVP）来解决。

　　从媒体处理技术的角度看，宽带视讯是交互式综合处理多种媒体的技术，它具有最重要的三个特性：一是媒体的多样性，其中至少要有一种连续媒体；二是媒体的集成性（综合性），多种不同媒体综合地表现某个内容，获取更好的效果；三是处理的交互性，人们获取信息的过程中具有细粒度的控制和操纵能力，这一点最为重要。研究表明：人们日常70％的信息是从眼睛获得的，即图像传递着人们日常交流过程中70％以上的有效内容。然而，由于技术和经济等诸多障碍因素，长期以来类似视讯业务的通信交流是一种贵族消费。目前，这种状况正在悄悄发生变化，很多设备商、运营商看到了面向公众的视频业务的巨大潜力，共同唱响了“高而不贵”的号召！

二、应用类型

　　从不同的角度、层面可以对宽带视讯业务加以不同的分类，而不同的分类又可指导我们更好地开展发展工作。

　　按应用种类可以分为：行业与企业用户，包括企业视频会议、企业网上协同工作、内部培训、可视网上客户服务等；个人用户，包括可视电话，视频聊天，可视即时消息等。

　　按用户性质可以分为：高端客户，中端客户，低端客户。

　　按应用的地点和通达的范围可以分为：国际视讯业务，国内视讯业务，本地视讯业务。

　　按应用方式可分为：直播式应用，点播式应用。

　　按实现的方式可分为：面向公众的运营级视讯服务；企业自建视讯系统，满足行业或系统内部会议需求；用户自行联入公网，利用多种付费或免费的视频软件进行点对点视讯通话。

　　目前,宽带视讯领域已经形成了以个人和企业为重心,包括内容服务的三大应用服务市场，并呈现五大发展趋势:(1)编解码方式由硬件向软件转化；(2)产品协议类型从H.320向H.323转化；(3)市场重心向低价位普通用户市场转移；(4)流媒体广播技术越来越多的应用于视频会议系统中；(5)虚拟合作应用服务将成为视频会议面向企业的核心功能之一。

三、相关技术研究

　　宽带视讯突破了传统互联网只能表现文字和图片的局限，可连续、实时传输音频、视频等丰富多彩的多媒体信息，受到技术界、产业界、传媒界以及政府机构的广泛关注。宽带视讯系统研究涉及网络技术、通信技术、信号处理技术和流媒体技术等。

1.音视频压缩编码标准

　　信号处理技术在多媒体通信中的一个关键应用就是图像和声音的压缩和解压缩技术。语音、图像两者相比，图像信息数据量较大，占用的带宽资源较多，其压缩算法的效能对多媒体信息的最终压缩比率和通信质量有更为直接和影响，因此视频信息的压缩效率通常是评价多媒体通信系统的一个重要技术指标。

　　目前，在ip网络上流行的语音压缩编码标准是G.723.1。常用的视频编码标准有H.261和 H.263。H.261采用离散余弦变换和运动补偿技术，提供QCIF、FCIF两种编码格式，能够把数字视频速率压缩到64Kb/s-2.048Mb/s，广泛用于H.320和H.323会议电视系统。H.263是低速率下会议电视视频编码标准，它向下兼容H.261标准，采用1/2像素移动估计技术、预测帧以及优化低速率传输的霍夫曼编码表，能够提供更好的图像质量和更低的速率，更适于IP多媒体应用。目前，H.263是IP视频通信领域应用最广泛的一种编码方法，并已成为众多多媒体通信终端的标准。

　　除H.261和 H.263外，还有一些适合多媒体视频通信的最新的压缩编码标准。H.263＋，在H.263的基础上增加了一些改进编码效率的方法，同时提高了抗误码性能，更适合于低码率视频业务。MPEG－4，主要解决窄带传输、高画质压缩、交互性操作问题。引入了软件设计中的“对象”概念，在DCT的基础上把图像内容分解成一个个对象单元，对这些对象单元进行单独的存放和处理，从而具有更高的压缩效率和更清晰的图像效果。MPEG－4既能够支持码率低于64kbit/s的视频应用，也能够支持广播级的视频应用以及低比特率下的移动多媒体应用。MPEG－7,1998年10月提出，与此前的各种MPEG标准最本质的不同是它不是一个压缩编码标准，而是一个多媒体内容描述接口。MPEG－7对各种不同类型的多媒体信息进行标准化描述，并将该描述与所描述的内容联系，以实现快速有效的搜索。MPEG7可独立于其它MPEG标准使用，在符合MPEG－1、MPEG－2和MPEG－4标准的多媒体资料中可以包含MPEG－7的资料在内，各种各样的资料都可以用MPEG－7的语法来定义其信息。

2.多媒体通信标准

　　国际电信联盟（ITU-T）先后形成了一系列多媒体通信标准建议，视讯领域应用最广泛的是H.320和H.323标准。H.320标准自从1990年最早通过以后就成为广泛接受的关于电路交换视讯业务的标准，这是目前会议电视和可视电话主要采用的协议。H.320是一个系列标准，它包含了一系列视频和语音编解码的标准、复用和控制等一整套协议，它要求所有终端都支持通用的基本方式（H.261视频和G.711音频），以保证互操作性。除了视频和音频信道外，在需要时还可以采用T.120数据通信会议标准传送数据。

　　H.323标准由H.320发展而来，是一个用于LAN和Intranet的视频会议标准。ITU-T H.323标准于1996年通过，是世界上第一个多个供应商的LAN电视会议产品可以互操作的标准。1998年ITU将H.323扩展为“基于分组的多媒体通信系统”，即ITU-T H.323 V2，为LAN、WAN、Internet和Intranet上的多媒体通信提供了应用基础和规范标准。IP是H.323产品应用最普遍的网络技术。现在，基于H.323建议标准的电视会议系统在技术上已经可以实现Internet上的多媒体视频通信。H.323面向桌面型终端，同早期应用较多的H.320终端相比，它不仅功能强大，而且价格低廉，用户只需在PC机上配有摄像头、话筒和相应的软件就可以进行多媒体通信。

3.QoS控制技术

　　服务质量QoS(Quality of Service)是对于网络传输的实时性要求的定量描述。ITU将QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组服务性能参数。常用的QoS参数有吞吐率（带宽）、传输延时、端到端延时、延时抖动和错误率（包错率PER、位错率BER）。网络的QoS保障机制通常称为连接接纳控制CAC(Connection Admission Control)。其功能主要包括：一旦网络接纳了用户的呼叫，它就有责任在整个会话过程中保障用户所提出的QoS要求；因此，网络要为这个呼叫预留资源，并在通信过程中进行性能监控、动态调整资源的分配；当资源不能保障用户的QoS要求时，做降级服务或终止通信等处理。目前只有少数网络实现、或部分实现了这些功能，QoS保障的问题尚处于研究和发展之中。

4.流媒体技术

　　流媒体指在网络上使用流式传输技术的连续时基媒体，包括音频、视频或多媒体文件，适合在网络上边下载边播放。

　　流媒体技术不是单一的技术，它建立在网络通信和多媒体数据采集、压缩、存储、传输等几种基础技术之上。其中数据采集和数据压缩在终端完成，数据传输和数据存储通过多媒体网络实现。常见的流媒体系统包括服务器（Servers）、压缩转换器(Encoders)、播放器(Players)以及一些辅助的媒体制作工具。在应用中，可以将事先录制好并存储于服务器硬盘上的媒体文件以点播的方式发送给相应的客户端；也可以把来自音视频源的实时流信息通过Encoder的压缩转档，传到服务器上以Unicast或Multicast的方式发送出去。在流式传输的实现方案中，一般采用http/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP/RTSP来传输实时的数据信息。流媒体的实现主要取决于网络带宽、压缩算法及计算机运算速度的提高。

四、价值链和运营模式

　　视讯业务的发展有赖于技术的成熟和市场的需求，同时也有赖于整个产业链的健全和完善。好的技术，市场的需求，通过产业链串起来，产业链中的各个部分有机、要效地传动起来，都活起来，才能够变成成熟的业务应用来满足用户的需求。

　　根据分析，宽带视讯业务的价值链至少包括几个部分：产品提供商、应用提供商、内容开发商、业务支撑系统运营商、网络提供商、用户。其中，产品提供商研发和生产多种类型的视讯产品及系统，以及提供网络平台通信系统、管理工具和配件。应用提供商是宽带视讯业务的直接提供者，直接面对用户提供业务。内容提供商是视讯内容资源的拥有者，他们面对特定的专业客户,提供相应的内容服务,比如远程教学的内容服务、实时股评服务等，他们通过收集、整理、编辑和发布特定的资讯内容和课程,并组织、协调客户之间的关系来获得服务利润。业务支撑系统运营商提供一个独立的可运营的管理和传输平台，为宽带视讯应用提供支撑环境。网络提供商提供基本的承载网络，是视讯业务系统赖以生存的基础平台,基本上由IT业界的骨干网络运营商和部分ISP商组成。用户最终获得宽带视讯应用业务，并为之付费，最终用户大体可分为几种类型，如政府部门、企业集团、教育行业、医疗行业、个人用户等，不同的用户有不同的业务需求。

　　在整个价值链系统中，不同提供商可以根据自身的特点和市场需求同时扮演多个角色，从而构成不同的运营模式。例如，网络提供商可以同时作为视讯业务支撑系统的运营商，因为由网络提供商来运营视讯业务支撑系统有许多优点：首先是网络提供商拥有网络资源，这是构建大规模的应用系统必要的条件；其次，网络提供商拥有用户，特别是宽带接入的用户，这部分用户自然成为视讯业务支撑系统的潜在用户；最后，通过构建视讯业务支撑系统，网络提供商可以提高它在价值链中的地位，从而实现增值业务。内容提供商也可以和应用提供商整合，特别是目前的多数视讯应用都是以内容为中心，例如VOD应用、远程教学应用等。因此，内容提供商可以直接融合应用提供商的角色，通过视讯业务支撑系统的支撑向用户提供业务。

　　目前，视讯业务的运营模式还在不断发展中，网络运营商、应用提供商、内容提供商都在不断寻求成熟的运营模式和合作模式。从宏观市场看，宽带网络市场已初步形成由网络运营商、网络接入商、增值服务商、内容提供商以及宽带用户组成的宽带价值链。其发展方向是“锁定最终用户，实现宽带视讯业务的一体化运营”。

　　实施宽带视讯业务的一体化运营，关键在于整合与开放。整合是指要建立并不断完善统一的综合视讯业务运营支撑系统和服务体系，实现服务平台、用户管理、收费管理、网络管理、业务管理体系“五个统一”；开放是指要“以最终消费者为中心，以电信运营商为枢纽，以紧密合作为主题”，接入与应用相结合，内容与服务相配合，纵向延伸，横向结连。电信运营商提供宽带接入服务，紧握最终用户，同时为最终用户提供统一的业务门户，个性化的定制服务，统一的管理平台和灵活的付费模式，为服务提供商和电信自身提供统一的宽带应用支撑和经营管理系统；第三方内容提供商和内容运营商应充分利用电信运营商提供的客户群基础、成熟的收费渠道和强大的技术设施，尽可能建立起高效的渠道经营体制，形成一个深度合作的生态链，降低本身的运行成本，从而可以专注于内容制作、应用开发和服务运作。

　　开展宽带视讯业务，可以充分发掘宽带利用的潜力，利用已有的企业用户和个人注册用户客户资源，激发用户对带宽的进一步需求，从而带动整个宽带建设的迅速发展，并进一步提高运营商、服务商的竞争力，争取更多的用户，占领更大的市场。据专家预测，宽带可视通信对宽带业务的贡献率在今后的数年内将达到10-20%；而3到5年将达到30-40%。我们相信，宽带视讯在未来的几年内,将依托通信行业和IT行业迅猛发展,成为炙热的潮流之一！

----《中国多媒体视讯》