会议电视技术及其发展

会议电视技术及其发展 北京邮电大学图象处理与传输实验室 全子一 杨成军 从６０年代开始，世界发达国家开始研究模拟会议电视系统，并逐渐商用化。６０年代末期，在压缩编码技术推动下，由模拟系统转向数字系统。８０年代初期，研制出２Ｍｂｉｔ／ｓ彩色数字会议电视系统，日本和美国形成非标准的国内会议电视网。８０年代中期，大规模集成电路技术飞速发展，图像编解码技术取得突破，网络通信费用降低，为会议电视走向实用提供了良好的发展条件。８０年代末至今，多媒体技术、计算机技术、通信网络技术快速发展。ＣＣＩＴＴ（ＩＴＵ－Ｔ）形成了Ｈ．２００系列建议，规定了统一的视频输入输出标准、算法标准、误码校验标准及一系列互通的模式转换标准，解决了不同厂商的设备互通问题，极大地推动了会议电视的发展。     近年来，会议电视业务开始在我国推广使用，国家会议电视骨干网已经建成，并逐渐发展到远程医疗、远程教学等领域。会议电视通信系统产品的研制也保持与国际同步。在开发出基于专用网的会议电视系统的基础上，基于Ｎ－ＩＳＤＮ的多媒体微机终端和多点会议控制单元（ＭＣＵ）也于去年进入了实用阶段。     根据预测，信息检索和ＩＰ电话只占所有数据业务和多媒体业务量的很小一部分，绝大部分业务量是被影像、视频和会议电视等业务占据，而且要求有较高的质量保证。泰克公司根据市场调查和预测，得出了以下结论即２００２年其业务增长量将达到７３４５亿美元，因此，他们决定涉入视频领域。 表１的ＷＥＢＴＶ（ＩＰ／ＴＶ）家庭拥有率的调查和预测为例，就可以看到视频业务的使用和增长情况。     会议电视系统及终端的构成     １．会议电视系统的基本拓朴结构     会议电视系统由终端设备、网络设备组成。网络设备包括多点控制单元（ＭＣＵ）和传输网络组成。如果是点对点的会议电视系统就不需要ＭＣＵ，其实质就是可视电话系统。基于电路交换网络的多点会议系统则必须通过ＭＣＵ才能实现，包交换网络通过多点会议服务器来实现多方会议。通信网络不同，会议电视系统的终端和多点控制单元ＭＣＵ也不尽相同。 终端设备可以是专用的多媒体会议终端，可以是安装了必要的音频、视频硬件和软件的普通电脑，也可以是电话等。多点会议电视系统主要包括视听多媒体会议终端Ｔ１～Ｔｎ、多点控制单元（或多点会议服务器）ＭＣＵ１～ＭＣＵｍ和通信网络三部分。     ２．会议电视系统的主要组成部分     （１）Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ，Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ用于Ｈ．３２３网络中，并不完成通信功能。主要作用是：地址翻译、接入控制、带宽管理、带宽控制、区域管理、呼叫控制管理、呼叫控制。     （２）Ｇａｔｅｗａｙ，主要负责不同网络的终端之间通信的转换编码，其中包括呼叫、控制协议、复接和解复接的码流结构，视频语音的转换。     （３）ＭＣＵ的目的是在同一会议中连接三个或三个以上终端系统。ＭＣＵ作为会议控制中心交换视、音频码流，还可作为异形网络会议系统终端的网桥。     （４）终端，用户借助终端参与会议，终端主要完成视、音频的编解码，以及和数据信息的复接。     ３．会议电视的有关标准     为推进会议电视系统的标准化进程，ＣＣＩＴＴ在８０年代初专门成立了视听会议研究小组，针对不同的网络环境包括（Ｎ－ＩＳＤＮ、ＰＳＴＮ、Ｂ－ＩＳＤＮ、ＬＡＮ）等制定相应的多媒体通信终端标准。主要有：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２０，窄带可视电话系统和终端（Ｎ－ＩＳＤＮ）；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２４，低比特率多媒体通信终端（ＰＳＴＮ）；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２３，基于包交换的多媒体通信系统；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２２，提供保证业务质量的局域网多媒体通信系统和终端；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２１，Ｂ－ＩＳＤＮ环境下Ｈ．３２０终端设备的适配；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３１０，宽带多媒体通信系统和终端（ＡＴＭ／Ｂ－ＩＳＤＮ）。 Ｈ．３００系列标准包括了其相应的视频、音频、通信协议、复用／ 同步等Ｈ．２００系列标准，其数据通信协议采用ＩＴＵ－Ｔ第８组制定的Ｔ．１２０系列标准。     视频编解码：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２６１、Ｈ．２６３和Ｈ２６３＋系列的低比特率通信视频编解码；语音编解码：ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７１１、Ｇ．７２２、Ｇ．７２８、Ｇ．７２３．１等语音编解码标准。     系统控制：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２２１视听业务中６４ｋ～１９２０ｋ信道的帧结构；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２４３三个或多个视听终端间使用，直到２Ｍｂｉｔ／ｓ的数字信道建立通信的过程；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２３０视听系统的帧同步控制和指示信号；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２４２使用直到２Ｍｂｉｔ／ｓ数字信道的视听终端之间建立通信的系统。     ４．会议电视相关的关键技术     （１） 视频编码技术。信源的压缩始终是通信领域里的核心技术之一。对于视频业务而言，压缩技术显得尤其重要，因为视频信号的数据量很大，标准的ＰＡＬ信号的速率为２１６Ｍｂｉｔ／ｓ。如果不压缩基本上不可能传输，压缩到２Ｍｂｉｔ／ｓ时也只能在通信干线上传输，不可能扩展到终端用户。因此需要提高压缩效率，一方面通过图象质量的降级实现，但主要还是提高编码效率。ＭＰＥＧ２主要是用于较高速率的视频编码，对于极低速率的视频编码，应采用相应的压缩标准，主要的压缩标准是ＩＴＵ－Ｔ Ｈ２６３和ＩＳＯ的ＭＰＥＧ４标准。但是ＭＰＥＧ４计算量大，目前实用起来还有一定的困难。主要采用的是Ｈ２６３及Ｈ．２６３＋。Ｈ．２６３＋能够适应高误码率的通信网络。Ｈ．２６３＋标准制订时，在Ｈ．２６３的基础上对编码方法作了很多改进，并以选项的形式存在。在改进选项中既考虑到了编码效率的提高，也考虑到了信道容错能力的增强。Ｈ２６３＋与Ｈ２６３在相同视频质量的情况下，传输码率只需要５０％。Ｈ．２６３＋已逐渐成为新的技术之一。     （２） 从６０年代开始，世界发达国家开始研究模拟会议电视系统，并逐渐商用化。６０年代末期，在压缩编码技术推动下，由模拟系统转向数字系统。８０年代初期，研制出２Ｍｂｉｔ／ｓ彩色数字会议电视系统，日本和美国形成非标准的国内会议电视网。８０年代中期，大规模集成电路技术飞速发展，图像编解码技术取得突破，网络通信费用降低，为会议电视走向实用提供了良好的发展条件。８０年代末至今，多媒体技术、计算机技术、通信网络技术快速发展。ＣＣＩＴＴ（ＩＴＵ－Ｔ）形成了Ｈ．２００系列建议，规定了统一的视频输入输出标准、算法标准、误码校验标准及一系列互通的模式转换标准，解决了不同厂商的设备互通问题，极大地推动了会议电视的发展。     近年来，会议电视业务开始在我国推广使用，国家会议电视骨干网已经建成，并逐渐发展到远程医疗、远程教学等领域。会议电视通信系统产品的研制也保持与国际同步。在开发出基于专用网的会议电视系统的基础上，基于Ｎ－ＩＳＤＮ的多媒体微机终端和多点会议控制单元（ＭＣＵ）也于去年进入了实用阶段。     根据预测，信息检索和ＩＰ电话只占所有数据业务和多媒体业务量的很小一部分，绝大部分业务量是被影像、视频和会议电视等业务占据，而且要求有较高的质量保证。泰克公司根据市场调查和预测，得出了以下结论即２００２年其业务增长量将达到７３４５亿美元，因此，他们决定涉入视频领域。     会议电视系统及终端的构成     １．会议电视系统的基本拓朴结构     会议电视系统由终端设备、网络设备组成。网络设备包括多点控制单元（ＭＣＵ）和传输网络组成。如果是点对点的会议电视系统就不需要ＭＣＵ，其实质就是可视电话系统。基于电路交换网络的多点会议系统则必须通过ＭＣＵ才能实现，包交换网络通过多点会议服务器来实现多方会议。通信网络不同，会议电视系统的终端和多点控制单元ＭＣＵ也不尽相同。 终端设备可以是专用的多媒体会议终端，可以是安装了必要的音频、视频硬件和软件的普通电脑，也可以是电话等。多点会议电视系统主要包括视听多媒体会议终端Ｔ１～Ｔｎ、多点控制单元（或多点会议服务器）ＭＣＵ１～ＭＣＵｍ和通信网络三部分。     ２．会议电视系统的主要组成部分     （１）Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ，Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ用于Ｈ．３２３网络中，并不完成通信功能。主要作用是：地址翻译、接入控制、带宽管理、带宽控制、区域管理、呼叫控制管理、呼叫控制。     （２）Ｇａｔｅｗａｙ，主要负责不同网络的终端之间通信的转换编码，其中包括呼叫、控制协议、复接和解复接的码流结构，视频语音的转换。     （３）ＭＣＵ的目的是在同一会议中连接三个或三个以上终端系统。ＭＣＵ作为会议控制中心交换视、音频码流，还可作为异形网络会议系统终端的网桥。     （４）终端，用户借助终端参与会议，终端主要完成视、音频的编解码，以及和数据信息的复接。     ３．会议电视的有关标准     为推进会议电视系统的标准化进程，ＣＣＩＴＴ在８０年代初专门成立了视听会议研究小组，针对不同的网络环境包括（Ｎ－ＩＳＤＮ、ＰＳＴＮ、Ｂ－ＩＳＤＮ、ＬＡＮ）等制定相应的多媒体通信终端标准。主要有：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２０，窄带可视电话系统和终端（Ｎ－ＩＳＤＮ）；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２４，低比特率多媒体通信终端（ＰＳＴＮ）；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２３，基于包交换的多媒体通信系统；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２２，提供保证业务质量的局域网多媒体通信系统和终端；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３２１，Ｂ－ＩＳＤＮ环境下Ｈ．３２０终端设备的适配；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．３１０，宽带多媒体通信系统和终端（ＡＴＭ／Ｂ－ＩＳＤＮ）。 Ｈ．３００系列标准包括了其相应的视频、音频、通信协议、复用／ 同步等Ｈ．２００系列标准，其数据通信协议采用ＩＴＵ－Ｔ第８组制定的Ｔ．１２０系列标准。     视频编解码：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２６１、Ｈ．２６３和Ｈ２６３＋系列的低比特率通信视频编解码；语音编解码：ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７１１、Ｇ．７２２、Ｇ．７２８、Ｇ．７２３．１等语音编解码标准。     系统控制：ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２２１视听业务中６４ｋ～１９２０ｋ信道的帧结构；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２４３三个或多个视听终端间使用，直到２Ｍｂｉｔ／ｓ的数字信道建立通信的过程；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２３０视听系统的帧同步控制和指示信号；ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２４２使用直到２Ｍｂｉｔ／ｓ数字信道的视听终端之间建立通信的系统。     ４．会议电视相关的关键技术     （１）视频编码技术。信源的压缩始终是通信领域里的核心技术之一。对于视频业务而言，压缩技术显得尤其重要，因为视频信号的数据量很大，标准的ＰＡＬ信号的速率为２１６Ｍｂｉｔ／ｓ。如果不压缩基本上不可能传输，压缩到２Ｍｂｉｔ／ｓ时也只能在通信干线上传输，不可能扩展到终端用户。因此需要提高压缩效率，一方面通过图象质量的降级实现，但主要还是提高编码效率。ＭＰＥＧ２主要是用于较高速率的视频编码，对于极低速率的视频编码，应采用相应的压缩标准，主要的压缩标准是ＩＴＵ－Ｔ Ｈ２６３和ＩＳＯ的ＭＰＥＧ４标准。但是ＭＰＥＧ４计算量大，目前实用起来还有一定的困难。主要采用的是Ｈ２６３及Ｈ．２６３＋。Ｈ．２６３＋能够适应高误码率的通信网络。Ｈ．２６３＋标准制订时，在Ｈ．２６３的基础上对编码方法作了很多改进，并以选项的形式存在。在改进选项中既考虑到了编码效率的提高，也考虑到了信道容错能力的增强。Ｈ２６３＋与Ｈ２６３在相同视频质量的情况下，传输码率只需要５０％。Ｈ．２６３＋已逐渐成为新的技术之一。 作者小档案 全子一 现任北京邮电大学图象压缩与传输实验室主任，教授，博士生导师；中国电子学会广播电视分会常委、中国电子学会、中国通信学会会士；享受国家政府特殊津贴；其研究成果获六项部、国家级科技进步奖；出版了三本大学教材，发表论文３０多篇。 杨成军 北京邮电大学博士研究生。主要从事低码率视频通信、基于ＩＰ网络视频业务的ＱｏＳ以及移动视频应用的研究。 通信世界 2000/8