多媒体信息传输简介

1. 多媒体通信业务特点

虽然多媒体通信系统和其他类型的通信系统之间存在着相同之处，但多媒体数据及其应用的特殊性决定了多媒体通信系统应当具有如下特点：

（1）支持一体化业务。一体化业务又称综合业务。多媒体数据包含了文本、图形、图像、音频和视频等多类媒体对象，不同类型的数据有着不同的特点，对通信系统有着不同的需求。因此，多媒体通信系统应当能够为不同类型的数据提供与其特点和需求相适应的通信业务，并能够将不同的业务有机地结合在一起，即多媒体通信系统应当具备一体化业务的能力。

（2）具备较强的实时数据传输能力。连续媒体数据（如音频和视频数据）是多媒体数据的重要组成成分，连续媒体数据的实时通信也在多媒体通信中占有较大的比重，因而多媒体通信系统应当具备较强的实时数据传输能力。

（3）能够完成多媒体同步。在多媒体对象内部，各媒体对象之间在时域、空域存在着约束关系，而这种约束关系的破坏，会在一定程度上妨碍对多媒体数据所含内容的理解。这表明时域空域约束关系是多媒体数据语义的一部分，而这也就决定了多媒体通信系统需要对这种约束关系进行维护，即实现通信过程中的多媒体同步。

（4）支持多种通信模式。多媒体应用大多是分布式的，会涉及点到点、点到多点、多点到多点等多种通信模式。这种应用需求决定了多媒体通信系统应当能够支持各种通信模式，并完成相关的管理任务。

2. 网络功能

（1）单向网络和双向网络。单向网络指信息传输只能沿一个方向进行的网络。例如有线电视（CATV）网，信息只能从电视中心向用户传输，而不能反之。

支持在两个终端之间、或终端与服务器之间互相传送信息的网络称为双向网络。当两个方向的通信信道的带宽相等时，称为双向对称信道；而带宽不同时，则称为双向不对称信道。由于多媒体应用的交互性，多媒体传输网络必须是双向的。

（2）单播、多播和广播。单播（Unicast）是指点到点之间的通信；广播（Broadcast）是指网上一点向网上所有其他点传送信息；多播（Multicast），或称为多点通信，则是指网上一点对网上多个指定点（一般为同一个工作组中的成员）传送信息。

单播方式时，发送终端通过分别与每一个组内成员建立点到点的通信联系，在这种情况下，发送端需要将同一组信息分别送到多个信道上［如图 8.4（a）］。由于同一信息的多个拷贝在网上传输，无疑要加重网络的负担。而采用多播方式时，网络能够按照发送端的要求将欲传送的信息在适当的节点进行复制，并送给组内成员，也称为多点路由功能［如图8.4（b）所示］。

图8.4 多个点到点的信道和多播信道

（a）多个点到点的信道；（b）多播信道

不同的多媒体信息系统需要不同的网络结构来支持。简单的可视电话只需要点对点的连接，而这一连接是双向对称的。在多媒体信息检索与查询（MIS）系统中，用户和中心数据库之间建立的也是点对点的联系，但不是对称的。通常从用户到中心（上行）的线路只传送查询命令，所需要的带宽较窄；而中心到用户（下行）传送大量的多媒体数据，需要占用频带较宽的线路。分配型的多媒体业务，例如数字电视广播，则需要广播型网络。多点与一点连接的结构在有些情况下也会遇到，例如在MIS系统中，如果是分布式数据库时，往往需要从多个库中调取信息来回答一个用户的请求。多媒体协作工作是对通信机制要求最高的应用。它要求多点对多点之间的双向对称连接，此时，多播功能是必须的。因此，支持综合多媒体业务的传输网络应当支持单播、多播和广播。

3. 性能指标

（1）吞吐量。吞吐量是指网络传送二进制信息的速率，也称比特率或带宽。在严格意义上讲带宽是对应于模拟信号而言的，指的是一段频带，用在数据传输时通常指比特率。有的多媒体应用所产生的数据速率是恒定的，称为恒比特率（Constant Bit Rate 缩写为CBR）应用；有的应用则是变比特率（Variable Bit Rate 缩写为VBR）的。

持续的、大数量的传输是多媒体等信息传输的一个特点。从单个媒体而言，实时传输的活动图像是对网络吞吐量要求最高的媒体。具体来说，按照图像的质量我们可以将活动图像分为5个级别：

① 高清晰度电视（HDTV）。例如，分辨率为1 920×1 080，帧率为60帧/s，当每个像素以24 bit量化时，总数据率在2 Gb/s的数量级。如果采用MPEG-2压缩，其数据率大约在20～40 Mb/s。

② 演播室质量的普通电视。其分辨率采用CCIR 601格式。对于PAL制，在正程期间的像素为720×576，帧率为每秒25帧（隔行扫描），每个像素以16 bit量化，则总数据率为166 Mb/s。经过MPEG-2压缩之后，数据率可达6～8 Mb/s。

③ 广播质量的电视。它相当于模拟电视接收机所显示出的图像质量。从原理上讲，它应该与演播室质量的电视没有什么区别，但是由于种种原因（例如接收机分辨率的限制），在接收机上显示的图像质量要稍差一些。它对应于数据率在3～6 Mb/s左右的、经MPEG-2压缩的码流。

④ 录像质量的电视。它的分辨率是广播质量电视的1/2，经MPEG-1压缩之后数据率约为1.4 Mb/s（其中伴音为200 kb/s左右）。

⑤ 会议质量的电视。会议电视可以采用不同的分辨率。采用GIF格式，即352×288的分辨率，帧率为10帧/s以上，经H.261标准的压缩后，数据率为128 kb/s（其中包括声音）。

图8.5综合表示出不同媒体对网络吞吐量的要求，其中高分辨率文档是指分辨率在4 096× 4 096以上的图像（例如某些医学图像）。图中CD音乐和各种电视信号都是指经过压缩之后的数据率，由图8.5看出，文字浏览对传输速率的要求是很低的。

图8.5 不同媒体对带宽的要求

（2）延时抖动。网络传输延时的变化称为网络的延时抖动（Delay jitter）。度量延时抖动的方法有多种，其中一种是用在一段时间内（例如一次会话过程中）最长和最短的传输延时之差来表示。

产生延时抖动可能有如下的一些原因：

① 传输系统引起的延时抖动，例如符号间的相互干扰，振荡器的相位噪声，金属导体中传播延时随温度的变化等。所引起的抖动称为物理抖动，其幅度一般只在微秒量级，甚至于更小。

② 对于电路交换的网络（如 N-ISDN），只存在物理抖动。在本地网之内，抖动在毫微秒量级；对于远距离跨越多个传输网络的链接，抖动在微秒的量级。

③ 对于共享传输介质的局域网（如以太网、令牌环、或FDDI）来说，延时抖动主要来源于介质访问时间（Medium access time）的变化，终端准备好欲发送的信息之后，还必须等到共享的传输介质空闲时，才能真正进行信息的发送，这段等待时间就称为介质访问时间。

④ 对于广域的分组网络（如X.25、IP、或帧中继网），延时抖动的主要来源是流量控制的等待时间（终端等待网络准备好接收数据的时间）和存储转发机制中由于节点拥塞而产生的排队延时变化。

延时抖动将破坏多媒体的同步，从而影响音频和信号的播放质量。例如，声音样值间隔的变化会使声音产生断续或变调的感觉；图像各帧的显示时间的不同也会使人感到图像停顿或跳动。