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视频技术的发展趋势 (1)

我爱方案网| 视频技术,发展趋势| 2010-11-14
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随着计算机技术和微电子技术的不断进步,视频处理技术与应用技术有了很大的发展,而通信网的巨大发展,也为视频技术的高速发展带来了机遇。在通信网中,无论是有线技术还是无线技术都在朝着宽带化和IP化方向发展,而宽带化的网络最重要的特征就是能够充分地支持多媒体业务,主要就是支持不同速率、不同质量的视频业务。而通信网协议IP化的发展,也对实时性要求较高的视频应用提出了新的要求。本文将从信源压缩技术、多媒体系统通信协议、宽带网络技术以及多媒体运营系统等方面探讨视频技术未来发展的趋势。

一、视频信源压缩编码标准

  在多媒体应用中,视频数据量方面可压缩的信息量最多,而压缩处理后的视频质量的高低是决定多媒体服务质量好坏的主要因素,因此视频技术是多媒体应用的核心技术。在学术和应用领域许多人都在致力于视频压缩技术的研究,并且制订了几个标准,如:ITU-T H.261,H.263和ISO/IEC的 MPEG-1和MPEG-2。这些标准覆盖了很大的视频速率范围和应用领域,支持不同速率、不同的图像质量要求等条件的视频业务,能够满足包括电视会议、视频电子邮件、可视电话、广播级视频应用等不同要求的服务。随着视频应用需求的不断发展,视频压缩技术也有了很大的提高,新出现的压缩标准有了更高的压缩效率(在相同的图像质量下需要更低的传送码率或在相同的传输速率提供质量更好的图像),同时支持不同的传输速率以适应不同的传送网络。  在目前已经大量应用的压缩标准中,MPEG-1和MPEG-2是面向广播级或准广播级应用的。MPEG-1标准主要是为了视频存贮媒体如VCD而制定,该标准能够适应变码流的处理,其主要目的是在1~1.5Mbit/s的情况下,提供30帧CIF (352×288) VHS的质量的图像。MPEG-1 的实时编码通常需要硬件才能完成,解码可以用软件来完成。MPEG-1 不能提供分级图像编码,也不能在丢包率高的情况下应用。

  MPEG-2 标准扩展了MPEG-1标准,能够支持高分辩率图像和声音。目标码率是 在3~15Mbit/s传输速率条件下提供广播级的图像,而且能够提供SNR、时间、空间三种分级编码。该标准应用于卫星广播时,在当前的一个模拟信道中,不牺牲质量的情况下能提供5路数字的编码节目。

  H.261与H.263标准主要面向于低码率的视频应用,如可视电话和会议电视。H.261是最早出现的视频编码标准,它的输出码率是64kbit/s的倍数。 H.261主要是为了ISDN的会议电视和可视电话的应用。H.261所需要的计算量能够显著下降。这种算法通过均衡图像质量和运动来优化带宽,所以图像快速运功时质量会下降。H.261的输出速率是恒定的,而图像质量非恒定。

  H.263是为了支持低速率的通信而制定的标准,但希望能够适应较大的动态范围,而不仅限于低码率,而且能取代H.261。H.263能适应误码率高的信道具备容错的能力。

  由于公用电话网(PSTN)和无线网络上的传输速率仍然很有限,而且误码率高,上述的标准不能满足这类高压缩效率和强信道冗错能力的应用要求。针对以上压缩算法的不足,目前出现了一些新的压缩标准,如H263+和MPEG-4标准。H263+以及后来的H263++、H26L能很好地解决低码率视频应用问题,它们在提高编码压缩效率的同时,提高码流对高误码率信道的容错能力,而且都是通过选项(option)的形式提供的,方便灵活,且能够兼容本标准的以前版本。H.263 VERSION 2 (或称H263+)是在H.263的基础上以增加编码的可选项的形式改进的,在语法上与H.263兼容,但编码效率有很大提高,适用范围也更大。其主要的应用方向仍是低码流的视频业务,用于PSTN以及无线接入的高误码比的通信环境,因此在H263+中既增加了一些改进编码效率的方法,同时也提高了抗误码性能的能力。由于实现成本较低,H263+标准已经越来越多地被采用。

  MPEG-4标准则是今后一段时间压缩标准的主流。MPEG-4标准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。与其他压缩标准相比,MPEG-4标准在DCT的基础上引入了图像模型的概念从而具有更高的压缩效率。MPEG-4的工作集中于发展MSDL (MPEG-4 Syntactic Description Language)语言。MSDL和Java的思想一样,能够通过下载功能模块部分建立新编解码器。

二、多媒体信息系统通信协议

  目前使用最为广泛且发展前景最好的多媒体业务主要是会议电视、远程教学、远程医疗、可视电话等业务,而实现这一系列业务的核心就是多媒体会议体系标准。ITU-T 的H系列标准是为多媒体会议而制订的,其中包含了视频编解码,语音编解码,复接/解复接等内容。不同的标准组采用了相同的系统框架,其对应的各部分内容也基本相同,主要区别在于为了适应不同网络而设计的包优化和网络接口的定义。目前主要的几个协议组包括H.320 、H.324 和H.323。

  H.320是基于ISDN的视频会议系统,是目前会议电视和可视电话主要采用的协议,也是应用得比较广泛和成功的协议组。 H.320规定了视频和语音编解码的标准、复接、解复接和控制一整套协议。其中有语音的编解码的标准G.711、G.722、G.728、G.729,编码速率8kbit/s~64kbit/s,不同的标准所提供的语音质量不一样。视频编解码标准有H.261、H.263、H.263+,其中复接采用定义到比特的H.221标准,控制部分采用H.242进行终端之间的能力交互。由于ISDN协议是基于电路交换的,其优点是能够保证传输带宽,从而充分保证视频服务的实时性,使传输带宽在目前实际应用中具有更高的商业可操作性。

  H.324是基于PSTN的视频会议系统,同样也规定了视频和语音编解码的标准、复接、解复接和控制一整套协议。其中语音编解码的标准有G.723.1、G.729等,视频编解码标准有H.261、H.263、H.263+,其中复接采用H.223,控制部分采用H.245。自从1996年就有了符合标准的系统,但是因为传输速率很低,视频质量比较差,因而没有很大的发展。但第三代移动通信可能采用H.324系统,这样H.324系统将会有很大的发展。

  H.323是基于IP分组网的视频会议系统,用于分组网络,通常包头是40字节,包大小是1500字节。能够达到一个合理的开销和净荷比。H.323中语音的编解码的标准G.723.1、G.722、G.728、G.729传输速率达8kbit/s~64kbit/s。视频编解码标准有H.261、H.263、H.263+,其中复接采用H.225.0,控制采用H.245,其协议结构如图1所示。由于IP协议不仅已经统治了桌面和通信网络的接入层,而且通信网络的骨干层和汇聚层也越来越多使用IP协议,这使得H.323协议组有了非常旺盛的生命力。实际上,早期的IP电话系统就已经使用了H.323协议组框架,由于IP协议是面向无连接的数据报通信,网络的时延、时延抖动在理论上都没有保证,这增加了H.323在应用中的复杂性,需要网络提供商、视频服务提供商密切地配合并采用更加合理的网络资源分配方案。

三、宽带网络技术的发展

  近几年来,宽带网络技术有了很大的发展。对于视频应用来说,网络发展产生的影响主要在两个方面:一是网络(包括有线网络和无线网络)可以提供更高的接入带宽,这为大规模开展视频服务奠定了基础;二是针对视频服务,在网络建设过程中,尤其是在IP网络建设过程中越来越强调QoS/CoS的概念,使商用化的多媒体应用成为现实。

  有线网络的发展主要体现在接入带宽的不断提高,目前正逐渐成为主流以及有潜力成为未来主流的接入技术,它包括4个方面。

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