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電視電話會議系統

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電視會議系統(TV Conference System/Television Conference System)

目錄

  • 1 電視會議系統
  • 2 電視會議系統的組成
  • 3 電視會議系統的分類
  • 4 電視會議系統的優缺點
  • 5 視頻會議系統的應用領域
  • 6 電視會議系統技術標準的發展
  • 7 電視會議系統的信息壓縮編碼技術
  • 8 相關條目

電視會議系統

  電視會議是利用電視技術和設備通過傳輸通道在兩地或多個地點進行會議的一種通信方式。它將一個會場點的開會人的形象、發言及報告內容用攝像機、麥克風及圖文製作機等設備傳送到另一會場點,同樣本方會場也能收到對方的圖像、語音及圖文信息。這樣,雙方就可以進行交流,增加了臨場感。它是現代電腦技術、通訊技術、網路技術、圖像技術緊密結合的產物。電視會議系統成為近年來發展最迅速的新型業務之一。在國內,電視會議系統於1994年首次在電信網中使用,1995年11月電視會議系統正式投入商用;近幾年來隨著廣電、鐵路等網路的開通,電視會議系統的應用更加廣泛。

電視會議系統的組成

  電視會議是兩地或多地點間的雙向通信,它不僅傳送語音、數據,而且還傳送實時的活動圖像,但由於活動圖像是連續的數據流

,多個通道間不能直接連接,否則來自不同地方的圖像將重疊在一起,無法分辨。因此一個完整的電視會議網,不僅有電視會議系統、傳輸網路,而且應設置多點控制設備(MCU),以進行圖像的切換、語音的混合切換及數據的分流。電視會議系統由網路、終端、多點控制單元三部分組成,具體如下:

  电视会议系统架构

   1. 網路

  傳輸網路是電視會議信息傳輸的通道,目前電視會議業務可以在多種通信網路中展開,例如:SDH數字通信網、ISDN(綜合數字業務網)、LAN(區域網)、Internet、ATM、DDN(數字數據網)、PSTN(公共交換電信網)等等,其傳輸介質可以採用光纜、電纜、微波以及衛星等數字通道,或者其他類型的傳輸通道,在用戶接入網範圍內,可以使用HDSL(高速數字用戶線路)、ADSL(非對稱數字用戶線路)、HFC網路等設備進行傳輸。當前,我國的電視會議主要在廣電網和電信網中召開。

  2.終端設備

  終端設備指用戶在召開電視會議時所用的終端設施的總合,它由視頻、音頻的輸入、輸出設備和介面電路二部分組成:

  (1)視頻、音頻的輸入、輸出設備

  視、音頻(A、V)的輸入設備基本為攝像機和麥克風,攝像機為數字攝像機,根據會場的規模1台到3台,視頻信號同麥克風的聲音信號經視音頻分配器和視音頻切換器,接入介面電路。

  (2)介面電路

  介面電路根據網路中傳輸的信號不同而有很大差異,當網路傳輸數字信號時,介面電路就是編碼器和解碼器:當網路傳輸調頻.調幅模塊信號時,介面電路就是調頻、調幅光發射機和光接收機。

  3.多點控制單元(MCU Multipoint Control Unit)

  電視會議業務是一種多點之間雙向通信業務,限於目前的網路,多點間電視會議信號的切換必須用專用的設備多點控制單元MCU來完成。MCU是整個會議電視網的控制中心。MCU在一個會議電視網中可以有多個,但並不是無限增加的,也不是任意連接的,應根據相應的國際標準和傳輸控制協議。

  MCU和終端的連接網呈星形狀態,通常放置在星形網路的中心處,即參加會議的各個終端都以雙向通信的方式和 MCU相連接,由於 MCU埠數是有一定限制的,因此,在遇到會議點特別多的情況時,可以級連多個MCU來使用,但同一級級連一般不多於2級

  處在上面的一層的MCU是上層MCU,處在下層的 MCU為從 MCU,從MCU受控於上層MCU。在電信網中,MCU是專用設備,它主要對圖像、聲音和通道進行不同的處理,進行切換、控制。在廣電網中;MCU主要有視音頻分配器和視音頻切換器,對會場的視、音頻進行直接切換.控制。

電視會議系統的分類

  根據電視會議系統利用的傳輸網路不同,電視會議系統分成基於窄帶ISDN的電視會議系統(H.320)、基於PSTN的電視會議系統(H.324)、基於IP網路的電視會議系統(H.323 v2)以及基於ATM網路的電視會議系統(H.321)。下麵就對H.320,H.324, H.323 v2三種進行簡要的介紹:

  1.基於窄帶ISDN的電視會議系統(H.320)

  基於窄帶的ISDN的電視會議系統符合ITU-T的H.320 建議。其使用帶寬為N×64kbps(N取1~30),它是目前使用較多的電視會議系統。該類型產品可以利用數字傳輸網、DDN、ISDN等網路,目前國內普遍使用數字傳輸網的形式,部分單位使用由DDN組成的網,採用ISDN形式的終端其速率一般較低,但是在384kbps的帶寬下可以以合理的成本提供高質量的音頻和視頻信號。

  基於窄帶的ISDN的電視會議系統其視頻編碼採用H.261建議(部分產品支持H.263以及H.263+),該種編碼方案是採用基於圖像塊的方式進行編碼的,採用幀間預測和幀內預測編碼混合的混合編碼,利用DCT變換、運動估計和補償等技術來減少預測誤差,提高系統的壓縮比。

  該類型系統的語音編碼採用ITU-T的G.711、G.722或者G.728,能夠提供較好的音質,其圖像格式主要採用CIF(中間圖像格式),該格式解析度為352×288,其幀速率一般為29.97。數據共用的功能是利用T.120建議來實現的,通過外接的電腦,可以利用電視會議系統的傳輸網路實現文件的傳送、電子白板以及桌面共用功能。

  基於窄帶ISDN的電視會議系統是基於電路交換的,它能夠提供服務質量(QoS)保證,可靠性高,而且目前有大量用戶安裝使用,儘管其通訊成本相對於現有的其他方式略顯昂貴,仍然會得到發展。

  2.基於PSTN的電視會議系統(H.324)

  基於PSTN的電視會議系統符合ITU-T的H.324建議,H.324建議類似H.320建議,它提供了在64k帶寬下的可視電話的規範,其編解碼採用更適合低碼率的H.263建議(或H.263+建議),能夠在該碼率下得到比H.261編碼更好的圖像效果。音頻壓縮則採用ITU-T的 G.723.1建議,其碼率為5.3kbps或6.4kbps。

  高昂的成本一直是可視電話普及的一個障礙,隨著寬頻互聯網和電腦處理能力的大幅度提高,該種應用目標最終會由軟體進行編解碼來代替。由於採用H.324建議能夠利用普通的公眾電話網提供圖像和語音信息,目前該項技術也應用於遠程監控系統中。

   3. 基於IP網路的電視會議系統(H.323v2)

  基於IP網路的電視會議系統符合ITU-T的H.323 v2建議,它採用LAN或者Internet作為通信網路,由於電腦網路的迅速發展,使得Internet網路已經成為僅次於PSTN的第2大網,而且 IP網路可能最終統一各種網路。由於基於IP網路的電視會議系統初始建設成本較低,使用成本亦較低,可以充分利用目前存在的網路,而且由於基於H.323 v2的系統採用電腦作為其承載,可以和其它媒體在電腦中進行混合,功能多,控制靈活,因而得到了很大的發展,正成為會議電視的主流。

  根據H.323 v2建議,基於IP網路的電視會議系統由會議終端、網關(gateway)、網閘(gatekeeper)、IP網路以及多點控制單元組成。

  在H.323 v2建議中,採用的圖像編解碼格式有H.261、H.263、H263+。H.263以及H.263+能夠對圖像提供更大的壓縮速率,能夠在低碼率下提供比H.261更好的圖像質量,因而更適合IP網路應用

  音頻編碼格式必須兼容G.711語音編碼,另外也可以選擇使用G.722、G.723.1,G.728,G.729或MPEG-1的語音編碼標準。

  基於IP網路的電視會議系統採用了分組交換技術,因為分組交換不保障有序性和固定延時,因而不能保證有固定的延時和帶寬。為了較好解決實時通信的業務質量,採用了UDP/IP、RTP、RTCP以及RSVP等協議.

  隨著技術的發展,特別是寬頻通訊的日益普及,會議電視的應用越來越廣泛,對其視頻音頻質量、數據共用、靈活性以及易用性、可*性和易管理性的要求越來越嚴格隨著電視會議系統的逐步應用,電視會議系統正朝著樣式多樣化、功能全、應用廣泛、寬頻高清晰等方向發展。電視會議系統的功能將比現在更齊全,更加利於人的使用,而且可將其應用於遠程教育,遠程醫療,遠程協作等。在未來發展中,電視會議必將同廣播電視融為一體,形成一個巨大的以傳輸網為基礎的圖像通信的綜合體,隨著技術的提高,成本不斷降低,運營費用也隨之降低,電視會議將成為未來通信的熱點。

電視會議系統的優缺點

  • 電視會議系統的優點

  有專門的會議室,從某種角度看,它更象一個真正的會議系統,所以又可稱之為Room-based會議系統。

  大都使用專用設備,如專用的電視攝像機、麥克風、白板系統,租用的高帶寬的專用線路,專用的多點控制單元(MCU),所有電視會議系統有更好的實時視頻率、音頻效果,也就有更好的臨場感。

  由於有專用的會議室和會議控制設備,可以提供強有力的會議控制。

  • 電視會議系統的缺點

  由於用的是專用設備,所以價格相對要昂貴得多,而且設備除會議之外的通用性較差。

  由於使用會議室,受到人數、地理位置的限制。

  創建一套電視會議系統比創建一個電腦會議系統苦難得多,還需要專人維護、不如電腦系統靈活。

視頻會議系統的應用領域

  • 遠程商務會議應用———視訊業務最普遍最廣泛的應用,適用於一些大型集團公司、外商獨資企業等在商務活動猛增的情況下,逐步利用視訊會議方式組織部分商務談判、業務管理和遠程公司內部會議。
  • 遠程教育應用 ———利用視訊會議開展教學活動,使更多、更大範圍的學生能夠聆聽優秀教師的教學,在美國、歐洲較為流行,許多大學建有其遠程教育網路,數百萬學生通過交互視訊會議系統接受教育。另外,遠程培訓在各大企業也越來越受到關註。
  • 遠程醫療應用 ———利用視訊業務實現中心醫院與基層醫院就疑難病癥進行會診、指導治療與護理、對基層醫務人員的醫學培訓等等。高質量的視訊業務使醫生、護士在不同地方同時協同工作成為可能。遠程醫療對於一些中小醫院有著重要的意義,可以得到大醫院的醫學專家的咨詢和會診。
  • 項目協同工作應用 ———也是進行遠程項目管理的非常好的工具,突出特點是資源共用。項目組的成員能進行遠程協作,使地理上分開的工作組以更高的速率和靈活性以電子方式組織起來。許多美國大公司與其分公司間通過數字鏈路,利用桌面視訊會議,實現整個公司的辦公自動化,相關人員可以在屏幕上共同修改文本、圖表。
  • 政府行政會議應用 ———我國幅員遼闊,各級政府會議頻繁,視訊會議系統是一種現代化召開會議的多快好省的方法,它可使上級文件內容即時下達,使下級與會者面對面地討論和深刻領會上級精神,使上級指示及時得到貫徹執行。運營商用視訊業務的條件。

  而這樣的勢頭只會越來越強勁。國內外大型網路運營商對網路環境的建設和改造;ISDN、DDN、VPN、xDSL、ATM等技術的應用和推廣;視音頻編解碼技術趨於成熟;公眾對網路會議認知度的不斷提高等等因素正在讓視頻會議系統逐漸走入“平民化”的道路。而H.323(IP視頻及語言通訊網路)、 H.324(3G及PSTN視頻通訊)以及T.120(數據會議)等等標準協議也將會在IP技術以及IP網路迅猛發展的帶動下悄悄的主流化。

電視會議系統技術標準的發展

  1990年原 CCITT(原國際電報電話咨詢委員會,即現在的ITU-T,國際電信聯盟)通過了電視會議、可視電話的H.0261建議以及後來的H.320系列標準,對電視會議的各種技術標準作了完整的規定,為各種產品的國際互通提供了保證。

   H.261標準是用於電視電話和電視會議。H.261編解碼器採用基於像素塊的編解碼方法,採用DCT變換與量化,運動估計和補償等措施可以在較低碼率下提供一定質量的圖像。

  隨後的H.263標準在低碼率下能夠提供比H.261更好的圖像效果,為了進一步提高壓縮比,H.263中採用了更複雜的二維預測,而且利用半像素精度,以提高預測誤差的精度,另外H.263還提出了4種有效的壓縮編碼方法供選用。

  1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建議的第2版,它提供了12個新的可協商模式和其他特征,進一步提高了壓縮編碼性能。如 H.263只有5種視頻源格式,H.263+允許使用更多的源格式,圖像時鐘頻率也有多種選擇,拓寬應用範圍;另一重要的改進是可擴展性,它允許多顯示率、多速率及多解析度,增強了視頻信息在易誤碼、易丟包異構網路環境下的傳輸。另外,H.263+對H.263中的不受限運動矢量模式進行了改進,加上12個新增的可選模式,不僅提高了編碼性能,而且增強了應用的靈活性。

  目前國內的電視會議系統主要是基於H.320的系統,這種系統能夠在384kbps的帶寬下以合理的成本提供高質量的音頻和視頻信號。由於互聯網的迅速發展,近年來基於H.323標準的系統得到了很大的發展,正發展成電視會議的主流技術。

  隨著寬頻網路的普及以及對更高質量的圖像和語音質量的要求,目前已經出現了採用MPEG-2的電視會議系統。MPEG-2和H.261都屬於經典的基於像素的壓縮編碼方案。

  MPEG-2是數字視頻壓縮的重要標準,它通過使用離散餘弦變換和運動補償,對運動圖像從空間和時間上進行壓縮編碼,使得編碼後的位流適合於傳輸、通信、存儲、編輯等方面的要求。採用MPEG-2編碼方案圖像解析度是傳統H.261會議電視的4倍,能夠得到廣播級的圖像和語音,但是需要更加寬的帶寬,而且系統的成本比較高昂。

  MPEG-4標準既能夠支持碼率低於64kbit/s的視頻應用,也能夠支持廣播級的視頻應用。與其他壓縮標準相比,MPEG-4標準在DCT的基礎上引入了圖像模型的概念從而具有更高的壓縮效率。在傳統電視會議的帶寬下,圖像達到500線以上的解析度,充分滿足了對圖像有高質量要求的用戶需求。

  隨著基於IP網路的會議電視的發展,針對目前的實際需要,目前已經有部分公司推出了採用流媒體技術的電視會議系統,該類系統類似於目前的Real、 Quicktime、ASF等形式,但它突出交流的方便,而不是單方面的廣播。

電視會議系統的信息壓縮編碼技術

  圖像、聲音採用模擬信號傳輸時占用頻帶寬,遠距離傳輸難,因此必須採用數字信號傳輸;但視、音頻信號數字化後數據率很高,直接用於電視會議顯然不可取,必須採用信息壓縮編碼技術。壓縮編碼包括信源編碼和通道編碼。

  1.信源編碼

  信源編碼包括視頻壓縮編碼和語音壓縮編碼。

  視頻壓縮編碼有以下幾種方式:

  (1)差值脈衝編碼

  在連續變化的圖像中,相鄰幀間的相應位置的變化很小,即前後幀間相應像素之差為零或差值小的概率大,差值大的概率小。差值脈衝編碼 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)這一原理.髮端將當前幀和前一幀相關樣值相減所得差值經量化後進行傳輸。接收端將收到差值同前一幀相關樣值相加得當前幀樣值,由於差值小幅度出現的概率大,總碼率將減小。

  (2)預測編碼

  預測編碼(Predictiv Coding)不僅利用前後樣值的相關性,同時也利用其它行、其它幀的象素的相關性.用更接近當前樣值的預測值與當前樣值相減,小幅度樣值的概率會進一步增加。JPEG是典型的幀內編碼方案,主要用於靜止圖像;用到前後幀像素的處理稱為幀間編碼,MPEG是幀間編碼;主要用於對運動圖像的處理。

  (3)變換編碼

  變換編碼(Transform Coding)用一種符合圖像本身內在特性的變換,把原來的圖像樣值變成一個更利於進行統計編碼的新序列,提高效率的編碼方法。當前常用的變換編碼是 DCT(Disciete Cosine Transform)即離散餘弦變換,DCT是先將整體分成N×N像塊逐一進行DCT變換。由於大多數圖象的高頻分量較少,相應於圖像高頻成分的繫數經常為零加上人眼對高頻成分的失真不太敏感,所以可用更粗的量化,因此傳送變換繫數所用的數位率要大大小於傳送圖像象素所用的數位率。

  (4)量化,之字型讀出和游程編碼

  量化;根據人眼對低頻分量敏感,對高頻分量不太敏感的生理特點,對DCT變換後繫數的低頻分量採用較細量化,高頻分量採用較粗量化,這樣會使大多數高頻分量的繫數為零。

  之字型讀出:讀出數據時,按之字的形態讀出。由於經DCT變換以後,繫數大多數集中於左上角,即低頻分量區,因此之字型讀出是按二維頻率的高低順序讀出繫數的,這就為游程長度編碼創造條件。

  游程長度編碼(RunLengrt Encoding):指一個碼可同時表示碼的值和前面有幾個零,這樣就可以把之字型讀出的優點顯示出來。因為之字型讀出在大多數情況下出現連零的機會比較多,尤其在最後,如果都是零,在讀到最後一個數後,只要給出“塊結束”(EOB)碼,就可以結束輸出,節省碼率。

  (5)霍夫曼編碼

  霍夫曼編碼(Huffman)是可變字長編碼的一種,對概率大的符號給短碼,對概率小的符號給長碼。具體方法。先按出現的概率大小排隊,把兩個最小的概率相加,作為新的概率和剩餘的概率重新排隊,再把最小的兩個概率相加,再重新排隊,直到最後變成1。霍夫曼編碼的另一個好處是,任何短碼都不會是長碼的起始部分,這樣就可以把各碼字直接相連而不需要增加其它形式的間隔。

  (6)運動估值和運動補償

  運動估值和運動補償是MPEG-2的一大特點。實際上,圖像數據的多餘成份大多在時間方向。例如;一秒的靜止圖像相當於25幀相同的圖像,即使是活動圖像,許多情況也只是很少一部分圖像在運動,因此只要對活動部分進行編碼即可。進一步說,即使有大範圍的活動部分,前後幀儘管有很大的區別,但移動物體本身大多數情況下是相同的,只要知道移動物體具體移動了多少,就可以在前一幀找到相應圖像的內容,這時只要傳送相應圖像內容不同的部分就可以了。找到圖像中某一部分運動多少的過程稱為運動補償。

  一般說來,語音信息比圖像信息要少的多,但和文本信息比。仍然顯得比較龐大,必須對它進行壓縮處理。語音壓縮編碼有如下幾種形式:

  (1)波形壓縮

  對數PCM:對出現概率大的小幅度信號採用量化步長小,出現概率小的大幅度信號採用量化步長大,輸入、輸出信號吳對數特性。

  自適應差分(ADPCM):其原理同差值編碼和預測編碼相類似。

  子帶分割:對音頻信號用正交鏡像濾波器(QMF)分成高子帶(4kHz-7kHz)和低於帶(okH-4kHZ)兩部分,分別進行ADPCM編碼,再送到混合器混合;形成輸出碼流輸出。

  (2)參數壓縮

  根據語音產生的機理,對發音模型的有關參數進行編碼,其中常用的是線性預測編碼(LPC)。

  (3)混合壓縮法

  波形壓縮法音質差,LPC簡單,但合成語音波形同原語音波形差別較大,因此將波形壓縮法同參數壓縮法有機結合,這樣合成後的語音質量得到改善,這種壓縮法叫混合壓縮法。

  2.通道編碼

  當數據在通道上傳輸時.由於傳輸通道特性不理想;以及外界的電磁干擾,會使所傳的碼流產生誤碼,通道編碼的主要目的就是要設法檢測並糾正這一類誤碼。在電視會議系統中,通道編碼主要是指差錯控制編碼,它包括自動請求重發(ARQ),前向糾錯(FEC),混合糾錯(HEC)(前二種方式的結合),其中常用的是前向糾錯。前向糾錯主要有三種:

  (1)奇偶校驗碼

  字元最後一位為校驗位,使總的比特模2和為“1”,採用1個校驗只能發現1個錯誤比特,如果有兩個或兩個以上的比特發生錯誤,奇偶校驗位就不能保證可以發現了。

  (2)漢明碼

  以(7,4)漢明碼為例,其中4位為信息碼元,3位為校驗碼元,校驗碼元由信息碼元電腦給出;它可糾正1位錯誤或者檢測兩位誤碼。

  (3)迴圈碼

  在迴圈碼的碼字集合中,任兩個碼字的模2和必定為該集合中的一個碼字;而且任一碼字迴圈以後,仍為該碼集合中的一員。迴圈碼具有迴圈性和封閉性,具有較強的檢測、糾錯能力。

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