视讯技术的发展前景及其应用

现代教育装备网    2004-2-27 13:53:00

  
    信息技术及未来社会的信息化
    
    21世纪是信息化的时代，在这个时代，整个社会将由工业化社会转变为信息化社会，由物质型经济向信息化型经济转变，这一转变将对经济和社会发展产生巨大而深远的影响。到底什么是信息化？当前大多数人对信息化有一个误解，认为计算机加数据库的应用便是信息化了。通俗地讲，信息化是发展和应用现代信息技术，去改造和装备国民经济各个部门（政府机关、学校、医院等等），占领社会活动的各个领域（企业、团体等）直至千千万万个家庭，以使它们在信息化社会即信息高速公路（下一代internet网）上实现高质量生活、高效率的工作、科研，甚至娱乐等。
    
    什么是信息技术，信息技术包含多媒体视讯技术、pc技术以及宽带通信网络技术，这三方面的技术都是建立在一个远程信息传递的前提之下。通常泛指的多媒体是指使声音、文字、图像（活动图像）图形（静止图像）等感觉媒体有机地结合成的信息的表现形式，而多媒体通信业务是用户进行一次呼叫建立的业务，也即同时进行的图像、语音或数据等媒体传输的通信业务。多媒体业务中的视讯信息（图像媒体），是内容丰富且又最为直观的媒体介质，可以说是主流媒体介质。视讯技术是信息数字化后再经编码压缩处理，使得在远程传送时比模拟化图像占用更少网络带宽的技术。视讯技术的应用离不开语音和图像的相辅相成，因此视讯业务往往又被称为视听业务。人们常提到的会议电视、远程教育、远程监控、vod（视频点播）等等都离不开视频及语音媒体的传送，这些应用都属于视听业务。
    
    随着信息技术的迅猛发展，信息传送将会经历四个发展阶段，即由最早的语音传送阶段到目前的文本信息（例如：e-mail)传送阶段,再到当前正进入的多媒体信息传送阶段，最终将实现虚拟现实信息传送阶段，诸如虚拟会议电视（几方举行远程电视会议时，任一方都会感受到如同在一个房间召开的圆桌会议一样）以及网上虚拟购物等。应该说，将来更多的信息传送是多媒体信息与虚拟信息应用的传送。
    
    根据国际权威的标准化组织ietf(internet工程处小组）预测，21世纪，在下一代internet网上的主要应用大约有以下几个方面的内容。
    
    1.远程操作。主要应用于远程科研、远程教育、远程医疗。
    
    2.虚拟现实可视化。主要应用于战场意识、虚拟航空环境工程。
    
    3.计算。在空气动力学、天文物理学等方面应用广泛。
    
    4.分布式数据和数字图书馆。包括genome数据库、专利记录、 地学空间通信等。
    
    5.协同工作。包括chesapeak bar虚拟环境、材料协作等。
    
    这些应用大部分与视讯技术有关，加强对多媒体视讯业务应用的研究将是推动信息化建设的基础。
    
    视讯技术与业务的发展趋势
    (一) 业务走向
    
    我国视讯业务发展起源于会议电视业务。1993年原邮电部中国邮电电信总局率先构建了由北京到全国36个城市（省会、直辖市、特区等）的“中国公用会议电视骨干网”和从原邮电部到各省电信局的会议电视网，从而推动了某些部委、行业构建自己的会议电视网，这种多方会议的应用在提高机关办事效率、节省大量时间及费用开支以及缓解交通流量等方面起到了积极作用。几年来，一些部委通过“中国公用会议电视骨干网”向下属部门及时地传达中央的方针政策，使得地方经济得到快速增长。北京申办2008年奥运会的时候，中国奥申委常利用“中国公用会议电视骨干网”向位于瑞士洛桑的国际奥委会汇报工作进展情况。中国人民银行天津大区三省一市的36家人民银行组成的会议电视网，自运营以来，节省各项会议经费3000多万元。
    
    就国内而言，上述办公型多方会议电视的应用将占整个会议电视业务市场近70%份额，“９.11”事件以后，这种应用仍持续地增长，使基于会议电视业务的远程教育及企业商务缩减到20%。作为世界上gdp年增长速度最快的国家，我国各行各业（烟草、饮料、医药、家电等）成规模的企业贸易交往、销售、培训、商务会议将大幅度增加，因此我们认为，各行业一方面会以现有会议电视形式实现商务上的应用，另一方面，将会构建视频电子商务业务平台，以实现企业间贸易洽谈与合同签定的电子化和网络信息化。 
    当前，社会信息化的程度已成为体现一个国家现代化水平高低和综合国力的重要标志，而综合国力实力的竞争，其核心是智力的竞争，决策的竞争，是人才开发利用的竞争。人才在于教育，因此我国迫切需要发展现代化的远程教育，以利于将我国的人口负担变为人力资源的优势，这是实现科教兴国，提高综合国力，保持社会经济持续发展的根本要求。值得注意的是，现代化远程教育的核心在于“现代化”，即注重多媒体交互性，这种模式是完全不同于很难保证教学质量的函大。近年来，许多大学开通了远程教育业务，但仅仅是处于起始阶段，各大学“远程教育”还处于各自为政，师源仅限于本校内，没有纳入到不同学校针对一个专业的优秀教师的优化组合的概念上来，多媒体数据通信技术及流媒体技术的应用程度还不够，“规范性”程度也待提高。为使远程教育在更大范围内得到推广，实现“规范化”和“现代化”，有必要由学校、网络运营商、设备厂家联手，且在国家教育权力机构领导下建立起一个智能化的管理平台，这一平台应该包括经营管理、网及网络管理、教学业务及数据库管理，乃至网络的维护、计费、权限管理等。智能化管理平台的建设确保了“远程教育”的“规范性”和“现代化性”，提高了系统的稳定性，增强了呼叫的快速与灵活性，同时也使操作简便，最终保证了教学的优质性，促进“远程教育”走进寻常百姓家。也只有远程教育及数字图书馆进入了千家万户，我国的视讯业务才能形成气候。
    
    (二) 技术走向
    
    (一)mpeg-2编码技术
    
    随着近几年来我国宽带网的发展，尤其是宽带城域网的广泛建设，为我国宽带视讯业务的发展提供了良好的网络环境。用户已经有条件在宽带领域中采用更高品质的视频应用。mpeg-2会议电视系统(8mb/s)可提供优质的图像质量与cd音响效果，除具有h.320会议电视系统所有功能外，速率可在8mb/s与2mb/s之间自适应。也就是系统在4个2mb/s线路上传送音视频信息时，任何一信道严重误码时，会议电视系统传输速率会相应地降为2mb/s、4mb/s或6mb/s,而当信道恢复正常时，其系统传输速率自动升为4mb/s、6mb/s或8mb/s。事实上，mpeg-2会议电视系统的应用早在2000年的江苏省电信网上得到应用，近两年在国家级的“全国会议电视网”，广西省政府网及湖北省电信网上，以及安徽省烟草业、省公安厅、军队的网上均已采用。估计，在采用ｈ.263及mpeg-4视讯压缩芯片的会议电视产品问世以前的几年内，mpeg-2会议电视系统将会占有相当的市场份额。
    
    (二)mpeg-4、mpeg-7、mpeg-21和jpeg2000技术应用前景
    
    1.mpeg-4技术
    为适应多媒体通信发展，iso于1999年制定了适于各种多媒体应用于各种编码比特率(5kb/s~10kb/s)的标准，即mpeg-4版本1标准，该标准至今仍在完善中。原有的h.261、h.263、mpeg-1、mpeg-2等视频编码标准均为第一代标准，它们都是基于图像中宏块和帧进行运动补偿和编码，而mpeg-4为基于“对象”内容进行编码的技术标准，属于第二代编码技术。
    
    mpeg-4提出了一个“以对象”的概念，也就是一个视频段可包含若干个视频对象如前景、后景等，每个视频对象可分割成若干个一致的视频区域，如统一的颜色区域。因此，mpeg-4编码技术可对不同的对象采用不同编码方法，进一步提高了压缩效率，这是第一代编码远不可及的，例如同一容量的视频内容，采用mpeg-2技术存储将需要三张光盘，若采用mpeg-4格式，则只需1张光盘。
    
    mpeg-4最大特点是具有很强的多媒体交互性，即用户可对帧图像中的某一视频对象进行平移、旋转、缩放、剪贴，检索等交互式的操作，尤其在vod（视频点播）中具有很强的实用性，因此在不久的将来，基于mpeg-4的vod业务将取代基于mpeg-2的vod业务。
    
    由于mpeg-4的编码容错功能很强，采用了良好的差错控制方法，因此，在internet网上及无线手机上将得到广泛应用。
    
    mpeg-4技术可以传输处理自然音频信息，也可以传输处理音视频信息，可将同场景内集成自然与人工合成的图像，这对虚拟现实的应用很适合。例如多方远程会议时虚拟成一个合成的会场的场面，网上虚拟购物等。
    
    为适应未来交互式多媒体通信的需要，iso的mpeg-4专家组正在进一步开发后续版本，新版本将大大加快多媒体通信业发展。现已明确，下一代internet网将采用mpeg-4标准，当前，日本东芝、nec、松下电器、ntt、冲电气工业等五家公司提案的互联网上基于rtp协议的mpeg-4动画图案的标准已被itu、ietf、sg-pp三家国际标准化团体所采纳。
    
    2.mpeg-7技术标准
    随着多媒体视讯技术、pc技术、网络技术的快速发展， 人们面临着的将是一个无处不在的多媒体pc机的环境，并在其中创建、索引和检索、视听内容。在数字图书馆、远程教育、远程医疗等领域，需要我们能有效地索引及获得视觉信息内容，mpeg-7标准的制定便提到日程上。
    
    mpeg-7最初的构想是要实现视音频内容如同对文字一样快速的有效检索，目前在www上已有许多文字性的搜索引擎，但无法应用于视音频的内容，而mpeg-7是一个有关对视听内容进行管理的标准。严格地说它不是编码技术的标准，而是对视频信息如何“搜索、检索、过渡、交换”等提供一个标准化的支持，使其“规范化”，快速地去检索视音频内容的标准。
    
    mpeg-7讨论的应用分为三大类，第一类为索引、检索类应用（例如对不同库的索引），第二类是选择和过渡类的应用（如消费者个性化浏览、过渡和搜索），第三类为专业化应用（如远程购物、远程教育、摇感等）。
    
    3.mpeg-21标准
    上述mpeg系列的标准的制定，给人们提出了一个新的问题，在不同网络，不同的视频协议领域，不同地点产品分布情况下，如何使用以统一的方式对多媒体的信息进行交互，如何通过一个综合性的标准对上述内容进行协调，以便用户能广泛地、透明地应用多媒体资源。这时，称为“多媒体框架”的mpeg-21标准被提出。这种考虑将是集中所有涉及到多媒体编码和各种标准，研究它们之间的关系和不同标准之间的互操作性和交互性，以填补不同标准之间的空隙。
    
    4 jpeg2000标准
    jpeg技术标准是有关对静止图像编码压缩技术的一个规范，jpeg2000是对jpeg的更新换代，这是为了适应在低带宽、高噪声环境以及医疗图像、数字图书馆、传真、因特网上服务的需求而制定。
    
    jpeg2000比jpeg要优越，它不再采用dct算法（离散余弦变换），改用以离散变换(dwt)算法为主的多解析编码方法，dwt打破了传统dct的局限性，并以变化局部格式赢得了数字显微镜的美誉，它在高频部分使用短窗，低频部分使用长窗，如同变焦镜头一样，既能看清森林（图像概貌）、又能看清树林（图像或信号细节）。在同样质量前提下，jpeg2000比jpeg压缩比高出10-30％。
    
    (三) h.264编码技术标准
    h.264编码技术是由itu-t视频编码专家组与iso/iec的mpeg专家组联合成立的“联合视频组”(jvt:joint video team)共同开发的新的建议（itu-th.264）。它是在采用经典的混合编码的基本框架上吸取了mpeg－４的长处的视频编码算法，它的特点有以下几点。
    
    1.具有高的编码效率：比起h.263编码节省了50%的比特率。
    
    2.加强对延时的限制及对误码和去色的处理机制，增强解码差错恢复能力。
    
    3.提高了对网络适应性（如对移动和ip网的适应性），采用分层技术，从形式上将编码和信道隔离开来，在源编码过程中考虑信道的特点。
    
    从上述特点可以看出，h.264的制定是在考虑到降低码率获得尽可能更好图像质量的前提下，注重支持集体网络环境下的服务质量(qos)，而对于h.263技术而言，这一点便显得较薄弱。即将定稿的h.264标准，将会在视频通信领域得到广泛的应用。
    
    视讯技术在中国大有前景
    
    当前市场应用较多的视频通信业务仍是会议型的会议电视业务。2001年中共中央办公厅、国务院办公厅多次发出关于进一步精简会议和文件的意见，强调尽可能利用现代化通信和技术手段召开电视电话会议，这为中国视讯市场发展，提供了政策性的推动力，因此会议型的会议电视业务仍将持续稳定的发展，原有会议电视系统应进一步提高其稳定性，确保优质服务，加强新技术的软件升级。同时应充分考虑到国内经济发展速度，注重会议电视在商业方面的应用以及构建视讯电子商务平台的需求性。 远程教育是我国“科教兴国”的重大举措，必须改变各学校“远程教育”的各自为政的状态，逐步纳入到规范化的、具有最高权限的智能化的综合管理平台上来，为“远程教育”与数字图书馆走入家庭创造条件，同时也考虑到高等学历教育与非学历教育，使“远程教育”成为面向成人的大众化教育。（是继续教育和终身教育的一种重要形式）
    
    从基于“像素”的传统编码（第一代编码）到基于“对象”的现代编码，mpeg-4顺应了现代图像编码的发展潮流，在本文所述的特点中，它被认为是未来互联网上多媒体应用的通信平台，因此它将在vod、dvd、视频购物、虚拟会议电视、基于内容的存储和检索多媒体系统、因特网可视游戏、手机等方面得到极大的应用
    
    而基于h.264技术的视讯业务，将会在2mb/s以下速率的会议电视系统中更新h.261、h.263技术的会议电视编码设备，以适应于ip网上的会议电视业务的开放。我们应该深信，新一代视讯技术的发展，将把现代信息技术应用提高到一个新的阶段！
    
   来源：中国多媒体视讯