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新消息丨什么是寬帶網傳統網絡的局限介紹

2023-02-23 17:01:05來源：互聯網

　　寬帶網(多媒體),什么是寬帶網(多媒體)

　　網絡從信息傳輸帶寬或傳輸介質來分：基帶網、寬帶網。

(資料圖片)

　　基帶網的傳輸介質用雙絞線、扁平電纜或同軸電纜，數據傳輸率在10Mbps以下。以太網就是一種基帶網，它采用基帶傳輸技術。

　　寬帶網采用受保護的同軸電纜，數據傳輸率可高達400Mbps。常見的寬帶網有PC網等。

　　數字技術的進步推動了視頻信號的數字化，使文本、聲音、圖形、圖像等各種形式單獨存在的單媒體(Mono-media)信號以數字的形式、按照一定的邏輯關系融合成多媒體(Multimedia)信號，如圖1所示。視頻信號的數字化不僅為多媒體的產生提供了土壤，而且促進了碼率壓縮技術的發展。

　　碼率壓縮技術使多媒體應用變為現實，即多媒體真正成為表示、重現、存儲、傳遞和處理文本、聲音、圖形、圖像信息的技術。多媒體只能解決信息的表示問題，只有網絡才能解決信息的獲取和共享問題。因此，只有將多媒體與網絡結合。成一體，才能充分表示和利用信息。這個網絡就是多媒體寬帶網。因為隨著用戶要求通過網絡提供多媒體信號服務，出現了多媒體網廣播(Web-cast)電視形態，即不僅有一點對多點的單向廣播信號，而且有點對點的雙向窄播信號。顯然，多媒體廣播需要寬帶網作為傳輸載體。為此，本文以多媒體網的要求、傳統網絡的局限及三網融合的進展為題，對多媒體寬帶網進行了展望。

　　多媒體信息流中的數字視頻、數字音頻數據量巨大，要求多媒體系統應具有足夠大的存儲空間，如符合ITU-R601標準的PAL制電視信號.

　　其傳輸率為 25(f/s)Χ625(l/f)Χ720(d/l)Χ8(b/d)Χ3(c)=270Mbp 相當于270Mbps/64kbps = 4219路電話通道。在這樣的傳輸率下，一條按2.5Gbps規劃的干線只能傳2.5Gbps/270Mbps = 9個頻道的電視節目。在不完全壓縮的條件下，要進行HDTV廣播，需要數字視頻帶寬為8(b/f)Χ1920(p/l)Χ1080(l/f)Χ30(f/s)Χ1.5(t) = 746(Mbps);就是傳送一路視頻電話也需要8(b/f)X128(p/l)X112(l/f) X3030(f/s)X1.5 (t)= 5.2 Mbps數字帶寬。

　　因此，數字化后的視頻需要進一步壓縮碼率，才能在寬帶網上傳送。壓縮有兩種途徑：其一是利用人類眼睛的視覺特性進行壓縮。人的眼睛含有對亮度敏感的柱狀體細胞1.8億個，含有對色彩敏感的錐狀體細胞8百萬個，由于柱狀體細胞數量遠大于錐狀體細胞的數量，故眼睛對亮度的敏感程度要大于對色彩的敏感程度，據此可以將亮度和色彩分別編碼，使圖像的取樣格式由4：4：4向4：2：2變化或向4：1：1(或4：2：0)變化，PAL制圖像傳輸率相應地由270Mbps向180Mbps變化或向135Mbps變化，降低了色彩的數據量。

　　其二是利用圖像的統計特性進行壓縮。利用離散余弦變換(DCT)消除空間冗余度;利用游程長度編碼(RLC)、可變長度編碼(VLC)降低熵;利用運動預測補償消除運動圖像相鄰幀之間的重復信息，壓縮了時間冗余度。如，HDTV的壓縮視頻數字帶寬為15~ 25Mbps，是數字視頻帶寬746Mbps作50：1~30：1壓縮之后的結果,例如圖2所示的SDTV和HDTV視頻壓縮過程示意圖;廣播電視壓縮數字視頻帶寬為2~15Mbps,是數字視頻帶寬124Mbps作62：1~8.2：1壓縮之后的結果。根據目前對有線電視干線網以2.5Gbps作規劃，并以省際超干線和省內干線的廣播級圖像節目頻道不會超過20路的估計值為基點進行估算，設每路視頻數字帶寬為6Mbps,可以計算出干線網圖像信號數據量為 20(Channel)Χ6(Mbps) = 120Mbps 可見，廣播級圖像數據業務量僅占系統總容量的120Mbps/2.5Gbps = 4.8%。以娛其余95%的容量將留給新開發的話音，如傳統的話音或IP話音;新開發的數據，如提供專線租用業務和 Internet干線連接等數據業務;非廣播式圖像業務，如影視點播、遠程教學和遠程醫療。這表明，多媒體干線網不僅要有傳輸幾十套廣播式節目的能力，而且同時具有十幾倍于傳輸廣播式圖像業務的傳輸話音、數據和非廣播圖像業務的能力，使傳統的、樂節目為主的、一點對多點的廣播電視網轉變為點對點和一點對多點的綜合信息服務寬帶網。不僅如此，為了無損失地傳播這些信息，要求采用具有實時處理能力的、多處理機協同工作的多計算機處理系統，各個計算機之間要用高速運行的寬帶網絡相連。而這種高速寬帶網絡必須適合于傳送數字廣播音頻、數字影視視頻、數字計算機數據及通信話音，這就要求將目前的廣播電視網、計算機網和電信網融合在一起。

　　2.傳統網絡的局限

　　融合是對三網而言的，如果原來不存在三網，融合也就失去了對象。正因為三網是一個客觀存在，所以融合也就成了必須要解決的問題。要想準確地找到融合點，就要研究傳統網絡存在的問題。

　　(1)電信網：自從1835年莫爾斯發明電報和1876年貝爾發明電話以來，電信網經歷了電話網、綜合數字網(IDN-Integrated Digital Network)、公用數據網(PDN)、增值通信網(VAN-Value Added Network)、綜合業務網(ISN-Integrated Services Network)、綜合業務數字網(ISDN- Integrated Services Digital Network)的發展歷程。由信道獨占、電路交換方式傳輸模擬信號的通信系統，發展成以數字技術為平臺、以電路交換和分組交換為提供業務模式、由IDN 和ISN組合成的窄帶綜合業務數字網(N-ISDN)，并于1984年建立了實驗網，最高傳輸碼率由28.8kbps發展到1.984Mbps。N-ISDN有如表3所示的基本速率和基群速率兩種用戶網絡接口。用戶網絡接口由B信道和D信道兩部分組成，其中B信道用于傳輸標準數字電話及其它電信業務，D信道用于傳輸控制信息，其用戶網絡接口結構可概括為nB+D的形式，n=2時是基本速率接口，如n=2,B=64kbps,D=16kbps,總數據量為nB+D=2X64+16=144kbps;n=23,30時是基群速率接口,總數據量為23B+D,30B+D。由上述可知，盡管電信網在國際上已經成為具有近8億用戶的第二大網，中國電信網用戶近一億，在國際電信網中排行第二位，但由于其信道帶寬和網絡傳輸速度不符合廣播影視多媒體要求，現行電信網還不具備獨立承擔傳輸廣播影視多媒體信息的資格(將來全數字寬頻網絡系統3DDS變成現實之后，可在一根電話線上得到6Mbps的接入帶寬，再另作別論)。

　　電信網需要脫胎換骨的改造，才能勝任傳輸廣播影視多媒體任務。這可以從表4看到，對非壓縮視頻速率應在100Mbps以上，如傳輸一幅PAL制彩色電視圖像需要速率為216Mbps。而電信N-ISDN的最高速率為2.048Mbp,根本無法滿足傳輸影視多媒體的要求。原因是：電信網的發展始終圍繞著提高通信質量、擴展服務項目、改進使用網絡的方便性進行的，其本來的目的并不是為了提供多媒體服務。例如，電信網采用了電路交換和分組交換兩種方式，電路交換延遲時間短，實時性強，但不滿足多媒體通道共享的要求，因為這種交換方式占用了專用通道;分組交換方式采用了標準的分組交換通信協議(Protocol-即為保證兩個終端設備間通信而規定的信息表示形式及必要的控制規程)X.25，將廣域網相互連接起來，但由于其延遲時間長，實時性差，分組包間延遲(最大時滯)超過10個ms時，語音將不連續，傳輸圖像時分組包的丟失會使其出現"黑塊效應", 這也不符合影視多媒體對動態媒體的要求。所以，電信網是自覺于通信而自發于多媒體的通信網，它遇到影視多媒體，是一個成熟的通信網遇到了一個不成熟的新問題，拿不起也放不下，只有將適合于通信的網絡、協議、軟件向適應于影視多媒體所需要的方向改造才是唯一的出路。為了適應影視多媒體大數據量、強實時、單媒體間密切關聯的時空約束、數據分布性等特點，對多媒體通信網進行了研究實驗，采用了"電話網+多媒體"的發展路線。顯然，電話網設計的出發點是傳輸窄帶模擬話音信號，傳送數字信號時，要通過調制解調器。

標簽：電子電路電子電路圖