《多媒体的基本概念.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多媒体的基本概念.pdf（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第1章 概 述1.1 多媒体的基本概念随着计算机技术、通信技术的发展，人类获得信息的途径越来越多，获得信息的形式越来越丰富，信息的获得也越来越方便、快捷。人们对多媒体这个名词越来越熟悉。在日常生活中，人们认为媒体主要有两个涵义：一个是信息的载体，比如声音、图像、动画、文字等；另一个是信息的存储实体，比如磁带、磁盘、光盘等。但是，人们在说到多媒体技术、多媒体计算机时，指的都是第一种涵义。那么，是否还有其他的媒体？各种媒体之间又有何种关系呢？我们可以从国际电信联盟的项建议中得到答案。1.1.1 多媒体及多媒体技术ITU-TI.374将日常生活中媒体的第一个涵义定义为感觉媒体，第二个涵义定义为存储媒
2、体。此外国际电信联盟电信标准部(ITU-TSS)对多媒体进行了定义，并制定了 ITU-TI.374建议。在 ITU-TL374建议中，把媒体分为以下五大类。感 觉 媒 体(Percept沁n M edium)：指能够直接刺激人的感觉器官，使人产生直观感觉的各种媒体。或者说，人类感觉器官能够感觉到的所有刺激都是感觉媒体。比如：人的耳朵能够听到的话音、音乐、噪声等各种声音；人的眼睛能够感受到的光线、颜色、文字、图片、图像等各种有形有色的物体等。感觉媒体包罗万象，存在于人类感觉到的整个世界。显 示 媒 体(Representation M edium)：指感觉媒体与电磁信号之间的转换媒体。显示媒体分
3、为输入显示媒体和输出显示媒体。输入显示媒体主要负责将感觉媒体转换成电磁信号，比如：话筒、键盘、光笔、扫描仪、摄像机等。输出显示媒体主要负责将电磁信号转换成感觉媒体，比如：显示器、打印机、投影仪、音响等。表 示 媒 体(Presentation M edium)：对感觉媒体的抽象描述形成表示媒体。比如声音编码、图像编码等。通过表示媒体，人类的感觉媒体转换成能够利用计算机进行处理、保存、传输的信息载体形式。因此，对表示媒体的研究是多媒体技术的重要内容。存 储 媒 体(Storage M edium)：指存储表示媒体的物理设备，比如磁盘、光盘、磁带等。传 输 媒 体(Transmission M e
4、dium)：指传输表示媒体的物理介质，比如电缆、光缆、电磁波等都是传输媒体。ITU-TI.374建议将感觉媒体传播存储的各种形式都定义成媒体，人类获得和传递信息的过程就是各种媒体转换的过程。以语音通信为例，甲方要将表达的意愿通过电话网传递给乙方，首先甲方将自己的思想以声音这种感觉媒体表达出来，然后通过输入显示媒体将语音转换成电磁信号，程控交换机通过量化、抽样、编码，将电磁信号转换成表示媒体。2网络多媒体应用技术表示媒体通过传输媒体传到乙方，然后再经过相反的过程，通过输出显示媒体还原成语音这种感觉媒体。通过各种媒体的有序转换，甲方的语音传到了乙方的耳朵里，完成了信息的传递。一般信息传递的过程如图
5、1-1所示。图1-1 一般信息传递过程图通常意义的多媒体一般指多种感觉媒体的组合，比如声音、图像、文字、动画等各种感觉媒体的组合。多媒体技术就是利用计算机对多种媒体进行显示表示、存储和传输的技术。其中对多媒体的显示表示就是对多媒体的处理和加工的过程。因此，多媒体技术主要包括多媒体信息处理技术、多媒体存储技术和多媒体通信技术。1.1.2 多媒体技术的特点多媒体技术是利用计算机对声音、图像、文字等多媒体合成体进行处理加工、存储和传输的技术。它具有以下主要特点。1.交互性交互性是多媒体技术的关键特征。它可以更有效地控制和使用信息，增加对信息的理解。众所周知，一般的电视机是声像一体化的、把多种媒体集成
6、在一起的设备。但它不具备交互性，因为用户只能使用信息，而不能自由地控制和处理信息。例如，在一般的电视机中，不能将用户介入进去，不能使屏幕上的图像根据用户需要配上不同的语言解说或增加文字说明，或者对图像进行缩放、冻结等加工处理，不能随时看到想看的电视节目等。当引入多媒体技术后，借助交互性，用户可以获得更多的信息。例如，在多媒体通信系统中，收发两端可以相互控制对方，发送方可按照广播方式发送多媒体信息，而另一方乂可以按照接收方的要求向收端发送所需要的多媒体信息，接收方可随时要求发送方传送所需的某种形式的多媒体信息。在多媒体远程计算机辅助教学系统中，学习者可以人为地改变教学过程，研究感兴趣的问题，从而
7、得到新的知识，激发学习者的主动性、自觉性和积极性。再如在多媒体远程信息检索系统中，初级交互性可帮助用户找出想读的书，快速跳过不感兴趣的部分，从数据库中检录声音、图像或文字材料等。中级交互性则可使用户介入到信息的提取和处理过程中，如对关心的内容进行编排、插入文字说明及解说等。当采用虚拟现实或灵境技术时，多媒体系统可提供高级的交互性。第 1 章概述32 .复合性信息媒体的复合性是相对于计算机而言的，也可称为媒体的多样化或多维化，它把计算机所能处理的信息媒体的种类或范围扩大，不仅仅局限于原来的数据、文本或单一的语音、图像。众所周知，人类具有五大感觉，即视、听、嗅、味与触觉。前三种感觉占了总信息量的9
8、5%以上，而计算机远没有达到人类处理复合信息媒体的水平。计算机般只能按单一方式处理信息。信息的复合化或多样化不仅是指输入信息，称为信息的获取(c a p t u r e),而且还指信息的输出，称为表现(p r es en t a t i on)。输入和输出并不一定相同，若输入与输出相同，就称为记录或重放。如果对输入进行加工、组合与变换，则称为创作(a u t h or i n g)创作可以更好地表现信息，丰富其表现力，使用户更准确、更生动地接收信息。这种形式过去在影视制作过程中大量采用，在多媒体技术中也采用这种方法。3 .集成性多媒体的集成性包括两方面，一是多媒体信息媒体的集成；另一是处理这些
9、媒体的设备和系统的集成。在多媒体系统中，各种信息媒体不是像过去那样，采用单一方式进行采集与处理，而是多通道同时统采集、存储与加工处理，更加强调各种媒体之间的协同关系及利用它所包含的大量信息。此外，多媒体系统应该包括能处理多媒体信息的高速及并行的CPU、多通道的输入/输出接口及外设、宽带通信网络接口与大容量的存储器，并将这些硬件设备集成为统一的系统。在软件方面，则应有多媒体操作系统，满足多媒体信息管理的软件系统、高效的多媒体应用软件和创作软件等。在网络的支持下，这些多媒体系统的硬件和软件被集成为处理各种复合信息媒体的信息系统。4.实时性由于多媒体系统需要处理各种复合的信息媒体，决定了多媒体技术必
10、然要支持实时处理。接收到的各种信息媒体在时间上必须是同步的，比如语音和活动的视频图像必须严格同步，因此要求实时性，甚至是强实时(H a r d R e a l Time)。例如电视会议系统的声音和图像不允许存在停顿，必须严格同步，包 括“唇音同步”，否则传输的声音和图像就失去意义。1.2 多媒体通信的特点和应用多媒体应用分为单机多媒体应用系统和分布式多媒体应用系统两大类。像多媒体邮件系统、协同工作系统、分布式虚拟现实应用系统等都需要具有高传输速率的网络作为信息传送的通道。有些网络具有较高的带宽和较低的错误率，它们对多媒体信息的传输具有强有力的支撑功能，例如F D D I、宽带以太网和ATM等。
11、1.2.1 多媒体通信的特点多媒体应用有许多共同特征，但对其他应用来说这些特征又是多媒体应用所特有的。4网络多媒体应用技术需要实时传输连续媒体的信息。要交换的数量比较大，因而连续媒体信息需要编码。应用是面向分布的。1.2.2 多媒体通信终端的特点多媒体通信终端具有集成性、交互性、同步性和实时性等特点，一般由三部分构成。交互式检索和解码输出。交互式检索包括输入方法、菜单选取等输入方式。多媒体信息经过解码、A/D变换输出人们需要的表示信息.同步。通过这一部分完成各种媒体同步的功能，用户可以得到一个完整的声、文、图一体化的信息。同步是多媒体通信终端中的核心部分。编辑和执行。编辑功能指剪辑、编辑和创作
12、，执行部分则由网络和各种接口组成。多媒体终端要用到接口（I）协议、同 步（B）协议以及应用（A）协议。多媒体通信终端的核心部分是Modem主机，它可以是一台PC或工作站，且具有处理、存储、控制和复用功能。此外，还需包括必要的外设，例如多媒体信息输入、输出与显示单元，有时还需要各种专门的处理/控制的海量存储单元。多媒体通信终端将电话、传真和通信的功能合为一体。国际电信联盟的标准部门（ITU-T）成立了视听多媒体业务联合协调组（JCG/AVMMS）,已提出了在公用电信网上视听多媒体业务的标准框架草案。这草案包括多媒体业务的定义、系统和终端、基础结构以及呼叫控制、致性和互操作测试等。H.320终端已
13、用来提供会议电视系统的音频和视频压缩信号，它是多媒体通信的一种终端。1.2.3 多媒体技术的应用随着网络多媒体技术的迅速发展，形成了多种网络多媒体技术的应用，如：可视电话、视频会议系统、视频监控系统、多媒体电子邮件、视频点播（VOD）、远程多媒体数据库、远程计算机辅助教学、虚拟现实等。1.3多媒体通信中的关键技术1.3.1 音视频编解码技术多媒体元素的形式有声音、图像、动画、视频等，它们也被称为基本信息类型。信息的表示主要分为两种方式，即模拟方式和数字方式。在多媒体计算技术中都采用数字方式。鉴于数字化多媒体信息量的巨大，必须对多媒体数据进行压缩。目前存在多种图像信息和声音信息的压缩标准，在多媒
14、体技术领域通常采用JPEG和 MPEG两种标准。前者用于静止图像的压缩标准，有失真的压缩比可达5 0:1,后者用于视频图像及其伴音，在允许噪声存在的前提下，其压缩比也可达50:1。若用于27Mbps的 640X480X24的动态图像，则可压缩到550Kbpso第 1 章 概 述51.3.2 多媒体网络通信技术多媒体数据的分布性以及计算机支持的协同工作（CSCW）等应用领域均要求在计算机网络上传输大量的数据。这里，传输速率不是问题的本质，因为无论是以太网，还是光纤网都可以满足550Kbps的带宽。现有局域网传输声像数据所遇到的问题是多媒体数据在时间上的连续性，因此要求不间断的传输。在CSCW应用
15、中，对同时在网络上传输多路双向声音和图像的要求更高，因为在一个会议室里可以有多个摄像机、监视器和话筒同时发送和接收声像数据。现有局域网络是基于各节点可共享网络带宽的思想设计的，它假设各节点间传送的数据在时间上是相互独立的，从而可以把数据打成包，分别传送。因此从这个观点来看，现有局域网技术不符合多媒体通信的要求。除了带宽问题外，多媒体通信技术中仍有许多特殊问题需要解决，例如，相关数据类型的同步、多媒体设计的控制、不同终端和网络服务器的动态适应、多媒体信息的实时性要求、可变视频数据流的处理、网络频谱及信道分配、高性能和高可靠性以及网络和工作站的连接结构等。1.3.3 多媒体存储技术随着计算机数据量
16、以成倍的速率增长，虽然硬盘的容量越来越大，但依然满足不了用户的需求。尤其是随着多媒体技术的日益普及，硬盘已难以容纳下多媒体程序运行时所需耍的图形、图像、声音和音乐等庞大的数据文件。数字化的多媒体对存储技术提出了两方面的要求：其一是大容量存储技术，其二是足够的数据传送带宽和支持多媒体的实时处理功能。1.3.4 多媒体数据库多媒体数据类型不同，表示方式也各不相同。当应用数据库技术来支持多媒体应用时,需要将多媒体数据对象的各种固有特性（如是否采用编码形式或结构形式等）映射到相应的表示形式，如正文文件、图像参数文件、图像数据文件、图形结构等。多媒体数据库应能处理数据对象的上述各种表示方式，包括很多复杂
17、数据对象是由异构的子对象组成的情况，例如在图形上叠加图像等。不同对象表示形式、存取方式、绘制方法等各不相同，因此，多媒体数据库还应包括处理不同对象的相关方法库。多媒体数据库与方法库应紧密关联，以便进行数据对象的组合、分解和变换等操作。另外，为了方便管理数据对象，应建立数据对象的说明，以便于定义数据对象的二级属性。因此，数据对象、数据对象的说明以及与对象相关联的方法是多媒体数据库的三个组成成分。除了管理的数据类型复杂外，多媒体数据库的另一特点是存在着时间上的限制，这主要是指实时性和同步要求都很严格。6网络多媒体应用技术1.4多媒体网络1.4.1 窄带综合业务数字网（N-ISDN）ISDN是综合业
18、务数字网（Integrated Services Digital Network）的英文简称。ISDN是由数字传输和数字交换结合而成的数字通信网。国际电信联盟ITU 对 ISDN做了如下定义：ISDN是以提供端到端的数字连接的综合数字电话网为基础的通信网，可以支持包括语音及非语音的多种亚务，用户可以通过统一标准的用户/网络接口接入综合业务数字网。1972年，国际电报电话委员会提出了综合业务数字网（ISDN）的概念。1984年通过了关于ISDN的 I 系列建议书。1988年国际电信联盟的蓝皮书对I 系列建议书进行了大量的补充和修改。随着新标准的制定利规范，ISDN实验网先后在德国、美国等国家出现
19、，到 1988年部分实现了商用化。本章所指的综合业务数字网是窄带综合业务数字网（N-ISDN）,基于现在的程控电话网。电信公司的“一线通”业务就是窄带ISDN。1.ISDN的特点 数 字 传 输 和 交 换 ISDN是从综合数字网（IDN）的概念发展来的。综合数字网是采用数字传输和数字交换方式来传输单一业务（比如语音）的数字通信网。ISDN能够提供端到端的数字传输通道。数字化的通道具有噪声低、误码率低、传输速度快的特点。综 合 多 种 业 务 ISDN提出的动力之一就是要克服IDN的单业务的缺点，建立一个综合业务的网络。用户申请了 ISDN业务后，仅用一条用户线就可以实现多种业务终端的入网并按
20、统一的规程进行通信。ISDN可以提供语音和非语音业务。非语音业务包括智能用户电报、4 类传真、可视图文、数据通信等。标准的用户网络接口 ISDN能够实现综合业务功能的关键在于提供了标准的用户/网 络（UNI）接口，实现了各种业务终端的接入和互通。用户/网络接口提供基本接口速率和一次群接口速率。ISDN的基本速率的接口可以连接8 个终端，允许3 个终端同时使用。投 资 少，见效快 窄 带 ISDN是建立在程控数字电话网上的，只要在现有的电话网上，新添和升级部分硬件和软件就可以实现ISDN业务。所以，建设窄带ISDN网投资少，见效快，用户线路不需要改造，同时还提高了电话网的资源利用率。ISDN采
21、用 O SI的分层结构，具有开放式的网络结构，利用系统的互联互通可适应用户对新业务发展的需要。2.用户/网络接口（UNI）ISDN用户通过UNI来接入ISDN网。I 系列建议规定了 ISDN UNI的 4 个业务参考点和各个与之相关的功能群体，如 图 1-2所示。TEi ISDN标准终端，符合ISDN的UNI规范，比如数字电话。T E 2 非ISDN标准终端，不支持ISDN的UNI规范，需要通过适配器HITA才能接入IS D N,比如普通电话机或传真机。第 1 章 概 述7图 1-2 用户/网络接口 TA 适配器 主要用于将非ISDN标准终端接入ISDN。N T t 网络终端l o 它主要完成
22、用户/网络接口第2 层的功能，实现多路复用、定时、线路传输、维护及馈电等功能，以达到用户传输线的要求。NT2网络终端2。它主要完成PBX(小型交换机)、局域网和终端控制的功能。T、U、R、S 是业务参考点。业务参考点是用户访问网络的连接点或者说是用户接入 ISDN的各个设备的物理接口。R参考点是TA与TE2之间的接口；S是TE 或TA与NT2之间的接口；T是N 与NT?之间的接口；U是与ISDN线路的接口。参考点是划分各个功能群的概念性参考点，当各个功能群结合在一个设备上时，有些参考点在概念上存在，而在实际上是不存在的。比如，有的厂家提供的ISDN接口是U接口，直接连接ISDN线路；而有的设备
23、提供T接口，就需要通过N来接入ISDN线路。在 ISDN的用户/网络接口中有两类信道，-种是信息信道，另一种是信令信道。信息信道用于传送各种业务的信息流，分为B 信道或H 信道。B 信道的速率为64Kbps,H 信道由多个B 信道合成，速率为384Kbps或 1 920Kbpso 信令信道乂称为D 信道，有 16Kbps和64Kbps两种速率，D 信道也可以传送用户业务信息。ISDN提供两种类型的用户/网络接口：基本速率接口(B R I)和基群速率接口(PRI)o基本速率接口(B R I)：由两条64Kbps的 B 信道和一条16Kbps 的 D 信道构成，简称 2B+D。两条B 信道可以单独
24、或同时传输用户信息，D 信道主要用来传输信令或低速率数据。BRI主要适用于普通用户的接入。基群速率接口(P R I)：我国的基群速率为2 048Kbpso-个 P R I由 3 0 条 64Kbps的 B 信道和1 条速率为64Kbps的 D 信道，或者由5 条 384Kbps的 H 信道和1 条 64Kbps的 D 信道构成。基群速率接口主要适用于视频会议等大信息量的场合。3.ISDN的应用我国的ISDN主要建立在程控电话网上，能够为用户提供BRI和 PRI接口。目前，可以在ISDN上开展数字电话、智能用户电报、G 4传真、可视图文、可视电话、数据通信、远程教学等应用。我国的主要电信运营商都
25、提供ISDN业务，比如中国电信的“一线通”业务。1.4.2 DDN数字数据网1.数字数 据 网(DDN)数字数据网(Digital Data Network),简称为D D N,是利用高速率、高质量的数字信8网络多媒体应用技术道传递数据的传输网络，为用户提供半永久性连接的透明传输通路。DDN网除了可以提供数据通信服务外，还可以支持多种业务网和增值网。2.DDN的主要特点传输质量高，时 延 小 DDN网利用数字信道传输，使误码率降低到IO 以下，与传统的模拟信道相比，传输质量有了很大的提高。DDN网络不负责传送数据的误码校验和差错重发机制，因此，传输时延小。提供半永久性连接 半永久性连接介于永久
26、性连接与交换性连接之间。D D N 为用户提供固定的信道。用户之间信道始终保持连接，但是这种连接可由网络管理员，甚至是自己对信道的传输路径、速率、目的地等进行修改，因此称为半永久性连接。全透明性 D D N 网在网络内传输的比特流不做任何的改动，这称为透明传输。透明传输可以承载各种协议规程，方式灵活简单。适合高速率数据业务 DDN网可以提供“X64Kbps(D o?W 32)数据接口，适合高速数据业务。因此，DDN网能够为高带宽用户提供高质量、时延小、全透明的半永久性连接，适合于各种数据通信业务，特别适合于点对点的通信业务。3.DDN网的组成DD N网 由 DDN节点和局间传输系统组成，其 中
27、 DD N节点主要由数字交叉连接系统(D C S)和时分复用系统组成，如 图 1-3所示。时分复用包括子速率复用和X 64Kbps复用两种复用方式。子速率复用是指DDN节点设备将用户速率小于64Kbps速率的信号复用成次群数字信号。子速率复用一般按照ITU-T(CCITT)的 X.50、X.51 等协议进行；”义 64Kbps 速率复用按照 ITU-T(CCITT)G.704协议进行。在我国nX 64Kbps复用是指将32个 64Kbps速率的信号复用成2.048Kbps速率的数字信号。因此，DDN网一般可以提供子速率接口和 X64Kbps速率接口。图1-3 DDN网的组成第 1 章概述9数字
28、交叉连接系统DCS是 DDN节点的核心设备。DCS的主要作用是将 个或多个符合 G702(准同步)或G.707(同步)的标准数字接口在端口之间进行可控的连接或拆除。DCS就像一架具有控制连接测试监控功能的数字配线架。目前DDN网络节点的DCS主要进行0 次群和一次群数字交叉连接。次群DCS主要对子速率进行交叉连接；一次群DCS主要对X 64Kbps(1W W 32)速率进行交叉连接。DDN网的局间传输系统用于市内各DDN节点之间、各个城市之间的传输。目前，DDN网普遍采用数字传输系统作为局间传输系统。4.国家DDN骨干网我国公用D D N 网(chinaDDN)由国家骨干网、省内干线网和本地网
29、三级组成。国家骨干网由全国各个省会、直辖市的节点和线路组成。国家骨干网将全国按行政大区划分为八个大区，每个大区设一个枢纽局(北京、上海、沈阳、广州、武汉、成都、南京、西 安)，另外设有三个国际出入口局(北京、上海、广一州)。5.DDN网络业务D D N 网要向用户提供64Kbps2Mbps速率的、高质量的点到点或点到多点的数字电路。DDN网络为用户提供三类业务：专线电路、帧中继和压缩语音/G 3传真。其中压缩语音/G3传真业务为用户接入层节点的语音服务模块(VSM)提供业务支持。由于压缩语音/G3传真业务与本书内容关系不大，下面只着重讲专线电路和帧中继两类业务.(1)专线电路业务DDN网为用户
30、提供规定速率的点到点的双向对称专用连接电路。随着传输系统的发展和建设，DDN网提供的专线电路可用度高，电路时延小，支持多种协议规程。根据用户数量，专线电路可分为点对点专线电路(如图l-4(a)所示)和多点专线电路。多点专线电路乂可分为广播多点电路、双向多点专线电路和多向多点专线电路。广播多点专线电路如图l-4(b)所示。这种电路在一个用户与其他用户之间建立单向的点对多点电路，其中一个节点是主节点，其他用户是从节点，从节点从主节点接收数据。适用于证券行情发布等。双向多点专线电路如图l-4(c)所示。这种电路在个用户与其他用户之间建立双向的点对多点电路，其中一个用户是主节点，其他用户是从节点，主节
31、点向从节点发送信息并接收从节点发出的数据。双向多点专线电路适用于轮询方式工作的应用网络。多点多向专用电路如图l-4(d)所示。这种电路在多个用户相互之间建立双向电路，各个用户之间没有主从之分。多点多向专用电路可由各个用户之间的点对点专用电路实现，适用于会议电视业务、局域网互联等。(2)帧中继业务 帧中继技术帧中继技术是在分组交换技术日益完善、传输线路质量不断提高和用户终端处理能力不断增强的条件下发展起来的，是在OSI第二层上用简化的方法交换和传送数据单元的新10网络多媒体应用技术;用户A(a)用 户B|用户C（0图1-4技术。帧中继技术将纠错差错重传、流量控制等功能交给终端完成，简化各节点之间
32、的操作。在各节点之间采用虚电路和统计时分复用技术，提高了电路利用率，增加了网络吞吐能力。帧中继的主要特点帧中继技术简化了 X.25协议的第三层功能，在第二层完成帧透明传输，统计复用、差错检测、差错重传操作由用户终端处理，大大简化了节点处理内容，提高了网络吞吐量,降低了网络时延。帧中继传送数据采用逻辑链路而不是物理电路，在条物理电路上可以利用多个逻辑链路。逻辑链路采用统计复用方式，实现了带宽的动态分配和复用。帧中继采用面向连接的交换技术，可以提供交换虚电路和永久虚电路（PVC）两种业务。目前只开放PVC业务。帧中继帧长度比分组要长，适合于封装局域网的数据单元，因此，帧中继主要用于数据业务。帧中继
33、提供比较完善的流量控制和拥塞控制功能。每条帧中继虚电路都有三个带宽控制参数：Be、B e和 CIR。CIR是用户申请的信息传送速率，由用户在开始申请业务时确定；Be是网络允许用户在T c时间间隔内传送的不超过B e的数据量。帧中继对每条虚电路采用如下的带宽控制规则电路，在 T c时间间隔内：当用户传送的数据量WBc时，网络连续接收用户数据帧并尽最大可能传送到目的地。当用户传送的数据量Bc,但WBc+Be时，将 B e范围内的帧的DE位 置“1”，在网络未发生拥塞时，尽量将数据帧传送到目的地，但是不保证能够传到目的地。当 T c时间间隔内用户传送的数据量 Bc+Be时，超过Bc+Be范围的帧将丢
34、掉。DDN网的帧中继业务在 DDN网的网络节点设备上增加支持帧中继业务的软、硬件，就可以向用户提供帧中继 业务。用户在办理业务时，需要指明租用哪种 业务，是点对点专线电路还是帧中继业务。般来说，相同速率、相同距离的专线电路业务与帧中继相比较，帧中继业务比专业电路业务在资费上要低，而且帧中继业务允许用户数据速率短时间内超过申请的速率，非常适合于突发性的数据传输。因此，在局域网互联、V O D 和电视会议业务中建议采用帧中继业务。第 1 章概述111.4.3 ATM 技术1.ATM技术的提出（由来）ATM 技术是一种全新的技术，是从电路交换和分组交换相互演变而来的。2 0 世 纪 70年代分组交换
35、技术诞生，并应用于计算机通信领域。20世纪80年代，电信科技人员开始试图将电话交换方式与分组交换方式相结合，寻找一种适用于语音和数据等综合业务的方式。多业务的综合逐渐推动了交换、传输、复用技术的融合，交换方式、传输方式和复用方式呈现出一致性，人们开始将传输、交换、复用整体称为传送模式。传统的电话网络采用同步时分方式（Synchronous Timer Division,STD）,为每一个用户分配固定的周期性的时隙，用于通信连接，不论用户是否有信息传送，都占用分配的时隙。由于固定时隙的分配造成带宽的浪费，因此利用率低。有人提出在每个时隙增加标签，按需为用户分配时隙，由标签区分用户时隙。这种方法称
36、为异步时分方式（Asynchronous Timer Division,ATD）。分组交换方式能够提供变比特率、随机时延、有纠错能力的信息传送能力，但不适应于语音传输，分组处理复杂，传送速率不高。有人提出通过固定分组的长度来减少信息传送过程中的时延和抖动，加快分组处理速率，满足语音在分组方式的传送，这种方式称为快速分组 交 换（Fast Packet Switching,FPS）。通过ATD和 FPS比较，两者在许多方面是相同的。通过标签（分组头）标识用户按需分配带宽、固定长度（时隙或比特）。20世纪80年代末，国际电信联盟标准化组织ITU-T综合ATD和 FPS方式，提出了异步传递模式（As
37、ynchronous Transfer Mode）,并作为宽带综合业务数字网（B-ISDN）的基本传送模式。2.ATM的基本原理国际电信联盟标准化组织将ATM定义为：以信元为信息传送、复用和交换的基本单位的传送方式。ATM的核心就是信元（cell）,从概念上相当于ATD带标签的时隙或FPS固定长度的分组。信兀的长度在ATM 发展初期有两个方案：长信元 方 案（5 字节信元头+64字节信息段），主要支持国家有美国和日本；短信元方案（4 字节信元头+32字节信息段），主要由欧洲提出。两个方案在时延传输效率和存储容量等方面各有千秋。后来，ITU-T第XIII研究组采用了 5 字节信元头加4 8 字节
38、信息段的折中方案。（1）ATM信元如 图 1-5所示为ATM信元。ATM信元在用户网络 接 口（VNI）和网络节点接口（NNI）之间略有差别，将在下面信元介绍过程中详细介绍。7 6 5 4 3 2 1 0GFCVPIVPIVCIVCIVCIPT1CLPHEC48字节信息段VPIVPIVCIVCIVCIPT1CLPHEC48字节信息段 GFC 一般流量控制域。用于控制用户向 图 1-5 ATM 信元12网络多媒体应用技术ATM网络传送信息的流量，节点用4 个比特。GFC域只用于用户网络接口(V N I)之间的流量控制。网络节点接口之间的信元占用此4 个比特和随后的8 个比特共同构成网络节点接口之
39、间的VPI。V P I 虚通道标识。在用户网络接口(V N I)之间为8 比特，在网络节点接口(NNI)之间为12比特。V C I 虚通路标识，16个比特，VPI/VCI用于把一个ATM信道分成若干个子信道,每个子信道相当于分组交换中的一条虚电路。同一条子信道内的信元的VPI/VCI相同。VPI/VCI具有局限性，VPI/VCI的值只在某段链路上有意义。P T 1 净荷类型，指明信息段的信息类型。3 比特的PT1把 ATM信元分成8 种类型:4 种用户数据类型，3 种网络管理信息，1 种尚未定义。C L P 信元丢弃优先级，占用1 个比特。CLP=1的信元在网络阻塞时先丢掉。H E C 信元头
40、校验码，占用8 个比特，同于信元头的检错纠错和信元头的定界。信元每经过一条链路，HEC重新计算一次。信 息 段 48字节的信息段用于传送用户信息和网络控制信息，其中对OAM信元信息段的内容有规定。(2)虚通道和虚通路ATM是面向连接的网络。在连接建立时，网络根据用户连接的请求为用户预分配网络资源，当用户传递信息时才真正占用网络资源，网络资源采用统计复用的方式，这种连接方式称为虚连接。ATM的虚连接通过虚通道和虚通路(VPI/VCI)来标识。VPI占用的资源由网管分配。虚通道网包含虚连接，每个虚通道内最多可有4 096(212)个虚连接。虚通路由VCI标识。虚通路由两种方式建立，一 种由网管在虚
41、通道内建立半永久的连接；一种是由信令自动建立，VCI所占用的资源在用户使用时再分配。前种方式称为PVC(Permanent)方式，后一种称为SVC(Switch)方式。目前所有的ATM设备都支持PVC方式，SVC方式还存在一定的问题。VPI和 VCI共同标识各段链路上的虚连接。也就是说某段链路的VPI/VCI只对这段链路有意义，条虚连接在每个链路上的VPI/VCI的值并不相同。在 ATM交换机匕不同端口的虚连接可以具有相同的VPI/VCI的值，所 以 在 A T M 交换机上必须以端口号加VPI/VCI 一起标识一个虚连接。(3)ATM的交换技术ATM是一种全新的交换技术，与电话交换不同。电话
42、交换以时隙来区分各路连接，通过改变各个时隙在时间上的次序，就相当于对各个连接进行了交换；ATM是依靠VPI/VCI来区分虚连接，通过改变VPI/VCI的值就完成了交换目的。ATM交换的目的就是将任意输入的任一逻辑信道上的信元交换到任意输出的任一逻辑信道上。A TM 交换机可以只改变VPI的值，相当于只对VP进行交换，将一条虚通道内的所有虚连接整体交换到每一条虚通道上。一般来说，V P 交换信令处理简单，交换效率高，多在核心层交换机上采用，称为ATM交叉连接系统。可完成VPI/VCI交换的称为ATM交换机。ATM交换结构有总线结构和共享存储器结构两种。总线结构如图1-6所示，各路ATM信元经输入
43、处理后汇集到总线上，输出处理从总线上取出信元，处理后形成输出信号。总第1章 概 述13线工作在分时状态，把不同时隙分配给不同的输入、输出。存储器结构如图1-7所示，各端口信元经过输入处理后送入存储器，输出处理器从存储器取出信元，处理后形成输出信号。若将存储器结构稍加变形，则其结构和总线结构是非常相似的。两种结构都存在信元的汇集点，这时就需要以时分和空分相结合的方式提高交换容量。图1-6总线结构图1-7存储器结构3.ATM的特点ATM技术是通过电话交换技术和分组交换技术相结合发展而来的，既具有电话交换技术和分组交换技术的特点，又具有自己的特点。简化的差错和流量控制ATM用户提出用户业务流量描述和
44、服务质量要求的请求,由网络决定是否有足够的可用资源满足用户请求和是否响应请求。在通信过程中，对各虚连接流量进行监测，当网络出现拥塞时，通过拥塞控制进行处理。固定长度的信元 固定长度的信元利于实现硬件交换，减少信元处理时间，降低交换时延，大大提高交换机的交换能力。统 计 复 用 A T M 采用异步时分复用方式，链路上的时隙不在固定的周期分配给某一个业务的虚连接，根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求下，动态分配时隙，以达到最佳资源利用率。面向连接的方式 ATM 采用面向连接的方式，信息传送之前，必须通过呼叫请求,建立从源地址到目的地址的虚电路。信息传递完毕后，还需要拆除虚电路，释放网络资源
45、。采用面向连接的方式可以保证业务质量，降低信元丢失率。动 态 分 配 带 宽 A T M 交换机可以根据信元类型和优先级，动态分配带宽，尽量满足信元丢失、时延、抖动等敏感的业务（如语音、图像等）。4.ATM用户接口ATM技术作为宽带综合业务网的承载网络边缘交换节点，能够向用户提供多种类型的接口。1.4.4 XDSL 技术随着互联网和视频点播（VOD）、实时远程会议、远程教学等业务的迅猛发展，对数据传输带宽的需求迅速增加，原先通过电话网拨号接入的几十Kbps的带宽成为业务需求发14网络多媒体应用技术展的瓶颈。如何利用现有的铜缆接入网（即电话线）提供宽带接入成为电信运营商目前急于解决的问题。近年来
46、，人们提出XDSL技术作为双绞线铜缆接入宽带的主要手段。以双绞线铜缆（即电话线）为传输介质来提供双向传输能力的一系列传输技术通称为数字用户线（DSL）技术。数字用户线（DSL）技术最早是由美国贝尔通信实验室为视频点播（VOD）业务开发的在双绞线匕 实现高速数据传输的技术，但是由于当时VOD业务未能推广使用，DSL技术被束之高阁。随着对接入网带宽的需求，基于双绞线的DSL技术重新焕发出生命力。根据从用户到电信局（称为上行）的速率和从电信局到用户（称为下行）的速率是否相等，DSL技术分为对称式数字用户线路（Symmetrical DSL,SDSL）和非对称式数字用户线 路（Asymmetrical
47、 DSL,ADSL）,其中对称式数字用户线路包括HDSL、SD SL,非对称式数字用户线路包括VDSL、ADSL、UADSL、RADSLo 一般统称之为XDSL它们的主要区别在于信号传输的距离和上、卜行速率。对称式数字用户线路适用于上、卜 一 行 数 据 量大致相当的业务，比如高速域网互联、视频会议、文件传输等。非对称数字用户线路适用于互联网高速冲浪、视频点播（VOD）等用户下行信息量比上行信息量多得多的业务。1.XDSL的比较XDSL的比较如表1-1所示。表1-XDSL的比较对称性名 称速 率距离线路对称HDSL(High speed DSL)SDSL(Synimetrical DSL)T
48、1/E1 (1.544Mbps/2.048Mbps)Tl/E 1 (1.544Mbps/2.048Mbps)3 4km3 km2或4线2线非对称ADSL(Asymmetrical DSL)下行 1 Mbps 8 Mbps上行 640Kbps 1Mbps3 5km2线非对称VDSL(Very high speed DSL)下行 13Mbps 52Mbps上行 1.5Mbps 23Mbps几百米2线非对称UADSL(Universal ADSL)下行 1.5Mbps上行 384Kbps35km2线XDSL技术中使用最广的就是ADSL技术，下面主要介绍ADSL技术及其应用。ADSL基本原理：在普通的
49、公用电话网中，双绞线铜缆作为电话网的接入介质，为传统的模拟电话提供300Hz3.4kHz的模拟信号带宽。为了使电话用户能够使用数据通信，必须在双绞线铜缆用户端增加语音调制解调器（Modem）,将用户端和电信局端的数字信号转换成适于在双绞线铜缆上传输的模拟信号。语音调制解调器提供的最高数据速率为56Kbpso 是否双绞线只能提供56Kbps的带宽呢？实际上，双绞线的带宽远不止56Kbps,56Kbps的带宽受程控电话交换机的限制。交换机对普通的话音信号利话音调制解调器调制的数据信号同样只分配一个话音频带，因此，目前通过话音调制解调器只使用了双绞线。4kHz的低频段，只能获得56Kbps的带宽。通
50、过研究发现,双绞线铜缆有将近2MHz的频带,ADSL技术就是利用双绞线铜缆4kHz以后的频带来获得高的速率。A D SL调制解调器在双绞线铜缆上产生3 个通道：300Hz第 1 章 概 述1534kHz的话音通道；10Hz50kHz的上行数据通道；50kHz1MHz的卜布数据通道。由图1-8和 图 1-9可知，ADSL采用话音通道、频分复用的方式工作，普通话音信号和数据信号互不重叠，完全可以在一对双绞线铜缆上同时打电话和传输数据。用户端 电信局图 1-9 ADSL的系统构成在实际工作中，双绞线铜缆的衰减随频率升高而迅速增加，因此限制了传输信号的距离。为了延长传输距离，将下行数据通道占用上行数据