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新消息丨什么是宽带网传统网络的局限介绍

2023-02-23 17:01:05来源：互联网

　　宽带网(多媒体),什么是宽带网(多媒体)

　　网络从信息传输带宽或传输介质来分：基带网、宽带网。

(资料图片)

　　基带网的传输介质用双绞线、扁平电缆或同轴电缆，数据传输率在10Mbps以下。以太网就是一种基带网，它采用基带传输技术。

　　宽带网采用受保护的同轴电缆，数据传输率可高达400Mbps。常见的宽带网有PC网等。

　　数字技术的进步推动了视频信号的数字化，使文本、声音、图形、图像等各种形式单独存在的单媒体(Mono-media)信号以数字的形式、按照一定的逻辑关系融合成多媒体(Multimedia)信号，如图1所示。视频信号的数字化不仅为多媒体的产生提供了土壤，而且促进了码率压缩技术的发展。

　　码率压缩技术使多媒体应用变为现实，即多媒体真正成为表示、重现、存储、传递和处理文本、声音、图形、图像信息的技术。多媒体只能解决信息的表示问题，只有网络才能解决信息的获取和共享问题。因此，只有将多媒体与网络结合。成一体，才能充分表示和利用信息。这个网络就是多媒体宽带网。因为随着用户要求通过网络提供多媒体信号服务，出现了多媒体网广播(Web-cast)电视形态，即不仅有一点对多点的单向广播信号，而且有点对点的双向窄播信号。显然，多媒体广播需要宽带网作为传输载体。为此，本文以多媒体网的要求、传统网络的局限及三网融合的进展为题，对多媒体宽带网进行了展望。

　　多媒体信息流中的数字视频、数字音频数据量巨大，要求多媒体系统应具有足够大的存储空间，如符合ITU-R601标准的PAL制电视信号.

　　其传输率为 25(f/s)Χ625(l/f)Χ720(d/l)Χ8(b/d)Χ3(c)=270Mbp 相当于270Mbps/64kbps = 4219路电话通道。在这样的传输率下，一条按2.5Gbps规划的干线只能传2.5Gbps/270Mbps = 9个频道的电视节目。在不完全压缩的条件下，要进行HDTV广播，需要数字视频带宽为8(b/f)Χ1920(p/l)Χ1080(l/f)Χ30(f/s)Χ1.5(t) = 746(Mbps);就是传送一路视频电话也需要8(b/f)X128(p/l)X112(l/f) X3030(f/s)X1.5 (t)= 5.2 Mbps数字带宽。

　　因此，数字化后的视频需要进一步压缩码率，才能在宽带网上传送。压缩有两种途径：其一是利用人类眼睛的视觉特性进行压缩。人的眼睛含有对亮度敏感的柱状体细胞1.8亿个，含有对色彩敏感的锥状体细胞8百万个，由于柱状体细胞数量远大于锥状体细胞的数量，故眼睛对亮度的敏感程度要大于对色彩的敏感程度，据此可以将亮度和色彩分别编码，使图像的取样格式由4：4：4向4：2：2变化或向4：1：1(或4：2：0)变化，PAL制图像传输率相应地由270Mbps向180Mbps变化或向135Mbps变化，降低了色彩的数据量。

　　其二是利用图像的统计特性进行压缩。利用离散余弦变换(DCT)消除空间冗余度;利用游程长度编码(RLC)、可变长度编码(VLC)降低熵;利用运动预测补偿消除运动图像相邻帧之间的重复信息，压缩了时间冗余度。如，HDTV的压缩视频数字带宽为15~ 25Mbps，是数字视频带宽746Mbps作50：1~30：1压缩之后的结果,例如图2所示的SDTV和HDTV视频压缩过程示意图;广播电视压缩数字视频带宽为2~15Mbps,是数字视频带宽124Mbps作62：1~8.2：1压缩之后的结果。根据目前对有线电视干线网以2.5Gbps作规划，并以省际超干线和省内干线的广播级图像节目频道不会超过20路的估计值为基点进行估算，设每路视频数字带宽为6Mbps,可以计算出干线网图像信号数据量为 20(Channel)Χ6(Mbps) = 120Mbps 可见，广播级图像数据业务量仅占系统总容量的120Mbps/2.5Gbps = 4.8%。以娱其余95%的容量将留给新开发的话音，如传统的话音或IP话音;新开发的数据，如提供专线租用业务和 Internet干线连接等数据业务;非广播式图像业务，如影视点播、远程教学和远程医疗。这表明，多媒体干线网不仅要有传输几十套广播式节目的能力，而且同时具有十几倍于传输广播式图像业务的传输话音、数据和非广播图像业务的能力，使传统的、乐节目为主的、一点对多点的广播电视网转变为点对点和一点对多点的综合信息服务宽带网。不仅如此，为了无损失地传播这些信息，要求采用具有实时处理能力的、多处理机协同工作的多计算机处理系统，各个计算机之间要用高速运行的宽带网络相连。而这种高速宽带网络必须适合于传送数字广播音频、数字影视视频、数字计算机数据及通信话音，这就要求将目前的广播电视网、计算机网和电信网融合在一起。

　　2.传统网络的局限

　　融合是对三网而言的，如果原来不存在三网，融合也就失去了对象。正因为三网是一个客观存在，所以融合也就成了必须要解决的问题。要想准确地找到融合点，就要研究传统网络存在的问题。

　　(1)电信网：自从1835年莫尔斯发明电报和1876年贝尔发明电话以来，电信网经历了电话网、综合数字网(IDN-Integrated Digital Network)、公用数据网(PDN)、增值通信网(VAN-Value Added Network)、综合业务网(ISN-Integrated Services Network)、综合业务数字网(ISDN- Integrated Services Digital Network)的发展历程。由信道独占、电路交换方式传输模拟信号的通信系统，发展成以数字技术为平台、以电路交换和分组交换为提供业务模式、由IDN 和ISN组合成的窄带综合业务数字网(N-ISDN)，并于1984年建立了实验网，最高传输码率由28.8kbps发展到1.984Mbps。N-ISDN有如表3所示的基本速率和基群速率两种用户网络接口。用户网络接口由B信道和D信道两部分组成，其中B信道用于传输标准数字电话及其它电信业务，D信道用于传输控制信息，其用户网络接口结构可概括为nB+D的形式，n=2时是基本速率接口，如n=2,B=64kbps,D=16kbps,总数据量为nB+D=2X64+16=144kbps;n=23,30时是基群速率接口,总数据量为23B+D,30B+D。由上述可知，尽管电信网在国际上已经成为具有近8亿用户的第二大网，中国电信网用户近一亿，在国际电信网中排行第二位，但由于其信道带宽和网络传输速度不符合广播影视多媒体要求，现行电信网还不具备独立承担传输广播影视多媒体信息的资格(将来全数字宽频网络系统3DDS变成现实之后，可在一根电话线上得到6Mbps的接入带宽，再另作别论)。

　　电信网需要脱胎换骨的改造，才能胜任传输广播影视多媒体任务。这可以从表4看到，对非压缩视频速率应在100Mbps以上，如传输一幅PAL制彩色电视图像需要速率为216Mbps。而电信N-ISDN的最高速率为2.048Mbp,根本无法满足传输影视多媒体的要求。原因是：电信网的发展始终围绕着提高通信质量、扩展服务项目、改进使用网络的方便性进行的，其本来的目的并不是为了提供多媒体服务。例如，电信网采用了电路交换和分组交换两种方式，电路交换延迟时间短，实时性强，但不满足多媒体通道共享的要求，因为这种交换方式占用了专用通道;分组交换方式采用了标准的分组交换通信协议(Protocol-即为保证两个终端设备间通信而规定的信息表示形式及必要的控制规程)X.25，将广域网相互连接起来，但由于其延迟时间长，实时性差，分组包间延迟(最大时滞)超过10个ms时，语音将不连续，传输图像时分组包的丢失会使其出现"黑块效应", 这也不符合影视多媒体对动态媒体的要求。所以，电信网是自觉于通信而自发于多媒体的通信网，它遇到影视多媒体，是一个成熟的通信网遇到了一个不成熟的新问题，拿不起也放不下，只有将适合于通信的网络、协议、软件向适应于影视多媒体所需要的方向改造才是唯一的出路。为了适应影视多媒体大数据量、强实时、单媒体间密切关联的时空约束、数据分布性等特点，对多媒体通信网进行了研究实验，采用了"电话网+多媒体"的发展路线。显然，电话网设计的出发点是传输窄带模拟话音信号，传送数字信号时，要通过调制解调器。

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