李建華：武漢大學計算機學院

周　榮：武漢誠源科技有限責任公司網管研究室

李麗華：中國聯通贛州分公司于都經營部


　　世界進入了互聯網時代，中國也進入了這個時代。在這個時代到來的時候有很多新的機遇，其中一個機遇就是以現有的有線電視網絡為基礎，建立新一代的通信網絡。

　　一、引言

　　多媒體通信是信息高速公路建設中的一項要害技術。它是近年來出現的一種新興的信息技術，是多媒體、通信、計算機和網絡等相互滲透和發展的產物。多媒體通信的廣泛應用將會極大地提高人們的工作效率，減輕社會的交通運輸負擔，改變人們的教育和娛樂方式。多媒體通信將成為21世紀人們通信的基本方式，是目前各國在通信、計算機、教育、廣播娛樂等各個研究領域研究的前沿課題。

　　二、多媒體通信的發展背景和定義描述

　　1、 多媒體通信的發展背景

　　多媒體通信的發展首先是由于多媒體計算機技術的崛起。自90年代開始，多媒體計算機技術就成為計算機領域的熱點之一。計算機在各個領域中的廣泛應用使得人類社會的信息量爆炸性地增長，當技術發展到可以方便地處理各種感覺媒體時,多媒體計算機技術自然而然地出現并迅速發展起來。 多媒體通信中的“多媒體/'一詞，指的是由在內容上相互關聯的文本、圖形、圖像、音頻和視頻等媒體數據構成的一種復合信息實體；計算機以數字化的方式對任何一種媒體進行表示、存儲、傳輸和處理，并且將這些不同類型的媒體數據有機地合成在一起，形成多媒體數據，這就是多媒體計算機技術。多媒體計算機技術綜合和發展了計算機科學中的多種技術，與舊有的各種技術存在著聯系，如操作系統、計算機通信、數字信號和圖像處理等。它是以計算機為核心的集圖、文、聲、像處理技術為一體的綜合性處理技術。隨著科學技術的迅速發展和社會需求的日益增長，人們已不滿足于單一媒體提供的傳統的單一服務，如電話、電視、傳真等，而是需要諸如數據、文本、圖形、圖像、音頻和視頻等多種媒體信息以超越時空限制的集中方式作為一個整體呈現在人們的眼前。在這種時代背景下，伴隨著多媒體計算機技術與電話、廣播、電視、微波、衛星通信、廣域網和局域網等各種通信技術相結合，產生了一種邊緣性技術——多媒體通信。

　　2、 多媒體通信的定義

　　描述多媒體通信是多媒體技術和通信技術的有機結合，突破了計算機、通信、電視等傳統產業間相對獨立發展的界限，是計算機、通信和電視領域的一次革命。它在計算機的控制中，對獨立的信息進行集成的產生、處理、表現、存儲和傳輸。這些信息中至少包含一個時間相關媒體（如連續的視頻信號）或一個時間無關媒體（如離散的數據信號）。

　　多媒體通信系統的出現大大縮短了計算機、通信和電視之間的距離，將計算機的交互性、通信的分布性和電視的真實性完美地結合在一起，向人們提供全新的信息服務。

　　三、多媒體通信網絡

　　多媒體要通過通信網傳送文本、圖形、圖像、聲音、視頻和音頻等不同媒體。這些經過數字化的媒體對通信網也提出了不同的要求。文本、圖形和圖像屬于不連續媒體，要求的平均速率不高，可是有很強的突發性和短時的高速率。聲音、音頻和視頻屬于連續媒體；其中聲音和音頻信號傳輸速率較底，但實時要求較高，視頻信號則需要極高的傳輸速率。多媒體通信的發展要求有適合于傳輸多媒體信息的通信網。目前的電話網基本上是模擬網或者是數模混合網，其用戶線是模擬的，只能傳送模擬信號，傳數字信息必須加調制解調器。不適合用作多媒體通信。計算機局域網采用分組交換技術，很適合數據傳輸，例如多媒體通信中的文本、圖形和圖像信息。但是分組交換對于連續媒體如視頻和音頻信號會帶來很大的延時而影響傳輸質量。典型的多媒體通信網應具備容量大、時延小、可變比特率。目前國內外通信發展方向為寬帶化、智能化、個人化及綜合化，是B－ISDN還是寬帶ip網將會成為將來進行多媒體業務的理想網絡是當今的爭論熱點之一。

　　四、走向寬帶多媒體網絡的有線電視網

　　目前席卷全國的有線電視網（CATV）也是一個可利用的網絡，它有1GHz的帶寬，且寬帶到用戶，這是利用CATV進行多媒體通信的優勢；但是由于目前的CATV是單向傳輸，并且該網絡缺乏交換機制以及網絡安全治理的功能，這就使得通過CATV提供雙向對稱/不對稱業務非常困難，所以改造現有的單向網絡變成雙向網絡，即在原有的樹形廣播網絡中傳輸雙向上行的信息是利用CATV實現除電視業務以外其他多媒體業務的要害。目前人們頗為看重的混合光纖同軸電纜網絡（HFC）就是基于傳統的同軸電纜CATV網絡的進一步 發展的結果。下面我們就來探討在CATV網絡上實現多媒體通信的問題。利用有線電視電纜線，完全可以進行通信。這項技術發展到現在，已經成為一支足以和傳統電信相抗衡的新生力量。

　　1、 雙向HFC網絡的頻譜安排

　　HFC采用負載波頻分復用方式，各種圖像，數據和語音信號通過調制解調器同時在同軸電纜上傳輸，合理的頻譜安排非常重要，既要考慮原有和現在的應用需求，又要考慮未來的發展。有關同軸電纜中各種信號的頻譜安排尚無正式國際標準，但已有多種建議方案。考慮一個可能的多業務CATV網絡典型的頻譜分配方案為：

　　低頻端的5~30MHz共25MHz頻帶安排為上行（從用戶到CATV前端）通道，即所謂回傳通道，近來，由于隨著濾波器質量的改進和考慮點播電視的信令和監視信號及數據和電話等其他應用的需要，上行通道的頻段傾向于擴展為5～42MHz，共37MHz頻帶。答應在上行和下行（從CATV前端到用戶）頻帶之間有一保護帶。


　　50～1000MHz頻段用于下行通道，其中50～550MHz頻段留給高清楚度電視（HDTV）和傳輸現有的模擬CATV信號，每一通路的帶寬6～8MHz，因而總共可以傳輸各種不同制式的電視信號60～80路。 550～750MHz頻段答應用來傳輸附加的模擬CATV信號或數字壓縮節目頻道，或用于傳輸雙向交互型通信業務。假設采用64QAM調制方式和MPEG-2圖像信號，則頻譜效率可5bps/Hz，從而答應在一個6～8MHz的模擬通路內傳輸約30Mbps速率的數字信號，若扣除必須的前向糾錯等輔助比特后，亦可大致相當于6～8路4Mbps速率的MPEG-2圖像信號。因此這200M帶寬總共至少可傳輸約200路VOD信號，當然也可利用這部分頻帶傳輸數據或多媒體以及電話信號。若采用QPSK調制方式，每3.5MHz帶寬可傳90路64Kbps速率的語音信號和128kbps的信令和控制信息，適當選取6個3.5MHz子頻帶單位置入6~8MHz通路即可提供540路下行電話通路！通常這200MHz頻段傳輸混合型業務信號。將來隨著數字編解碼技術的近一步成熟和芯片成本的大幅度下降，550～750MHz頻帶可以向下擴展至450MHz乃至最終全部取代550～750MHz的模擬頻段。屆時這500MHz頻段可能傳輸約500路數字廣播電視信號。

　　高端的750～1000MHz頻段已明確僅用于各種雙向通信業務，其中2x50MHz頻帶用于個人通信業務，其他未分配的頻段可以有各種應用以及應付未來可能出現的其他新業務。

　　上行帶寬分配。各種雙向業務頻譜可以考慮將上行頻譜最低的1MHz作為網絡監視載波，它們通常是慢、窄、時分復用信號，而且假如需要，能容忍廣泛地重發送。網絡監視通常安排在比較嘈雜的信道。交互式業務，由于其性質、差異很大，例如簡單的菜單選擇和交易業，能容忍重發的延時，而實時的交互活動，如某些類型的視頻游戲，則絕對不能容忍拖延。所有這些業務中，電話和個人通信是最不能容忍中斷的業務，因為它們主要傳輸的是話音，對時間和順序都很敏感，最能容忍中斷的是分組通信，如互聯網Internet訪問業務，因為它總是在轉發集中的包數據。

　　2、 有線電視網絡的雙向改造問題

　　現有的有線電視網絡是單向的。即有線電視臺播放節目，百姓在家里收看；反過來，假如您在家中把有線電視電纜線接上一臺攝象機，想把您拍攝的影像傳回有線電視臺，那是做不到的。因此，要對現有的有線電視網絡進行所謂的雙向改造。只有經過了雙向改造的有線電視網絡，才能進行雙向信息傳送，也就是說，才能用它來打電話或者雙向地傳送電視節目。

　　實際上，雙向改造不是很麻煩的。因為已經鋪設的有線電視網絡電纜線（包括光纖電纜和同軸電纜）基本上不必改動，只要在有線電視臺以及該網絡中要害的節點安裝新的數字設備就可以了，同時，在百姓家里要安裝另一種調制解調器 ——Cable Modem。百姓家里的設備價格并不貴，約在幾百元至一兩千元。有線電視臺端的設備，其價格取決于用戶的數量和功能。一個中等城市的設備改造費用約為幾百萬到幾千萬元（不含鋪設電纜線路的費用），對于有幾十萬有線電視用戶的城市來說，均攤到每個用戶頭上的改造費用不過一兩百元。 　　3、有線電視網絡改造中可能碰到的問題

　　通過有線電視網絡進行通信，有一個問題。中國電信傳統的普通電話網絡，已經遍及全國各地，其網絡線路的所有者就是中國電信。但是，各地的有線電視臺是由各地自行籌資建設的，彼此并不相連。例如，北京有線電視臺的網絡出了北京地區，網絡就不通了。因此各地有線電視臺就象一個個孤島，要想在孤島間通信，還需要把這些孤島連接起來。

　　連接“孤島”的工作已經有人開始在做。由廣電部、鐵道部、中國科學院和上海市政府四家共同投資，成立了中國網通公司，該公司開始利用鐵道部原有的通信線路，將各地的有線電視網絡連接起來，經過一段時間的努力，現在已經把全國 17 個主要城市的有線電視網絡連接起來，形成了一個擁有 250 萬公里線路的通信網絡體系，這17個城市是：北京、天津、濟南、南京、上海、杭州、福州、廈門、廣州、深圳、長沙、武漢、鄭州、石家莊、合肥、寧波和南昌。

　　4、 CATV上的視頻點播（VOD）系統

　　VOD是一種受用戶控制的視頻分配業務，它使得每一個用戶可以交互地訪問遠端服務器所儲存的豐富節目源，也就是說，在家里即可隨時點播自己想看的有線電視臺服務器儲存的電影及各種文藝節目，實現人與電視系統的直接對話，選擇電視節目的過程就像在飯館里點菜一樣簡單、方便； 它還可以提供圖文信息和綜合服務；也可以對各種播出節目進行控制和收費。 VOD系統是由信源、 信道及信宿組成的，它們分別對應于CATV系統的前端機房傳輸網絡和用戶終端，用戶根據電視機屏幕上的選單提示，利用機頂盒選擇出自己所喜愛的節目，并向前端發出點播請求指令。在具有雙向傳輸功能的CATV系統中，利用頻道分割方式將用戶點播的請求信息通過系統的上行通道傳輸到前端子系統的控制系統。控制系統將點播的節目和主系統的電視信號混合后，由CATV系統的下行通道傳輸到點播用戶終端，經機頂盒解調后觀看。

　　5、 CATV網上的電話

　　系統人們使用最多、最早的通信工具就是電話，這種網絡叫電話交換網，其特點是呼叫一旦建立，兩個用戶間就通過交換機形成一個直接通路。在電話線上只能傳輸模擬信號的聲音。

　　這種電話信號是否可通過別的線路傳輸呢？有3種辦法實現電話信號傳輸：

　　(1) 無線通信傳輸；(2)通過電力系統傳輸；(3)通過CATV系統傳輸。

　　由于電力系統存在電壓高，不安全以及有變壓器隔離等問題，不宜在電力線上傳電話，而在CATV系統上實現電話傳輸，比較符合通信標準和生活習慣，也比較安全適用。


　　在CATV網上傳電話業務需要增加3種設備：

　　一種是連接交換機和CATV網的前端接口單元；另一種是用戶電話和CATV網的用戶接口單元；第3種是計算機網絡治理設備。

　　這種CATV電話網又稱為電纜電話（Cablephone）。傳統電話網的長途干線和局間中繼線帶寬比較大，但進入用戶環路，由于使用的是雙絞線，帶寬很窄，因此只能傳輸300～3400Hz的窄帶電話和低速數據。電纜電話則不同，其全網都具有寬帶的電信業務，因此，不僅可以提供普通電話，也可以提供寬帶的電信業務，包括64kbit/s數字電話、ISDN、電視電話等。

　　用這樣的線路打電話，其優點之一，是費用便宜。大家平時打電話，總是長話短說，因為市內電話每3 分鐘要收0.22 元，打長途就更貴了。但是沒看見誰為了節省電視收費，在看完這個節目后就趕緊把電視關了，這是由于有線電視網絡的收費本來就不高。例如，現在人們收看有線臺的電視節目，每月交費是15 元。設想一下，假如讓你每月交費30 元，然后可以隨便打電話而不再另收費，這是一種什么樣的感受呀！其實，在國外，人們在家里打電話，收費也是極為便宜的。

　　6、 CATV網上的雙向數據通信

　　這個網絡另外一個誘人的特點，就是速度快。用通信術語來說，就是頻帶寬，換句話說，有線電視網絡是一個寬帶網絡。目前廣為使用的ADSL 技術，帶寬最高可達5M，而有線電視網絡的帶寬是550M，最高可達1G（即1024M）。這就是說，有線電視網絡的帶寬是目前電話線的1萬倍，是采用ADSL 技術后的100倍。雖然此處計算很粗略，只是定性的說明，但已經足以說明有線電視網絡的潛力。頻帶寬的好處就是可以通過這個網絡傳送多媒體信息。

　　 在CATV網上進行雙向高速數據的傳送時，在用戶端利用Cable Modem上網。Cable Modem采用先進的調制技術（如64QAM），分為對稱和非對稱二種。其中，對稱型可為每個用戶提供10Mbit/s的上下通道速率，可用在遠程醫療、 遠程教學、電視會議等場合；非對稱型可為每個用戶提供的上行速率為 784kbit/s，下行通道速率可達30Mbit/s，因此非凡適合用在WWW瀏覽、視頻游戲、電子新聞閱讀等。

　　Cable Modem多采用標準化接口，如使用最廣泛的10BASE－T接口，不僅可以直接與局域網相連，而且解決了計算機間不兼容的問題。

　　五、CATV的發展趨勢: 多媒體通信業務

　　經過雙向改造的CATV系統用途廣泛，將成為一個數字通信網絡，這是一個寬帶的互聯網。它可以接收VHF，UHF和UHF電視頻道及調頻立體聲廣播等多種開路信號，同時還能夠傳輸各種閉路電視信號，如高質量數字電視和點播視頻、高保真的數字電話及高速率的數據等多媒體信息。利用這個網絡，可以上互聯網收發電子郵件，瀏覽網頁；可以打電話（語音電話、可視電話、電視會議）；可以進行實時股票交易等各類電子商務活動；可以進行網絡教學、遠程醫療；可以利用該網絡進行智能住宅小區的治理（保安監控、抄報水電氣三表、煤氣泄漏報警等）。當然，它仍然可以用來傳送有線電視節目。以上這一切信息在該網絡上的傳遞，都是數字化的，是符合互聯網協議的。

　　CATV網的另一特點是有廣泛的市場和廣闊的發展前景。目前世界范圍內已有大約數億個家庭訂購使用有線電視，并且在將來的10年內還有加倍。有線電視在21世紀將成為重要的社會信息媒介。