3G网络上的视频应用_移动_视像通讯

3G网络上的视频应用

讲授人：Terry Windeatt 2004/07/26

实施总述

　　在经过了3年的期盼之后，等待终于结束了：第3代移动通讯服务（3G）终于在英国开始展开了。在2003年的3月3日，和记电讯向全英国推出了名为"3"服务的市场推广攻势。在承诺提供一系列崭新的诸如视频呼叫、卫星定位和高速上网等的服务内容的同时，运营商已经为有史以来最具风险性的一项投资的大肆宣传，实质性地做了一项值得众人瞩目和敬佩的工作。

　　本报告提供了有关在3G网络的视频性能背后技术和服务方面的深入论述，并以3G提供给移动终端设备的数据性能为中心概要介绍3G的架构，同时也简述在英国的3G实施现状。

　　"多媒体消息服务（MMS）"标准的审定，主要着重对其视频媒体能力和所要求的视频编码算法等方面评估。这些算法，如随后介绍的H.263和MEPG-4将根据其在手持式终端上的移动无线环境中的使用进行比较。

　　现时3G网络所提供视频服务，以Sony Ericsson Z1010此种3G终端作为应用实施对象来进行推介。这些服务包括视频呼叫，视频消息传送和通过消息及流方式的内容分发。

　　在今后的应用中，将针对潜在的广泛的可利用的移动视频服务而展开。新产生的视频编码标准将与现有标准一同呈现在大众面前供作比较。

一、介绍

　　当前，移动终端和网络技术的发展，给个人通讯提供一个新的方式。在现时可行的新服务和应用中，移动视频技术是最为吸引人的一种。它使得移动用户在分享他们的体验、情感以及他们访问信息和娱乐内容的方式发生了巨大的变化。

　　第一波"实况"3G网络所提供的视频服务可分为如下三类：呼叫，消息传送和内容分发。基于传统陆路通讯网络的视频呼叫未曾实现过，这部分归咎于成本方面的问题但主要还是由于视频质量偏低。3G网络所提供的带宽终于为视频呼叫提供了一个适合的传送媒体，而且，由于近期在视频压缩标准方面的进步，所传送图象质量也显著提高。

　　视频消息传送旨在建立在过往5年里文本式（SMS）消息传送的爆炸性增长的基础上，使得用户能创造及分享媒体内容。就如同新近在2.5G网络上所实现的相片消息传送一样，视频消息传送是基于多媒体信息服务（MMS）标准的，它是一个由称为"第三代合作计划（3GPP）"的组织所开发的标准。

　　尽管"视频消息传送"主要还是限于用户间的通讯，"视频内容分发"则将由服务供应商发送给用户。这种应用的可能范围几乎是无限的，如在英国，首个3G供应商"3"在初期提供的服务包括了ITN新闻公告板、英国超级足球联赛精选以及电影发行时的介绍短片等。同时，这些信息是以视频消息传送的形式，下载（通过所谓的"推"或者"拉"的方法）到终端并由用户在其方便的时候进行回放的。在未来，服务供应商分发模式的发展趋势将是在实况（例如突发性新闻）和离线内容（例如整部电影宣传短片）上实现流式传送的实时化。

　　虽然在成本和电池寿命上，仍然制约着用户从现有的移动服务迁移到新的技术，但移动终端技术的发展，已经将高分辨率彩色屏幕和照相机结合于一体。

　　为3G服务所作出的等待是漫长的，这部分要归咎于为了保证相互兼容性和互可操作性所做出的涉及面广泛的标准化工作。这些标准保证了在用户体验上的达到一个可以接受的水平，如果没有它们，那么移动通讯巨大的潜在能力将被拙劣的兼容性、不可靠的服务以及有限的漫游能力所阻碍。本报告将深入探讨部分标准，这些标准对发送视频服务到3G终端起到了一定的帮助。

二、 3G网络概述

1. 什么是3G？
　　移动通讯的集聚以及因特网一直领导一项称为第三代移动服务的技术的发展，该技术旨在高速带宽无线链路上实现基于IP（网际协议）的服务。在这技术之前，已经在80年代出现了最初的第一代模拟移动电话网以及在过去10年里爆炸性扩张的第二代数字GSM网络。第三代（3G）服务不仅仅是提供移动设备的Web快速接入，而且在通讯、信息访问、商业运作、学习和娱乐方面都采用焕然一新的方式。快速的数据速率与扩展多媒体和娱乐内容一道将以一种革命性的方式，增强移动因特网的使用效能，而不象2G网络时WAP技术所带给人那样的失望。

　　3G以WCDMA的形式推出宽带无线通讯服务，这种形式理论上的访问速度达到了每秒2兆比特（2Mbits/s）。相比较今天的移动网络，3G显著提高了网络的容量，这对于高度密集的区域来说是相当需要的。这样一来，运营商可以给更多的用户提供支持，同时提供更为丰富的服务。WCDMA同时还实现了对声音、视频和电邮等几项数据服务的同步访问。

　　除了基于数据包的核心网络和WCDMA无线接入网络之外，3G技术还包括了许多2G系统的革新。一个典型的例子就是MMS服务，它使得丰富的多媒体信息交换成为可能。

2. 线路交换和数据包交换

　　在移动网络上有两种数据通讯的方法。线路交换法包含了数据呼叫的建立，它类似于建立一个语音呼叫，但数字数据而非语音的传递则除外。数据可以在呼叫正在进行中时在呼叫线路上进行传送。另外的一个方法就是数据包交换。当移动设备有一数据包需要传送时，它将此数据包在没有建立呼叫的情况下传送到网络上。由于无须建立呼叫，数据包交换方式有时被称为"总是在线"。有关2G（GSM）网络上数据包服务的补充，常被称为2.5G（GSM-GPRS）。如果网络是支持数据包交换并且提供了宽带接入的，那它就被称为3G。

　　3G标准所要求的最低数据传输速率,在线路交换方式上为64Kbps，而在数据包交换方式上为144Kbps带宽。

3. 3G在英国
　　2000年春季所进行的20年期限3G许可牌照的拍卖，为英国政府获得了多达222亿英镑的巨额收入，而第一个3G网络才刚刚在英国推出。在为获取许可而进行的巨额投资以及建立新网络所产生的巨额成本之下，移动运营商正为能从其投资中获取回报而面临前所未有的压力。网络的推出一次次地被推迟，而且直到现在仍然有四个获得许可的运营商仍然未有任何推出该网络的迹象。

　　运营商们倾向于等待，但同时他们也在为3G电话开发出更多的应用程序，以此来帮助其获得最大的回报。缺少卖点的产品自然难以吸引用户从成熟的2G市场上迁徙到3G上，尤其是在手持设备和线路租用成本的增加更是致命的因素。3G的成功，必须依靠适路可销的产品并结合优秀的用户体验。而且，到现在也很难说是否"3"能兑现其所承诺的。

三、3GPP MMS标准概述

1. 介绍
　　3GPP多媒体消息系统（MMS）标准的的主要目标是提供一个框架，以供进行丰富媒体的消息交换，这类似于在GSM网络上流行的基于文本的SMS服务。和SMS一样，MMS不是实时的，但却已经突破了其前者（仅支持最多160个字符的文本）的限制，它准许用户深入使用从图象到音频、视频等范围广泛的各种类型媒体。MMS标准可以在WAP或者IP协议上实现消息的交换，同时也迎合了对未来各种新内容类型的支持需要。3GPP并没有对MMS服务本身进行标准化，而是详细阐明了MMS服务推行上服务能力特性的标准化集合。

　　本概述提供了有关MMS标准的简要介绍，主要针对视频内容交换方面的内容。基本的MMS网络架构如图 1。

2. 所支持的媒体类型
　　指定由MMS标准支持的媒体格式现行集合如表1所示。SMIL和XHTML标准用于定义在MMS消息里各种各样的媒体组件的布局和行为。

媒体	格式
文本	纯文本，纯Unicode字符
语音	AMR和AMR-WB
声频	MPEG-4 AAC LC （LTP可选）
合成声频	SP-MIDI
静态图象	JPEG和JFIF
位图图象	GIF87a，GIF89a，PNG
视频	（如下）
矢量图形	SVG-Tiny

表1 MMS所支持的媒体格式

3. 所支持的视频解码器

　　考虑现有的一一系列视频解码器，对于移动设备而言，要支持其中大部分的类型是不切实际的。为了克服这一问题并且减少移动设备为支持视频回放所需要的支持，MMS标准声明只明确支持一种视频解码器，另外的2个作为候选支持。所列明的解码器如表2所示。

视频解码器	需求性
H.263 Profile 0 Level 10	要求
H.263 Profile 3 Level 10	可选
MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0	可选

表2 MMS所支持的视频解码器

4. 文件格式

　　MMS标准所指定的文件格式是3GGP文件格式，它带有3GP的文件扩展名，并且是在ISO基础上的媒体文件格式。一个3GP文件可以包含多种媒体类型但最多仅支持一条视频通道，一条音频通道和一条文本通道。该中文件必须完全独立封装并且不包含文件外部的媒体引用。

　　这种文件格式可以用来发放采用MMS的媒体片段。为了对用户在媒体方面的要求更予更好的回应，该文件格式支持累进式的下载，这样一来终端就可以在文件被完全下载前开始回放。为了支持累进式的下载方式，文件的创作必须遵循某些指引。首先，文件的开头必须放置会话信息，这样一来终端才能判断媒体的类型。媒体通道必须插入到文件中，这样一来客户端才能轮流接收到每种媒体类型。

5. 寻址
　　MMS标准要求以移动用户的电话号码（MSISDN）或者电邮接收人（例如joebloggs@hotmail.com）为标识来发送消息。更而且，该标准详细指定单一消息必须可以为多个接收人设定地址。这种可圈可点的增强特性使得SMS系统的单一移动接收寻址相形见绌。

6. 发送
　　MMS标准订明了可供消息提交和传送的几个不同的选择。首先，用户可以从他们的移动终端上提交消息，这与现有的SMS服务是一样的。另外的一个方式就是网络能自动地将消息"推"给接受人（例如由于新闻订阅服务的需要）或者从一个用户所要求的终端上"拉"来消息（例如一个需要公司传送财务报表的请求）。MMS标准提供了信息传送上的存储和转发功能，而不仅仅是一种邮箱类型的模式（电邮类型）。

　　在其他各种服务当前正处于活动状态时（例如浏览Web），移动终端必须能同时接收MMS的消息，并且必须能将消息发送进行流式化。这样一来，用户能在消息完全下载到电话之前打开并且查看它。

四、3G视频标准

1. 介绍
　　3G网络上用于视频通讯的3GPP标准定义了使用于视频消息传送（参看3.3部分）和视频呼叫的视频解码器。在交换线路上实行64kbps速率的实时呼叫时，H.263是推荐标准，如图2所示。可选的其他视频解码器中，MPEG-4和H.261不是标准所要求的，但可作为可能的候选标准。

2. 用于视频会议的H.261运动视频编码
　　作为标准中的H.320组的视频解码器组件，ITU-T Recommendation H.261标准支持视频会议应用方面的视频编码。H.261算法原先是作为在ISDN上的视频会议和视频电话所开发的，提供数倍于64Kbps的数据传输速率。在以前，它设计用于双路视频通讯但仅停留再两种固定图象的解析方式，即公有媒介格式（CIF）和四分之一CIF格式。视频信息以Y，Cr，&Cb组件表示，如表3所示。

解析方式	亮度（Y）	Cr	Cb	最大帧速率/秒
QCIF	176X144	88X72	88X72	29.97
CIF	352X288	176X144	176X144	29.97

表3 H.261所支持的分辨率

　　许多的H.261应用包含有在64Kbps或者128Kbps ISDN连接上的视频通讯。在采用这些传输速率的情况下，需要较大的压缩比率，通常选择QCIF作为解析方式，在这种情况下，源帧率限制在约每秒10帧左右。H.261编码算法是以离散余弦变换（DCT）压缩方式和宏块子图象运动补偿帧间预测的方式的。当H.261此种解码方式工作于128Kbps的速率或之下时，一个明显的特征就是所解码视频讯号衰减，如果运动突然增加的话图象会被"分解"。由于3G网络上可提供64Kbps的线路交换通道，很显然，H.261标准以前是不适合的，这也促成了对H.263标准的开发。

3. 用于低速率通讯的H.263视频编码
　　ITU-T H.263编码算法是H.261的扩展。H.263描述了一种算法，有如H.261，该算法在宏块结构上采用了DCT、运动补偿、可变长编码（VLC）和标量量子化等技术。该推荐标准在低速率的情况提供了更高质量的视频，这与H.261有如下几方面的不同：

　　

带半象素预估的动态补偿（这与H.261中的全象素正好相反），产生了有所改善的动态预估并减少了预测错误。

PB帧模式（可选）。两个帧被编码为一个单位：通过前后P帧的双向预测，使得下一个P帧（从前一个P帧中预测到转发）与B帧结合在一起。这种模式是基于使用在MPEG标准中B图象的。

重合块运动补偿

与先进的预测模式配合实现无限制的运动矢量作业，允许运动矢量在图象区域意外布点。

　　总的看来，对于同等图象尺寸和可觉察的图象质量来说，H.263系统主要提供了比H.261高150%的性能上改进。

　　对于有限屏幕尺寸的移动终端而言，H.263推荐标准最为显著的意义就是准许sub-QCIF(或者4CIF和16CIF)附加输入解析方式。Sub-QCIF(SQCIF)图象格式提供了128X96象素的亮度分辨率，这对于移动终端上的视频呼叫而言是相当足够的了。

　　指定用于3GPP标准的特性和层次关系到H.263标准的一个附件，该附件定义了一部分优选的特性组合。表2中所列出的必选和可选的H.263信号编码器，都共同采用同一层（10）但在特性方面则有所不同（0-要求；3-可选）。相关的描述可以在表4中查得。可选的第3个特性描述了一个采用H.363更多特性的、更为复杂的编码解码技术，该技术能对图象质量的改进和减少移动终端的速率起到一定作用，但这同时可能会消耗更多的电力并降低回放性能。

H.263特性/层次	总结
第10 层	- 支持QCIF和SQCIF解码方式
	- 数据流达到了64Kbps
	- 帧速率最大可达15fps
特性 0	基线特性
	有关H.263推荐标准（不带可选特性）的基本操作
特性 3	第2版本交互及流式无线特性
	基线特性再加上如下特性：
	- 高级INTRA编码方式
	- 解锁式过滤器
	- 切片式结构
	- 改良的量子化方式

4. MPEG-4 Visual

　　MPEG-4 Visual标准是全面的MPEG-4基于对象的媒体工具集的一个子集，主要针对一系列范围广泛应用的视频编码方式，包括移动通讯。容错性以及高效率的特点使得这种编码方式尤其适合于3G的应用。

　　MPEG-4 Visual以特性进行组织并在这其中定义了不同的层次。特性定义了工具集的子集，而层次则关系到计算方面的复杂程度。在这些特性中，"简单可视化特性"提供了容错（通过数据分割，RVLC，再同步标识和头部扩展编码等方式）和较低的复杂性，这对于诸如移动终端等嵌入式应用程序而言是尤其重要的。MPEG-4允许不同的输入格式，包括常见的QCIF和CIF解析方式。同时它在基线方便也与H.263相兼容。

　　3GPP文件格式列明了对MPEG-4 Visual简单特性0层次的可选性支持。该特性被设计用来针对屏幕尺寸小、能耗低的无线嵌入式的应用。0层次有如同其他简单特性层的功能性但有着如下的局限性：最大分辨率是QCIF，最大帧速率是15fps并且对象最多只有1个。

五、3G上的视频应用

　　近来，英国的大众人士已经可以尝试使用3G供应商（和记电讯3G，商标为"3"）首次提供的崭新服务。虽然这些服务并不代表着一种综合或者成熟的视频应用方面的选择，但不管怎么样他们还是提供了跨越不同机制的内容。这些应用的实例按照Sony Ericssond的第一款3G手机Z1010（即将面市）的具体情况总结如下。Z1010是一种双模式手机，支持WCDMA（3G）和GSM-GPRS（2.5G）。它支持语音、线路交换数据和数据包交换数据等传送方式。

1. 呼叫
　　可以证明，3G电话最具传奇性、最可称得上卖点的就是它能实现两路视频呼叫的能力。视频呼叫在两个3G用户间的64Kbps交换线路上实现。置于电话前面板顶部照相头以15fps的速率捕获SQCIF或QCIF格式的图象。所获取的视频信息进而使用H.263（0特性10层）进行编码并发送到其他用户的屏幕上，反之亦然。

　　Z1010提供了多达65536种颜色、176X220分辨率的屏幕，这样在进行视频呼叫时其他信息可以同时显示于屏幕上。基于TFT技术的屏幕还可以在较暗的环境中实现背光。多数的电话还可以选择在屏幕中显示一个更小的窗口，这样一来，用户既可以看到自己，也可以看到接收人的图象了。

　　当然，由于，由于用户双方都必须在同一个WCDMA发射器覆盖范围内，这种服务还是有着局限性的。这是由于GSM-GPRS网络无法提供供视频呼叫的足够的网络带宽。

　　很明显，视频呼叫设备的硬件要求包括了照相机和大彩色屏幕等。实时视频编码解码所需的能耗也是一个值得关注的问题。抛开编码器缓存因素不说，由于数据是以流式进行实况传送的而非存储后播放的，所以这种应用不需要终端上其他额外的存储空间。

2. 消息传送
　　除了现行的MMS照片消息传送之外，3G网络还可以用于将较短的视频剪辑传送到其他移动用户或其他因特网用户。视频剪辑的尺寸根据3GPP规范的定义，限制在100千字节下的SQCIF或QCIF分辨率模式。根据分辨率选择的不同，可供发送的录制时长最大约为15秒。

　　MMS标准允许所捕获的视频内容嵌入到小型的媒体演示中，可以包括声音、图象和文本等信息。随后，它可以通过移动终端或者电邮地址发送到任意数量的接收者那里。那些没有适合电话可以接受信息的的接收着将得到一个文本消息，告诉他们如何从MMS的Web门户网站上检索到MMS消息。设想一下有这样一个用于创作MMS消息的移动终端支持累进式文件下载方式，那么接收者可以在消息完成全部下载前开始查阅信息。

　　MMS消息传送预计会延续GSM电话上SMS系统那种广受欢迎的局面，尤其是当越来越多人升级到带相机的手机并能够快速方便地创作他们自己的多媒体内容时。由于MMS视频消息储存方面存在的问题，那些首先沾手这类电话的人们，很可能会发现其本身内存空间的不足。其中的一个解决的方法（已经由T-Mobile在2.5G网络上实施）就是为服务订户们提供个人的远程存储空间，减少电话内存方面的压力。同时可移动存储记忆槽的加入也将缓解内存问题，诸如Sony的DUO记忆棒。

3. 内容分发：消息传送
　　除了视频呼叫和点到点视频消息传送之外，"3"的市场推广活动同时也着重于为用户提供多种多样的内容。这些内容使用和MMS同样的分发模式但可以让用户下载更大型的文件。这样一来，将内容"推"给大众用户就成为了可能。可以获得的这些内容包括来自ITN的新闻公告板和英超联赛精选等，而且几乎每天都会陆续有新种类的内容加入近来。

　　图4展示的是一个英超联赛精选节目屏幕截图。这个文件的扩展名是MP4，这正好于3GP是同样的。（标准化文件扩展名）。

　　再一次的，手机上有限的视频存储空间的问题被凸显了出来，尤其是对于尺寸较大的媒体文件来说。

4. 内容分发：流式发送
　　在3G电话上所有传送方式中，流式应用尚未得到充分的开发，但同时也在未来也有着最大增长潜力。在"3"上面，唯一使用流式传送是一个电影回顾门户，该门户允许用户可以观看一小段电影剪辑。但整部电影预告片仍无法实现流式化播放，即使终端设备上的屏幕尺寸是有限的。

　　由于多数的移动终端已经配备和必要的解码器和媒体播放器，真正的流式传送将对其有着数个要求。对于用户或者网络供应商而言，最大的限制是在过长连接到流媒体时耗费的网络资源，这方面显得极其的昂贵。Z1010电话支持IP上的流式传送，并使用"实时流式协议"（RTSP）。

流式应用的增长潜力可以从如下例子中看出：
<　　li>乐电视 - 允许用户多次收听音乐电视或者音频唱片，这样可以让用户选择是否购买，还可供其选择是以电子方式还是用邮寄方式来送交
　　

电视 - 错过了你最喜欢的节目是吗？看看或者听听一段5分钟的精选视频片段吧。

体育报道 - 不能到现场观看大型的重要赛事吗？看看直播或者精选片段吧。

旅游 - 一路上堵车吗？调到当地的路边照相机去查查合适的路线吧。

　　当前只有在远东地区（在那里3G的市场较为成熟些），上述的这些服务才可以看到。在韩国3G服务供应商将很可能会以流的方式实况传送电视台的节目到移动终端上面了。

六、移动视频的未来

1. 新兴标准：H.264/AVC
　　在接下来的数年里，对于移动通讯供应商最大的挑战是如何跟上用户对服务期望的脚步。移动终端的改进将体现为屏幕和照相机质量在分辨率与对比度上的迅速提高。用户理所当然地希望在硬件方面的进步的同时，视频呼叫的质量也得到相应的提高，但考虑到可供带宽的现实情况，唯一可以改进的就是视频编码方面的算法了。

　　H.264/AVC是ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC运动图象专家组（MPEG）的现行视频标准化项目。该项标准化的目标旨在开发一种简单直接的视频编码设计方案，这种设计方案带有增强的压缩性能并提供了适用于网络的视频表示方式，这主要用于解决两路视频电话和应用方面的存储、广播和流式化。H.264/AVC已经在速率失真效率提供方面取得了明显的进步，它是在与现有的诸如MPEG-2视频标准（注意3G的任何终端都没有使用该解码器）的比较中2个速率保存因素中一个。

　　H264/AVC划分为截然不同的两个层，即网络抽象层（NAL）和视频编码层（VCL）。NAL负责在数据传输的载体上、根据网络特点以适当的方式对编码数据进行打包。VCL仅负责视频数据的表示。这样一来，NAL负责对底层网络的维护并给VCL一个网络独立接口。

　　对于易出错误的网络而言，比较前一标准，H.264/AVC提供更好的容错能力。它引入了"柔性宏块排序（FMO）"和交错的概念，这一方式允许在无光栅扫描排序的条件下实现宏块传送。"数据分割"则是标准所包含的另一个容错机制。在底层网络所提供的是不对等的错误保护条件下，这三个特性根据数据的优先性的不同来减少视觉赝象的产生。另外的两个特性，冗余切片和零碎宏块则提供了针对预估间错误扩散的额外保护措施。

　　即便在高速带宽应用中已经取得了巨大的改进，但看来H.264/AVC标准同时也准备对现在3GPP标准中列明的视频编码技术进行改进。由于在压缩算法方面涉及到增长的复杂性，这将会在解码器处理上产生巨大的成本。在嵌入式平台（ARM922处理，运行频率为200Mhz）上所最初加入的一个H.264/AVC解码器，实现了在QCIF解析方式下25fps的帧率，这对未来的移动应用起到了一定的鼓励作用。

　　在2003年的第二季度，这样新的标准将被公开，同时将如H.264和MPEG-4 AVC（同一标准）一样为众人所知。

2. 未来的应用

　　视频服务在未来的应用潜力正于基于因特网的视频服务一样变得多样化，尤其是对于处于3G技术核心的IP网络而言更是如此。有关流式应用开发的建议已经在第5.4部分列出，当然还有可能包括如下的数种应用类型。

2.1 约会服务

　　采用带有照相机功能的电话进行内容创作的所具备的简易性，已经让传统的5线私人对话成为遥远的过去。简短的视频消息可以于个人的文本介绍以及相片一同上传到服务供应商那里，这样单身人士可以浏览相应的数据库寻找潜在的对象。当他们找到适合的人选时，他们可以下载其"视频人物"并决定是否于其联系。

2.2 居家监控
　　与居所联系的日益紧密（例如总是处在高速因特网上面）为流式监视图象和视频的应用提供了可能性，这样以来居所所有者就可以远离居所却能对其进行监视了。

2.3 购物
　　无论是衣物、汽车、休假目的地或者是电脑游戏，有机会能看到产品的视频图象对于购物者所具备的吸引力远远大于静态的图象。能在无须到商店就能看到一件衣服穿戴于身，这样一来就可以大大节省精力和舟车劳顿的时间。以广告模式而言，新产品的展示加上以通俗易懂的方式来指引用户去购物，可能会产生非常有趣的结果来。

七、结论

　　在英国，3G网络的到来所带给客户的，最起码是一个建立在量多质优基础上的视频应用，尽管其价格不菲。即使在目前看来在内容的选择上，在稳步增长的同时还是相当有限的，但其所留给首次使用的用户们的印象还是鼓舞人心的。修修补补的WCDMA网络，对于其本身大部分已经建成的设施来说，无论是针对于呼叫还是下载等的视频应用来说，其用户的增长规模还是极其有限的。究其原因，主要是因为如果手持设备的用户无法在其邻近找到WCDMA的基站（所覆盖的区域），那么也自然无法享受到视频方面的服务，进而，取而代之的是他们将不得不接入到2G或者2.5G的网络。
视频服务使用得以增长，前提条件是WCDMA基站的大规模建立。要吸引更多的服务订户，视频方面的服务就必须迅速地多样化，并且3G电话应该成为一个"必须"的设备而不是一种高级的玩具。手持设备目前存在的问题是电池寿命短，但随着新产品的不断涌现，其性能和视频处理方面的能力将能得到相应的提高。

　　由于3G电话和核心网络基础设施制造商等的多样性，为了保证这些设备的互可操作性，有关标准化方面的问题备受关注。在将来，H.264/AVC标准和3GPP标准的整合，相比较目前的编码解码方式而言，它将以一种"等位速率"的方式大幅度提升所有视频应用的图象质量。实际上，H.267/AVC与3GPP标准任何一种形式的整合更多的是一种表面的而非实质性的改变。为了将对标准所做的改变保持在最低限度，H.264/AVC编码解码标准更多的是作为一个可选的编解码方式而非必选方式加入到主标准中。这样一来现有的硬件设备也就不会因此被废弃。

　　移动电话上的视频服务经常被描述为"杀手应用"，这是因为它们提供了最新颖和最具娱乐性的3G技术的应用，并且也最能吸引新的订户。运营商们是否能在3G上取得成功还是一个未知数，但"3"在英国的运营，肯定会是在众多的制造商、投资商和消费者为了一个可以预测的将来而众目睽睽下进行的。

八、多媒体技术纵览

　　在EEM.mms模块上，由各位学者提供的研讨会概述节选如下。

1. 流式视频

　　因特网正日益成为丰富媒体内容的传播媒介，尤其是在网络带宽和最终用户接入速度提高的情况下更是如此。此类媒体一最明显的例子就是视频，例如音乐录影片，电影预告片或电视直播等。而所谓的"流式视频"，就是一种无须下载整个文件就能播放实况或者离线视频内容的技术。

　　流式传送的最基本概念是将每一轨道（视频和音频）交叉嵌入到数据流中，这样一来，解码器将以零碎的方式来接收用于重构原始发送内容中一小部分片段所需的全部信息。相比较之下，传统的文件格式连接了不同的轨道，并且需要在回放前完全下载文件。为了克服数据包延迟变化和其他的网络阻塞，流式传送技术采用了流缓冲技术，以此来保证被解码的视频内容能经常性地保持顺畅，即便这将会造成在初始的播放中会有少许延迟。实时（或者接近实时）状态下的视频编码方式，使得在网络上进行"实况"的流式传送成为可能，例如BBC的News 24节目。

　　对于流式传送技术来说，伸缩性是重要的，因为它将使得系统能在无须超过用户连接限制的情况下，为其提供一个合适的带宽流传送。广大的用户也将能从中获益，从无线移动用户到高速局域网用户，都可根据可用带宽来获取合适的媒体传送质量。

　　现存的还有一些相互竞争的流式传送解决方案，主要的三大解决方案是Apple的QuickTime, Microsoft的Windows Media Server和Real Network Server。每一种解决方案都为各种的IP流式协议的媒体传送提供了支持，但压缩算法的限制性许可措施使得他们的互可兼容性受到了制约。3G无线网络的到来，将很可能出现对这些竞争性的标准的一个革新，这是由于移动设备因为其有限的尺寸和运算能力的原因，只能支持流式协议的一小个子集。

2. 显示技术

　　许多年以来，可视化显示一直是人机沟通的一种基本方法，尤其是在图形用户界面（GUI）的出现后更是如此。在我们的现代生活中，我们总是被家里、办公室里、机场中或旅行转车站的计算机显示器所围绕着，或者是诸如膝上电脑和掌上电脑等的移动设备所包围着。

　　多年来用于显示的主流技术一直是阴极射线显象管（CRT）。技术的充分进步和全球化的销售，已经使得其成本在稳步下降，而显示的尺寸和质量则相应提高。但是，CRT显示器的能耗高，不易携带，用户如果长时间使用易于造成眼部疲劳（由于屏幕闪烁）。

　　近年来所开发出的液晶显示技术（LCD）已经开始形成规模，足以取代已经老化的CRT技术。LCD显示屏能耗很低，重量轻且体积紧凑，并且不易抖动和闪烁。研究表明，LCD较CRT能大大减少眼部紧张。早期的LCD由于不均一的亮度而造成了有限的视觉角度；新的显示屏则较少存在此问题。生产技术的改进和销售量的增长已经使得LCD的价格大幅下降，这使得它能在移动电话、数码照相机和移动计算方面的应用得以大规模采用。而在大型屏幕尺寸方面，在笔者撰写本文的时候，LCD相比较CRT还是相当的昂贵的。

　　最新的能得以大规模市场化的显示技术是等离子屏幕，它主要在大尺寸屏幕上与LCD相竞争（例如28英寸）。到了2010年，采用与"3D眼镜电影术"相同原理的3D显示屏预计将进入市场，应用到诸如电影院、视频游戏、虚拟现实和视频会议等领域上。

3. 运动预估技术的应用
　　对于连续视频帧的时间关系的分析称为运动预估技术。现存有多种的分析方法可供使用，例如"块匹配"，" 傅立叶技术"和"特征抽取"等方法。运动预估技术可以用来改善视频编码算法，并对典型视频序列中的连续帧之间关系进行利用，以此来减少相邻帧相似信息的重新传送。所有的MPEG格式和许多的ITU-T标准（例如H.261和H.263）都使用着运动预估技术的一两种形式。

　　运动预估技术的运用已经不仅仅是在视频压缩技术方面。在电视技术方面，运动预估技术可以用来对摄象机的移动（例如镜头的摇动）所造成的图象不稳定进行弥补并且能使得图象在平面上的重叠（例如在球场上草地上显示出足球俱乐部的标志）。

　　在娱乐业，运动预估技术可能已经在诸如面部表情识别等这些领域得到了应用。它在数字化汽车后视镜方面的使用能根除后视盲点的问题，同样也能对可能与其他车辆产生的碰撞提出警告。军事方面的应用包括了使用热视或者夜视技术来识别运动，或者对诸如导弹等军火的跟踪。

4. 图形加速的发展趋势

　　现代的计算机正日益依赖图形加速技术来实时的、以现实情况下可利用的帧率来发送丰富的媒体内容。尤其是现今的游戏，如果没有高度复杂的设备来生成输出显示，那么就根本无法运行。几乎所有的现代计算机都采用协处理器来处理图象的生成，该处理器被称为图形处理单位（GPU），它与CPU同步工作。

　　GPU提供了在处理矢量、3D和材质映射操作时的优化指令集，使得现实场景能得以重建、活动化并独立于CPU的实时导航。针对优化的软硬件解决方案，现存有多项不同的标准，例如OpenGL和DirectX，并且在市场的竞争明显，这方面的主导者是NVIDEA和ATI公司。

　　通过高级图形接口（AGP）连接的最新图象技术，为CPU和RAM提供了一个快速和宽阔的总线。图形加速器的进步所面临的挑战包括不断增长的AGP总线吞吐量和逐步减少延迟等问题。

5. 光纤
　　如果没有光纤，就没有现代通讯。光纤依赖其完全的内部反射来保证光讯号不会因为调制讯号端到端的传递而从玻璃芯部中丧失。相比较通过通过铜进行电讯号传送，光纤减少了损耗和噪音。配合高频载波的话，光纤能提供更多的带宽。

　　载光的芯部由硅二氧化物制成，并使用锗或铅基合成物做保护。多模光纤芯部直径约50-85μm，由于其较大的散射特性，其有效传送距离相当有限。单模光纤越为10μm，由于其散射性较小，故而传输距离较大。

　　光纤的应用并不仅仅是在通讯方面。一个非常重要的应用是在医疗内窥手术方面，光纤被用于在人体内传送光以便对手术区域照明。它们也少量用在楼宇照明和游泳池中。

　　现代的光纤发展包括了"实波减少散射斜面"（RS）光纤，它提供了更大的数据带宽。

6.虚拟现实（VR）
　　虚拟现实系统可以被定义为第一人模拟环境，人在其中驾御着环境，与其交互并无法区分模拟与现实。

　　VR系统有多种分类，按其模拟机制进行区分。浸入式VR是指用户的视觉角度是在模拟环境中的，例如置头显示器（HMD）或者模拟环境被投射到房间的墙面上等。非浸入式VR则被定义在图形工作站上所显示的虚拟环境。而对于混合式VR来说，则是指将虚拟图象叠合到真实世界的景象的一种方法（例如战斗机驾驶员的HMD）。

　　VR系统的性能如何，通常采用"每秒最多多边形"和"帧率"等方式来衡量。而诸如纹理映射、反锯齿、Z缓冲法等则在所需场景的高质量重建方面有所帮助。人与环境的交互，可以通过在结合3维音效的同时，采用触摸和按压反馈作用器来得以增强现实感，但这方面也存在诸如用户的安全性和舒适性等问题。

　　虚拟现实在娱乐、医疗和军事训练等方面有着广泛的应用。尤其是在利用飞行模拟器来训练战斗机驾驶员和商业航空驾驶员方面，可以利用其来安全地训练紧急着陆。

翻译：广州富年电子科技有限公司姚薇校对：潘勇强

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