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1、南京 1 9 9 8第十届中国计算机学 会网络与数据通信学术会议论文 在A T M网络中 实现MP E G - 2 数据流的传输 程伟明 中 国 科 学院 软 件 研 究 所 ， 北 京 1 0 0 0 8 0 ) c w m is d n .i s c a s .a c .c n 摘 要本 文简 述了M P E G - 2 编 码 方 式 的 主 要 特 征 ， 提 出 在A T M网 络中 利 用A A L S 对M P E G - 2 传 输流T S ( T r m i s p o rt S tr e a m ) 的 适配和传 翰棋式 . 讨论了 利用A T M网 络 提供的Q O S
2、及 分层 传输 机制 来高 效、 可 命 传 轴M P E G 一分组 数 据流的可能性. 关链词 A T M网络，MP E G 一编码，Q O S ，多媒 体通 信 1 序 B - I S D N采用 异步 传轴棋 式A T h 双 A s y n c h r o n o u s T r a n s f e r M o d e ) *实 现 高 速、 实 时的 多 媒体 数据 传 输， 并能对 传 输 业 务 提 供 服 务 JA R Q O S ( Q u a l i t y O f S e rv e r ) 的 保 证 . 图 象 编 码 标 准M P E G - 2 ( M o v m
3、 g P i c t u r e s E x p e r t s G r o u p ) 的 主 要 功能 是按照 统一的 格式 对视 频 音 频， 图 象等 媒体 信息 进 行采集， 压缩 处 理。 使之 成为 能 够 在网 络上传 输的 信息流 . 利用A T M网络来 传 输M P E G - 2 的 视 濒、 音 频 信 息 是当 前 多媒体通 信领 域中 的 一 种时尚 ， 也 是一 种 必 然的 趋势. Z MP E G2 编码方式的主要特征 多媒体信息的 特点 是数据t大， 在进行采集 ，存储和传拾过程中， 必 须进行数据的压缩。 在目 前己 经实现的 多 媒体通信系统中，根据不
4、同的通信效果和网络能 提供的有效带宽。都采用了视频和音频数据的压缩技术，以适用不 同的应用场合.常用的视频图象压缩有J P E G。r 门- T 82 6 1 、M P E G等国际标准. J P E G ( J o i n t P h o t o gr a p h i c E x p e r t s G ro u p ) 用 于 静态图 象 压缩，H .2 6 1 用 于 可视 电 话、 电 视 会 议的图 象压缩 .M P E G 标准适应于活动图像及伴音，对图象、 伴音、 媒体存储和传输提出了统一的标准， 是高质f的视频压缩标准.目 前 已经在多媒体领域中广为使用的有MP E G - 1
5、 , M P E G 一标准. M P E G - 2 涉及的范围广. 扭 益各种不同的 应 用.M P E G - 2 的 视频体系包括分辨 率从低教用子会议电 视和可视电 话 ) ， 主 教常 规 的 数字 电 视 ) ， 高 级 ( H D T V ) 的4 级 ( b e v e l : 分 辨 卒 。 级 越 高 分 辨 率 越 高 ) 5 类 ( P r o f i l e :指 压 缩 方法 ， 类 越高 ， 压缩比 也 越高 ) # & ”种独 立的 技 术规 范 集 ， 视频序列的墓本编码单位是独立的视频顿或图象， 一个视频序列有一揭或多福连续的图象集组成，图I 示出一 个
6、视 频帧 的 时间 序 列， 该序列 表 达M P E G - 2 的 三种 基 本 类型的图 象， 它 们 是核内 编码图 象k I n t r a ) 杭 、 预 测 编码 图 象 P ( P r e d i c t e d ) 杖双向预测编码图象B ( B i d i r e c t io n a t ) 杖. 图I 、MP E C , - 2 视频祯的时间序列 I 顿 采 用 静 态 图 象 编 码 标 准 ， 把 一 幅 图 象 分 成Y U V 分 全 和 相 应 的8 、 8 小 块 ， 利 用D C T 离 散 余 弦 变换 对各 分 盘 进行 变换， 采用 游程 编 码的 哈
7、 夫 互 方法 进 行压缩 而 形 成宏 块， 多 个宏 块构 成一幅 静态图 象. 它 的 特征 是只 利用 单 幅图粼帧或场) 内的空间冗余，而没有利用 时间的 相关性，是其它二种帧的基础，使用周 期性的I 顿便于初始化接 一31 4一 第十届中国计算机学会网络与数据通信学术会议论文南京 1 9 9 8 收机和捕获频道. P 杖 ( P 指 顶 侧提向 前 预 侧帆 是有I 杖 产 生的 ， 它 是 把I 杖中 的 “ 准 宏块 ” 复制而 拼成的 .所 调准 宏 块只 是I 顿中 的一 个相似块， 这个复侧过程称为运动， 这个复翻而 成的祯与 原有的 祯是不同的， 豁修正， 这个过程称为
8、补偿. 经 复 制、 补偿而 成的P 杖与原有的杖就相差无几了 .P 帧的特点是可以 使用顿间 编码技术来提高压缩效率和图 象质 t. B 顿 旧指 双向 预 测 提双 向 预 侧顿 ， 它 是有I 恢 和P 帧同 时 拼 接 而 成的 在 空间 位 皿 上它 位于I 仙和P 顿 之间 是分别从它们作运动补偿而成的日杖预侧的基础在于一个 视频杖与前后出现的杖相关， 它的特点是通过前后双向 预侧 编码可以节省比特数和提高性能.祯的传物顺序与杖显示的顺序不同。 编码器和解码器必须记录视频杭， 从而 增加 总的延时 在延时不是重要因京时， 便用B顿可提高压缩效率和图象质最. 在M P E G - 2
9、 的标准中: 并没有定义 I . P . B 顿必 须构 筑在一起，它们的 组合可以由 用户自 己 定义 图1 示出 的是 一种最基本的 组合方式. 图2 示出 音 频 视 频 信 息 生 成M P E G 2 传 输 流T S ( T r a n s p o rt S t re a m ) 的 过 程 . 原 始 的 视 频 ， 音 频 信 息 分 别 通 过 视 频 编 码 器 和 音 频 编 码 器 ， 按 照M P E G - 2 标 准 进 行 编码 ， 经 过 数 据 压 缩 的 信息 流 被 组 成P E S ( P a c k e t i z e d E l e m e n t
10、 a ry S t r e a m 抱，P E S 包中 除 含有 视频 、 音 频数据 信 息 外， 还包 含 有 码 率、 定时 及数 据 描 述 等不同 信 息. 通过 源 编 码器 来设I d 这些参数。通过T S MU X的处理生成T S 传翰分组. 图2 、音频、视频信息生成MP E G 一传输流 & I P E G - 2 的T S数据流建立在固定长度分组结构的墓础之上，分组通过分组头 来识别，每个分组头标识一 . 种特 定的应用码流，此码流构成T S 分组的净负荷.选择分组的大小时，耍考虑到传轴的效率，也考虑到分组的出褚概 率. 每 个分组由1 8 8 个字节组成， 一般的 原
11、则 是4 个A T M信元对应一个MP E G - 2 传 输分组， 使得传输分组与A T M 信元格式之间可有互操作性. 3 A A L 对MP E G2 分组的适配 A T M网 络 主 要 分为P H Y 层、A T M层 ，A A L 层 和 应 用 高 层.P H Y 层 完 成 信 元 组杖 和 传 输 ，A T h ， 层 完 成 信 元 的交换和复用，A A L层适配从高层传输来的业务数据.A T M网络能提供多种编码 速率和多种带宽的传输服务， 比 较 好地 解 决了 业务的持续时间、突发性和速率三者之间的 关系. 能 根据不同 业务的 性 质， 采用 相应的适配形式， 特
12、别适应于多媒体数据流的传输. M P E G - 2 传输数 据包可 作为A T M网 络的 高 层用 户 数据 ， 很容易 被A T M网 络的A A L 层 适配 成 统一 的 信 元， 经 A T M层 加上统一的 信元头，生成完整的A T M信元在A T M网络上传拍.在A T M网 络中，A A L 5 是常用的业务适 配 类 型 . 特 点 是 适 配 方式 简捷、 高效. 在 I M网 络 上 传 输M P E G - 2 的 数据 流时 ， 可 以 是把M P E G - 2 传 输分 组 转 换 为A A L 5 信元 枯式来 传输. M p 任 卜口，. M P E G -
13、71 It A B 声 撇撇忽蜘 翔 A A L 5C P C S A - - - 一 ， 4- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - l 一 八T争 门月 娜 舞 刻f , 0 0 % i 口 .Od喇比 一. A W C N 二 闷 卜-一一一-一卜 图3 、MP E G - 2 传输分组适配成A T M信元 一31 5一 南京1 9 9 8 第十届中国 计算机 学会网 络与数据通信学术会议论文 将M P E G - 2 的 传 物 分 组 影 射到A A L S 数 据 单 元P D U , 解 决 传 翰 分 组 与 信 元 对
14、 齐 的 方法 是 将 一 个 或 二 个 传 箱 分 组 包 装 成一 个A A L 5 - C P C S 子 层 的P D U 结 构 ， 如 图3 所 示 . 连 续 二 个 包含M P E G - 2 的 传 翰 分 组 ， 加 上8 字 节 的A A L 5 - C P C S 子层尾， 形成一 个包含3 8 4 个字节的C P C S - P D U. 对C P C S -P D U进行分组， 分成8 个连续的A A L 5 S A R - P D U， 每 个S A R - P D U 的 长 度为4 8 个字 节 ， 作 为 静 荷 播 人 到A A L 5 伯 元 中 ，
15、对 最 后 的S A R - P D U ， 通 过 设 里A A L S 信 元 头 中 相关的P T I 位来标识， 网 络对 信息 的 传 楠是 有网 络 时延 的、A T M网络 对信元 的 传 粗不 仅会产 生 时 延 也 会产 生 时延 抖动 ， 这是终 端 设 备 无法控制 的 . 另外 在M P E G - 2 传输 分 组被 适 配 成A T M信 元时 ， 也 会 产生 包 装时 延. 网 络传 输带 来的 延时和 抖 动 会导致终端对媒体信息处理的失步. 在数宇 压 v系统中 ， 视频图 象的 显示和传输幅图没 有自 然同 步的概念二必 须在 M P E G 一的 传 输
16、分组中 ， 传送 定时 信息 如 使用P C R ( P r o g m m C l o c k R e f e re n ce ) 来 作为 终 端 解 码器中 的 定时比 较参 考 信 号，用来调整本地时钟. 对 普 通信 元来说 . 其时 延抖动 对 业 务 质盆 不会 产 生 致 命的 影响 。 而 刘于 带 有重 要信息的 伯 元的时 延 抖 动. 如 包 括带有P C R 信息的 分组出 现抖 动 是不 允 许的 由 子P C R 表 示 是系 统时 钟 参考 ( S y s te m C lo c k R e f e r e n ce ) 的 一 个实 时 样 值，解码器中 音频和视频的抽样时钟锁定与 从P C R恢复出 来的时钟， 如果不能消除上述影响，将导致听 觉和 视觉 失真 为了 解 决对带有P C R 信息的 信元抖动间 题. 通常 是对P D U生成过程加人如下的限 制， 携带P C R 分组的 传拍 分组必须是P D U的最后一个分组，因此， 如果 一个新的P D U正在形成， 且在第一个传输分组中带有P C R，那么编 码器将生
