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电子图像的网络传输

2006-12-08 Robert Simpson InfoAV China


    通过IP网络传送电子图像的观念已经获得人们广泛认可。本文阐述相关问题,并介绍一些满足特殊应用的创新方法。

    电子图像的显示通常包括与显示器件(投影机、PDP、LCD监视器等)分开的信号源设备(计算机、DVD播放器等)。过去,显示器件与信号源设备之间是由传送模拟或数字视频信号的电缆连接的。传统传输方式对电缆的长度有严格的限制,业内为此开发了各种接口和切换设备,解决了图像传送的问题,而且还允许用户对多个图像信号源进行选择。

    目前,商业、政府和教育行业用得最多的图像显示过程通常包含计算机,人们自然就会产生一个问题:为什么不用计算机网络来传送图像?在理论上,通过计算机网络传送图像有以下一些明显的优势:
    * 不需要专门布线,因为我们假定计算机是联网的。
    * 传送距离没有限制。
    * 一个网络可以传送多个图像数据流,不需要专用的信号切换设备。
    * 灵活,以后要增加“节点”容易、便宜。

    要面对的问题
    用计算机网络传送图像的两个问题是带宽和网络性能。这里的带宽是指数据率,表1给出一些带宽数据率。

 信号  数据率
 
SDI(串行数字接口)专业视频
 270 Mb/s
HD-SDI(高清SDI)、高清视频  1.485 Gb/s
 用于1600×1200 RGB信号的DVI(数字视频接口)  
3 Gb/s

    表1:一些视频和图形图像数据率举例

    尽管数字视频信号,如SDI信号由连续的数据流组成,且这些数据流格式与要演示的图像很匹配,且管理费用低,与用于控制的数据和网络数据的其它数据相比很不一样。

    以太网要求所有数据都做成一种格式,不论数据要显示的内容是什么(工资表、文件、音频或视频等)。以太网传送的数据必须做成图1所示的“数据包”。

 电子图像的网络传输
图1   所有通过网络传送的数据要被打包。这就是IEEE 802.3媒体访问控制框架。例如,解压后的SDI信号,每线视频数据量有两个包那么大。
   
    这里需要说明的是,一个数据包内的最大数据量为1500字节,每个数据包内有一个包头,内容同步、地址和CRC(循环冗余检验,用于检查数据完整性)数据。

    实际情况比这里说的还要糟糕,因为数据包的“有效数据”部分还必须包含IP和相关传输层协议。这里有两种选择:UDP(用户数据报协议)和TCP(传输控制协议)。TCP用于点对点通信,是一种可靠的通信方式,它包含纠错功能,如果发生数据包丢失,就会自动再发一次。UDP是“最努力”或不可靠的通信方式,它没有纠错和数据恢复功能。

    在实际的图像传送系统中,大多要求多播(一传多,允许许多人看同一图像)或广播方式传送。还要求延迟(传输延迟)最小,使观众及乎与发送图像者同时看到图像。

    这种考虑意味着,尽管“不可靠”,但UDP通常用于图像传送,因为它能让多个观众同时看到图像,而且延迟最小。这就产生进一步的问题。现在,所有的网络都合用交换机和路由器,它们象交警一样,利用数据包里的地址数据指挥网络通信。然而,许多网络都不能进行多播。这就是说,谁想用现有的网络传送图像,它必须与网络管理员紧密配合,保证网络配置合理,有足够的带宽。

    压缩的需要
    用户端的典型网络标称数据带宽为100 Mb/s或1Gb/s。实际上可用带宽小很多,原因包括:数据打包和传送协议占用的带宽,网络要传送各种各样的数据也要占用带宽。但是,即使整个带宽都可用,表1显示,不论图像选择有多少,单独一个网络只能传送很小数量的高质量视频图像,而不能传送高清图像。

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    解决方案就是对图像进行压缩。“空间压缩”是压缩单帧图像数据。其过程如图2所示。

 

电子图像 网络传输

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