多媒体通信与有线电视网络(1)

湖南邵阳电视台 邓永红
　　摘要：本文从多媒体通信的概念，多媒体通信对网络的要求，多媒体通信在有线电视网络中的实现，利用有线电视网络传输多媒体信息的优势等方面，详细地介绍了如何利用有线电视网络实现多媒体通信。

　　关键词：多媒体通信，有线电视网络。

　　随着科学技术的迅速发展和社会需求的日益增长，人们已不满足于单一媒体提供的传统的单一服务，如电话、电视、传真等，而是需要诸如数据、文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体信息以超越时空限制的集中方式作为一个整体呈现在人们的眼前。在这种时代背景下，伴随着多媒体计算机技术与通信技术的结合和发展，产生了一种边缘性技术——多媒体通信。多媒体通信是多媒体、通信、计算机和网络等相互渗透和发展的产物。多媒体通信的广泛应用将会极大地提高人们的工作效率，减轻社会的交通运输负担，改变人们的教育和娱乐方式。多媒体通信将成为21世纪人们通信的基本方式。

一、多媒体通信的概念

　　多媒体通信中的“多媒体”一词，指的是由在内容上相互关联的文本、图形、图像、音频和视频等媒体数据构成的一种复合信息实体。计算机以数字化的方式对任何一种媒体进行表示、存储、传输和处理，并且将这些不同类型的媒体数据有机地合成在一起，形成多媒体数据，这就是多媒体计算机技术。多媒体计算机技术是以计算机为核心的集图、文、声、像处理技术为一体的综合性处理技术。

　　多媒体通信是多媒体技术和通信技术的有机结合，突破了计算机、通信、电视等传统产业间相对独立发展的界限，是计算机、通信和电视领域的一次革命。它在计算机的控制中，对独立的信息进行集成的产生、处理、表现、存储和传输。这些信息中至少包含一个时间相关媒体（如连续的视频信号）或一个时间无关媒体（如离散的数据信号）。

　　多媒体通信系统的出现大大缩短了计算机、通信和电视之间的距离，将计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性完美地结合在一起，向人们提供全新的信息服务。

二、多媒体通信对网络的要求

　　多媒体要通过通信网传送文本、图形、图像、声音、视频和音频等不同媒体。这些经过数字化的媒体对通信网也提出了不同的要求。文本、图形和图像属于不连续媒体，要求的平均速率不高，可是有很强的突发性和短时的高速率。声音、音频和视频属于连续媒体；其中声音和音频信号传输速率较底，但实时要求较高，视频信号则需要极高的传输速率。多媒体通信的发展要求有适合于传输多媒体信息的通信网。目前的电话网基本上是模拟网或者是数模混合网，其用户线是模拟的，只能传送模拟信号，传数字信息必须加调制解调器。不适合用作多媒体通信。计算机局域网采用分组交换技术，很适合数据传输，例如多媒体通信中的文本、图形和图像信息。但是分组交换对于连续媒体如视频和音频信号会带来很大的延时而影响传输质量。典型的多媒体通信网应具备容量大、时延小、可变比特率。

　　承载多媒体业务的多媒体宽带网络则应该是一个宽频带、高速率，将电信业务、广播电视业务、计算机数据业务集于一身的统一的网络，也就是将传统的三种通信网络“三网合一”。

　　多媒体宽带网络主要由超干线传输与交换网以及接入网两部分组成，超干线传输与交换网用来解决多媒体信息的大容量超长距离(省际和市际)传输与交换，同时实现多媒体宽带网络中任意两个或多个用户之间以及用户与服务提供者之间的相互连接，而接入网则是负责提供给用户接入多媒体宽带网络的手段，完成用户终端与多媒体宽带网络的连接。

　　随着通信技术、计算机技术、广播电视技术以及多媒体技术的飞速发展，目前基于高速大容量SDH(同步数字系列)光纤传输技术和基于ATM(异步转移模式)宽带交换技术的超干线传输与交换网，以及基于HFC(光纤同轴混合结构)宽带网络的多媒体宽带接入网，都以进入实际推广和应用阶段。

　　HFC多媒体宽带接入网(以下简称HFC接入网)以其特有的宽频带入户、频谱资源丰富、交互式双向传输等技术特点，除承载广播电视业务外，还能承载通信业务和计算机数据业务等多媒体宽带业务。目前，对于上限频率为750MHz的HFC接入网，在其一个500户左右的光节点覆盖区，可以提供60路模拟广播电视业务、每户至少2路电话业务、速率至少达10Mb／s的数据业务、最少可存200路MPEG—2的VOD(视频点播)业务以及其他双向通信业务。

三、多媒体通信在有线电视网络中的实现

1．有线电视网络的拓扑结构

　　有线电视网络的拓扑结构通常按其规模大小分为树枝型、星型和环型等多种型式。具体如下：

(1)树枝型拓扑结构

　　树枝型网络是按用户的自然分布情况来组网的。它是以前端为中心，通过主干线、支干线、支线、分支线、用户线等组成的网络系统。树枝型结构一般用于电缆系统，在一定条件下也有用于光缆系统的。在光缆电缆混合系统（HFC）中电缆分配系统为树枝型结构。树枝型结构的优点是投资省，各线之间很少有重迭部分，各线都是按实际需要进行敷设的。它的缺点是某一干线或支线出了问题，将影响该线以后的所有用户。在双向传输时，上行信号容易形成噪声的“漏斗效应”，即各上行信号的噪声都汇集于前端。

(2)星型拓扑结构

　　在光缆传输系统，星型拓扑结构是将每个光节点都和前端直接相接，即以前端为中心向四周辐射，形成星型状。星型结构一般用于中小型CATV系统或市县级城域网的光缆系统。

　　星型结构的优点是光分配一次到位，所用光分路器少，光纤连接点少，光路全程损耗小。这样，在使用相同输出功率的光发射机时可以传输更远的距离；在相同传输距离时，可以选用更小功率的光发射机或减少光发射机的台数。从传输质量来看，星型网络中的光分路器和光纤连接点少，因此减少了光分路器和连接器所引起的多重反射，有利于噪声和非线性指标的改善。从可靠性方面来看，星型网络中某一光纤开路，只影响该光纤所连接的用户，而不影响其它用户。

　　星型网络的缺点是所用光纤较多，增加了成本。但与树枝型结构相比，在相同距离情况下，可用较小功率的光发射机，小功率发射机节省的钱和光纤多用的钱相差无几。

(3)双星型结构

　　双星型结构用于大型有线电视系统。例如，在市县级联网中，本地前端（市级）和某一中心前端（县级）之间用光纤干线连接，若它们都是星型结构，就构成双星型结构。

(4)环型结构

　　环型结构常用于省、市级大型有线电视联网系统。而且，本地前端多位于其服务区域的边缘或其一端。本地前端与各中心前端串接起来呈环型状。中心前端的城域网亦可组成环型或星型网，若为环型网，其环由主光节点组成，主光节点再由光节点组成小区的星型网，光节点以下为电缆分配网络。 无论是星型结构还是环型结构，其光缆的组成应包括下行光纤、上行光纤和备用光纤。

　　通过对城市有线电视网进行干线光纤化和传输双向化改造，可建成HFC接入网，而城市有线电视网一般是由前端、“星”型结构或“环-星”型结构的光纤干线传输网以及“树”型结构的同轴电缆分配网三部分组成，所以HFC接入网的拓扑结构为“星-树”型结构或“环-星-树”型结构。它利用光缆代替了同轴电缆作为干线传输介质，同时引入光节点概念，光节点的主要功能是完成光纤干线传输和同轴电缆分配网之前下行信号的光／电转换和上行信号的电／光转换。目前HFC接入网的光纤传输干线可从前端一直延伸到每个小区并终止于该小区的最后一个光节点，小区内每个光节点一般有3—4个同轴电缆支路输出，每个光节点一般大约包括500—2000户终端。前端到光节点的典型距离为5—25Km，光节点到用户终端的距离一般小于2Km。

2．有线电视网络双向传输方式的实现

　　HFC接入网应具备承载上下行双向交互式多媒体宽带业务的能力，为实现双向传输，在对单向传输的有线电视网进行改造时，必须对前端、干线传输网、用户分配网和用户终端的设备作相应增加或改造。前端需要增加具有接收、运算、处理、显示信息等功能的设备，干线传输网必须增加双向滤波器，需要用新的双向放大器来取代原有的单向放大器，每个光节点也需由单向改造为双向，要增加电／光转换器，还要为上行信道增加回传激光束和回传光缆(或光波分复用器)，用户分配网的同轴电缆的带宽应升级到750MHz以上，用户终端设备除电视机外，还需配备能接收、发出指令和信息的设备，如PC机、电话机、摄像机、机顶盒STB、线缆调制解调器CM(Cable Modem)等。目前，为了提供上行回传信道，HFC接入网可采用SDM(空分复用法)、TDM(时分复用法)、WDM(波分复用法)和FDM(频分复用法)等方式。

　　空分复用法是采用双电线完成光节点以下信号的上下行传输，对于有线电视网来说，铺设双同轴电缆来完成双向传输，成本太高，因此SDM实际上是采用有线电视网与普通电话线相结合，但由于这种空分复用法存在上行窄带拨号接入固有的缺点，而且许多通信协议需要相互依赖的双向对称的通信能力，一个方向(上行)通信能力太弱会限制另一个方向(下行)的通信能力，所以SDM还没有成为解决同轴电缆分配网双向传输的主要手段。但是SDM可应用于光纤干线传输网部分，即每条干线采用双光缆完成光节点以上信号的上下行传输。SDM还可应用于前端与分前端之间，具有故障自愈功能的，双向双环光纤核心干线传输“环”型网的顺时针和逆时针方向的主路和备路信号的传输。

　　时分复用法是在相同的传输介质上，对上行和下行信号进行时分复用，由于其技术较复杂，成本也较高，所以实际应用也不很广泛。

　　波分复用法是采用单根光纤异波长双工工作方式，使上下行信号采用不同的光波长传送，波分复用法可用于光纤干线传输网部分。

　　频分复用法是将光节点以下的电缆的工作频率作频率分割，利用不同的频段实现上下行信号的同时传输，一般低频段用于上行信道，高频段用于下行信道，上下行频段的分割点频率的高低，主要取决于HFC接入网要实现的功能和所需传输的信息量。

摘自　赛迪网