隨著Internet的發展，人們對越來越多的要進行視頻數據的傳送（如電視會議等）。視頻數據對帶寬的要求一直都比其它的數據類型要高。現在的網絡遠遠不能適應視頻數據傳送的要求。現有的電話線路系統能處理點對點的連接，并且可以很快地建立這樣的連接。但是傳統的電話線路由于能夠提供的速率有限已經無法適應視頻數據傳輸的要求。有線電視（CATV）網絡也能夠用來傳輸視頻數據，但它卻是以一對多的模式建立的，因此無法建立點對點的對稱式的連接。除此之外，一些分析家認為無線網絡也是非常適用于視頻傳輸的一種技術。對用戶來講，究竟該使用哪一種技術，現在還很難給出一個定論。不過這幾種方法都有自己的缺點，它們沒有一種能夠提供一種完美的解決方案。本文我們就對這幾種新的視頻傳輸技術進行了分析和比較。
視頻傳輸的基本特點
傳輸MPEG-1電視質量的視頻數據通常需要具有120到140kbps數據。而如果要傳送和VHS錄相帶質量相當的圖象（352*288，8色、每秒30幀），那就要采用MPEG-2的標準了。對于那些傳輸量大的遠程視頻應用系統而言，大約需要500kbps的速度才能使圖象達到S-VHS一樣的效果。
為了讓用戶能享受到更多的多媒體服務，未來的網絡就必須以相同的速度來雙向（全雙工模式）的傳送視頻數據。因此這大致需要4到6Mbps的傳輸速度。視頻數據當然需要以連續即時的方式進行傳送，如果有個別的信息延遲或相關的聲音沒有和畫面同步，那都一樣令人無法接受。因此視頻數據不僅對網絡的速率要求很高，而且還要求網絡有很好的穩定性和可伸縮性。
共享式連接通常都不太適合于即時的視頻應用系統。如果網絡通信量很少，只需采用任何一種目前的高速遠程訪問技術（如cable modem）就能夠為視頻通信獲得足夠的帶寬。但是如果許多人都使用與你一樣的高速訪問技術的話就意味著許多人都會爭搶同樣的通信通道 ，因此就不能保證給每個人都分配足夠的帶寬。
雖然專線的價格昂貴，專用的連接享有獨占線路使用權的優勢。從這一點來講，專用線路非常適宜于傳輸大量的視頻數據。不過由于專線并未與外部的網絡相連，因此它不能將視數據傳輸到專線用戶以外其它用戶，這大大限制的專線的應用范圍。
MPEG壓縮數據有一個最大的缺點就是不穩定，不同的編碼形式往往產生的壓縮效果差別很大。當畫面沒有很大的變化時，壓縮的比率就還不錯。當有很多變化的畫面連續出現時，壓縮的比率就會比較小，所需的帶寬也就相應大。在同一個視頻文件中，壓縮比大約在1:50到1:200之間。因此這就要求傳輸視頻數據的網絡有很大的靈活性和可伸縮性。為了解決這樣的問題，一些通信協議如ATM就能為用戶保留適當的帶寬作傳輸用，它能夠根據用戶的要求提供不同的質量服務（QoS）。
雖然現在的網絡還遠沒有穩定到能夠傳送即時視頻的程度，但近年來出現的幾種網絡新技術為人們進行視頻數據傳輸帶來了新的希望，它們的出現將極大的促進視頻數據在Internet上的傳輸。
傳統的電話技術
傳統的普通老式電話服務（POTS）的帶寬比有線電視網絡低，但是就電話網絡的實際基礎結構而言，POTS線路并沒有不適合視頻通信的地方。電話系統的設計者只是將可用的帶寬中最低的4KHz帶寬分配來用于電話通信。要想使用原有的電話線路提供高速數據服務，就必須啟用較高的頻率或是將電話系統轉換成數字通信方式，現在有許多的的電話系統都已經實現數字化了，這就為在POTS線路上傳輸視頻通信打下了一個良好的基礎。
在1996年早期，美國的貝爾實驗室就已經設計出多工的系統，該系統可以將語音信號數字化后輸送到64Kbps的數據線路中，并且可以將好幾條線路合在一個數據幀中傳送。現在最常用的就是T1和E1線路（其速率分別是1.555M和2.048M）。但是這些線路每6000英尺便需要一個中繼器，這顯然是它的一個嚴重不足。這個系統的另一個缺點出在接口上：在50對的電纜中只能實現一條線路可以達到T1的速率。這也是現在各種數字用戶線（DSL）技術能夠發揮作用的地方。
只要用戶將數字Modem安裝在線路兩端，DSL技術就能在標準銅質雙絞線上提供很高的傳輸速率。現在出現的DSL技術有：
ADSL（非對稱用戶數字線）中現在最常用的DSL技術，它可以傳送高品質的視頻信號。但是它也有一個缺點，正如它的名稱所表示的，它是以非對稱的方式來工作的，其下行通信的速率遠比上行通信的速率要高。ADSL的下行速率相受距離的影響很大，因此在9000英尺時ADSL能達到8.4Mbps的速率，而在18000英尺的距離時傳輸速率就會降到1.54Mbps。而上行通信的速率則介于16到640Kbps之間。產生這種限制最主要的原因在于電話系統中電容耦合器（capacitive coupler）的干擾。這說明ADSL是比較適合視頻點播（Video on Demand）這樣的分布式服務的，而不適用任何點對任何點之間的連接。
R-ADSL（速率自適應用戶數字線）能夠提供的速度范圍與ADSL基本相同，但它可以根據雙絞銅線的質量的優劣和傳輸距離的遠近動態的調整用戶的訪問速度。有了R-ADSL，用戶就有可能以不同的速度將不同的線路連接起來。連接速度可以在線路初始同步時、連接中或通過從NSP那里發達的特定信號進行選擇。
HDSL（高速率數字用戶線）采用更先進的調制技術，對帶寬的需求較少，也不需要中繼器。HDSL技術在使用T1線路需要兩對雙絞線而E1線路則需要3對。HDSL技術是對稱的，它為上行通信和下行通信提供同樣的帶寬。HDSL是各種xDSL技術最成熟的一種，現在它已經在一些電話公司和大學校園里使用。電信公司可以使用它來作來T1/E1線中的替代物，因為HDSL可以在兩對銅線上提供1.544Mbps（T1）的速度，在三對銅線上則可以提供2.048Mbps（E1）的速度。盡管HDSL的有效傳輸距離只有15000英尺，比ADSL短。由于HDSL技術使用兩對或三對雙絞銅線，因而它很適用于連接PBX系統、數字局域環路、Internet服務商和大學校園網等。 SDSL（單用戶數字線）也支持對稱的T1/E1傳輸，但它有兩個顯著的不同。SDSL只使用一對銅線，其最大有效傳輸距離為10000英尺。在這個范圍內，SDSL將能夠支持各種要求上行通信的速度與下行通信的速度一樣快的應用，如電視會議和聯合計算等。用于SDSL的標準目前還處于發展中，未能最后敲定。
VDSL（甚高比特率數字用戶線）技術是各種xDSL技術速度最快的一種。在一對雙絞銅線上它可以支持13到52Mbps的下行通信和1.5到2.3Mbps的上行通信。然而，這種不對稱技術的最大有效傳輸距離只有1000到4500英尺。在下行通信中，距離4500英尺時速率為12.9Mbps，在1000英尺時則為51.8Mbps。而上行通信的速率在1.6到2.3Mbps之間。除了支持ADSL能夠支持的應用外，VDSL由于具有更多的帶寬，因而NSP還可以通過它傳輸高清晰度電視（HDTV）信號。VDSL也是各種xDSL技術中最新的一種，它目前還處于需求和標準定義階段。
各種xDSL技術比較
技術 速度 距離限制 應用領域
ADSL/ R-ADSL 1.5-8Mbps（下行）16-640kbps（上行） 18000英尺（12000英尺內速度最快） Internet/Intranet訪問、VOD、遠程LAN訪問、POTS聯合計算（只用于R-ADSL）
HDSL 544Mbps全雙工2.048Mbps全雙工使用2-3對銅線 15000英尺 取代T1/E1線路、PBX連接、幀中繼、LAN擴展
VDSL 13-52Mbps（下行）1.5-2.3Mbps（上行） 1000-4500英尺 HDTV、多媒體Internet訪問
SDSL 544Mbps全雙工2.048Mbps全雙工只使用１對銅線 10000英尺 取代T1/E1線路、聯合計算、LAN擴展
人們正在將各種DSL技術用于點對點的視頻傳輸，它能夠提供的高速度是非常有吸引力的。但是只要它不能改變非對稱式的通信模式，那么DSL就不可能使目前的電話網絡轉成為功能強大的多媒體數據高速公路。
有線電視技術
正如DSL能給標準的POTS網絡帶來新的生命力一樣，為了利用現有的有線電視網絡來進行高速數據傳輸服務，廠商們就開發出了cable modem。目前美國和歐洲都在進行cable modem的實驗，其目標就是要開發出適合將高容量的有線電視網絡用于進行點對點高速通信的方法。視頻數據依舊能傳送到所有的有線電視用戶家中，但是可利用modem過濾出特定用戶的信息。這樣就可以建立一個有線電視用戶到有線電視提供者之間的虛擬的點對點連接。
但是大部分的有線電視公司現在都還不能進行雙向的交互通信。為了克服這個不足，有線電視公司就必須在有線電視網絡中增加相應的路由器。而這樣做的成本是比較高的，估計每位客戶要500美元，如果再加上cable modem的成本，花費可能還要增加一倍。
當然與cable modem能帶來的高速率相比，這點花費也是值得的。從理論上講，有線電視網絡的連接速度可以高達30Mbps，但是現實生活中往往只能達到原來的三分之二，甚至變得只與ADSL的速度差不多。原因很簡單，有線電視網絡的帶寬是由許多用戶共用，就如同局域網絡上的用戶共享局域網帶寬一樣。
Motorola推出了一種cable modem的解決方案。這項方案包括了cable modem以及用戶訪問數據的軟件，而網絡所需的路由器將裝置在兩端的接口上，并且使用混合同軸光纜（HFC）來連接本地或遠程的IP網絡。在CableComm的解決方案中，每條通道需要6MHZ的下行帶寬，總共約需65到750MHz的帶寬。有線電視路由器能管理整個系統中的modem，并且將它們隨時轉換到可用的通道上。每一條下行的通道都會提供30Mbps的速度，上行的通信速率則為768Kbps。由于所有的數據都會傳送到連接在網絡上的所有節點，因此系統使用每個modem獨有的專用密鑰對信息進行加密，以保護用戶的信息安全。
光纖和有線電視的同軸混合網絡將在開發點對點的視頻網絡中起到重要的作用。單一的光纖網絡每秒可以傳送高達3乘10的13次方（請編輯同志將其寫成指數的形式）字節的數據，或是可以換算成4億5千萬條具有數字質量的電話線路。HFC是一種光纖組成的混合通信網，它的主要功能是傳送遠距離的數據，而同軸有線電視網絡則提供局域性環路的連接。 現在有一些專家建議將高帶寬的線路及現有的有線網絡設施結合起來就能夠HFC成為視頻應用系統理想的基礎平臺。但是采用這種方法最大的缺點就在于建設成本過高。大規模的部署HFC需要大量的新的電纜。在現代的城市中要想重新挖溝埋線是很困難的，而在人口較少的地區鋪設線路又很難收回投資。有關專家估計估計建設新的高速有線網絡每個用戶的成本大約要700美元。
無線訪問技術
要解決現在的電話網絡和有線電視網絡中所面臨的諸多技術問題的一個重要方法就是直接采用無線電通信。以衛星網絡為例，采用無線電方案的優點有很多，如它具有可伸縮性、高帶寬、高穩定性以及以極短的建立時間即能通達任何地方的能力。
歐洲的一些用戶已經體會到了衛星通信所帶來的好處。例如屬于Astra系列的直接廣播衛星，已經可以將數百個電視及廣播的頻道傳送給成千上萬個客戶。但是無線電高速網絡也有它的不足之外。有兩個例子可以說明這個問題，第一個是Hughes Network System的DrectPC，DirectPC可以從同步通信衛星上直接將數據傳送到用戶的PC所連接的碟形天線上。直接的衛星廣播雖然可以減少對廠商基礎設施的投資，但用戶得自己購買所需的衛星接收設備。從天線、接收器、ISA接口卡到軟件的成本大約要花1000美元。而且安裝接收設備也需要專業的人員才能完成
通過DirectPC訪問Internet訪問的收費將根據使用量而定。這里所稱的使用量是以數據通信量而并非使用時間的長短來確定的。比方如在線路忙時每傳輸百萬字節你要付60美分，而在線路空閑時每分種可能就得付80美分。用戶還可以使用月租的形式，如每月限量30M的數據量收費15.95美元，而130M的數據量收費39.95美元。使用DirectPC也需要從提供商（如衛星站的經營者）那里獲得個撥號帳號。為什么需要撥號帳號呢？雖然DirectPC能以廣播的方式傳送數據到用戶的碟形天線，但是用戶卻不能在沒有將自己的PC連接到衛星站就將數據傳送到衛星上。與此相反的是下行的通信則采用傳統的模擬modem通過在標準的SLIP/PPP連接上，撥接至本地的ISP上。這種做法就導致了網絡的高速非對稱性：下行的速度為400Kbps，而上行的速度則為28.8Kbps（根據modem的速度而定）。下行的速度顯然要比上行的28.8K的modem快14倍以上，但這與有線電視modem及ADSL所能傳輸的速度相比顯然還差了一大截。
事實上，DirectPC可提供的下行速率最大可達到11.79Mbps，但是這個速率是在單一的衛星轉發器上被眾多的用戶共享的。Huges表示，只要用戶有更多的需求它就能夠增添足夠的轉發器。然而由于下行通信使用的是模擬modem，因此下行通信的速率是很受限制的，這個不足使得DirectPC只能使用在非對稱式的應用系統上，如Web瀏覽和軟件分發等。但對于Web的出版應用、電視會議而言，DirectPC都不是一種理想的解決方案。
另外一種高速無線電方案是局域性多點分布式服務（LMDS），這是一種雙向的數字式廣播系統，它不象人造衛星那樣主要利用地面設備進行數據的收發。LMDS需要使用到RF頻譜的一小部分，美國政府原打在去年夏天拍賣這些頻道，而這些頻道的買主就必須要建立一個新的基礎結構才能開發利用LDMS。
LMDS將會使用IGHz的波段，這個波段最高的頻率是28GHz（在加拿大是27GHz）。由于頻率如此之高，所以用戶的碟形天線就可以比DirectPC采用的還小（也許直徑只有9到12寸）。用戶的天線要指向建在附近屋頂或塔頂上的集線站。集線站中有許多用來和網絡中心通信的轉發器。這個通信中心和有線電視系統的head-end有類似的作用：它處理所有的路徑選擇、線路交換以及橋接到Internet的問題。雖然LMDS不是一個完全的交換式網絡，但是它仍可以建立起虛擬的點對點連接。
正如其它高速有訪問方案一樣，LMDS也是非對稱的系統。它將1GHz的帶寬分出850MHz作為下行通信使用，其余的150MHz作為上行通信用。正交相移鍵控（QPSK）的調制方式能產生1.3Gbps的下行速率和240Mbps的上行速率。根據網絡設計的要求，LMDS會將許多用戶指定到不同的信道上，而這些信道的帶寬大約在20MHz到40MHz之間。每一個信道原本可以傳送32到64MHz的原始帶寬，但是由于要處理糾錯以及其它的問題，因此真正可用的就帶寬只剩下25到50MHz了。
用戶需要一個比較特殊的LMDS modem來接到以太網通信接口上，因而這個通信接口會把LMDS的通信速率限制在10Mbps以下。正如同cable modem一樣，實際的通信速率將由同一個通道上的數據量以及電腦的輸出入效率決定。
支持者們都希望以每個使用者1000美元的成本部分大規模的LMDS網絡，這將包括modem及集線站的成本，不過不包括使用RF頻率的成本。假設LMDS網絡能趨近這一價位，那么就有可能對用戶產生吸引力。
總之，不論將來的高速訪問技術是有線的還是無線的，但經過優勝劣汰以后最后總有一種方法終將成為主流的方案，而其它的方案只能起到次要的或補充的作用。
協議和標準
與傳送視頻數據有關的協議和標準現在有許多都在處在發展中。ATM就可以集成視頻、數據和聲音。ATM是以固定的長度來封裝數據包，以達到快速交換的目的。ATM信元(Cell)的長度為53字節，其中包含有5比特的首標用于錯誤控制、地址信息以及優先控制權等，其余的48比特才用來攜帶數據。由于ATM是一種面向連接的通信方式，因此就象打電話一樣，ATM將會把第一個暫存器中的內容傳送給的接在通道上的所有交換機。每一個信元就由交換機來傳送到下一個節點。數據流本身不必考慮路徑選擇的問題，這種透明的傳輸方式使ATM具有很強的可伸縮性。而且ATM的連接的成本將由所傳送的數據量大小而定，和距離沒有關系。ATM網絡能夠提供的速度可以從25Mbps一直到超過1Gbps。除此之外，ATM的交換裝置能以透明的方式來動態調整各個設備之間的數據傳輸率，因此所以它非常適宜于點對點的視頻傳輸。
ATM最大的缺點在于產品推出的速度太慢，而且使用的成本太貴。但是這種情況已經有所改變，現在芬蘭和德國很快就會實現ATM網絡的商業化。除了ATM外，還有一些其它的通信協議可用于供視頻網絡。分布排隊雙總線（DQDB）在雙工的模式下可以提供34到140Mbps的傳輸速率。DQDB采用兩個不同方向的總線(bus）來將數據傳送到所有連接的點上。這個總線的端點將會產生空數據封包，然后將其傳送到其它的節點上以查詢是否有需要傳輸的信息。如果有的話，這些信息就會被傳送到接收端的節點，每個cell的作用就如同容器一樣。
DQDB是一種非連接的網絡：每一個cell都是攜帶足夠的路徑信息，而各端點之間的通信速率也不一樣。一個cell的長度也是53比特，其中5比特為地址信息，這和ATM cell的長度和格式都一樣，因此彼此的結構將能夠兼容。雙總線的結構增加了重復性，這樣可以大大提高DQDB的穩定性。因為即使一條通道完全不通，系統也會在數秒之內即可完成重新設置。
寬帶的ISDN(B-ISDN）也可以用于視頻傳輸，它能夠以150Mbps以上的速率傳送視頻和其它的數據。B-ISDN主要采用光纖加上時分多路復用（TDM）網絡技術。在美國，B-ISDN是以同步光纖網絡（SONET）為基礎的，在歐洲B-ISDN則是以同步數字分級技術為基礎的。就因為它是以光纖為基礎的，因此B-ISDN將可以提供比目前的以DSL技術為基礎的ISDN更高的數據傳輸速度及較低的錯誤率，并能提供同步及非同步的數據傳送功能。
結束語 未來究竟什么技術最適宜于視頻網絡呢？在最理想的情況下，人們將能夠在現有的光纖網絡上采用ATM協議來傳送高質量的即時圖象。但是要實現這一點，首先要解決上面我們講到的種種問題。現在的電話線和有線電視網絡也可以用來傳輸視頻數據，不過從技術上講這兩種方式現在還不夠成熟。因此在目前光纖的價格還是太貴的情況下，利用人造衛星及無線電系統進行視頻通信不失為一種最經濟有效的方式。
