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视频技术在疫情防控中的重要作用有哪些

发布者:速联科技      时间:2020年05月09日 13:27

疫情期间,要关注新一代信息技术助力疫情防控这个主题。最近新的技术非常多,但有一项技术可能被遗忘了,它属于新一代信息技术系列,在防控疾病或生活中发挥着很重要的作用,那就是互联网视频技术。

一、新一代信息技术支撑的网络空间

先来看看今天的社会怎样被新一代的信息技术支撑的?首先,网络空间上的很多技术,它们都有结构,相互之间有关系的。最底层是各种通信技术。经过几十年的发展,通信技术成为支撑网络空间最重要的技术之一。利用这些通信技术,把大到超级计算机,小到微型机和手机的这些计算单元联结起来,形成一个统一的网络,也就是我们所说的互联网。

没有统一的网络,全球的人类交流就没有现在这么方便,要经过各种转换才能进行,效率低下。现在我们之所以交流非常方便,最主要原因是有了统一的网络。这些年,在这个统一网络之上的互联网通用基础技术层出不穷,例如:云计算、物联网、智慧城市、大数据、人工智能、区块链等,这些新一代信息技术确实是对新的网络空间有非常大的激励作用,也为社会发展注入了活力。但是,在这个特殊时期,有一个技术好像没有列到新一代信息技术中,大家谈论得也比较少,实际上这个技术在互联网上是非常重要的,就是互联网视频技术,我们也常常简称为“网络视频”。

互联网视频技术和其他互联网通用基础技术一样,支撑着很多领域和行业的应用。在这些通用基础技术之上,才能够形成现在的网络空间。这些通用基础技术可以应用在各行各业,用在金融业有金融互联网,用在能源界有能源互联网,工业界有工业互联网,用在卫生健康界就有卫生互联网或者健康互联网,还有用在教育界就是教育互联网。“互联网+”,就是互联网加各个行业的名词,形成各行各业的互联网和传统产业的融合。这些融合一定会使用这些基本通用技术,一定是由互联网支撑,是靠先进的通信技术助力的,这就是整个网络空间的结构。

二、2003年抗击非典的记忆和2019年疫情防控的现状

疫情期间,视频技术发挥着非常大的作用。视频技术不是停滞在几十年前,而是伴随着互联网和计算技术发展的。我们回忆一下2003年抗击非典,当时和现在的情况不太一样,学生们都在学校不能出去,北京人也不能出差。当时,人们的交流也只能够通过电话来进行,也有母女俩通过学校的栅栏墙交流的。那时的情况和今天是不能比的,因为今天我们有了网络视频,可以非常方便地通过视频交流。想见面的网友可以视频一下,送东西叫个快递就行了,社会真的发生了很大变化。

其实,也不是说2003年就没有网络视频。2003年,互联网进入中国已经七八年了,实际上,当时中国已经有很多的互联网应用技术发展,包括网络视频技术。我记得,当时,大家都不能出北京,但是又要联合进行“防治非典”的科技攻关。2003年,在清华大学利用教育科研计算机网的主干网建设了一个专用的网络视频会议系统。当时全国各地所有省会城市可以通过这个视频会议系统进行交流。很多科技攻关项目是在这个网络视频会议系统支持下完成的。虽然不能像现在这么方便,但是网络视频会议系统也支持了当时的很多工作。

三、互联网视频技术解决“流行病隔离”带来的人们交流困难问题

这次疫情防控,最主要的问题是要把大家隔离开,隔离是最重要的。现在,尽管是在隔离的情况下,但人们仍可以通过各种各样的视频方式进行交流,非常方便。很多会议都是靠视频交流,包括医生和医生,医生和病人,医生和自己家属都可通过视频天天见面。电视上很感动人的场面都是在通过网络视频进行通信的。疫情防控期间,一家人互相要报平安也是通过网络视频来进行。

2月17日是许多学校开学的日子。许多大学坚持用网络课堂来替代物理课堂,实现了“停课不停教,停课不停学”。这也是前所未有的。如果没有疫情防控这件事,网络课堂估计推起来不那么容易。清华大学用了几个星期的时间作准备。过了年以后,学校就全力以赴在做这件事了,校长亲自带头,校领导班子除了防控工作以外,就是花大量时间来准备网络课堂,试用各种各样的视频系统。这不是一个简单的工作,是非常复杂的过程,课堂要搬到网上去也不是那么容易的。2月17日,学校终于如期地进行了网络开课,虽然没有学生返校,但是开课了。从那天开始,学校就进入了新的学期,十几年前真的和现在不能比,网络视频技术发挥了非常重要的作用。据说,2月17日许多中小学也在网络上开课了。听说小学生目前负担很重,在家里还不太习惯应用网络课堂,但是由于家长也居家办公,还能帮助小学生。总体来说,目前大规模使用网络视频,是社会进步的表现,尽管疫情很严重,但是社会还能够继续运转。

网络视频真正解决的是什么问题呢?其实,不管哪一次重大的卫生安全事件,都是以“隔离”为基本防治手段,“隔离”成为社会公共卫生事件的基本功能。平时是靠见面交流,在这个情况下怎么交流?我们只能借助于互联网视频系统进行交流。网络视频解决的是人们在“隔离”情况下如何交流的问题。

四、互联网视频技术的发展历史和演进

视频技术有很长久的历史,回顾一下,互联网视频技术是怎么发展起来的呢?
实际上,视频技术差不多有超过百年的历史了。我们知道,爱迪生有很多发明,1920年左右,他还想象过用电信信号传输来实现人们的视频交流,还把这种想象画了一张图。人们100多年前的一个想象,现在全部实现了。1927年,电话在贝尔实验室诞生,实现了传送静态图片。还有一个原型机,也获得了成功。我们真正能在电话系统上传输视频,已经到了1964年,也是贝尔实验室实现的。人类第一次实现了可视的电话系统,这是非常重要的里程碑。之后,1969年诞生了计算机网络,就是互联网的前身。期间,计算机技术发展突飞猛进。1976年,东京和大阪之间第一次实现了端到端的视频通信。

互联网的发展给视频通信技术带来了新机遇。1996年,国际电联提出了一个视频通信技术标准,叫“H.323”,是过去使用很广泛的视频通信标准。之后,国际互联网技术标准组织IETF也开始制定互联网视频的技术标准。因为国际电联是管通信这个层面的,而国际互联网技术标准组织是管网络层面的,电信的视频通信和互联网的网络视频所考虑的问题是不同的。所以国际互联网技术标准组织IETF也提出了一个新网络视频传输标准叫SIP,它当时的目的包括了语音和视频,就是在互联网上实现电话传递,再继续发展到网络视频。1999年,世界上终于诞生了第一部移动可视电话,那时候的手机尽管还不是智能手机,但是毕竟诞生了网络视频。

2000年以后,互联网上各种各样的专业视频会议系统诞生,逐渐普及。中国在2003年“抗击非典”的时候,我们就是使用当时的专用互联网视频会议系统来支持各种各样的远程交流,包括科技攻关项目的科研交流。2003年以后,尽管不少人有发展网络视频的想法,但被一批更重要的新一代信息技术诞生和应用所掩盖了。2003年以后,各种各样的新一代信息技术诞生,人们有点顾不上互联网视频技术了。幸运的是,互联网视频技术本身并没有停止不前,它伴随着互联网技术和计算机技术的发展而发展。2006年开始,就诞生了现在使用比较普遍的互联网云视频系统。目前,我们使用的很多互联网视频系统就是基于互联网云视频技术的。这就是互联网视频技术的发展历史。

根据一些科研人士预计,未来几年的网络视频市场是非常巨大的,大概有几百亿美金的市场。我相信,这次疫情防控可以大大刺激网络视频技术市场的快速发展。实际的发展规模可能比这个预测要大。互联网视频系统确实有特别的作用。那么,网络视频技术是怎么发展的呢?

总的来说,还是“关键需求推动技术进步,技术进步驱动系统演进”。只有关键需求推动了技术的进步,这些技术进步才能推动系统演进、应用和发展,才能从应用中提出更多的关键需求。而这些关键需求将会进一步推动技术进步。这两个过程是在循环中不断发展的。我们可以把这个过程分为五个阶段:

第一个阶段是比较原始的阶段,60年代以前的40年,单向的通信系统传输视频信号。第二个阶段是互联网诞生后的70到80年代,通信技术已经得到快速发展,在这个阶段里逐渐产生了数字化和网络化的清晰视频传递。集成电路、专用的芯片也诞生出来,产生了很多专门的网络视频终端。1990年后的10年,进入了标准化的第三个阶段。国际电联ITU和国际互联网技术标准组织分别推出了著名的ITU-T H.323 (1996)和IETF SIP(1999),推动了互联网视频系统的体系结构和标准化的发展。第四个阶段是2000年以后的十年。随着互联网视频技术的发展,人们对视频在互联网上的传递有了新的需求,进入了融合统一的发展阶段。人们希望成本更低,不管任何通信手段,只要互联网支持,就可以完成的互联网视频,而不是紧紧依托各种各样通信技术的视频通信。在这个阶段,产生了很多有名的专用互联网视频系统,手机诞生后,移动性视频需求也提出来了。同时,交互、分发和共享等各种各样的需求也提出来了。在这个阶段,人们开发出许多著名的互联网视频系统,例如:WebEx、Connect等等。一些专用互联网视频系统的价格还是比较昂贵的。

随着互联网进一步普及和移动通信的发展,从2010年开始进入了泛在化的第五阶段,就是现在这个阶段。在这个时期,大规模、高可靠的视频系统诞生了。移动性也非常强。今天已经大量使用这种系统,新的4G、5G、IPv6,或者IPv4和IPv6的互联网视频发展迅速。IPv6下一代互联网还是可以应用一些独特的视频功能,比如现在比较流行的虚拟现实、增强现实等等。特别值得一提的是,云计算、人工智能等新一代信息技术的发展对互联网视频技术的发展也起到了推动作用。

2013年是整个互联网视频技术从发展起始、技术发明期、期望期、泡沫低谷期、过了泡沫低谷,又已经进入上升光明期。2013年之后,网络视频逐步发展,迎来了一次又一次的进步,开拓了以云视频会议系统和网络直播为特点的视频会议新的市场。

五、互联网视频技术的主流协议和编码协议

今天,我们的环境就是一个多年进步的结果。网络视频会发展成怎样?
其实,还看不到边界,甚至还可以发展得更快。这些技术的发展要达到应用,必须依托于具体的系统。网络视频系统如何发展?视频系统也是随着技术发展而发展的,它有一系列的主流协议发展,有早期的H.232、SIP、基于Web的RTC的技术,以及在编码方面的技术。这是两个主流技术,一个是系统技术,一个是编码技术。编码技术也应用得比较多,怎么使得在传递的过程中编码效率更高,尤其是视频,传输量很大,经过编码以后可以省带宽,能够反映更快,感受更好,所以编码技术也是不断发展,两者是相辅相成的。

实际上,这两个标准可以组合用于各种各样的系统。所以,整个视频系统的演化和分类也逐步出来了。我们可以分成四个代际:第一代是基于模拟线路的视频传输系统,也就是两人的会议系统。第二代是基于数字线路的专用视频会议系统,从系统角度应该这样看。第三代是互联网诞生后,基于互联网的专用桌面视频会议系统,就是基于浏览器的视频会议系统,也有云计算的介入,形成了第三代完全基于互联网的,不是单独通信线路的视频系统,基本上以桌面为主。第四代是基于移动互联网的移动视频会议系统。

随着4G、5G的发展,原来的2G视频就不再使用了。到4G的时候,视频在手机上传递已经满足了用户的需求。在4G、5G的时代,迎来了视频技术发展的新阶段。这一代的移动视频会议系统,有移动终端也有固定终端,各种各样的终端都提供支持统一的视频会议系统,可见互联网视频技术发展得非常快。

早期的模拟线路怎么能构造现在的系统呢?不可能。当初的ISDNIX.25协议在比较传统的电信网络也不能构造现在的系统,有了互联网以后确实带来了新的机会。另外,4G、5G加上IPv6下一代互联网,有线接入和无线WIFI接入,使得今天的互联网无处不在、无时不在,所以才形成了第四代的演化。

六、互联网视频系统的体系结构和分类

视频技术要形成不同的系统内部体系结构,内部的体系结构也在不断进步,基本上也是经历了三个阶段。内部的体系结构,就是视频技术的组织和运作方面,首先是早期的P2P方式。以前看视频的时候,早期是端到端的,速度特别慢,网络也不行。后来发明了P2P技术以后,突然特别顺畅,因为P2P是完全分布式的,可以人帮人,一个地方只要你下载,别人要再看,它就可以用你当地存储的内容,这样就把流量全部分散到各地。这种完全分布式的系统,其实对视频系统推动有非常大的效果,可惜P2P体系结构很难形成有效的收费机制,这怎么能发展?没法发展,人们就寻求其他的新体系结构。

后面的专用技术是MCU技术。这个技术实际上是中心化的,有专门控制视频分发的管理、播发。但是它的中心控制压力比较大,客户端相对小,在控制端有非常大的负载,在中等规模的互联网视频系统中还是适合的,但是造价比较高。

最新产生了SFU的系统,SFU系统完全是可选择的,它可选择进行配置视频流。可配置的视频流可进行路由控制,全部用软件实现,性能非常高,适合大规模的视频系统。从内部体系结构可以分成这三种,现在都是存在的。P2P也不能说就失去作用了,计费问题解决了,它就可以存在,因为是完全分布式的。后面两个都是有中心的,也有它本身的缺陷。

在这三种体系结构下,就可以形成了不同的系统。实际上,现在有三类系统。一类是现在使用得比较多的网络直播系统。二类是云视频会议系统。三类是专用视频会议系统。专用视频会议系统一般是MCU结构的,并且早期的信息系统很多用专用的硬件来实现。随着计算机性能架构比的提高,人们觉得通过软件来实现,总体来说造价还是比较高,在专门的会议系统里面应用会比较好。第二个是现在用的云视频会议系统。一般它是基于SFU的结构,在云上布置SFU进行会议管理,还有信令管理的模块,纯软件实现,而且只管调动视频流,底下的视频流也有分发机制。最后是网络直播系统,它用的不完全是SFU结构,而是内容分发技术CDN,就是互联网里面的内容分发技术,可惜它最主要的功能是高效视频的单向播发,在会议管理和信令管理方面不复杂,反向也可以发一些信息,但是大量的视频不会有回流,只有播出的流量,适合于移动的大规模的直播现场,这是它的主要特点。

那么,今天用的很多系统是属于哪类体系结构和系统分类?

七、国内常用的互联网视频应用和系统

目前国内常用的互联网视频应用和系统大概分成以下几类:一是网络视频服务商。早期网络视频电影和电视剧的这类系统通过收费生存下来不容易,它们实际上是推动视频技术发展非常重要的实践者。二是互联网直播系统有比较大规模的发布效果。比如快手、抖音等等,直播系统也是非常流行的,直播发布非常快,因为它的商业模式比较清楚,能够做很多商业上的东西。三是商务互联网视频会议系统。这是真正解决我们在特殊时期问题所需要的系统。直播只是单向的,学习、科研、管理不能靠直播开会,商务的视频会议系统是非常重要的。

八、国内在线教学常用的互联网视频应用和系统

目前,大概有几个著名的视频会议系统:一个是世界上技术非常领先的zoom系统,它适合于大学、企业和政府各种各样的视频活动,值得向大家推荐。还有腾讯会议系统,功能和zoom系统相当,zoom在国际上很多年,一些大学科研单位的国际交流方面的应用,一直用这个系统。腾讯会议系统推出比较晚,但是它的很多功能和zoom类似,还有很多不完善的地方,例如没有提供英文界面,国际化比较差,其他功能还是可以的。

另外,有会畅、微信企业公众号也都有视频功能。微信的视频功能小范围也可以使用,QQ群里也可以进行视频通信。这都是属于互联网视频会议,这些不止于用在教育上,可以用在各种学习、科研、管理活动中。国内在线教学常用的互联网视频系统,主要有直播的互动课堂和MOOC系统平台。

综上所述,互联网视频技术的发展比较迅速,在互联网的应用里,将永远是一个主力军。网络视频技术对社会在疫情期间的支持作用较大,可以推动人们的交流方式发生变化。

 

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