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吴建平院士:新一代信息技术助力疫情防控 - 互联网视频技术

来源:  撰稿人:  发布时间:2020年02月29日 浏览:
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【中国建材信息总网】大家在这样一个特殊时期里,忘了有一个技术它也肯定属于新一代信息技术行列,在我们的防控疾病中或者是生活中发挥很重要的作用,那就是互联网的视频技术。

  网友们,大家好!今天在这个特殊时期,以这种特殊的方式和大家见面,给大家介绍一下关于新一代信息技术助力疫情防控。

  大家知道,最近新的技术眼花缭乱,非常多,大家在这样一个特殊时期里,忘了有一个技术它也肯定属于新一代信息技术行列,在我们的防控疾病中或者是生活中发挥很重要的作用,那就是互联网的视频技术。

新一代信息技术支撑的网络空间

  首先我们看看今天的社会,怎样被新一代的信息技术所支撑。新的技术非常多,首先,网络空间上的很多技术,它们都是有结构,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,把各种计算机系统,大到超级计算机,小到微型机和手机的这些计算单元联起来,形成一个统一的网络,也就是我们所说的互联网。

  这个第二层很重要,没有统一的网络,全球的人类交流就没有现在这么方便,要经过各种转换进行,效率低下。现在我们之所以交流非常方便,用什么样的通信技术都非常方便,最主要是有了统一的网络。在这个统一网络之上的互联网通用基础技术这些年来层出不穷。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,也为我们的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里边,大家谈论得比较少,实际上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。

  互联网视频技术实际上和一系列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,把这些通用基础技术应用在各行各业,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,还有教育界就叫教育互联网,现在大家的词也很多。中国政府又发明一个叫“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,底下一定是由互联网支撑,再下面又是靠先进的通信技术助力的,这就是整个网络空间的结构。

2003年抗击非典的记忆和2019年疫情防控的现状

  今天我重点要讲网络视频技术,在现在这个特殊的时期里,视频技术正在发挥着非常大的作用。而且视频技术本身也不是停滞在几十年前,而是随着互联网技术和计算技术的发展一直在发展之中。今天我主要讲这部分内容。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,和现在正好是反着的。当时,人们的交流也只能够通过电话或者是学校的栅栏墙来进行,有母女俩通过栅栏送东西、交谈,男女朋友之间也要通过栅栏交流。这个是很珍贵的历史照片,当时的情况和今天是不能比的,因为今天我们有了真正的网络视频,例如有非常方便的微信视频、各种各样的其他视频,想见面可以视频一下,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,其中网络视频技术也有相当发展。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。我也找了几张旧照片,当时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谈、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。我们回忆,当时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。

互联网视频技术解决“流行病隔离”带来人们交流困难

  这次疫情防控,最主要的问题也是要把大家隔离开,现在看新闻报道,大家都穿着防护服,当时不记得人们穿多少防护服,不像现在这么普遍。也许那时候的传染不像现在这么厉害。所以,隔离实际上是最重要的,现在尽管是在隔离的情况下,但是我们可以看到,人们还是可以通过各种各样的视频方式进行交流的,当然见面不是面对面的,是经过视频见面,非常方便。现在很多会议都是靠视频,包括医生和医生,医生和病人,医生和自己家属,在自己家里面期盼着医生回来的家属,都可通过视频天天见面。电视上很动人的场面、很感动人的场面都是在通过网络视频进行通信的场面。疫情防控期间,一家人互相之间要报平安也大部分是通过网络视频。

  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,这个事情估计推起来不那么容易。我知道,清华大学差不多是用了几个星期时间准备。过了年以后,基本就全力以赴在做这件事了,校长亲自带头,学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,各种各样的视频系统都在试用,不光学生在试用,老师也在试用。这不是一个简单的对话,是非常复杂的过程,课堂要搬到网上去也不是那么容易的,大家花了很多的精力。2月17日,终于如期地进行了网络开课,虽然没有返校,但是开课了。从那天开始,学校进入了新的学期,这确实真的和十几年前不能比,网络视频技术发挥了非常非常重要的作用。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,在家里还不太习惯网络课堂,但是目前家长也在家里,还能帮助小学生。总的来说,目前大规模使用网络视频,完全是社会进步的一个表现,尽管疫情很严重,但是社会的运转在很多方面还继续进行。

  这个网络视频真正解决的是什么问题呢?我们对比一下2003年和现在的疫情防控。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。在这个功能下人们怎么进行交流?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”情况下的交流这个的问题。

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,我们简单回顾一下,互联网视频技术是怎么产生发展起来的。

  实际上,视频技术的发展差不多有超过百年的历史。我们知道,爱迪生有很多发明,1920年左右他还想象过用电信号传输来实现人们的视频交流,还把这种想象画了副图。人们100多年前的一个想象,现在全部实现了。在1927年的贝尔实验室,我们知道电话是这个实验室发明的,实验了用电话来传图片,静止图片,而且还有一个原型机,而且也获得了成功。我们真正能在电话系统上传输视频,其实已经到了1964年,也是贝尔实验室,人类第一次在电话系统上实现了可视的电话系统,这是非常重要的里程碑。在这之后,1969年诞生了计算机网络,就是互联网的前身。期间计算机技术的发展也是突飞猛进的;1976年,东京和大阪之间第一次实现了端到端的视频通信。

  在这个基础上,互联网的发展给视频通信技术带来了新的机遇。1996年,国际电联提出了一个视频通信技术标准,叫“H.323”,大家听了还很耳熟,实际上是过去使用很广泛的视频通信标准。在这之后,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,而互联网是管网络层面的,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,它当时的目目的其实包括了语音和视频,就是在互联网上实现电话传递,后面可以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,而且开始普及。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。当时确实不能出差,所有的交通工具都停了。

  2003年以后,大家尽管有很多互联网视频技术发展的想法,觉得网络视频确实很重要,但是还是被一批更重要的新一代信息技术诞生和应用所掩盖了。从2003年以后,尽管各种各样的新一代信息技术诞生,但是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,它随着互联网技术和计算机技术的快速发展,也有很大的进步和发展。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。这是就是互联网视频技术的简单发展历史。

  据有人们预计,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,这次疫情防控还可以大大刺激网络视频技术和市场的快速发展。实际的发展可能比这个预测大,因为大家最近一段时间确实更加深刻地感觉到了互联网视频系统确实有其独特的方便和特别的作用。在疫情期间能够发挥重要作用,在平时也可以发挥重要作用。互联网网络视频技术这些年是怎么发展的呢?

  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。实际上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就有了新的需求,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,手机也基本上诞生,移动性需求也提出来了。同时白板、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,Adobe,大家都听说过,也应用比较多,还有Connect等等。在这个阶段,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。其中,移动性也非常强,我们的移动手机是你移动到哪视频就可以跟到哪里,整个人的体会完全和以前不同了。我们今天已经在大量使用这种系统,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通过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本身的发展也起了推动作用。

  下面是一个比较有名的图,大家可以看到就是视频技术演进图。2013年是整个互联网视频技术从发展开始,技术发明期到期望期到泡沫到低谷,过了泡沫低谷已经进入上升光明期的初期,2013年的时候。在这之后一路走来,逐步的发展,迎来了一次又一次的进步,一直到现在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局面。

互联网视频技术的主流协议和编码协议

  今天我们的环境其实就是一个这么多年进步的结果。发展到哪里?其实还看不到边,甚至还可以发展得更快。这些技术本身的发展,最后要使用的话,必须依托于具体的系统。这样的技术发展,对视频系统如何发展?视频系统也是随着技术发展而发展的,主流协议在系统构造方面,它有一系列的主流协议的发展,在这里边有早期的H.232,还有SIP,还有后面基于Web的RTC的技术,以及在编码方面的技术,其实是两个主流技术,一个是系统技术,一个是编码技术,编码技术我们也用得比较多,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,经过编码以后可以大到省带宽,能够反映更快,感受更好,所以编码技术也是不断发展,这两个是相辅相成的。

  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。我们可以分成四个时代:第一个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,刚才我们已经讲过了,从系统角度应该这么看的。第三代就是互联网诞生后,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,主要是以桌面计算机为主,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视频看不清楚,感受不好就不再使用了。到4G的时候,明显感觉到视频在手机上传递已经满足了大家的要求,所以在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的统一的视频会议系统。可见互联网视频技术发展得非常快。

  这里大家可以看出来,横轴实际上表明了计算机技术的发展,计算能力的提高,随计算模式提高的变化而发展。纵轴实际上是和通信技术有关,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,还有有线接入和无线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。

互联网视频系统的体系结构和分类

  在前面的演化情况下,视频技术要形成不同的系统内部体系结构,其实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,一是早期的P2P方式,大家还有记忆,现在很少有人提P2P了。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体系结构很难有有效的收费机制,怎么能发展?没法发展,人们就寻求其它的新体系结构。

  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,客户端相对轻,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。最新的发展,产生了SFU的系统,SFU系统完全是可选择的,它自己可选择进行配置视频流。可配置的视频流就和互联网类似,可进行路由控制,全部用软件实现。所以性能非常高,适合大规模的视频系统,这样,从内部体系结构分这三种。现在其实都存在,P2P也不能说就死了,也有可能哪天又活了,计费问题解决了它就活了,因为是完全分布式的。后面两个都是有中心的,有中心有它本身的缺陷。

  在这三种体系结构下,实际上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,人们觉得可以用软件,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用比较好。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。最后一个是现在用得比较多的网络直播系统,它其实用的不完全是SFU结构,而且是内容分发技术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。

  有了这些知识以后,我们就可以看看今天用的很多系统是属于哪类体系结构和系统分类。

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几类:一是网络视频服务商,早期看网络视频电影和电视剧的这类系统,现在好容易能够艰难的生存下来了,通过收费生存下来不容易,他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、特殊交流所需要的系统。直播只是单向的,想工作是不行的,真正的学习也不行,搞学习、搞科研、搞管理,不能靠直播开会,商务的视频会议系统是非常重要的。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,它是适合于大学、企业和政府各种各样的视频活动,这是值得给大家推荐的。还有腾讯会议系统,推出比较晚,功能和zoom系统相当,zoom在国际上很多年,像大学科研单位的国际交流,很多年一直用这个系统,所以我们非常了解。腾讯系统的推出比较晚,但是它的很多功能和zoom类似,还有很多不完善的地方,比方说英文界面就没有提供,国际化比较差,其他功能还是可以的。

  另外有会畅,国内上市公司。还有微信企业公众号也有视频功能,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,可以用在各种各样的学习、科研、管理活动中。

国内在线教学常用的互联网视频应用和系统

  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。

  从上面的介绍中可以看出,互联网视频技术的发展比较迅速,绝对不亚于我们挂在嘴边很多新一代信息技术的分量,它在互联网的应用里,将永远是一个主力军,对我们社会的支持,特别是在非常时期的支持作用特别大。它在发展中吸收各种信息技术的支持,它也在发展,而且可以推动整个社会中人们的交流方式发生变化。

  因为时间关系,我就介绍这么多,希望互联网视频技术能够助力我们的疫情防控工作,谢谢大家。

  本文来源:中国互联网协会

责任编辑:单建庆
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