UML

　　统一建模语言 (UML)是非专利的第三代建模和规约语言。 UML是在开发阶段，说明，可视化，构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。UML展现了一系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面,特别是在软件架构层次已经被验证有效。 　　

　　UML可以贯穿软件开发周期中的每一个阶段。被OMG采纳作为业界的标准。 　　
　　UML最适于数据建模，业务建模，对象建模，组件建模。 　　
　　UML作为一种模型语言，它使开发人员专注于建立产品的模型和结构，而不是选用什么程序语言和算法实现。

　　模型建立之后，模型可以被UML工具转化成指定的程序语言代码。IBM的Rational Rose和MS的Visio都是UML工具。

UML

　　公认的面向对象建模语言出现于70年代中期。从1989年到1994年，其数量从不到十种增加到了五十多种。在众多的建模语言中，语言的创造者努力推崇自己的产品，并在实践中不断完善。但是，OO方法的用户并不了解不同建模语言的优缺点及相互之间的差异，因而很难根据应用特点选择合适的建模语言，于是爆发了一场“方法大战”。90年代中，一批新方法出现了，其中最引人注目的是Booch 1993、OOSE和OMT-2等。

　　Booch是面向对象方法最早的倡导者之一，他提出了面向对象软件工程的概念。1991年，他将以前面向Ada的工作扩展到整个面向对象设计领域。Booch 1993比较适合于系统的设计和构造。 　　

　　Rumbaugh等人提出了面向对象的建模技术（OMT）方法，采用了面向对象的概念，并引入各种独立于语言的表示符。这种方法用对象模型、动态模型、功能模型和用例模型，共同完成对整个系统的建模，所定义的概念和符号可用于软件开发的分析、设计和实现的全过程，软件开发人员不必在开发过程的不同阶段进行概念和符号的转换。OMT-2特别适用于分析和描述以数据为中心的信息系统。

　　此外，还有Coad/Yourdon方法，即著名的OOA/OOD，它是最早的面向对象的分析和设计方法之一。该方法简单、易学，适合于面向对象技术的初学者使用，但由于该方法在处理能力方面的局限，目前已很少使用。

UML

　　概括起来，首先，面对众多的建模语言，用户由于没有能力区别不同语言之间的差别，因此很难找到一种比较适合其应用特点的语言；其次，众多的建模语言实际上各有千秋；第三，虽然不同的建模语言大多雷同，但仍存在某些细微的差别，极大地妨碍了用户之间的交流。因此在客观上，极有必要在精心比较不同的建模语言优缺点及总结面向对象技术应用实践的基础上，组织联合设计小组，根据应用需求，取其精华，去其糟粕，求同存异，统一建模语言。　 　　

　　1994年10月，Grady Booch和Jim Rumbaugh开始致力于这一工作。他们首先将Booch 93和OMT-2 统一起来，并于1995年10月发布了第一个公开版本，称之为统一方法UM 0.8（Unitied Method）。

　　1995年秋，OOSE 的创始人Ivar Jacobson加盟到这一工作。经过Booch、Rumbaugh和Jacobson三人的共同努力，于1996年6月和10月分别发布了两个新的版本，即UML 0.9和UML 0.91，并将UM重新命名为UML（Unified Modeling Language）。　

　　1996年，一些机构将UML作为其商业策略已日趋明显。UML的开发者得到了来自公众的正面反应，并倡议成立了UML成员协会，以完善、加强和促进UML的定义工作。当时的成员有DEC、HP、I－Logix、 Itellicorp、 IBM、ICON Computing、MCI Systemhouse、Microsoft、Oracle、Rational Software、TI以及Unisys。这一机构对UML 1.0（1997年1月）及UML 1.1（1997年11月17日）的定义和发布起了重要的促进作用。 

UML

　　UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。　 　　

　　面向对象技术和UML的发展过程可用图形来表示，标准建模语言的出现是其重要成果。在美国，截止1996年10月，UML获得了工业界、科技界和应用界的广泛支持，已有700多个公司表示支持采用UML作为建模语言。

　　1996年底，UML已稳占面向对象技术市场的85％，成为可视化建模语言事实上的工业标准。1997年11月17日，OMG采纳UML 1.1作为基于面向对象技术的标准建模语言。UML代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向，具有巨大的市场前景，也具有重大的经济价值和国防价值。 　　

　　UML是一个标准的图形表示法，它不是面向对象的分析和设计，也不是一种方法，它仅仅是一组符号而已。

　　正如前面曾提到过的，UML的本意是要成为一种标准的统一语言，使得IT专业人员能够进行计算机应用程序的建模。UML的主要创始人是Jim Rumbaugh、Ivar Jacobson和Grady Booch，他们最初都有自己的建模方法（OMT、OOSE和Booch），彼此之间存在着竞争。最终，他们联合起来创造了一种开放的标准。（听起来是不是很熟悉？这个现象类似J2EE、SOAP和Linux的诞生。）UML成为"标准"建模语言的原因之一在于，它与程序设计语言无关。（IBM Rational的UML建模工具被广泛应用于J2EE和.NET开发。）而且，UML符号集只是一种语言而不是一种方法学。这点很重要，因为语言与方法学不同，它可以在不做任何更改的情况下很容易地适应任何公司的业务运作方式。既然UML不是一种方法学，它就不需要任何正式的工作产品（即IBM Rational Unified Process?术语中所定义的"工件"）。而且它还提供了多种类型的模型描述图（diagram），当在某种给定的方法学中使用这些图时，它使得开发中的应用程序的更易理解。

　　UML的内涵远不只是这些模型描述图，但是对于入门来说，这些图对这门语言及其用法背后的基本原理提供了很好的介绍。通过把标准的UML图放进您的工作产品中，精通UML的人员就更加容易加入您的项目并迅速进入角色。

　　最常用的UML图包括：用例图、类图、序列图、状态图、活动图、组件图和部署图。

图1：示例用例图

　　用例图描述了系统提供的一个功能单元。用例图的主要目的是帮助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求，包括基于基本流程的"角色"（actors，也就是与系统交互的其他实体）关系，以及系统内用例之间的关系。用例图一般表示出用例的组织关系--要么是整个系统的全部用例，要么是完成具有功能（例如，所有安全管理相关的用例）的一组用例。

　　要在用例图上显示某个用例，可绘制一个椭圆，然后将用例的名称放在椭圆的中心或椭圆下面的中间位置。要在用例图上绘制一个角色（表示一个系统用户），可绘制一个人形符号。角色和用例之间的关系使用简单的线段来描述，如图1所示。 　　

　　图字（从上到下）：CD销售系统；查看乐队CD的销售统计；乐队经理；查看Billboard 200排行榜报告；唱片经理；查看特定CD的销售统计；检索最新的Billboard 200排行榜报告；排行榜报告服务 　　

　　用例图通常用于表达系统或者系统范畴的高级功能。如图1所示，可以很容易看出该系统所提供的功能。这个系统允许乐队经理查看乐队CD的销售统计报告以及Billboard 200排行榜报告。它也允许唱片经理查看特定CD的销售统计报告和这些CD在Billboard 200排行榜的报告。这个图还告诉我们，系统将通过一个名为"排行榜报告服务"的外部系统提供Billboard排行榜报告。 　　

　　此外，在用例图中，没有列出的用例表明了该系统尚未完成的功能。例如，它不能提供给乐队经理收听Billboard 200上不同专辑歌曲的途径 -- 也就是说，系统没有引用一个叫做"收听Billboard 200上的歌曲"的用例。在用例图中提供清晰、简要的用例描述，项目赞助商或是需求者就很容易看出系统是否提供了必须的功能。

图2：类图中的示例类对象

　　类图表示不同的实体（人、事物和数据）如何彼此相关；换句话说，它显示了系统的静态结构。

　　类图可用于表示逻辑类，逻辑类通常就是业务人员所谈及的事物种类--摇滚乐队、CD、广播剧；或者贷款、住房抵押、汽车信贷以及利率。

　　类图还可用于表示实现类，实现类就是程序员处理的实体。实现类图或许会与逻辑类图显示一些相同的类。然而，实现类图不会使用相同的属性来描述，因为它很可能具有对诸如Vector和HashMap这种事物的引用。

　　类在类图上使用包含三个部分的矩形来描述，如图2所示。最上面的部分显示类的名称，中间部分包含类的属性，最下面的部分包含类的操作（或者说"方法"）。

图3：一个完整的类图

　　根据经验，几乎每个开发人员都知道这个类图是什么，但是我发现大多数程序员都不能正确地描述类的关系。对于像图3这样的类图，您应该使用带有顶点指向父类的箭头的线段来绘制继承关系1，并且箭头应该是一个完全的三角形。如果两个类都彼此知道对方，则应该使用实线来表示关联关系；如果只有其中一个类知道该关联关系，则使用开箭头表示。 　　

　　在图3中，同时看到了继承关系和两个关联关系。CDSalesReport类继承自Report类。一个CDSalesReport类与一个CD类关联，但是CD类并不知道关于CDSalesReport类的任何信息。CD类和Band类都彼此知道对方，两个类彼此都可以与一个或者多个对方类相关联。

　　序列图显示具体用例（或者是用例的一部分）的详细流程。它几乎是自描述的，并且显示了流程中不同对象之间的调用关系，同时还可以很详细地显示对不同对象的不同调用。

　　序列图有两个维度：垂直维度以发生的时间顺序显示消息/调用的序列；水平维度显示消息被发送到的对象实例。

图4：一个示例序列图

　　序列图的绘制非常简单。横跨图的顶部，每个框（参见图4）表示每个类的实例（对象）。在框中，类实例名称和类名称之间用空格/冒号/空格来分隔，例如，myReportGenerator : ReportGenerator。

　　如果某个类实例向另一个类实例发送一条消息，则绘制一条具有指向接收类实例的开箭头的连线，并把消息/方法的名称放在连线上面。对于某些特别重要的消息，您可以绘制一条具有指向发起类实例的开箭头的虚线，将返回值标注在虚线上。就我而言，我总喜欢绘制出包括返回值的虚线，这些额外的信息可以使得序列图更易于阅读。


　　阅读序列图也非常简单。从左上角启动序列的"驱动"类实例开始，然后顺着每条消息往下阅读。记住：虽然图4所示的例子序列图显示了每条被发送消息的返回消息，但这只是可选的。 　　

　　通过阅读图4中的示例序列图，可以明白如何创建一个CD销售报告（CD Sales Report）。其中的aServlet对象表示驱动类实例。aServlet向名为gen的ReportGenerator类实例发送一条消息。该消息被标为generateCDSalesReport，表示ReportGenerator对象实现了这个消息处理程序。进一步理解可发现，generateCDSalesReport消息标签在括号中包括了一个cdId，表明aServlet随该消息传递一个名为cdId的参数。当gen实例接收到一条generateCDSalesReport消息时，它会接着调用CDSalesReport类，并返回一个aCDReport的实例。然后gen实例对返回的aCDReport实例进行调用，在每次消息调用时向它传递参数。在该序列的结尾，gen实例向它的调用者aServlet返回一个aCDReport。 　　

　　请注意：图4中的序列图相对于典型的序列图来说太详细了。然而，我认为它才是足够易于理解的，并且它显示了如何表示嵌套的调用。对于初级开发人员来说，有时把一个序列分解到这种详细程度是很有必要的，这有助于他们理解相关的内容。

　　状态图表示某个类所处的不同状态和该类的状态转换信息。有人可能会争论说每个类都有状态，但不是每个类都应该有一个状态图。只对"感兴趣的"状态的类（也就是说，在系统活动期间具有三个或更多潜在状态的类）才进行状态图描述。

　　状态图的符号集包括5个基本元素：初始起点，它使用实心圆来绘制；状态之间的转换，它使用具有开箭头的线段来绘制；状态，它使用圆角矩形来绘制；判断点，它使用空心圆来绘制；以及一个或者多个终止点，它们使用内部包含实心圆的圆来绘制。要绘制状态图，首先绘制起点和一条指向该类的初始状态的转换线段。状态本身可以在图上的任意位置绘制，然后只需使用状态转换线条将它们连接起来。 　　

　　状态图显示了它们可以表达的一些潜在信息。例如，从中可以看出贷款处理系统最初处于Loan Application状态。当批准前（pre-approval）过程完成时，根据该过程的结果，或者转到Loan Pre-approved状态，或者转到Loan Rejected状态。这个判断（它是在转换过程期间做出的）使用一个判断点来表示--即转换线条间的空心圆。通过该状态图可知，如果没有经过Loan Closing状态，贷款不可能从Loan Pre-Approved状态进入Loan in Maintenance状态。而且，所有贷款都将结束于Loan Rejected或者Loan in Maintenance状态。

　　符号集与状态图中使用的符号集类似。像状态图一样，活动图也从一个连接到初始活动的实心圆开始。活动是通过一个圆角矩形（活动的名称包含在其内）来表示的。活动可以通过转换线段连接到其他活动，或者连接到判断点，这些判断点连接到由判断点的条件所保护的不同活动。结束过程的活动连接到一个终止点（就像在状态图中一样）。作为一种选择，活动可以分组为泳道（swimlane），泳道用于表示实际执行活动的对象。 　　

　　图字（沿箭头方向）：乐队经理；报告工具；选择"查看乐队的销售报告"；检索该乐队经理所管理的乐队；显示报告条件选择屏幕；选择要查看其销售报告的乐队；从销售数据库检索销售数据；显示销售报告。 　　

　　该活动图中有两个泳道，因为有两个对象控制着各自的活动：乐队经理和报告工具。整个过程首先从乐队经理选择查看他的乐队销售报告开始。然后报告工具检索并显示他管理的所有乐队，并要求他从中选择一个乐队。在乐队经理选择一个乐队之后，报告工具就检索销售信息并显示销售报告。该活动图表明，显示报告是整个过程中的最后一步。

UML

　　首先，UML融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念，而且这些基本概念与其他面向对象技术中的基本概念大多相同，因而，UML必然成为这些方法以及其他方法的使用者乐于采用的一种简单一致的建模语言；其次，UML不仅仅是上述方法的简单汇合，而是在这些方法的基础上广泛征求意见，集众家之长，几经修改而完成的，UML扩展了现有方法的应用范围；第三，UML是标准的建模语言，而不是标准的开发过程。尽管UML的应用必然以系统的开发过程为背景，但由于不同的组织和不同的应用领域，需要采取不同的开发过程。

　　作为一种建模语言，UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分。

 

　　描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外UML还支持对元模型的扩展定义。 　　

 

　　定义UML符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是UML元模型的实例。

标准建模语言UML的重要内容可以由下列五类图（共9种图形）来定义：

UML

用例图

　　从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。　 　　

静态图 (Static diagram)

　　包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构（类的属性和操作）。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。　

　　包由包或类组成，表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。

行为图（Behavior diagram）

　　描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。 　　

　　而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。　

UML

交互图（Interactive diagram）

　　描述对象间的交互关系。其中顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互；合作图描述对象间的协作关系，合作图跟顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外，合作图还显示对象以及它们之间的关系。如果强调时间和顺序，则使用顺序图；如果强调上下级关系，则选择合作图。这两种图合称为交互图。

实现图 ( Implementation diagram )

　　其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息。部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。　 　　

　　配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备（用节点表示）以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点内部，放置可执行部件和对象以显示节点跟可执行软件单元的对应关系。

　　从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描述需求；其次根据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图（包含包）、对象图、组件图和配置图等五个图形，是标准建模语言UML的静态建模机制。其中第三步中所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四个图形，是标准建模语言UML的动态建模机制。

　　因此，标准建模语言UML的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。

标准建模语言UML的主要特点可以归结为三点： 　　

　　（1） UML统一了Booch、OMT和OOSE等方法中的基本概念。　 　　
　　（2） UML还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处，其中也包括非OO方法的影响。 　　

　　UML符号表示考虑了各种方法的图形表示，删掉了大量易引起混乱的、多余的和极少使用的符号，也添加了一些新符号。因此，在UML中汇入了面向对象领域中很多人的思想。这些思想并不是UML的开发者们发明的，而是开发者们依据最优秀的OO方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。

　　（3）UML在演变过程中还提出了一些新的概念。 　　

　　在UML标准中新加了模板(Stereotypes)、职责(Responsibilities)、扩展机制(Extensibility mechanisms)、线程(Threads)、过程(Processes)、分布式(Distribution)、并发(Concurrency)、模式(Patterns)、合作(Collaborations)、活动图（Activity diagram）等新概念，并清晰地区分类型(Type)、类(Class)和实例(Instance)、细化(Refinement)、接口(Inte*ces)和组件(Components)等概念。 　　

　　因此可以认为，UML是一种先进实用的标准建模语言，但其中某些概念尚待实践来验证，UML也必然存在一个进化过程。

　　 UML的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，UML是一个通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。

　　此外，UML适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。分析阶段主要关心问题域中的主要概念（如抽象、类和对象等）和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用UML类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用UML动态模型来描述。在分析阶段，只对问题域的对象（现实世界的概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类）。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。　 　　

　　编程（构造）是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。在用UML建立分析和设计模型时，应尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段，模型仅仅是理解和分析系统结构的工具，过早考虑编码问题十分不利于建立简单正确的模型。 　　

　　UML模型还可作为测试阶段的依据。系统通常需要经过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同的测试小组使用不同的UML图作为测试依据：单元测试使用类图和类规格说明；集成测试使用部件图和合作图；系统测试使用用例图来验证系统的行为；验收测试由用户进行，以验证系统测试的结果是否满足在分析阶段确定的需求。　

　　SDK，Software Development Kit 的缩写，中文即“软件开发工具包”。广义上指辅助开发某一类软件的相关文档、范例和工具的集合。 　　

　　SDK是一些被软件工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等创建应用软件的开发工具的集合，一般而言SDK即开发 Windows 平台下的应用程序所使用的SDK。它可以简单的为某个程序设计语言提供应用程序接口 API 的一些文件，但也可能包括能与某种嵌入式系统通讯的复杂的硬件。一般的工具包括用于调试和其他用途的实用工具。SDK 还经常包括示例代码、支持性的技术注解或者其他的为基本参考资料澄清疑点的支持文档。 　　

　　为了鼓励开发者使用其系统或者语言，许多 SDK 是免费提供的。软件工程师通常从目标系统开发者那里获得软件开发包，也可以直接从互联网下载，有时也被作为营销手段。例如，营销公司会免费提供构件SDK 以鼓励人们使用它，从而会吸引更多人由于能免费为其编程而购买其构件。 　　

　　SDK 可能附带了使其不能在不兼容的许可证下开发软件的许可证。例如产品供应商提供一个专有的SDK可能与自由软件开发抵触。GPL能使SDK与专有软件开发近乎不兼容。LGPL下的SDK则没有这个问题。

　　

基于工作阶段的工具 　　

　　基于各个阶段对信息的需求不同，软件开发工具可分为三类：设计工具、分析工具、计划工具。 　　

　　设计工具是最具体的，它是指在实现阶段对人们提供帮助的工具。例如各种代码生成器、一般所说的*语言和帮助人们进行测试的工具（包括提供测试环境或测试数据）等，都属于设计工具之列。它是最直接的帮助人们编写与调试软件的工具。 　　

　　分析工具主要是指用于支持需求分析的工具，例如，帮助人们编写数据字典的、专用的数据字典管理系统帮助人们绘制数据流程图的专用工具,帮助人们画系统结构图或ER图的工具等。他们不是直接帮助开发人员编写程序，而是帮助人们认识与表述信息需求与信息流程，从逻辑上明确软件的功能与要求。

　　计划工具则是从更宏观的角度去看待软件开发。它不仅从项目管理的角度帮助人们组织与实施项目，把有关进度、资源、质量、验收情况等信息有条不紊地管理起来，而且考虑到了项目的反复循环、版本更新、实现了跨生命周期的信息管理与共享，为信息以及软件的复用创造了条件。 　　

基于集成程度划分的工具 　　

　　集成化程度是用户接口一致性和信息共享的程度，是一个新的发展阶段。集成化的软件开发工具要求人们对于软件开发过程有更深入的认识和了解。开发与应用集成化的软件开发工具是应当努力研究与探索的课题，集成化的软件开发工具也常称为软件工作环境。 　　

基于硬件、软件的关系划分的工具 　　

　　按与硬件和软件的关系，软件开发工具可以分为两类：依赖于特定计算机或特定软件（如某种数据库管理系统）和独立于硬件与其它软件的软件开发工具。一般来说，设计工具多是依赖于特定软件的，因为它生成的代码或测试数据不是抽象的，而是具体的某一种语言的代码或该语言所要求的格式的数据。而分析工具与计划工具则往往是独立于机器与软件的，集成化的软件开发工具常常是依赖于机器与软件的。 　　

基于应用领域划分的工具 　　

　　照应用领域的不同，应用软件可以分为事务处理、实时应用、嵌入式应用等。随着个人计算机与人工智能的发展，与这两个方面相联系的应用软件，也取得较大的进展。

　　LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。 　　

　　LTE的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。 　　

　　3GPP长期演进(LTE)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。

　　
　　3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征： 　　
　　(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。 　　
　　(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。 　　
　　(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。 　　
　　(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。 　　
　　(5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。 　　
　　(6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。 　　
　　(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。 　　
　　(8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。 　　

　　与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。

　　LTE(Long Term Evolution)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。 3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。 　　

　　LTE概念的提出意味着目标的确立，为了有一个清晰的技术发展路线，3GPP制定了明确的时间表。整个标准发展过程分为两个阶段，研究项目阶段和工作项目阶段。研究项目阶段预计在2006年年中结束，该阶段将主要完成对目标需求的定义，以及明确LTE的概念等；然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。工作项目预计在2006年年中以前建立，并开始标准的建立。该阶段会对未来LTE的标准细节的方方面面展开讨论和起草，这个过程同以前3G标准在3GPP中的制定过程是一样的，这一过程将一直持续到2007年年中。整个过程相比3G标准的制定节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求，随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。

　　LTE长期演进是GSM阵营的现时最先进网络。

　　LET演进图
　　演进路线： 　　GSM----->GPRS--->EDGE---->WCDMA------->HSD/UPA----->HSD/UPA+------->LTE长期演进 　　
　　传输速度分别是300M 　　GSM-：9K GPRS:42K EDGE:172K WCDMA364k HSD/UPA:14.4M HSD/UPA+:42M LTE:300M

　　从LTE制定的目标需求可以看出，100Mbit/s的传输能力已远不是3G所能比的，那么其使用的技术也必将有较大的提高。在方案的征集过程中有6个选项，按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种；按照无线链路的调制方式或多址方式主要可分为码分多址(CDMA)和正交频分多址(OFDMA)两种。 　　

技术提案的简单介绍如下： 　　

1.FDD SC-FDMA UL、FDD OFDMA DL 　　
　　该提案使用了目前频谱效率很高的正交频分复用(OFDLTE技术提案M)技术作为下行链路的主要调制方式，实现高速数据速率传送。上行链路则采用单载波频分多址(FDMA)，主要的好处就是降低了发射终端的峰均功率比，减小了终端的体积和成本。其主要特点包括频谱带宽灵活分配、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔(TTI)等。 　　

2.FDD UL采用OFDMA，FDD DL采用OFDMA 　　
　　该提案与上一方案非常类似。所不同的主要是上行链路，这里采用的也是OFDM技术，这就要求终端能够实现比较高的峰均功率比，但数据传输效率更高。 　

　
3.FDD MC-WCDMA UL/DL 　　
　　该提案实际上就是多载波的WCDMA方案，上下行采用与HSDPA/HSUPA相似的技术，例如自适应调制方式、NodeB调度、层2快速重传和快速小区切换等，然后利用多载波复用的方式提高数据速率。
　　
4.TDD UL/DL采用MC-TD-SCDMA 　　
　　该提案主要由大唐公司提出，是TD-SCDMA标准的演进。其主要特点是尽可能继承TD-SCDMA的系统特点，例如相同的子信道带宽、信道结构，Space、Time、Code多域复用等，在此基础上通过多载波的方式扩展数据速率，满足LTE的需求。 　　

5.TDD UL/DL采用OFDMA和TDD UL采用SC-FDMA，TDD DL采用OFDMA 　　
　　这两种提案同前两种是非常类似的，不同的是双工方式。 　　
　　以上这些提案代表了不同的背景和不同集团的利益，在最新结束的马耳他会议上，已有了最终的结果。FDD和TDD将尽量采用相同的多址技术，并且绝大多数公司支持的第一种方案将作为以后开展LTE研究的前提条件。同时中国的TD-SCDMA经过多方的不断努力，TD-SCDMA的帧结构在第一种方案中作为一个选项得以保留，并且可以在多载波的演进方面继续开展研究。

 　　整个标准发展过程分为研究项目(study item)和工作项目(work item)两个阶段。 研究项目阶段在2006年年中结束，该阶段将主要完LTF初步发展规划成目标需求的定义，明确LTE的概念等，然后征集候选技术提案，并对技术提案进行评估，确定其是否符合目标需求。对有可能融合的提案进行讨论，甚至还可能对某些技术的优越性进行辩论，最终选择出适合未来LTE 的技术方案。实际上这是厂商实力的较量，也不乏政府在其后的影响。针对系统功能的划分、接口的定义也会在这个阶段涉及。 　　

　　工作项目在2006年年中以前建立，并开始着手标准的建立。该阶段将对未来LTE标准细节的各个方面展开讨论和起草，并一直持续到2007年年中。整个过程比3G标准的制定过程节奏明显加快，这也是考虑到市场的需求。随着宽带技术的不断创新，3GPP也将在最短的时间内推出最新的技术。这给运营业带来了新的机遇，更新更快的业务可以在不远的将来得以实现，甚至完全可以和有线网络相媲美。 　　

　　3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段，完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)阶段，完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定(3GPPR7)，在2008年或 2009年推出商用产品。就目前的进展来看，发展比计划滞后了大概3个月，但经过3GPP组织的努力，LTE的系统框架大部分已经完成。 　　

LTE详细发展规划 　　

　　LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有LTE详细发展规划利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比， LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了*性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。 3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)[3]。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关 (aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。

　　LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀（CP）的OFDM，每一个子载波占用15kHz，循环前缀的持续时间为4.7/16.7μs，分别对应短 CP和长CP。为了满足数据传输延迟的要求（在轻负载情况下，用户面延迟小于5ms），LTE系统必须采用很短的交织长度（TTI）和自动重传请求（ARQ）周期，因此，在3G中的10ms无线帧被分成20个同等大小的子帧，长度为0.5ms。 　　

　　下行数据的调制主要采用QPSK、16QAM和64QAM这3种方式。针对广播业务，一种独特的分层调制（hierarchical modulation）方式也考虑被采用。分层调制的思想是，在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流，一个是高优先级的基本层，另一个是低优先级的增强层。在物理层，这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大，因此，基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收，而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。也就是说，同一个逻辑业务可以在网络中根据信道条件的优劣提供不同等级的服务。 　　

　　在目前的研究阶段，主要还是沿用R6的Turbo编码作为LTE信道编码，例如在系统性能评估中。但是，很多公司也在研究其他编码方式，并期望被引入 LTE中，如低密度奇偶校验（LDPC）码。在大数据量情况下，LDPC码可获得比Turbo码高的编码增益，在解码复杂度上也略有减小。 　　

　　MIMO技术在R7中已经被引入，是WCDMA增强的一个重要特性。而在LTE中，MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术。下行MIMO天线的基本配置是，在基站设两个发射天线，在UE设两个接收天线，即2×2的天线配置。更高的下行配置，如4×4的MIMO也可以考虑。开环发射分集和开环MIMO在无反馈的传输中可以被应用，如下行控制信道和增强的广播多播业务。 　　

　　虽然宏分集技术在3G时代扮演了相当重要的角色，但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒弃。即便是在最初讨论过的快速小区选择（FCS）的宏分集，在实际规范中也没有定义。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想，即只通过链路自适应和快速重传来获得增益，而放弃了宏分集这种需要网络架构支持的技术。在2006年3月的RAN总会上，确认了E-UTRAN中不再包含RNC节点，因而，除广播业务外，需要“中心节点”（如RNC）进行控制的宏分集技术在LTE中不再考虑。但是对于多小区的广播业务，需要通过无线链路的软合并获得高信噪比。在OFDM系统中，软合并可以通过信号到达UE天线的时刻都处于CP窗之内的RF合并来实现，这种合并不需要UE有任何操作。 　　

　　上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行扩频，扩频信号再通过IFFT。这个过程简写为DFT-SOFDM。这样做的目的是，上行用户间能在频域相互正交，以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。 　　

　　子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据，而其他部分则被插入若干个零值。频谱资源的分配有两种方式：一是局部式传输，即DFT的输出映射到连续的子载波上；另一个是分布式传输，即DFT的输出映射到离散的子载波上。相对于前者，分布式传输可以获得额外的频率分集。上行调制主要采用π/2 位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行一样，上行信道编码还是沿用R6的Turbo编码。其他方式的前向纠错编码正在研究之中。 　　 

　　上行单用户MIMO天线的基本配置，也是在UE有两个发射天线，在基站有两个接收天线。在上行传输中，一种特殊的被称为虚拟（Virtual） MIMO的技术在LTE中被采纳。通常是2×2的虚拟MIMO，两个UE各自有一个发射天线，并共享相同的时—频域资源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱，以简化基站的处理。从UE的角度看，2×2虚拟MIMO与单天线传输的不同之处，仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对。但从基站的角度看，确实是一个2×2的MIMO系统，接收机可以对这两个UE发送的信号进行联合检测。

　　在基本的物理层技术中，E-Node B调度、链路自适应和混合ARQ（HARQ）继承了HSDPA的策略，以适应基于数据包的快速数据传输。 　　

　　对于下行的非MBMS业务，E-Node B调度器在特定时刻给特定UE动态地分配特定的时—频域资源。下行控制信令通知分配给UE何种资源及其对应的传输格式。调度器可以即时地从多个可选方案中选择最好的复用策略，例如子载波资源的分配和复用。这种选择资源块和确定如何复用UE的灵活性，可以极大地影响可获得的调度性能。调度和链路自适应以及 HARQ的关系非常密切，因为这3者的操作是在一起进行的。决定如何分配和复用方式的依据包括以下一些：QoS参数、在E-Node B中准备调度的数据量、UE报告的信道质量指示（CQI）、UE能力、系统参数如带宽和干扰水平，等等。 　　

　　链路自适应即自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式适应不同的信道变化，获得最大的传输效率。将编码和调制方式变化组合成一个列表，E-Node B根据UE的反馈和其他一些参考数据，在列表中选择一个调制速率和编码方式，应用于层2的协议数据单元，并映射到调度分配的资源块上。上行链路自适应用于保证每个UE的最小传输性能，如数据速率、误包率和响应时间，而获得最大化的系统吞吐量。上行链路自适应可以结合自适应传输带宽、功率控制和自适应调制编码的应用，分别对频率资源、干扰水平和频谱效率这3个性能指标做出最佳调整。 　　

　　为了获得正确无误的数据传输，LTE仍采用前向纠错编码（FEC）和自动重复请求（ARQ）结合的差错控制，即混合ARQ（HARQ）。HARQ应用增量冗余（IR）的重传策略，而chase合并（CC）实际上是IR的一种特例。为了易于实现和避免浪费等待反馈消息的时间，LTE仍然选择N进程并行的停等协议（SAW），在接收端通过重排序功能对多个进程接收的数据进行整理。HARQ在重传时刻上可以分为同步HARQ和异步HARQ。同步HARQ意味着重传数据必须在UE确知的时间即刻发送，这样就不需要附带HARQ处理序列号，比如子帧号。而异步HARQ则可以在任何时刻重传数据块。从是否改变传输特征来分，HARQ又可以分为自适应和非自适应两种。目前来看，LTE倾向于采用自适应的、异步HARQ方案。 　　

　　与CDMA不同，OFDMA无法通过扩频方式消除小区间的干扰。为了提高频谱效率，也不能简单地采用如GSM中复用因子为3或7的频率复用方式。因此，在LTE中，非常关注小区间干扰消减技术。小区间干扰消减途径有3种，即干扰随机化、干扰消除和干扰协调/避免。另外，在基站采用波束成形天线的解决方案也可以看成是下行小区间干扰消减的通用方法。干扰随机化可以采用如小区专属的加扰和小区专属的交织，后者即为大家所知的交织多址（IDMA）；此外，还可采用跳频方式。干扰消除则讨论了采取如依靠UE多天线接收的空间抑制和基于检测/相减的消除方法。而干扰协调/避免则普遍采取一种在小区间以相互协调来*下行资源的分配方法，如通过对相邻小区的时—频域资源和发射功率分配的*，获得在信噪比、小区边界数据速率和覆盖方面的性能提升。

　　　市场调研公司Juniper Research2010年9月发布报告称，到2015年，下一代高速无线服务长期演进技术(LTE)的用户数量将达到3亿人，远超过今年的50万人。

　　3GPP对LTE项目的工作大体分为两个时间段：2005年3月到2006年6月为SI(StudyItem)阶段，完成可行性研究报告;2006年6月到2007年6月为WI(WorkItem)阶段，完成核心技术的规范工作。在2007年中期完成LTE相关标准制定(3GPPR7)，在2008年或2009年推出商用产品。就目前的进展来看，发展比计划滞后了大概3个月，但经过3GPP组织的努力，LTE的系统框架大部分已经完成。　 　　

　　LTE采用由ENodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE网络RNC节点和NodeB节点合并，成为EnodeB，在基站侧可以完成电路的交换。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了*性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。 　　

　　3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改

　　 超大屏幕，视频可实现视频通话、高清电视、在线游戏等无线宽带服务。4G lte终端的本质，其实是电脑做小，而不是手机做大.“4G手机，准确的说是4G终端，与3G、2G时代的手机相比，有了很大的变化”，张亮说，“就好像普通公路变成高速公路了，道宽了，路平了，就需有好车和跑车。做4G就是修跑道，4G终端就是跑车。” 　　

　　“现在我们研制的‘跑车’状态很好”，张亮给记者透露，中兴通讯经过2年多的研发，成功开发出多款4G手机，而且产品已经大规模测试，明年1月份即将上市。将先在美国和欧洲等国外地区进行商用，同时在中国移动试验网开始测试。张亮说，其实苹果之前推出的ipad（平板电脑），也指出了未来一个方向，移动互联网将是4G终端的核心应用。因此，4G手机将拥有超大屏幕，7寸、9寸甚至更大。他透露，中兴品牌的4G终端最小也是7寸的屏幕。

　　在无线移动通信标准的发展演进上，TD-SCDMA的一些特点越来越受到重视，LTE等后续各项标准也采纳了这些技术，并且吸收了一些TD-SCDMA的设计思想。TD的双工技术、基于OFDM的多址接入技术、基于MIMO/SA的多天线技术是TD-LTE标准的三个关键技术。 　　

　　第一个就是基于TDD的双工技术。在TDD方式里面，TDD时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义了它的双工过程。通过国内各家企业的共同合作与努力，在2007年 10月份，形成一个单独完整的双工帧结构的LTE-TDD规范。在讨论TDD系统的同时要考虑FDD(频分双工)系统，在TDD/FDD双模中，LTE规范提供了技术和标准的共同性。 　　

　　第二个关键技术是OFDM(正交频分复用技术)。其中有两个关键点，一是OFDM技术和MIMO(多输入多输出)技术如何结合，使移动通信系统性能进一步提升；二是OFDM技术在蜂窝移动通信组网的条件下，如何克服同频组网带来的问题。 　　

　　第三个是基于MIMO/SA的多天线技术。智能天线技术是通过赋形，提供覆盖和干扰协调能力的技术。MIMO技术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，这两种技术在LTE以及LTE的后续演进系统中是非常重要的技术。我们同时也很关注MIMO技术和智能天线技术在后续演进上的结合。 　

　　在LTE里面多天线应用的标准化过程中，经过多方努力，在去年4月份，3GPP标准组织最后接受智能天线的应用作为TDD模式的特征之一。

MPEG是计算机常见多媒体文件格式

MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。该专家组建于1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了ISO/IEC1172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化时代。因此，大家现时泛指的MPEG-X版本，就是由ISO(International Organization for Standardization)所制定而发布的视频、音频、数据的压缩标准。 　　

　　MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用了具有运动补偿的帧间压缩编码技术以减小时间冗余度，利用DCT技术以减小图像的空间冗余度，利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。这几种技术的综合运用，大大增强了压缩性能。

　　MPEG-1标准于1992年正式出版，标准的编号为ISO/IEC11172，其标题为“码率约为1.5Mb/s用于数字存贮媒体活动图像及其伴音的编码”。 

　　MPEG-1层1 数字盒式录音带 　　
　　MPEG-1层2 DAB,VCD 　　
　　MPEG-1层3 Internet,MP3音乐

MPEG-1 audio layer 1 　　

　　类型：Audio 　　
　　制定者：MPEG 　　
　　所需频宽：384kbps 　　
　　压缩率 4:1
　　特性：编码简单，用于数字盒式录音磁带，2声道，VCD中使用的音频压缩方案就是MPEG-1层Ⅰ。 　　
　　优点：压缩方式相对时域压缩技术而言要复杂得多，同时编码效率、声音质量也大幅提高，编码延时相应增加。可以达到“完全透明”的声音质量（EBU音质标准） 　　
　　缺点：频宽要求较高 　　
　　应用领域：voip 　　
　　版税方式：Free 　　

备注：MPEG-1声音压缩编码是国际上第一个高保真声音数据压缩的国际标准，它分为三个层次： 　　
　　--层1(Layer 1)：编码简单，用于数字盒式录音磁带 　　
　　--层2(Layer 2)：算法复杂度中等，用于数字音频广播(DAB)和VCD等 　　
　　--层3(Layer 3)：编码复杂，用于互联网上的高质量声音的传输，如MP3音乐压缩10倍

MUSICAM(MPEG-1 audio layer 2,即MP2) 　　

　　类型：Audio 　　
　　制定者：MPEG 　　
　　所需频宽：256～192kbps 　　
　　压缩率 8:1--6:1 　　
　　特性：算法复杂度中等，用于数字音频广播(DAB)和VCD等，2声道，而MUSICAM由于其适当的复杂程度和优秀的声音质量，在数字演播室、DAB、DVB等数字节目的制作、交换、存储、传送中得到广泛应用。 　　
　　优点：压缩方式相对时域压缩技术而言要复杂得多，同时编码效率、声音质量也大幅提高，编码延时相应增加。可以达到“完全透明”的声音质量（EBU音质标准）
　　缺点： 　　
　　应用领域：voip 　　
　　版税方式：Free 　　
　　备注：同MPEG-1 audio layer 1

MP3(MPEG-1 audio layer 3) 　　

　　类型：Audio 　　
　　制定者：MPEG 　　
　　所需频宽：128～112kbps 　　
　　压缩率 12:1--10:1 　　
　　特性：编码复杂，用于互联网上的高质量声音的传输，如MP3音乐压缩10倍，2声道。MP3是在综合MUSICAM和ASPEC的优点的基础上提出的混合压缩技术，在当时的技术条件下，MP3的复杂度显得相对较高，编码不利于实时，但由于MP3在低码率条件下高水准的声音质量，使得它成为软解压及网络广播的宠儿。 　　
　　优点：压缩比高，适合用于互联网上的传播 　　
　　缺点：MP3在128KBitrate及以下时，会出现明显的高频丢失 　　
　　应用领域：voip 　　
版税方式：Free 　　
备注：同MPEG-1 audio layer 1

MPEG-2
　　
　　MPEG-2标准于1994年公布，包括编号为13818-1系统部分、编号为13818-2的视频部分、编号为13818-3的音频部分及编号为13818-4的符合性测试部分。

　　MPEG-2编码标准希望囊括数字电视、图像通信各领域的编码标准，MPEG-2按压缩比大小的不同分成五个档次(profile)，每一个档次又按图像清晰度的不同分成四种图像格式，或称为级别(level)。五个档次四种级别共有20种组合，但实际应用中有些组合不太可能出现，较常用的是11种组合。这11种组合分别应用在不同的场合，如MP@ML(主档次与主级别)用在具有演播室质量标准清晰度电视SDTV中，美国HDTV大联盟采用MP@HL(主档次及高级别)。

MPEG-2 audio layer 　　　

　　类型：Audio 　　
　　制定者：MPEG 　　
　　所需频宽：与MPEG-1层1，层2，层3相同 　　
　　特性：MPEG-2的声音压缩编码采用与MPEG-1声音相同的编译码器，层1, 层2和层3的结构也相同，但它能支持5.1声道和7.1声道的环绕立体声。
　　优点：支持5.1声道和7.1声道的环绕立体声 　　
　　缺点： 　　
　　应用领域：voip 　　
　　版税方式：按个收取 　　
　　备注：MPEG-2的声音压缩编码采用与MPEG-1声音相同的编译码器，层1, 层2和层3的结构也相同，但它能支持5.1声道和7.1声道的环绕立体声。

MPEG-4
　　
　　MPEG-4在1995年7月开始研究，1998年11月被ISO/IEC批准为正式标准，正式标准编号是ISO/IEC14496，它不仅针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。这个标准主要应用于视像电话、视像电子邮件等，对传输速率要求较低，在4800－6400bits/s之间，分辨率为176＊144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术、数据压缩，以求用最少的数据获得最佳的图像质量。

　　利用MPEG-4的高压缩率和高的图像还原质量可以把DVD里面的MPEG-2视频文件转换为体积更小的视频文件。经过这样处理，图像的视频质量下降不大但体积却可缩小几倍，可以很方便地用CD-ROM来保存DVD上面的节目。另外，MPEG-4在家庭摄影录像、网络实时影像播放也大有用武之地。

MPEG-7

　　MPEG-7(它的由来是1+2+4=7, 因为没有MPEG-3、MPEG-5、MPEG-6)于1996年10月开始研究。确切来讲，MPEG－7并不是一种压缩编码方法，其正规的名字叫做’多媒体内容描述接口，其目的是生成一种用来描述多媒体内容的标准，这个标准将对信息含义的解释提供一定的自由度，可以被传送给设备和电脑程序，或者被设备或电脑程序查取。MPEG-7并不针对某个具体的应用，而是针对被MPEG-7标准化了的图象元素，这些元素将支持尽可能多的各种应用。

建立MPEG-7标准的出发点是依靠众多的参数对图象与声音实现分类，并对它们的数据库实现查询，就象我们今天查询文本数据库那样。可应用于数字图书馆，例如图象编目、音乐词典等；多媒体查询服务，如电话号码簿等；广播媒体选择，如广播与电视频道选取；多媒体编辑，如个性化的电子新闻服务、媒体创作等。

MPEG－21

　　MPEG在1999年10月的MPEG会议上提出了“多媒体框架”的概念，同年的12月的MPEG会议确定了MPEG-21的正式名称是“多媒体框架”或“数字视听框架”，它以将标准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同标准的结合工作。

　　MPEG的缔造者们原先打算开发四个版本：MPEG1-MPEG4，以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。后由于MPEG3被放弃，所以现存只有三个版本的MPEG：MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4。总体来说，MPEG在三方面优于其他压缩/解压缩方案。首先，由于在一开始它就是做为一个国际化的标准来研究制定，所以，MPEG具有很好的兼容性。其次，MPEG能够比其他算法提供更好的压缩比，最高可达200:1。更重要的是，MPEG在提供高压缩比的同时，对数据的损失很小。

　　MPEG-1制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-i。它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制为352X240；对于PAL制为352X288)的图象进行压缩，传输速率为1.5Mbits/sec，每秒播放30帧，具有CD(指激光唱盘)音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可达4-5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解码后的图象质量有所降低。 　　

　　MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。

　　MPEG-2制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,其在NTSC制式下的分辨率可达720X486，MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据，如VCD。 　　

　　同时，由于MPEG-2的出色性能表现，已能适用于HDTV，使得原打算为HDTV设计的MPEG-3，还没出世就被抛弃了。(MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec间，但这将使画面有轻度扭曲)。除了做为DVD的指定标准外，MPEG-2还可用于为广播，有线电视网，电缆网络以及卫星直播(DirectBroadcastSatellite)提供广播级的数字视频。 　　

　　MPEG-2的另一特点是，其可提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的要求。

　对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率*，MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显，到是其音频特性(如加重低音，多伴音声道等)更引人注目。

 

　　MPEG专家组的专家们正在为MPEG-4的制定努力工作。MPEG-4标准主要应用于视像电话(videophone)，视像电子邮件(VideoEmail)和电子新闻(Electronicnews)等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率176X144。 　　

　　MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图象质量。 　　

　　与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的动态图象标准；它的另一个特点是其综合性；从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。 

　　一、 解决低比特率下的多媒体通信等问题； 　　
　　二、试图建立一种标准，具有广泛的兼容性，能够在多行业得以广泛应用 　　
　　三、 是一种面向未来的标准，考虑将来技术发展，如人与内容的交互 　　

　　MPEG4的应用目标是针对窄带宽传输、高画质压缩、交互性操作以及将自然物体与人造物体相溶合的表达方式，同时还特别强调广泛的适应性和可扩展性。

　　MPEG4的商业应用领域包括：数字电视、、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、基于内容存储和检索多媒系统、网络视频流与可视游戏、网络会议、交互多媒体应用、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视等。

　　特别针对低带宽等条件设计算法，因而MPEG4的压缩比更高，使低码率的视频传输成为可能。在公用电话线上可以连续传输视频，并能保持图像的质量，这是其它技术做不到的。　

　　节省存储空间。同等条件如场景、图像格式和压缩分辨率条件下，经过编码处理的图像文件越小，所占用的存储空间越小。由于MPEG-4算法较MPEG-1、MPEG-2更为优化，因而在压缩效率上更高。 　　

　　图像质量好。 MPEG4的最高图像清晰度为768X576，远优于 MPEG1的352X288，可以达到接近 DVD的画面效果。这使得它的图像高清晰度非常好。

　　另外，其它的压缩技术由于算法上的局限，在画面中出现快速运动的人或物体和大幅度的场景变化时，图像质量下降。而MPEG4采用基于对象的识别编码模式，从而保证良好的清晰度。

　　MPEG问世数年来，给计算机和家电产业带来的冲击是巨大的。各种基于MPEG标准的产品如雨后春笋般不断涌现，VCD的出现已经使在家电市场上风光多年的录相机看到了生命之路的尽头(想想看，自从VCD出现后，电视，报刊杂志上还有录相机的广告吗？)；而以生产MPEG解码芯片著称的C-CUBE，却赚得碗满钵溢。

　　市场的竞争是惨烈的，拥有先进的技术，找准市场的方向，才是企业兴旺的出路。面对MPEG技术的不断发展，企业是否能跟得上潮流的变化，能否利用更新的技术，开拓出更广阔的市场，这都是值得认真思考的；就象原英特尔公司总裁安德鲁.葛洛夫先生的一本书名所述：“只有偏执狂才能生存。

MPEG-4等如DIVX 　　

　　不少人都以为DIVX即是MPEG-4，但其实DIVX是将影像部分以MPEG-4来压缩、音效部分以MP3压缩处理，再以AVI档格式存在的制成品，故档案较MPEG-2小，而画质表现就介乎MPEG-1与MPEG-2之间。 　　

MP3即是MPEG-3 　　

　　正如前述，MPEG-3只不过是被放弃的一种压缩技术，至于大家熟悉的MP3其实是MPEG-1 Layer 3的音频数据压缩技术，简称MP3。

　　 至于MPEG-4的出现是由于MPEG-1和MPEG-2的压缩技术，不能将它放在网络上作为影音资料传递之用，所以MPEG-4不再是采用每张画面压缩的方式，而是采用了全新的压缩理念。先将画面上的静态对象统一制定规范标准，例如文字、背景、图形等，然后再以动态对象作基础的方式将画面压缩，务求以最少数据获得最佳的画质，并将之作为网络上传送之用。 　　

　　此外，值得一提的是，继MPEG-4后，将会进入更先进的MPEG-7年代。这项崭新技术已非一种压缩编码方法，而是一种多媒体内容描述接口(Multimedia Content Description Inte*ce)，能快速搜寻不同类型的多媒体材料，对于将来要面对日渐庞大的图像、声音的管理有重大帮助。

　　远程通信、计算机和电视/电影工业之间的传统界限极为模糊。历史上原本属于某一领域的内容现已渗透到其他两个领域中。视频、声音和通信已进入计算机；交互性进入了电视；视频和交互性则进入了远程通信领域。看起来像一种聚集,实际上并非如此。这三种行业是从不同的技术角度来研究音像应用的。 　　

在当今世界,应对三种主要趋势予以关注： 　　

　　1、向无线通信发展的趋势； 　　
　　2、向交互式计算机应用发展的趋势； 　　
　　3、视听数据的综合应用不断增长的趋势。 　　

　　对于传统意义上区分的各行业间的交叉,应综合考虑这三种趋势；目前的标准和正在制作的标准没有充分涉及这些新的需求。而MPEG-4的重点就是解决这些需求,即综合三种行业的通用应用，以提供便于交互的音频-视频编码、高压缩比和通用访问能力。为了采用迅速发展的相关技术的优点,MPEG-4标准将保证高度的灵活性和扩展性。 　　

　　基于内容的交互性包括人与音像画面中有意义的对象相互作用的能力。目前,这种交互作用局限于计算机图形，即人工合成的内容。对于新的交互式音像应用，能够提供与自然的、人工的及自然/人工混合的音像对象的相互作用极为重要。 　　

　　为了有效使用存储空间和传送带宽,需要有较高的压缩比。对于低比特率的应用,改善压缩效率非常重要。 　　

　　通用访问能力是指对有用的音像数据的访问可以在存储和传送媒体的很大范围内进行的鉴于移动通信的迅速崛起，通过无线网络进行这种应用的访问尤为重要。高度的灵活性和可扩展性由句法描述语言来保证，这种句法描述语言称为‘MPEG-4句法描述语言’(MSDL)。MSDL将在下面介绍。 　　

　　目前的视听标准是为从照相机和麦克风获取的自然内容的编码重现而设计的。由于上述三个领域的相互渗透，人工内容的应用在不断增长。因此，很显然的需求是一种既适合于自然对象又适合于人工对象的模式，它能够用来产生单一的音像序列。

 新的或改进的功能 　　

　　下述8个关键的功能是MPEG-4新的特点，可以认为现存的或其他正在制定的标准不能完全支持MPEG-4，这些功能由编码工具和MSDL的组合来支持。当特定应用需要时，灵活的MSDL允许使用不同的编码工具来提供这些功能的不同组合。 　　

　　这些功能如表1所述，在表1中根据它们是否涉及基于内容的交互性、压缩比或通用访问能力进行了分组。 　　

其他标准的功能 　　

　　除上述新的或改进的功能外，还有几种其他的重要功能，需要用它来支持已预见到的音频应用。与新的或改进的功能所不同的是，下面所列的功能已由现行的或其他正在制定的标准提供。 　　

　　1、同步———对所表示的音频、视频和其他内容数据进行同步的能力； 　　
　　2、辅助数据能力———为二进制数据比特流分配通道的能力； 　　
　　3、虚拟通道分配的灵活性———动态地重新分配视频、音频或数据通道的能力； 　　
　　4、低延迟模式(端对端或解码器)———对系统、音频和视频编码进行低延迟操作的能力； 　　
　　5、用户控制———支持交互操作中用户控制的能力； 　　
　　6、传送媒体交互运作———在各种媒体上进行运作的能力； 　　
　　7、与其他音像系统的交互运作———与各种类型的终端相互作用的能力； 　　
　　8、多点能力———具有多源或多目的地的能力； 　　
　　9、安全———提供密码、鉴别和密钥管理的能力； 　　
　　10、内容———对各种类型的可视画面和音频内容进行编码的能力(高的和中等质量的音频、宽带、窄带、智能和人工语言及人工音频)； 　　
　　11、格式———对各种格式的音频和视频进行编码的能力； 　　
　　12、质量———对解码的音频或视频质量的评估。

　　随着HDTV的兴起，H.264这个规范频频出现在我们眼前，HD-DVD和蓝光均计划采用这一标准进行节目制作。而且自2005年下半年以来，无论是NVIDIA还是ATI都把支持H.264硬件解码加速作为自己最值得夸耀的视频技术。H.264到底是何方“神圣”呢？ 　　

　　H.264是一种高性能的视频编解码技术。目前国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.264则是由两个组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10，还是ISO/IEC 14496-10，都是指H.264。　 　

H.264

　　H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.264的压缩比达到惊人的102∶1！H.264为什么有那么高的压缩比？低码率（Low Bit Rate）起了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4 ASP等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是，H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像，正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

　　H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测（Estimation）、变换（Transform）和反变换、量化（Quantization）和反量化、环路滤波（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）。 　　

　　H.264/MPEG-4 AVC（H.264）是1995年自MPEG-2视频压缩标准发布以后的最新、最有前途的视频压缩标准。通过该标准，在同等图象质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上，因此，H.264被普遍认为是最有影响力的行业标准。

　　H.264是ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）的联合视频组（JVT：joint video team）开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。1998年1月份开始草案征集，1999年9月，完成第一个草案，2001年5月制定了其测试模式TML-8，2002年6月的 JVT第5次会议通过了H.264的FCD板。2003年3月正式发布。

　　H.264标准的主要目标是：与其它现有的视频编码标准相比，在相同的带宽下提供更加优秀的图象质量。 　　

　　而，H.264与以前的国际标准如H.263和MPEG-4相比，最大的优势体现在以下四个方面： 　　

　　1． 将每个视频帧分离成由像素组成的块，因此视频帧的编码处理的过程可以达到块的级别。 　　
　　2． 采用空间冗余的方法，对视频帧的一些原始块进行空间预测、转换、优化和熵编码（可变长编码）。 　　
　　3． 对连续帧的不同块采用临时存放的方法，这样，只需对连续帧中有改变的部分进行编码。该算法采用运动预测和运动补偿来完成。对某些特定的块，在一个或多个已经进行了编码的帧执行搜索来决定块的运动向量，并由此在后面的编码和解码中预测主块。 　　
　　4． 采用剩余空间冗余技术，对视频帧里的残留块进行编码。例如：对于源块和相应预测块的不同，再次采用转换、优化和熵编码。

　　H.264是国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟（ITU）共同提出的继MPEG4之后的新一代数字视频压缩格式，它即保留了以往压缩技术的优点和精华又具有其他压缩技术无法比拟的许多优点。 　　

　　1．低码流（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。 　　
　　2．高质量的图象：H.264能提供连续、流畅的高质量图象（DVD质量）。 　　
　　3．容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。 　　
　　4．网络适应性强：H.264提供了网络抽象层（Network Abstraction Layer）, 使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。

　　H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比H.263++好得多的压缩性能；加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。 　　

　　技术上，它集中了以往标准的优点，并吸收了标准制定中积累的经验。与H.263 v2(H.263+)或MPEG-4简单类(Simple Profile)相比，H.264在使用与上述编码方法类似的最佳编码器时，在大多数码率下最多可节省50%的码率。H.264在所有码率下都能持续提供较高的视频质量。H.264能工作在低延时模式以适应实时通信的应用(如视频会议)，同时又能很好地工作在没有延时*的应用，如视频存储和以服务器为基础的视频流式应用。H.264提供包传输网中处理包丢失所需的工具，以及在易误码的无线网中处理比特误码的工具。 　　

　　在系统层面上，H.264提出了一个新的概念，在视频编码层(Video Coding Layer, VCL)和网络提取层(Network Abstraction Layer, NAL)之间进行概念性分割，前者是视频内容的核心压缩内容之表述，后者是通过特定类型网络进行递送的表述，这样的结构便于信息的封装和对信息进行更好的优先级控制。

　　H264标准是由JVT（Joint Video Team，视频联合工作组）组织提出的新一代数字视频编码标准。JVT于2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）两个国际标准化组织的专家联合组成。JVT的工作目标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标H264标准。H264标准将作为MPEG-4标准的一个新的部分（MPEG-4 part.10）而获得批准，是一个面向未来IP和无线环境下的新数字视频压缩编码标准。 　　

H264标准的主要特点如下：
　　
　　1．更高的编码效率：同H.263等标准的特率效率相比，能够平均节省大于50％的码率。 　　
　　2．高质量的视频画面：H.264能够在低码率情况下提供高质量的视频图像，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。 　　
　　3．提高网络适应能力：H.264可以工作在实时通信应用（如视频会议）低延时模式下，也可以工作在没有延时的视频存储或视频流服务器中。 　　
　　4．采用混合编码结构：同H.263相同，H.264也使用采用DCT变换编码加DPCM的差分编码的混合编码结构，还增加了如多模式运动估计、帧内预测、多帧预测、基于内容的变长编码、4x4二维整数变换等新的编码方式，提高了编码效率。 　　
　　5．H.264的编码选项较少：在H.263中编码时往往需要设置相当多选项，增加了编码的难度，而H.264做到了力求简洁的“回归基本”，降低了编码时复杂度。 　
　　6．H.264可以应用在不同场合：H.264可以根据不同的环境使用不同的传输和播放速率，并且提供了丰富的错误处理工具，可以很好的控制或消除丢包和误码。
　　7．错误恢复功能：H.264提供了解决网络传输包丢失的问题的工具，适用于在高误码率传输的无线网络中传输视频数据。 　　
　　8．较高的复杂度：264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计，H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍。 　　

　　H264标准各主要部分有Access Unit delimiter（访问单元分割符），SEI（附加增强信息），primary coded picture（基本图像编码），Redundant Coded Picture（冗余图像编码）。还有Instantaneous Decoding Refresh（IDR，即时解码刷新）、Hypothetical Reference Decoder（HRD，假想参考解码）、Hypothetical Stream Scheduler（HSS，假想码流调度器）。

　　

　　帧间预测编码利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。H.264的运动补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性，而且灵活地添加了更多的功能，除了支持P帧、B帧外，H.264还支持一种新的流间传送帧——SP帧，如图3所示。码流中包含SP帧后，能在有类似内容但有不同码率的码流之间快速切换，同时支持随机接入和快速回放模式。H.264的运动估计有以下4个特性。
　　
(1)不同大小和形状的宏块分割 　
　
　　对每一个16×16像素宏块的运动补偿可以采用不同的大小和形状，H.264支持7种模式，如图4所示。小块模式的运动补偿为运动详细信息的处理提高了性能，减少了方块效应，提高了图像的质量。
　　
(2)高精度的亚像素运动补偿 　　

　　在H.263中采用的是半像素精度的运动估计，而在H.264中可以采用1/4或者1/8像素精度的运动估值。在要求相同精度的情况下，H.264使用1/4或者1/8像素精度的运动估计后的残差要比H.263采用半像素精度运动估计后的残差来得小。这样在相同精度下，H.264在帧间编码中所需的码率更小。 　　

(3)多帧预测 　　

　　H.264提供可选的多帧预测功能，在帧间编码时，可选5个不同的参考帧，提供了更好的纠错性能，这样更可以改善视频图像质量。这一特性主要应用于以下场合：周期性的运动、平移运动、在两个不同的场景之间来回变换摄像机的镜头。 　　

(4)去块滤波器 　　

　　H.264定义了自适应去除块效应的滤波器，这可以处理预测环路中的水平和垂直块边缘，大大减少了方块效应。

　　

　　视频编码处理的最后一步就是熵编码，在H.264中采用了两种不同的熵编码方法：通用可变长编码（UVLC）和基于文本的自适应二进制算术编码（CABAC）。在H.263等标准中，根据要编码的数据类型如变换系数、运动矢量等，采用不同的VLC码表。H.264中的UVLC码表提供了一个简单的方法，不管符号表述什么类型的数据，都使用统一变字长编码表。其优点是简单；缺点是单一的码表是从概率统计分布模型得出的，没有考虑编码符号间的相关性，在中高码率时效果不是很好。

 　　
　　因此，H.264中还提供了可选的CABAC方法。算术编码使编码和解码两边都能使用所有句法元素(变换系数、运动矢量)的概率模型。为了提高算术编码的效率，通过内容建模的过程，使基本概率模型能适应随视频帧而改变的统计特性。内容建模提供了编码符号的条件概率估计，利用合适的内容模型，存在于符号间的相关性可以通过选择目前要编码符号邻近的已编码符号的相应概率模型来去除，不同的句法元素通常保持不同的模型。 　　

　　

　　目前，大多数的视频会议系统均采用H.261或H.263视频编码标准，而H.264的出现，使得在同等速率下，H.264能够比H.263减小50%的码率。也就是说，用户即使是只利用 384kbit/s的带宽，就可以享受H.264下高达 768kbit/s的高质量视频服务。H.264 不但有助于节省庞大开支，还可以提高资源的使用效率，同时令达到商业质量的视频会议服务拥有更多的潜在客户　

　　目前，已经有少数几家厂商的视频会议产品支持H.264协议，厂商们致力于普及H.264这个全新的业界标准。随着其它视频会议方案厂商陆续效仿他们的做法，我们必将能全面体验H.264视频服务的优势。

H.264标准的整体框架

　　H.264的目标应用涵盖了目前大部分的视频服务，如有线电视远程监控、交互媒体、数字电视、视 频会议、视频点播、流媒体服务等。H.264为解决不同应用中的网络传输的差异。定义了两层：视频编码层（VCL：Video Coding Layer）负责高效的视频内容表示，网络提取层（NAL：Network Abstraction Layer）负责以网络所要求的恰当的方式对数据进行打包和传送(如图所示: 标准的整体框架)。 　　

　　基本层次（Baseline Profile）：该层次使用了H.264的除了B-Slices，CABAC以及交织编码模式外所有的特性。该层次主要使用于低时延的实时应用场合。 　　主要层次（Main Profile）：包含Baseline profile的所有特性，并包括了B-slices，CABAC以及交织编码模式。它主要针对对时延要求不高，当压缩率和质量要求较高的场合。 　　

　　扩展层次(Profile X)：支持所有Baseline profile的特性，但不支持CABAC以及基于宏块的自适应帧场编码。该层次主要针对的时各种网络视频流传输方面的应用。

　　由于目前蓝光格式的统一，使得市面上绝大多数的高清视频均是采用H.264的格式编码，它又分为四个最主要步骤，分别是流处理，逆变换，动态补偿，去方块滤波，这四步也是资源消耗的主要四个部分。 　　

　　H.264解码的四个步骤中的第一步“CAVLC/CABAC解码”是最为消耗运算资源，这方面远高于其他三步（简单的说，CAVLC/CABAC是H.264编码规范中两种不同的算法，都是为了提高压缩比，其中CABAC比CAVLC压缩率更高，但解码时自然也要求更高）。 　　

　　如果所有四个步骤全采用处理器纯软件解码运算，当碰上HDDVD版本的高码率H.264视频，处理器的负载会非常巨大，即使能流畅播放高清视频，也会因为处理器压力过重而影响其他同时开启的应用程序的执行效率。 　　

　　如果让处理器解码“CAVLC/CABAC解码”和“反向转换（Inverse Transformation）”两部分，由显示核心承担“运动补偿”和“解码去块”功能，则可以在一定程度上降低处理器的压力。 不过对于使用单核处理器或低端双核处理器的用户来说，这依然无法很好的应付这类视频；其次，碰上编码率更高的视频，依然会给处理器造成很大的处理难度，导致视频播放的不确定性，可能消费者会遇到某些视频可以流畅播放，但是有些视频却丢帧的情况。 　　

　　通过以上两点可以看出，由显示核心承担全部的H.264视频解码和处理过程，让其解码运算可以基本不依赖处理器将是最为经济、便捷的方法。如果能实现这一点，以后消费者就无需过分担心自己的处理器性能如何，不同的视频编码率导致的负载差距过大等等问题，只要选择一颗能支持“H.264全解码”的显示核心，就能无所顾忌的播放所有高清视频，而采用了高清加速引擎的英特尔GMA X4500HD芯片组则能够轻松全程解码H.264格式的高清视频，再加上高级去交错技术、电影模式检测、细节增强技术、ProcAMP技术和最新的显示连接技术则能够从图像品质、色彩饱和度以及高清接口等方面提升用户的高清体验。

　　TML-8为H.264的测试模式，用它来对H.264的视频编码效率进行比较和测试。测试结果所提供的PSNR已清楚地表明，相对于MPEG-4（ASP：Advanced Simple Profile）和H.263++（HLP：High Latency Profile）的性能，H.264的结果具有明显的优越性。 　　

　　H.264的PSNR比MPEG-4（ASP）和H.263++（HLP）明显要好，在6种速率的对比测试中，H.264的PSNR比MPEG-4（ASP）平均要高2dB，比H.263（HLP）平均要高3dB。6个测试速率及其相关的条件分别为：32 kbit/s速率、10f/s帧率和QCIF格式；64 kbit/s速率、15f/s帧率和QCIF格式；128kbit/s速率、15f/s帧率和CIF格式；256kbit/s速率、15f/s帧率和QCIF格式；512 kbit/s速率、30f/s帧率和CIF格式；1024 kbit/s速率、30f/s帧率和CIF格式。

Turbo码

　　Turbo 码。它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。他的性能远远超过了其他的编码方式，得到了广泛的关注和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响，信道编码学也随之进入了一个新的阶段。

　　Shannon 编码定理指出：如果采用足够长的随机编码，就能逼近Shannon 信道容量。但是传统的编码都有规则的代数结构，远远谈不上“随机”；同时，出于译码复杂度的考虑，码长也不可能太长。所以传统的信道编码性能与信道容量之间都有较大的差距。事实上，长期以来信道容量仅作为一个理论极限存在，实际的编码方案设计和评估都没有以Shannon限为依据。

　　 1993 年两位法国教授Berrou、Glavieux 和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima 在ICC 会议上发表的Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo codes”，提出了一种全新的编码方式——Turbo 码。它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。

Turbo 码

　　仿真结果表明，在AWGN 信道下，码率为1 2 的Turbo 码在达到误比特率(BER) ≤ 10−5时， 0 E N b 仅为约0.7dB (这种情况下达到信道容量的理想0 E N b 值为0db)，远远超过了其他的编码方式，一时在信息和编码理论界引起了轰动。 　　

　　从此以后，Turbo 码得到了广泛的关注和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响，信道编码学也随之进入了一个新的阶段。 　　

　　Turbo码由于其近Shannon界的突出纠错能力，成为近年信道编码理论研究的热点问题。其编码器由两个（或多个）带反馈的系统卷积码器经一交织器并行级联而成，接收端一般采用逐位最大后验概率译码器通过反复迭代循环来译码。 　　

　　本文首先对Turbo码的编码原理进行了阐述和举例，进而重点讲解了Turbo码译码的原理，对比了MAP译码算法和SOVA译码算法。由以上的分析得出了很多重要的结论：如Turbo码采用反馈卷积码是为了获得更大的交织增益；Turbo码的性能主要取决于它的有效自由距离；Turbo码在低信噪比下具有近Shannon界纠错能力的原因；自由距离较低引起Turbo码在中信噪比下出现纠错平台现象等等。

　　 Turbo码有一重要特点是其译码较为复杂，比常规的卷积码要复杂的多，这种复杂不仅在于其译码要采用迭代的过程，而且采用的算法本身也比较复杂。这些算法的关键是不但要能够对每比特进行译码，而且还要伴随着译码给出每比特译出的可靠性信息，有了这些信息，迭代才能进行下去。用于Turbo码译码的具体算法有：MAP(Maximum A Posterori) 　　

　　Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)算法。MAP算法是1974年被用于卷积码的译码，但用作Turbo码的译码还是要做一些修改；Max-Log-MAP与Log-MAP是根据MAP算法在运算量上做了重大改进，虽然性能有些下降，但使得Turbo码的译码复杂度大大的降低了，更加适合于实际系统的运用；Viterbi算法并不适合Turbo码的译码，原因就是没有每比特译出的可靠性信息输出，修改后的具有软信息输出的SOVA算法，就正好适合了Turbo码的译码。这些算法在复杂度上和性能上具有一定的差异，系统地了解这些算法的原理是对Turbo码研究的基础，同时对这些算法的复杂度和性能的比较研究也将有助于Turbo的应用研究。

Turbo码

　　Turbo码的仿真一般参考吴宇飞的经典程序。 　　

　　此外，要想在移动无线系统中成功的使用Turbo码，首先要考虑在语音传输中最大延迟的*。在短帧情况下的仿真结果表明短交织Turbo码在AWGN信道和Rayleigh衰落下仍然具有接近信道容量的纠错能力，从而显示出Turbo码在移动无线通信系统中非常广阔的应用前景。 　　

　　Turbo码 （Turbo Code） 　　

　　Turbo 码（Turbo Code）是一类应用在外层空间卫星通信和设计者寻找完成最大信息传输通过一个*带宽通信链路在数据破坏的噪声面前的其它无线通信应用程序的高性能纠错码。有两类 Turbo 码在那里，块 Turbo 码和卷积 Turbo 码（CTCs），它们是相当不同的，因为它们使用不同的构件码，不同的串联方案和不同的 SISO 算法。

　　 对于Turbo码的研究最初集中于对于其译码算法、性能界和独特编码结构的研究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使用阶段。Turbo码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近香农理论极限的译码性能。它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。目前，Turbo码的研究主要集中在以下几个方面：

　　编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析，以及对混合级联方式的研究；译码方面主要包括迭代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP、修正的MAP算法Max-Log-MAP、软输出Viterbi 算法SOVA等）的研究。

　　主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码算法、Turbo码的性能分析等。在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分析，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、小码重的情况。

　　Turbo 码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在第三代移动通信系统(IMT-2000)中己经将Turbo码作为其传输高速数据的信道编码标准。第三代移动通信系统(IMT-2000)的特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，为支持大数据量的多媒体业务，必须在布限带宽信道上传输数据。由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能(一般要求比特误码率小于10-6e)，而Turbo码引起超乎寻常的优异译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。另外，由于在直扩(CDMA) 系统中采用Turbo 码技术可以进一步提高系统的容量，所以有关Turbo码在直扩(CDMA) 系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。

　　主要面向分组的Turbo 码的构造、译码及译码器的分析。

　　包括Turbo 码与调制技术(如网格编码调制TCM)的结合、Turbo码与均衡技术的结合(Turbo码均衡)、Turbo码编码与信源编码的结合、Turbo码译码与接收检测的结合等等。Turbo码与OFDM调制、差分检测技术相结合，具有较高的频率利用率，可有效地抑制短波信道中多径时延、频率选择性衰落、人为干扰与噪声带来的不利影响。国内在Turbo码的研究领域也取得了一定的成果和进展，西安电子科技大学综合业务网国家重点试验室在Turbo码的理论和应用研究方面取得了很多研究成果。此外，清华大学、北京邮电大学和上海交通大学等高校都在进行Turbo码相关的其它关键技术的研究方面取得一定的进展。深圳华为公司等在推动Turbo码在移动通信系统中的应用方面起了积极的作用。

　　 Turbo 码最先是由C. Beηou等提出的。它实际上是一种并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Codes)。Turbo 码编码器是由两个反馈的系统卷积编码器通过一个交织器并行连接而成，编码后的校验位经过删余阵，从而产生不同的码率的码字。如图所示：信息序列u={u1,u2,……,uN}经过交织器形成一个新序列u'={u1',u2',……,uN'}（长度与内容没变，但比特位经过重新排列)，u 和u'分别传送到两个分量编码器(RSC1与RSC2) ，一般情况下，这两个分量编码器结构相同，生成序列X和X,为了提高码率，序列X和X需要经过删余器，采用删余(puncturing)技术从这两个校验序列中周期的删除一些校验位，形成校验序列X,X,与未编码序列X'经过复用调制后，生成了Turbo码序列X.

　　
　　Turbo 码的一个重要特点是它的分量码采用递归系统卷积码（RSC，Recursive Systematic Convolutional code) ，这也是它性能优越的一个重要原因。之所以选择RSC编码器作为Turbo码的子码主要有以下原因： 　　

　　首先，RSC码具有系统码的优点。这一特性使用户在译码时无需变换码字而直接对接收的码字进行译码，所以，递归系统卷积码( RSC)对于非系统卷积码( NSC )而言译码简单、快速。 　　

　　其次，从差错控制编码的相关文献中可知，非系统卷积码( NSC )的BER性能在高信噪比时比约束长度相同的非递归系统码要好，而在低信噪比时情况却正好相反。递归系统卷积码综合了NSC码和非递归系统卷积码的特性，且然它与NSC码具有相同的trellis结构和自由距离，但是在高码率(R≥2/3)的情况下，对任何信噪比，它的性能均比等效的NSC码要好。由于系统递归卷积码具有以上特点，并且能改善无码率，所以通常选择RSC码作为Turbo码的子编码器。

　　递归系统卷权码(RSC)不同于一般的卷积码器在于其结构中不仅有向前结构，还有向后反馈结构，在下图中可以看出。

Turbo码

RSC 编码器一般有2-5 级移位寄存器， 用生成多项式表示为：

Turbo 码计算

式中，1表示系统比特，gl 和g2分别表示编码器的前馈多项式和反馈多项式。

　　Turbo 码的最大似然译码性能分析出，Turbo 码在高信噪比下的性能主要由它的自由距离所决定。因为Turbo码的自由距离主要由重量为2的输入信息序列所产生的码字间的最小距离所决定，用本原多项式作为反馈连接多项式的分量编码器所产生的码字的最小重量为最大，因此当Turbo码交织器的大小给定后，如果分量码的反馈连接多项式采用本原多项式，则Turbo码的自由距离会增加，从而Turbo码在高斯信噪比情况下的“错误平层(errorfloor)”会降低。错误平层效应指的是在中高信噪比情况下，误码曲线变平。也就是说，即使是再增大信噪比，无码率也降不下来(一般的系统，比如说是BPSK的误码曲线，误码率随着信噪比的增大是单调下降的) 。

　　交织器是影响Turbo码性能的一个关键因素，它可以便Turbo码的距离谱细化，即码重分布更为集中。它的特性的好坏直接关系着Turbo码的性能。 　　编码器中交织器的使用是实现Turbo码近似随机编码的关键。交织器实际上是一个一一映射函数，作用是将输入信息序列中的比特位置进行重置，以减小分量编码器输出校验序列的相关性和提高码重。通常在输入信息序列较长时可以采用近似随机的映射方式，相应的交织器称为伪随机交织器。由于在具体的通信系统中采用Turbo码时交织器必须具有固定的结构，同时是基于信息序列的，因此在一定条件下可以把Turbo码看成一类特殊的分组码来简化分析。交织是对信息序列加以重新排列的一个过程。如果定义一个集合A ， A={1，2，…，N} 。则交织器可以定义为一个一一对应的映射函数π(A-->A):J=π(i)，(i,j属于A) 这里的i ，j 分别是未交织序列C 和交织序列C' 中的元素标号。映射函数可以表示为πN = (π(1),π(2),π(3),…,π(N)) 。其原理如图

Turbo码计算

Turbo码

　　在交织器的设计中，基本上是遵循下列原则： 　　

　　1)最大程度的置乱原来的数据排列顺序，避免置换前相距较近的数据在置换后仍然相距较近，特别是要避免相邻的数据在置换后仍然相邻。
　　2) 尽量提高最小码重码字的重量和减小低码重码字的数量。 　　
　　3) 尽可能避免与同一信息位直接相关的两个分量编码器中的校验位均被删除； 　　
　　4) 对于不归零的编码器，交织器设计时要避兔出现"尾效应" 图案。 　　

　　在设计交织器时，应考虑具体应用系统的数据的大小，使交织深度在满足时延要求的前提下，与数据大小一致，或是数据帧长度的整数倍。 　

　　交织器和分量码的结合可以确保Turbo码编码输出码字都具有较高的汉明重量。在Turbo编码器中交织器的作用是将信息序列中的比特顺序重置。当信息序列经过第一个分量编码器后输出的码字重量较低时，交织器可以使交织后的信息序列经过第二个分量编码器编码后以很大的概率输出较高重码字，从而提高码字的汉明重量：同时好的交织器还可以奇效地降低校验序列间的相关性。因此，交织器设计的好坏在很大程度上影响着Turbo码的性能。 　　

　　交织器的类型可以分为两大类，一是规则交织器，也称确定*织器，其交织器的映射函数可以由一个确定的解析函数给出。二是随机交织器，其映射函数不能由-个确定的解析表达式给出。 　　

　　Turbo 码常用的交织器包括以下几种：分组交织器、随机交织器、s-随机交织器等等。

　　对于数字通信领域日益紧张的带宽资源，提高码率就意味着节省带宽和降低通信费用。删余(Puncturing)是目前提高Turbo码码率的主要方法。 　　

　　Turbo 码中，删余器通常比较简单，因为在一般的应用中，码率都是在1/2 或者1/3 ，因此即使有删余器，它一般也只是周期性的从两个分量编码器中选择校验比特输出即可。其具体做法是：从两个RSC编码生成的校验序列中周期地删除一些校验位，然后再与未编码的信息序列复用重组成最后的编码输出序列，调制后进入信道传输。若信息序列为d1 =(C11) ，长度为N ，那么两个RSC分量编码器的输出为：

Turbo 码计算

　　为采用了删余技术的编码结构，若取RSC1输出的奇比特和RSC2的偶比特，即采用删余矩阵P= [ 10,01] ， 那么编码输出长度为2N，码率提高为1/2的序列为Cp.

Turbo码

　　两个分量码编码器的输出经过删余得到的序列被称为奇偶序列，是校验序列。一个好的删余算法应该符合以下几点要求：
　　
　　1) 不能删除信息位.删除信息位会造成较大的信息损失，从而使误码率有较大的损失； 　　
　　2) 删余应该在时间域上均匀进行，删余同一时刻所有的比特位会造成此时刻信息损失较大，影响误码率； 　　
　　3) 删余应该对于各分量码均匀进行，从而使信息的损失均匀分布在各分量码上，避免由于信息损失不均匀导致分量码译码性能下降。

Turbo 码的译码结构图

　　香农信息论告诉我们，最优的译码算法是概率译码算法，也就是最大后验概率算法(MAP)。但在Turbo码出现之前，信道编码使用的概率译码算法是最大似然算法(ML)。ML算法是MAP算法的简化，即假设信源符号等概率出现，因此是次优的译码算法。Turbo码的译码算法采用了MAP算法，在译码的结构上又做了改进，再次引入反馈的概念，取得了性能和复杂度之间的折衷。同时，Turbo 码的译码采用的是法代译码，这与经典的代数译码是完全不同的。 　　

　　Turbo 码的译码算法是最早在BCJR 算法的基础上改进的，我们称以MAP算法，后来又形成Log-MAP算法、Max-Log-MAP以及软输入软输出(SOVA)算法。

　　Turbo 译码器有以下的特点： 　　
　　1) 串行级联 　　
　　2) 迭代译码 　　
　　3) 在迭代译码过程中交换的是外部信息 　　

　　译码时首先对接收信息进行处理，两个成员译码器之间外部信息的传递就形成了一个循环迭代的结构。由于外部信息的作用，一定信噪比下的误比特率将随着循环次数的增加而降低。但同时外部信息与接受序列间的相关性也随着译码次数的增加而逐渐增加，外部信息所提供的纠错能力也随之减弱，在一定的循环次数之后，译码性能将不再提高。

　　如前所述，turbo码需要一种软输入软输出的译码算法。软输出译码器的输出不仅应包含硬判决值，而且包括做出这种判断的可信程度。

　　译码算法应该考虑到三方面的问题，及外信息的引入；如何在迭代译码中充分利用各类信息，防止简单正反馈的形成，确保算法收敛；充分利用码原件的相关信息。常见的算法有一下几种：

1. 标准MAP算法
　　是对bahl软输出算法做一定修正后，通过除以先验分布来消除正反馈的算法。对于约束长度为M 1的卷积码，其运算量为每比特6x3^M次乘法和5x2^M次加法。由于乘法运算量大，*了译码的规模和速度。

2. Log-MAP算法
　　实际上就是对标准MAP算法中的似然全部用对数似然度来表示，这样，乘法运算变成了加法运算。总的运算量成为6x2^M次加法，5x2^M次求最大运算和5x2^M次查表。

3. Max-Log-MAP算法
　　是在上述对数域的算法中，将似然值加法表示式中的对数分量忽略，是似然加法完全变成求最大值运算，这样除了省去大部分的加法运算外，最大的好处是省去了对信噪比的估计，使得算法更稳健。

4. 软输出维特比译码(SOVA)
　　其运算量为标准维特比算法的两倍。维特比算法是最大似然序列估计算法，但由于在它的每一步都要删除 一些低似然路径，为每一状态只保留一条最优路径，它无法提供软输出。为了给他输出的每个比特赋予一个可信度，需要在删除低似然路径是做一些修正，以保留必要的信息。其基本思想是利用最优留存路径和被删路径的度量差，这个差越小意味着这次算去的可靠性越好。然后用这个差去修正这条路径上各个比特的可信度。

　　信道编码技术可改善数字信息在传输过程中噪声和干扰造成的误差，提高系统可靠性。因而挺供高效的信道编译码技术成为3G移动通信系统中的关键技术之一。3G移动通信系统所提供的业务种类的多样性、灵活性，对差错控制编译码提出了更高的要求。WCDMA 和cdma2000方案都建议采用除与IS-95 CDMA系统类似的卷积编码技术和交织技术之外，采用Turbo编码技术。 　　

1. RSC 编码器的设计 　　

　　cdma2000 方案中，Turbo 码被用在CDMA系统前向、反向链路信道中。反向链路信道中，子编码器(3，1，3)RSC 的生成矩阵为： 　　

Turbo码 　　

　　RSC编码器基于8状态的并行级联卷积码(8PCCC)。交织采用了比特翻转技术。通过删余处理，码率为1/4，1/2，1/3的Turbo码被采用。分别对两个子编码器的输出奇偶位V2和V2‘交替删余，可得到码率为1/4的Turbo码；对V1，V1' 删余，可得码率为1/3；对V2、V2’间隔几V1，V1‘删余，可得码率1/2。 　　

　　WCDMA中，对于收务服务质量需求BER介于10-3e和10-6e之间。并且允许时延较长的数据业务，RSC子编码器使用8态并行级联卷积码8-PCCι 。生成矩阵为： 　　WCDMA中的turbo编码器 　　

2. 交织长度的选择 　　

　　在3G移动通信中，业务速率由32kbit/s到2Mbit/s。10ms一帧，帧长由20 到20000 。为了提高译码器性能，在一些低速业务中，可采用多帧组成一个数据块，加大交织深度。 　　

　　在WCDMA中，Turbo 码交织器是可截短型块交织器。交织行数为5、10或20行，在行数确定的基础上选择列数。数据按行读入交织器，按固定模式进行行间转换，不同输入序列长度对应不同的行数和行间转换模式。行转换完成后，近行列转换。不同行对应不同列间转换参数，采取的是接近随机化的素数取模算法。数据在完成行列转换后，按列读出。 　　

　　cdma2000 也是基于块交织。交织行数为25=32行，列数N=2n，n为满足使32N大于或等于帧长度的最小值。数据按行读人。行间转换的依据是比特翻转原则。列问转换的置换公式是：x( i+1) = [x(i) + c] mod N，即为同模取余法，为了更接近随机化，使每列的偏置取不同值。数据经过行列转换后，按列输出。 　　

3. 译码器的设计 　　

　　由于Turbo码译码算法复杂，译码延时长，所以对于时延要求高的数据业务应用受限。因而低复杂度译码器的设计成为Turbo码译码算法设计的焦点。为了换取复杂度的简化，允许次优性能译码的存在。例如3GPP中允许Turbo码的译间比标准MAP算法有1dB的增益损失。结合CRC校验来减少迭代次数，在SNR 较大时可以减少译码复杂度和译码延时。

　　SDMA是空分复用接入（Space Division Multiple Access）是一种卫星通信模式，它利用碟形天线的方向性来优化无线频域的使用并减少系统成本。这种技术是利用空间分割构成不同的信道。

SDMA

　　在SDMA中，碟形卫星天线发送信号到地表的许多地区。天线是高度方向性的，它允许多个表面地区使用完全相同的频率。考虑卫星必须同时向20各不同地区的手机或移动无线接收器发送信号的情形。在传统系统中，必须使用20个频道和20个天线来保持频道分离。在SDMA中，如果相同频道区域完全分离，就可以使用四或者五个频道来发送20个信号，来自卫星天线的窄带信号束能保证使用相同频率的地区之间不发生干涉。 　　

　　SDMA需要为各个发送器仔细选择地区，也需要准确的天线排列，一个小错误会导致一个或多个频道出错、频道干涉、表面覆盖区域混乱等。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分•码分多址（SD-CDMA）。

　　作为提高移动通信系统容量的重要手段，智能天线主要在基站使用，未来移动通信系统的工作频率更高，在半波长阵元间隔的条件下，天线尺寸可做得很小，使得移动用户端有可能也采用智能天线，下面重点介绍在基站应用智能天线所带来的好处。

SDMA

形成多个波束

　　最简单的情况是基站的智能天线形成多个波束覆盖整个小区。例如，一个小区可由3个宽度为120°的波束覆盖，或由6个宽度为60°的波束覆盖。每个波束可当作一个独立的小区对待，当移动台（MS）离开一个波束覆盖区到另一个波束覆盖区时，也要进行切换。

形成自适应波束

　　智能天线可用于定位每个MS，并形成覆盖MS或MS群的波束，这样每个波束都可以看成一个同频小区。不断改变波束形状以便覆盖动态变化的业务量。当MS移动时，选用不同的波束覆盖不同的MS群，这对于控制BS发射功率有利。这个办法在MS结队移动或沿限定路线（如在高速公路上）移动时尤其有效。

形成波束零点

　　智能天线在其阵列方向图上形成对准同频MS的波束零点有助于减小收发两个方向上的同频干扰。

构造动态小区

　　波束自适应形成的概念可推广至小区形状的动态改变，即小区形状不再固定，利用智能天线构造基于业务需求的动态小区，这要求智能天线具备定位和跟踪MS的能力，从而自适应地调整系统参数以满足业务要求，这表明使用智能天线可以改变小区边界，从而能随着业务需求的变化为每个小区分配一定数量的信道，即实现信道的动态分配。

　　空分多址（SDMA）是一种新发展的多址技术，在由中国提出的第三代移动通信标准TD－SCDMA中就应用了SDMA技术；此外在卫星通信中也有人提出应用SDMA。SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束；这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号，换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式如FDMA、TDMA和CDMA等结合使用；也就是说对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。 　　

　　应用SDMA的优势是明显的：它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升系统容量；此外一方面可以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的干扰。如前所述，SDMA实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用SDMA的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂，从而对DSP（数字信号处理）提出了极高的要求，对于当前的技术水平这还是个严峻的挑战。所以，虽然人们对于智能天线的研究已经取得了不少鼓舞人心的进展，但仍然由于存在上述一些尚难以克服的问题而未得到广泛应用。但可以预见，由于SDMA的诸多诱人之处，SDMA的推广是必然的。

　　空分多址（SDMA）：这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。 　　

　　空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分•码分多址（SD-CDMA）。 　　

　　与传统的TDMA、FDMA或CDMA方式相比，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址(SDMA)方式。

SDMA

　　人们研究智能天线的最初动机是，在频谱资源日益拥挤的情况下考虑如何将自适应波束形成应用于蜂窝小区的基站（BS），以便能更有效地增加系统容量和提高频谱利用率。智能天线的基本思想是：天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，接收模式下，来自窄波来之外的信号被抑制，发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用户。不同于传统的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA），智能天线引入第4种多址方式：空分多址（SDMA）。即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分一码分多址（SD-CDMA）。 　　

　　智能天线与传统天线概念有本质的区别，其理论支撑是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论，其技术基础是自适应天线和高分辨陈列信号处理。

　　它是多种利用来自无线通信系统中天线阵列的数据方法中较先进的一种方法。在基站中，SDMA不断调整无线环境，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号。在网络中，这种先进的基站性能可以用来增加基站覆盖范围，从而降低网络成本，提高系统容量，最终达到提高频率利用的目的。SDMA可以与任何空间调制方式或频段兼容，因此具有巨大的实用价值。 　　

　　空分多址（SDMA）在由中国提出的第三代移动通信标准TD－SCDMA中就应用了SDMA技术；此外在卫星通信中也有人提出应用SDMA。SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束；这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号，换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式如FDMA、TDMA和CDMA等结合使用；也就是说对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。SDMA系统具有众多优点，包括扩大覆盖范围：线阵列的覆盖范围远远大于任何单个天线，因此接收与发送性能都有大幅度的提高；大幅度降低来自其它系统和其它用户的干扰：在极端吵闹、干扰强烈的环境中，系统可以实现有选择地发送和接收信号，从而提高通信质量；系统容量大幅度提高；SDMA基站发射的功率可以远远低于普通基站，从而可减少网络内的射频污染；SDMA可以于任何调制方式、带宽或频段兼容，包括AMPS、GSM、PHP、DECT、IS—54、IS—95等。当通信系统刚建成时，SDMA覆盖范围的扩展使运营商可以降低构建成本，并迅速完成部署。由于小区的覆盖范围较大，所以信道的复用效果将好于普通的小区。

SDMA

　　在无线通信系统中，天线是一种重要的设施。利用简单的天线阵列可以实现容量的低成本增加、并可以实施新型的信号处理算法后，支持蜂窝通信系统的智能天线方案能够增加每个小区站点的覆盖范围，增强抗干扰能力，并大幅度增加容量。 　　

　　有多种方法利用来自无线通信系统中天线阵列的数据，其中较先进的一种方法称为空分多址（SpatialDivisionMultiple　Access）。在基站中，SDMA不断调整无线环境，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号。在网络中，这种先进的基站性能可以用来增加基站覆盖范围，从而降低网络成本，提高系统容量，最终达到提高频率利用的目的。SDMA可以与任何空间调制方式或频段兼容，因此具有巨大的实用价值。

FPGA开发板

　　FPGA开发板在基于MCU、定制ASIC和体积庞大的电线束来实现引擎及控制电子的系统方案已发展至接近其技术和应用极限，汽车工业正面临新的设计挑战，本文介绍FPGA在赛车引擎控制单元中的应用，帮助设计人员缓解产品更快推出市场的压力、减少元件数目、在单一硬件平台上实施标准化以及满足不断升级的安全要求。

　　过去汽车电子产品的开发周期是漫长的，而现在许多汽车制造商现正致力于在更短的时间内，装备消费者所需的新一代汽车。诸如GPS导航系统和DVD播放机等设备的产品生命周期相对较短，因此，产品推向市场的速度非常重要。今天，采用ASIC可能会使开发周期增加30周，加上掩模成本大幅攀升，使得开支和风险也进一步提高。 　　

　　与此同时，因为当今的汽车引入了许多标准和技术，使ASIC的应用缺乏灵活性，从而增加其被废弃和延迟应用的风险。消费者还要求享有各种功能选项，使得汽车厂商必需以一套元件组合为基础，再根据不同需求进行配置。为了快速实现这些高度集成和不断变化的系统，能够使产品快速推向市场的FPGA为汽车厂商带来了所需的灵活性，可在现场进行系统硬件升级，而毋须执行昂贵的返工工程和部件更换。所以，FPGA现已应用于汽车电子中，范畴从设计验证到制造和服务。随着汽车内的空间日益宝贵，可编程逻辑能在小型单芯片方案上集成许多不同功能的特性也显得极具吸引。

　　 汽车电子设计人员通过使用具有扩展温度范围的FPGA技术，能够显著提高应对多种故障的能力。虽然许多元件供应商采用预防性的设计技术及限定方法来模拟和仿真环境影响，但是某些FPGA构架在承受扩展温度范围方面仍然具有先天优势。举例说，Actel以反熔丝为基础的汽车器件能承受业界最高的结点温度(+150℃)，为设计人员的高可靠性系统带来更大的性能冗余。 　　

　　在高温下工作的能力不仅有利于抵御故障。由于汽车电子应用在空间和成本上都没有余地来加设风扇和散热装置，因此器件必须在没有外部散热装置的情况下仍能提供所需的性能。 　　

　　极端的环境往往会导致与FPGA组装和封装相关的故障模式，而与装置本身无关。所以在汽车电子系统的各个层面预留规格余地非常重要。FPGA供货商如Xilinx和Actel等提供的产品具有较宽的军用温度范围，能够更好地定义热膨胀系数，避免热应力的影响。 　　

　　即使在正常的温度和电压下工作，在FPGA的栅极氧化膜上反复施加电压应力最终也会使器件内的电介质绝缘层发生击穿。这种随使用时间累计而产生的击穿现象称为“时间相关绝缘击穿”(TDDB)。加上深亚微米技术的应用，会增加这类故障在现场发生的风险。 　　

　　问题是新工艺采用了高压应力测试进行评估。这类测试在取得氧化膜寿命的统计预测数据以及探测重要的制造与工艺难度方面很有效，但在建模和预测产品的早期故障方面收效甚微，特别是对于偶发性的故障。最初的击穿会在器件投入使用后很短时间内造成严重的故障后果。 　　

　　找出及消除这些最初击穿故障的原因是一大挑战。从TDDB数据进行测试和验证能得出氧化膜的真正击穿寿命极限，但是这些数据在确定单个器件产品的寿命方面并不可靠。 　　

　　即使半导体供应商有方法找出或消除早期故障，越来越多推测指出90nm器件的真正寿命周期可能不足以满足许多商业应用的要求。如果这些理论正确，汽车产品设计人员可能别无选择，只有指定基于更可靠几何尺寸和工艺的器件，为了提高可靠性而*放弃新一代工艺的边际效益。

　　了解汽车电子产品的主要物理故障风险后，现在来讨论安全和防篡改等问题可能显得奇怪。然而，任何影响汽车系统可靠性因素的讨论，如果没有考虑人为干预(有意或无意的)的影响，都是不完整的。重要的是，我们必须确认汽车安全性和可靠性的建立是从组件层面开始。举例说，如果黑客能够侵入基于FPGA的卫星无线总台接收器，并破坏用户的身份鉴别机制，某些不道德的用户就可以免费取用服务。系统的安全机制一旦被击破，便可轻易地将有关的技术散布给大众取用。只要登陆某些网站，就可轻松找到各种破解收费服务的控制台软件。从汽车制造商的角度来看，高风险的情况可能涉及汽车的防盗或安全系统。 　　

　　或许更危险的情况是越来越多人尝试“调校”汽车产品以提高性能，此举通常会破坏地区或国家性的安全和环境标准。这类非法改装活动经由多种渠道提供，往往很难以控制和打击。许多改装者会重新校准各式车载系统元件的常规设置，并修改燃油输送、电子点火时间及其它控制功能，以便增强性能。 　　

　　当然，这些改变可能会造成汽车在违反制造商的技术规格和保修规定的情况下行驶，但聪明的改装者却提供选项，可以将所有改动还原，令到损坏及超标使用的汽车符合制造商的保修条款，以期获得合法的赔偿。 　　

　　要减少这些安全问题，应从技术的选定开始。业界专家普遍同意反熔丝是现有最安全的可编程架构，因为要清楚读取以反熔丝为基础器件的状态极之困难。例如，Actel的200万门反熔丝FPGA包含约5,300万个反熔丝，当中只有2-5%会在一般的设计中进行编程。因此，若要成功读取某项设计的内容机会微乎其微，更何况更改其中的编程状态。 　　

　　一般而言，基于Flash的器件也是安全的；由于Flash的半导体层面不会发生任何物理变化，因此不可能通过非法探测来得知器件的状态。一些供应商甚至采用访问密钥等方案，进一步加强保护措施。Actel的新型ProASICPLUS系列便采用了79至263位长的密钥，一旦用密钥来保护后，内容便不可能被读取，除非对器件进行解锁。相反地，基于SRAM的器件需要外加配置器件(通常为板载PROM)，在上电时向SRAM器件发送配置位流。但此位流很容易被黑客拦截，从而进行复制或直接读取其内容。

 　　在众多汽车电子系统开发领域中，赛车一直是FPGA大显身手的场所。在汽车ECU领域，FPGA可协助提升灵活性、性能和可靠性。各大涉及赛车业务的机构，如先进引擎研究有限公司(AER，AdvancedEngineResearchLtd)属下的电子设计部LifeRacing，已开始在其ECU设计中引入Actel以Flash为基础ProASICPlus的FPGA器件。有竞争力的赛车ECU需要采用复杂的调节算法，专为每个独立的控制器而优化，以管理引擎的定时功能。使用传统的解决方案即标准定时处理单元(TPU)控制器，这个关键软件会随着应用要求的改变，需要进行重大的修改。然而，借助基于Flash的FPGA的系统内可重编程功能(ISP)，设计人员可以利用单芯片的上电运行FPGA器件取代以往的TPU控制器，从而缩短软件开发时间、减少调试需求和加速产品的整体上市时间。 　　

　　在ECU中，一般FPGA的主要功能是从机轴触轮信号中提取引擎的位置信息。FPGA会根据抽象的机轴角度发出CPU中断信号，而非传统设计应用的触轮齿位，因而提高了灵活性和精度。ECU通常会将燃料添加和点火动作编为定时的调度事件，并以调度代码执行时间的引擎工作状况为基础。在事件发生前改变引擎工作状态会引起角度误差，而调度代码往往与当前引擎的机轴触轮轮齿式样密切相关。FPGA能令调度代码不受信号式样影响，还能通过监测引擎工作状况来进行事件调度和持续调节，直至事件发生。此举能提升代码效率和灵活性，同时改善动态状况下的控制精度。而且，基于Flash的FPGA(如Actel的ProASICPlus)的上电运行功能，能助设计人员除去传统需要用来阻止燃料注射驱动器或点火线圈驱动器在上电期间启动的附加元件。 　　

　　LifeRacing专有的ECU设计F88便成功地应用于2003年度SuperfundWorldSeries的第一轮赛事中—这是进入一级方程式大赛(Formula1)的重要踏脚石。 　　

　　目前，商用道路车辆制造商也在考虑采用LifeRacing的ECU。这个控制单元具有高度灵活性，最适用于原型制造和研发环境，能应付各式不同的引擎设置。FPGA正获得广泛接纳，用于新一代汽车电子的设计方案中。在选择FPGA的过程中深入了解各种技术的独特性能，汽车设计人员便能从最有前景的技术中获益，而不会影响业界在制造高可靠性和成本效益汽车方面的美誉。

TD-SCDMA网关

　　TD-SCDMA网关，支持WIFI功能（802.11 a/b/g/n）和3G/3.5G TD-SCDMA无线网络功能，同时系统加载了广域网通信VPN隧道、WIFI局域网传输的安全认证等安全功能，实现无线局域网和无线广域网的无缝连接，为用户提供高速、安全、可靠的移动宽带服务。本设备是一款广泛应用于中小企业和家庭无线联网的设备，同时设备也可以应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业，实现无线数据高速、安全、可靠数据传输．

3G/3.5G无线参数 　　

　　TD-SCDMA/HSDPA/HSUPA：2010~2025MHz GSM/GPRS/EDGE：850/900/1800/1900MHz 　　
　　数据速率 　　Downlink up to 2.8Mbps 　　Uplink up to 384Kbps

　　

　　支持802.11 a/b/g标准，速度支持6M/9M/12M/18M/24M/36/48/54Mbps最高可达 108M 　　
　　支持WAP加密，内置WAP和WAP 2.0，内建64位和128位的WEP加密 　　
　　支持WEP加密，内置802.11I 4.0 WEP（128位和64位）TKIP、AES和CCMP等硬件安全引擎

　　CPU：工业级ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache 　　
　　FLASH：8MB（可扩展至32MB） 　　
　　SDRAM：64MB（可扩展至256MB） 　　
　　接口： 　　
　　　　以太网口： 　　
　　　　4个 10/100 Base-T 以太网交换口, 1,5 kV isolation transformer 　　
　　　　1个10/100M WAN口 　　
　　　　USB接口： 　　
　　　　1个USB2.0 HOST接口 　　
　　　　串口： 　　
　　　　RS232 serial port, (Support RS422/RS485 if needed) 　　
　　　　Rate:110bps~230400bps 　　
　　　　Data bits :7 or 8 　　
　　　　Parity: None, Even, Odd 　　
　　　　Stop bits: - 1 or 2 　　
　　　　Flow contro: None or RTS/CTS 　　
　　　　Protection – 15 kV ESD and short circuit 　　
　　　　Console : RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1) 　　
　　　　指示灯： 　　
　　　　具有WIFI、WAN、电源、通信、在线及以太网口LINK/ACT指示灯 　　
　　　　天线接口： 　　
　　　　3G/3.5G天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧 　　
　　　　WIFI天线接口：标准SMA阳头天线接口，特性阻抗50欧 　　
　　　　SIM/UIM卡接口： 　　3V/1.8V标准的推杆式用户卡接口 　　
　　　　电源接口： 　　标准的3芯火车头电源插座 　　
　　供电： 　　
　　　　外接电源：DC 9V 1.5A 　　
　　　　宽电压供电：DC 5-32V 　　
　　尺寸： 　　
　　　　产品外形尺寸：174*131*27mm 　　
　　　　产品包装尺寸：350*215*88mm 　　
　　重量： 　　0.7kg 　　
　　其他参数： 　　
　　　　工作环境温度： -25~+65ºC 　　
　　　　储存温度： -40~+85ºC 　　
　　　　相对湿度: 95%(无凝结)

　　支持3G/3.5G无线接入，支持WIFI AP（802.11 A/B/G/N）功能，实现WIFI和3G/3.5G公用网络的无缝连接 　　
　　支持10/100M以太网接口（有线WAN口），支持PPPOE协议 　　
　　支持无线视频监控和动态图像传输 　　
　　智能型数据终端，上电即可进入数据传输状态，并且智能防掉线，设备支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线 　　
　　支持IPTABLES防火墙，包过滤功能 　　
　　支持多种协议：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP等 　　
　　支持动态路由和静态路由 　　
　　支持DHCP 功能 　　
　　支持NAT功能，如SNAT，DNAT 　　
　　支持动态DDNS 　　
　　支持DMZ主机 　　
　　支持路由转发，同时也支持串口数据传输,，数据中心管理 　　
　　支持APN/VPDN网络 　　
　　方便的WEB配置，支持远程WEB管理 　　
　　支持telnet管理，方便易用的控制台shell交互环境 　　
　　支持多台终端共享router ppp广域网出口 　　
　　支持多种无线拨号方式：自动分配，指定IP，指定本地对端IP 　　
　　支持作为PPP服务器，多种认证方式，支持双向认证 　　
　　方便易用的COM及SYSLOG系统诊断，调试功能 　　
　　支持串口本地软件升级 　　
　　支持TFTP软件远程升级 　　
　　支持实时时钟 　　
　　同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

　　中小企业网关 　　
　　家庭网关 　　
　　安防监控 　
　　交通监控 　　
　　金融ATM/查询终端应用 　　
　　机房监控 　　
　　*监控
　　道理监控
　　油田监测
　　远程抄表
　　路灯监控
　　环境监测
　　气象监测
　　水利监测
　　热网监测 　　
　　电表监测 　　
　　机房监控 　　
　　交通指示 　　
　　煤炭监控 　　
　　地震监测 　　
　　车辆诱导 　　
　　供水监控 　　
　　高速公路监测 　　
　　噪声实时监控 　　
　　环保重点污染源监控 　　
　　供水管网实时传输监控 　　
　　电力配网自动化遥控系统 　　
　　各类国内外各类带以太网接口的PLC，RTU实现无线数据传输等

　　媒体网关在应用网络的七层协议： 　　

　　OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型，他是一个定义的非常好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。 　　

　　下面我简单的介绍一下这7层及其功能。 　　

　　OSI的7层从上到下分别是 　　

　　7 应用层 　　
　　6 表示层 　　
　　5 会话层 　　
　　4 传输层 　　
　　3 网络层 　　
　　2 数据链路层 　　
　　1 物理层 　　

　　其中高层，即7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，即3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。 　　

　　目前的媒体网关在应用层和网络层上面都有防火墙的身影，在第三层上面还能看到VPN作用。防毒墙这种安全网关作用在第二层。根据七层的级别*，高等级协议能够掌管低等级协议的原则，安全网关的发展正在走向高等级协议的路线。

 　　媒体网关是访问路由器的IP，其他的电脑必须和网关一个IP段才能访问路由器，比如说路由器的IP是192.168.0.1（这个就是网关）也是进路由器必须的地址，其他的主机也必须是192.168.0.X（2—254之间任意一个数字）这样才能访问路由器也就是说这样才能上网，电脑上的网关地址就要填写192.168.0.1

智能接入，完美可靠

　　产品支持ADSL、光纤等多种方式宽带接入方案，实现了灵活扩展带宽和廉价接入。通过路由、NAT、多链路复用及检测等功能为企业解决灵活扩展带宽和廉价接入的接入方案。

健康网络，应用安全

　　产品通过自身具有的防火墙、防病毒、入侵检测、用户接入主动认证等功能，为企业提供全方位的局域网接入安全管理方案。通过自身具有的DHCP服务器、ARP防火墙、DDNS等功能为企业提供全方位的局域网管理方案。

移动办公，快速安全

　　产品中带有的SSLVPN、IPSEC、PPTP、L2TP等VPN功能，能够让用户通过一键式操作，方便快捷的建立价格低廉的广域网上专用网络，为企业提供广域网安全业务传输通道，便利的实现了企业总部与移动工作人员、分公司、合作伙伴、产品供应商、客户间的连接，提高与分公司、客户、供应商和合作伙伴开展业务的能力。

抑制带宽滥用，保障关键业务
　　
　　动态智能带宽管理功能，只需一次性设置，自动压抑占用带宽用户，轻松解决BT、P2P及视频影片下载等占用带宽问题。

Android系统

　　Android是基于Linux内核的操作系统，是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统。

　　早期由原名为"Android"的公司开发，谷歌在2005年收购"Android.Inc"后，继续进行对Android系统开发运营，它采用了软件堆层（software stack，又名以软件叠层）的架构，主要分为三部分。底层Linux内核只提供基本功能，其他的应用软件则由各公司自行开发，部分程序以Java编写。 　　
　　2011年初数据显示，仅正式上市两年的操作系统Android已经超越称霸十年的塞班系统，使之跃居全球最受欢迎的智能手机平台。现在，Android系统不但应用于智能手机，也在平板电脑市场急速扩张。 　　

　　采用Android系统主要厂商包括台湾HTC、韩国三星（SAMSUNG）、日本索尼爱立信（Sony Ericsson）、美国摩托罗拉（MOTOROLA），另外还有中国*厂商如：华为、中兴、联想等。其中HTC占有安卓操作系统目前最大的市场份额，是当前安卓操作系统的领军者

　　Android以Java为编程语言，从接口到功能，都有层出不穷的变化，其中Activity等同于J2ME的MIDlet，一个 Activity 类（class）负责创建视窗（window），一个活动中的Activity就是在 foreground（前景）模式，背景运行的程序叫做Service。两者之间通过由ServiceConnection和AIDL连结，达到复数程序同时运行的效果。如果运行中的 Activity 全部画面被其他 Activity 取代时，该 Activity 便被停止（stopped），甚至被系统清除（kill）。 　　

　　View等同于J2ME的Displayable，程序人员可以通过 View 类与“XML layout”档将UI放置在视窗上，Android 1.5的版本可以利用 View 打造出所谓的 Widgets，其实Widget只是View的一种，所以可以使用xml来设计layout，HTC的Android Hero手机即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各种layout 的基础抽象类（abstract class），ViewGroup之内还可以有ViewGroup。View的构造函数不需要再Activity中调用，但是Displayable的是必须的，在Activity 中，要通过findViewById()来从XML 中取得View，Android的View类的显示很大程度上是从XML中读取的。View 与事件（event）息息相关，两者之间通过Listener 结合在一起，每一个View都可以注册一个event listener，例如：当View要处理用户触碰（touch）的事件时，就要向Android框架注册View.OnClickListener。另外还有Image等同于J2ME的BitMap。

　　操作系统与应用程序的沟通桥梁，并用分为两层：函数层（Library）和虚拟机（Virtual Machine）。 Bionic是 Android 改良libc的版本。Android 同时包含了Webkit，所谓的Webkit 就是Apple Safari 浏览器背后的引擎。Su*ce flinger 是就2D或3D的内容显示到屏幕上。Android使用工具链(Toolchain)为Google自制的Bionic Libc。 　　

　　Android采用OpenCORE作为基础多媒体框架。OpenCORE可分7大块：PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。 　　

　　Android 使用skia 为核心图形引擎，搭配OpenGL/ES。skia与Linux Cairo功能相当，但相较于Linux Cairo, skia 功能还只是雏形的。2005年Skia公司被Google收购，2007年初，Skia GL源码被公开，目前Skia 也是Google Chrome 的图形引擎。 　　

　　Android的多媒体数据库采用SQLite数据库系统。数据库又分为共用数据库及私用数据库。用户可通过ContentResolver类（Column）取得共用数据库。 　　

　　Android的中间层多以Java 实现，并且采用特殊的Dalvik 虚拟机（Dalvik Virtual Machine）。Dalvik虚拟机是一种“暂存器型态”（Register Based）的Java虚拟机，变量皆存放于暂存器中，虚拟机的指令相对减少。 　　

　　Dalvik虚拟机可以有多个实例（instance）, 每个Android应用程序都用一个自属的Dalvik虚拟机来运行，让系统在运行程序时可达到优化。Dalvik 虚拟机并非运行Java字节码（Bytecode），而是运行一种称为.dex格式的文件。

 　　Android 的 HAL（硬件抽像层）是能以封闭源码形式提供硬件驱动模块。HAL 的目的是为了把 Android framework 与 Linux kernel 隔开，让 Android 不至过度依赖 Linux kernel，以达成 kernel independent 的概念，也让 Android framework 的开发能在不考量驱动程序实现的前提下进行发展。 　　

　　HAL stub 是一种代理人（proxy）的概念，stub 是以 *.so 档的形式存在。Stub 向 HAL“提供”操作函数（operations），并由 Android runtime 向 HAL 取得 stub 的 operations，再 callback 这些操作函数。HAL 里包含了许多的 stub（代理人）。Runtime 只要说明“类型”，即 module ID，就可以取得操作函数。

　　Android 是运行于 Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。因为在一般GNU/Linux 里支持的功能，Android 大都没有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。Android 为了达到商业应用，必须移除被GNU GPL授权证所约束的部份，例如Android将驱动程序移到 userspace，使得Linux driver 与 Linux kernel彻底分开。bionic/libc/kernel/ 并非标准的kernel header files。Android 的 kernel header 是利用工具由 Linux kernel header 所产生的，这样做是为了保留常数、数据结构与宏。 　　

　　目前Android 的 Linux kernel控制包括安全（Security），存储器管理（Memory Management），程序管理（Process Management），网络堆栈（Network Stack），驱动程序模型（Driver Model）等。下载Android源码之前，先要安装其构建工具 Repo来初始化源码。Repo 是 Android 用来辅助Git工作的一个工具。

　　很多玩家用户可能会奇怪：“为什么 Android 会用甜点作为它们系统版本的代号？”这个命名方法开始于 Andoird 1.5 发布的时候。作为每个版本代表的甜点的尺寸越变越大，然后按照26个字母数序：纸杯蛋糕，甜甜圈，松饼，酸冻奶，姜饼，蜂巢。

Android 1.1
　　发布时间：发布于 2008 年9月 　　
　　代表手机:HTC T-mobile G1

Android 1.5 Cupcake
　　发布于 2009 年 5 月

Android 1.6 Donut
　　2009 年 9 月发布

Android 2.0 Eclair
　　2009 年 10 月 26 日

Android 2.1 Eclair
　　Android 2.1: 2009 年 10 月 26 日，又一个主要版本升级以创纪录的速度放出。这次，大版本升级到了Android 2.1 “Eclair.”

Android 2.1主要特性： 　　
　　提升硬件速度 　　
　　更多屏幕以及分辨率选择 　　
　　大幅度的用户界面改良 　　
　　支持 Exchange活动墙纸 　　
　　大幅改进虚拟键盘 　　
　　蓝牙 2.1 　　
　　Google 地图

Android 2.2 Froyo
　　谷歌于北京时间2010年5月20日晚上10:30点在旧金山Moscone会展中心举办Google I/O 2010大会第二天的会议，Google正式发布了代号是“froyo 冻酸奶”的Android操作系统2.2版。 　　
相对于上一版本的 改变： 　　
　　1、整体性能大幅度的提升 　　
　　2、3G网络共享功能。 　　
　　3、Flash的支持。 　　
　　4、App2sd功能。 　　
　　5、全新的软件商店。 　　
　　6、更多的Web应用API接口的开发。

Android 2.3 Gingerbread
　　北京时间2010年12月7日凌晨，Google正式对外发布了他们的下一代智能手机操作系统Android 2.3也就被大家所熟知的Android Gingerbread系统。 

主要更新包括： 　　
　　游戏：增加了新的垃圾回收和优化处理事件，以提高对游戏的支持能力。原生代码可直接存取输入和感应器事件、EGL/OpenGL ES、OpenSL ES。新的管理窗口和生命周期的框架。 　　
　　多媒体：支持VP8和WebM视频格式，提供AAC和AMR宽频编码，提供了新的音频效果器，比如混响、均衡、虚拟耳机和低频提升 　　
　　通讯方式：支持前置摄像头、SIP/VOIP和NFC（近场通讯） 　　
　　站在用户的角度看，这次更新的亮点主要有： 　　简化界面、速度提升： 　　
　　更快更直观的文字输入： 　　
　　一键文字选择和复制/粘帖： 　　
　　改进的电源管理系统： 　　
　　新的应用管理方式： 　　
　　原生支持前置前置摄像头、互联网通话和NFC（近场通讯）： 　　
　　系统原生支持VoIP，可以在联系人里加入它的SIP帐户，然后直接通过系统来拨打VoIP电话。 　　
　　增加下载管理器：

Android 2.4 Gingerbread
　　就像Android 2.0和2.1版本都使用Eclair（法式奶油夹心甜点）一样，Android 2.3和2.4将会共享Gingerbread（姜饼）代号。这两个版本之间的变化不会太大，但是会有不少功能更新。 　　目前已知的Android 2.4带来的更新包括更多的动画特效、更快的运行速度、软件通话降噪、视频聊天等。 　　
　　Android 2.4系统不会是之前一直谣传的Android 3.0，其真正的版本号将会是Android 2.4。

Android 3.0 Honeycomb
　　3.0系统特性 　　
　　·优化针对平板 　　
　　·全新设计的UI增强网页浏览功能 　　
　　·n-app purchases功能 　　
　　·经过优化的Gmail电子邮箱； 　　
　　·全面支持Google Maps

Android 3.1 Ice Cream Sandwich?
　　预计于2011年内发布。Android之父Andy Rubin微博辟谣将继续开源，又联想到4月3日Google网站上出现的Ice Cream图标，因为Google Android的全新版本“Ice Cream Sandwich”，Ice Cream Sandwich可能将在不久后公布。据传它的系统版本号将会是Android 3.1。这将是集合了Android 2.3 Gingerbread和Android 3.0 Honeycomb优势的混合版本。 

　　2008年9月22日，美国运营商德国T-Mobile在纽约正式发布第一款Android手机——T-Mobile G1。该款手机为台湾宏达电(HTC)代工制造，是世界上第一部使用Android操作系统的手机，支持WCDMA/HSPA网络，理论下载速率7.2Mbps，并支持Wi-Fi。 　　
　　2009年10月28日正式发布了Android 2.0 智能手机操作系统，摩托罗拉和网络运营商Verizon共同宣布了首款采用Android 2.0的手机Droid 　　
　　2010年1月索尼爱立信首款Android机型X10上市 　　
　　2010年1月7日，Google在其美国总部正式向外界发布了旗下首款合作品牌手机Nexus One（HTC G5），并同时开始对外发售。 　　
　　2010年7月9日，美国NDP集团调查显示，Android系统已占据了美国移动系统市场28%的份额。 　　
　　北京时间3月25日，据国外媒体报道，谷歌周四表示，谷歌暂停开源Android3.0，并将暂时阻止小型手机生产商使用其Android 3.0“Honeycomb”系统，期限未定。 　　
　　谷歌一位发言人通过电子邮件声明称，Honeycomb是专为平板电脑而非手机设计的，在该系统以开源形式发布前，还有很多工作要做。谷歌向《商业周刊》表示，推迟发布可能达数月之久。 　　
　　谷歌称：“代号为Honeycomb的Android 3.0系统，是针对大屏幕设备和改进小软件、多任务、浏览、通知和客户化等功能而设计。虽然我们很高兴为平板电脑提供这些新功能，但交付给其他设备包括手机前我们有更多的工作要做。我们决定暂不开放源代码。我们致力于将Android作为跨多设备类型的开放式平台来提供，并在准备好时公布源代码”。 　　
　　这意味着小型手机制造商要使用Honeycomb将不得不等待一段时间。不过大型设备商如HTC和摩托罗拉，已经可以使用。这些设备制造商一般安装在平板电脑中。 　　
　　对此，谷歌工程副总裁和Android主管安迪·鲁宾（Andy Rubin）表示：“为了制定平板电脑出货的时间表， 我们进行了一些折衷设计。我们不想思考如何在手机上运行同一个软件”。 　　
　　鲁宾还表示，谷歌不想冒险“带来非常糟糕的用户体验”。今年2月在发布Honeycomb时，谷歌发言人称，目前是专为平板电脑设计，“以后这些功能将推广到手机上。手机版的新Android，可能不会被叫做“Honeycomb ”，也可能是与3.0不同的版本。”

　　为了推广Android，Google和几十个手机相关企业建立了开放手机联盟（Open Handset Alliance）。 　　

　　联盟成员包括中国台湾HTC、韩国三星电子、NVIDIA、SiRF、Skype、联发科技MTK以及中国电信在内的34家技术和无线应用的领军企业。这34家企业中并不包含把持Symbian的Nokia公司，以及凭借着iPhone风光正在的Apple公司，微软没有加入，加拿大RIM和它的Blackberry也被挡在门外。 　　

1、手机和其他终端制造商 　　
　　HTC（宏达国际电子）- 中国台湾 　　
　　Samsung Electronics（三星电子）- 韩国 　　
　　Sony Ericsson（索尼爱立信）- 英国 　　
　　LG Electronics（LG电子）- 韩国 　　
　　Lumigon （丹麦陆力更手机公司）- 丹麦 　　
　　ARCHOS（爱可视）- 法国 　　
　　TOSHIBA（东芝）- 日本
　　
2、移动运营商 　　
　　China Telecom（中国电信）- 中国 　　
　　China Mobile（中国移动）- 中国 　　
　　China Unicom（中国联通）- 中国 　　
　　SK Telecom - 韩国 　　
　　KT - 韩国 　　
　　LG U - 韩国 　　
　　KDDI - 日本 　　
　　NTT DoCoMo（日本电信电话公司）- 日本 　　
　　Sprint Nextel（美国斯普林特Nextel公司）- 美国 　　
　　Telecom Italia（意大利电信）- 意大利 　　
　　Telefónica - 西班牙 　　
　　T-Mobile - 德国 　　

3、半导体公司 　　
　　ARM- 英国 　　
　　Texas Instruments（德州仪器）- 美国 　　
　　Qualcomm（高通）- 美国 　　
　　NVIDIA（英伟达）- 美国 　　
　　MediaTek（联发科）- 中国台湾 　　
　　ST（意法半导体）- 欧洲 　　
　　Infineon（英飞凌科技）- 德国 　　
　　ST-Ericsson（ST爱立信）- 欧洲 　　
　　Audience （听众）- 美国 　　
　　Broadcom （博通）- 美国 　　
　　Intel（英特尔）- 美国 　　
　　Marvell （俊茂微电子）- 美国 　　
　　SiRF（瑟夫）- 美国 　　
　　Synaptics（新思）- 美国 　　
　　HP（惠普）- 美国 　　

4、软件公司 　　
　　Aplix - 日本 　　
　　Ascender - 美国 　　
　　Skype（eBay）- 美国 　　
　　Esmertec（微迅）- 瑞士 　　
　　Living Image - 美国 　　
　　NMS Communications - 加拿大 　　
　　Noser Engineering AG - 德国 　　
　　Nuance Communication - 美国 　　
　　PacketVideo - 美国 　　
　　SkyPop - 美国 　　
　　Sonix Network - 美国 　　
　　The Astonishing Tribe - 瑞典 　　
　　Wind River Systems（风河）- 美国

　　在优势方面，Android平台首先就是其开放性，开发的平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来。显著的开放性可以使其拥有更多的开发者，随着用户和应用的日益丰富，一个崭新的平台也将很快走向成熟。 　　

　　开放性对于Android的发展而言，有利于积累人气，这里的人气包括消费者和厂商，而对于消费者来讲，最大的受益正是丰富的软件资源。开放的平台也会带来更大竞争，如此一来，消费者将可以用更低的价位购得心仪的手机。

　　在过去很长的一段时间，特别是在欧美地区，手机应用往往受到运营商制约，使用什么功能接入什么网络，几乎都受到运营商的控制。自从iPhone上市，用户可以更加方便地连接网络，运营商的制约减少。随着EDGE、HSDPA这些2G至3G移动网络的逐步过渡和提升，手机随意接入网络已不是运营商口中的笑谈。

　　这一点还是与Android平台的开放性相关，由于Android的开放性，众多的厂商会推出千奇百怪，功能特色各具的多种产品。功能上的差异和特色，却不会影响到数据同步、甚至软件的兼容。好比你从诺基亚Symbian风格手机一下改用苹果iPhone，同时还可将Symbian中优秀的软件带到iPhone上使用、联系人等资料更是可以方便地转移。

　　Android平台提供给第三方开发商一个十分宽泛、自由的环境。因此不会受到各种条条框框的阻挠，可想而知，会有多少新颖别致的软件会诞生。但也有其两面性，血腥、暴力、*方面的程序和游戏如何控制正是留给Android难题之一。

　　如今叱咤互联网的Google已经走过10年度历史。从搜索巨人到全面的互联网渗透，Google服务如地图、邮件、搜索等已经成为连接用户和互联网的重要纽带，而Android平台手机将无缝结合这些优秀的Google服务。