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來源：互聯網

視頻通話（Video Telephone）又稱為視頻電話，是指實時傳送音頻和視頻的一種通信方式。視頻通話是一種由語音處理部分、視頻采集、視頻顯示、視音頻壓縮編碼以及控制器等部分組成的通話系統。

視頻通話概念最早可以追溯到19世紀70年代通過信號線傳輸圖像和音頻的概念的提出。1927年，貝爾實驗室研發的“圖像電話”設備將視頻和音頻從華盛頓哥倫比亞特區傳輸到AT&T位于紐約的辦公室。1956年AT&T開發出了一種新的圖像電話測試系統，這被認為是視頻通話的原型。20世紀90年代末，隨著互聯網的逐漸普及，基于互聯網的視頻通話技術開始飛速發展。現有的視頻通話主要應用在醫療保健、商業和遠程工作等領域。

歷史

早期視頻通話

視頻通話概念最早可以追溯到1870年代，那時通過電線傳輸圖像和音頻的概念就已經誕生了。1878年，托馬斯·愛迪生在一篇文章中也描述了一種設備，名為“電話影像機（Telephonoscope）”。

1927年，貝爾實驗室開始開發一種真正“圖像電話”設備。這款設備的原型機進行了測試，時任美國商務部長赫伯特·胡佛（Herbert Hoover）將視頻和音頻從華盛頓哥倫比亞特區傳輸到AT&T位于紐約的辦公室。到1929年，這些單方向視頻電話傳輸升級至全彩色視頻交流。在次年，貝爾實驗室已經開發出了雙向視頻電話，也稱之為“Iconophone”。全球首個公共場所運行雙向圖像電話服務開始于1936年，是由德國一家郵局運營。柏林民眾能夠與身處在萊比錫市城等城市的人群進行面對面通話，不過這項服務后來由于第二次世界大戰影響而關閉。到1956年，貝爾實驗室開發出了一種可以在現有電話電路上使用的可視電話。進一步的研究導致了第一個完整的實驗性可視電話系統的開發，稱為可視電話，1963-1968年，貝爾工程師開發出了第二代可視電話，商業可視電話服務于1970年在匹茲堡首次亮相。并于1971年投入公共服務。

第二代可視電話被設計為一個完整的系統。該系統的各個方面——例如終端設備、本地環路傳輸、交換、長途傳輸和專用交換分機——都是為了支持電話電路上的雙向視頻通信而設計和開發的。可視電話采用類似于電視廣播中使用的模擬黑白視頻傳輸。關鍵的區別在于視頻信號的帶寬。傳統電視采用4.5兆赫信號，可以以每秒60幀的速率傳輸跟蹤每幀525行的標準美國模擬電視圖像所需的信息。為了將視頻信號降低至1兆赫茲（電話線可以支持的帶寬），Picturephone采用了大約250條線的圖像幀。屏幕尺寸為14x12.5米（5.5x5英寸），該屏幕尺寸被認為適合視頻監視器，并且與傳輸信號的分辨率兼容。可視電話終端由獨立式麥克風和視頻顯示單元組成，視頻顯示單元包含揚聲器、電子管攝像機和陰極射線顯像管。

盡管AT&T視電話系統經過了廣泛的開發（超過15年的工程工作和5億美元的開發成本），但可視電話服務的市場接受度卻很低。最終，AT&T得出結論，可視電話是一個“尋找市場的概念”，并于20世紀70年代末停止了該服務。

數字視頻通話系統

20世紀80年代末，幾家公司開始開發和銷售可以直接通過公共交換電話網（PSTN）。靜止幀視頻電話采用攝像機和幀捕獲系統來捕獲單個視頻幀以進行傳輸。由于靜止幀不表現出時間依賴性，因此它們不必通過PSTN實時傳輸，從而允許使用標準的商用調制解調器以每秒2.4至9.6kb的速度進行傳輸。為了實現互聯互通，從而推動視頻通話系統的發展，國際電信聯盟（ITU-T）于20世紀90年代推出了H.310、H.320、H.321、H.322、H.323和H.324的系列多媒體通信標準。以H.320、H.323和H.324應用最為廣泛。1992年AT&T推出VideoPhone2500，是一款PSTN可視電話，可以通過PSTN將呼叫者的視頻圖像發送到另一臺可視電話。它是世界上第一臺可以通過模擬電話線傳輸的彩色可視電話。與早期的可視電話不同，VideoPhone2500采用數字壓縮方法，可以顯著減少全動態視頻傳輸所需的帶寬。采用V.34調制解調器通過模擬電話線傳輸壓縮視頻信號以訪問PSTN，信號可以輕松地通過中心局交換機進行電路傳輸。根據電話線的質量，VideoPhone2500的傳輸速度為19.2或6.8kbps。Video Phone2500中采用的視頻壓縮算法已授權給許多日本制造商用于類似的可視電話。然而，由于銷量不足，AT&T于1995年停止了VideoPhone2500。美國和歐洲的其他制造商，包括英國電信和馬可尼公司，都開發了類似的視頻電話終端，用于通過PSTN進行操作。1996年，基于普通電話交換網的可視電話標準H.324，為各商戶提供了一個統一的通信協議和圖像、語言壓縮標準，也為各國間的可視通信提供了前提條件。

現代發展

20世紀90年代末，開發了兩種新的可視電話解決方案：商務視頻會議和桌面視頻會議。商務視頻會議采用攝像機、視頻壓縮和解壓縮硬件和軟件，以及與一條或多條ISDN線路或互聯網連接的接口，以便向一個或多個位置提供同步語音和視頻的捕獲、傳輸和顯示。通常，這些系統安裝在會議室中，以便與會者無需出差即可舉行會議。一些公司開發了專有的傳輸協議以及語音和數據壓縮技術，但大多數公司都使用國際電信聯盟（ITU）開發的標準，以實現不同系統的互操作性。桌面可視電話通常由連接到個人計算機（PC）、視頻共享軟件以及兩臺PC之間的Internet連接（撥號或寬帶）。由于帶寬限制，桌面系統的質量通常低于商務視頻會議系統。一些桌面會議軟件包括兩臺或多臺PC之間的應用程序共享、共享剪貼板、文件傳輸功能、用于共享想法的“白板”以及用戶之間的聊天服務。1999年日本推出了第一款移動彩色可視電話，是由京瓷公司開發的VisualPhoneVP-210，這款移動可視電話的尺寸與普通手機相同，但配備了小型內置攝像頭和兩英寸彩色液晶顯示屏。VP-210與音頻信號一起以每秒??約兩幀的速率實時傳輸和接收圖像。

蘋果公司推出的iSight外部攝像頭和iChat加入的音頻/視頻功能幫助“視頻互動”概念被大眾消費者所接受，同時也為Facetime和Skype應用軟件的到來奠定了基礎。2005年5月，LifeSize Communications生產的第一套高清視頻會議系統在內華達州拉斯維加斯舉行的Interop貿易展上展出，能夠以1280x720的顯示分辨率提供每秒30幀的視頻。在2006年前后，思科TelePresence3000和Polycom的RPX-400這類復雜和昂貴的系統問世。它們提供了高分辨率、定制化視頻會議通訊系統，以及文件分享工作站顯示屏。2010年7日，Apple發布了iPhone4，配備了讓可視電話夢想成真的FaceTime功能以及AppleRetina顯示屏，可呈現清晰的文字、圖像和視頻。2013年，休斯登上珠穆朗瑪峰（海拔8848米），并于5月19日在山頂成功地通過Skype與BBC新聞進行視頻通話，成為有史以來最高的視頻通話（除了來自飛機和航天器的視頻通話）。2021年，Facebook宣布推出Portal視頻通話設備的兩個新版本：Portal Go和Portal for Business服務。2023年推出的5G新通話業務中國足球協會超級聯賽高清視頻通話是基于運營商的VoLTE/VoNR技術提供的視頻通話，相比OTT的視頻通話，網絡帶寬有保障，畫面不卡頓，時延更低。

技術原理

系統組成

語音處理部分

現代的視頻語音處理是以數字計算為基礎，并借助微處理器、信號處理器等加以實現。語音處理是傳聲器或其他裝置收到的類音聲音信號，經由模擬數字變換裝置，將資料數據化進行處理，最后再經過數字模擬變換裝置輸出。其信號處理流程如下：首先收取并采樣信號，利用傳聲器或各種收音裝置，收取模擬語音信號，再用ADC裝置（如模擬數字變換卡）把模擬信號變成數字信號，然后根據奈奎斯特采樣理論采樣，若不符合理論則會造成信號失真。

視頻采集

圖像輸入部分即視頻采集，其功能是采用攝像設備，獲取外界物體的光信號，并將其轉換為相應的電信號，進而轉換為數字信號，一般包括光源濾波、視覺傳感、距離測定等，從而攝取本方用戶的圖像傳送給對方。

視頻顯示

圖像輸出部分，即視頻顯示，是采用顯示設備，接收對方的圖像信號并在熒光屏上顯示對方的圖像。

視音頻壓縮編碼

視頻通話的信號因是數字信號，所以要在數字網中進行傳輸。而且因包含的信息量大，所占的頻帶寬，不能直接在用戶線上傳輸，需要把原有的圖像信號數字化，變為數字圖像信號，且必須采用頻帶壓縮技術，對數字圖像信號進行“壓縮”，使之所占的頻帶變窄，這樣才可在用戶線上傳輸。視頻通話的本質是通過網絡實時雙向傳輸主叫與被叫方的音視頻數據。以從主叫終端到被叫終端的音視頻傳輸為例：主叫終端通過攝像頭和麥克風分別捕捉主叫用戶視頻和音頻信息，通過編碼和壓縮算法將數字化的音視頻信息形成一系列IP數據包，通過移動互聯網傳輸到被叫終端。被叫終端接收到這一系列數據包，使用對應的解壓縮和解碼算法還原其包含的音視頻數據，并分別將視頻信息和音頻信息從屏幕和揚聲器/耳機播放出來。從被叫終端到主叫終端方向，同時存在相同的音視頻數據捕捉、編碼壓縮、傳輸、解壓解碼和播放過程。

控制器

視頻通話通過專用控制器來進行圖像信號處理等操作，圖像信號處理部分在系統傳輸圖像時，對由攝像機送來的圖像信號進行A/D變換后，作為一幀畫面高速寫入幀存儲器中。經解調的信號，通過信道解碼和信源解碼恢復出原來的數字信號，送入幀存儲器后，以高速讀出，經D/A變換后就能在顯示器上顯示原來的圖像。

高速調制解調器：高速調制解調器以高速傳輸率進行全雙工、同步數據傳輸，其特點是啟動時間快，適合于PC機點對點通信的要求。

圖片控制器：圖像控制器一般采用專用控制器，各種類型的視頻通話性能不同，關鍵在于控制技術的不同。

音頻處理器：音頻處理器使用自適應編碼算法，對數據進行編碼和解碼。

核心技術

編解碼芯片技術

編解碼芯片技術是視頻通話發展的關鍵。語音和圖像在傳輸時，必須經過壓縮編碼一解碼的過程，而芯片正是承擔著編碼解碼的重任，只有芯片在輸出端將語音和圖像壓縮并編譯成適合通信線路傳輸的特殊代碼，同時在接收端將特殊代碼轉化成人們能理解的聲音和圖像，才能構成完整的傳輸過程，讓通話雙方實現無障礙交流。在視頻通信中通常使用標準化的編解碼。視頻編碼標準主要由國際電聯ITU-T和國際標準化組織（ISO）制定。其中由ITU-T制定的標準有：用于視頻會議系統的建議H.261、H.262、H.263、H.264等，主要是用于ISDN、ATM、PSTN以及IP等電信網絡上視頻信息的傳輸。由ISO的MPEG制定的標準有：MPEGI、MPEG2、MPEG4、MPEG7等，主要用于數字電視、視頻點播（VOD）等交互式視頻通信業務。

信令/媒體協議

信令協議是用于建立、維護和拆除一個呼叫連接的控制信令，如H.323、MGCP、H.248和SIP。媒體協議用于建立呼叫連接后音視頻數據流的傳送，在傳輸層使用UDP協議作為傳輸協議，在UDP之上使用RTP/RTCP協議作為視頻和音頻的傳輸協議。這主要源于RTP/RTCP協議不采用復雜的傳輸控制手段和糾錯機制，而是采用盡量少的控制與鑒別功能，滿足實時通信的要求。

回聲消除

智能終端產品一般至少都含有一個傳聲器和一個揚聲器，由于揚聲器和傳聲器之間的聲學耦合，設備經常會產生回聲。這些回聲會對語音通話系統或者語音識別系統產生不利影響，因此，回聲抵消器是智能語音終端設備中的關鍵聲學信號處理技術之一。基于自適應濾波器的聲學回聲消除算法是一種線性濾波方法，它假定揚聲器至傳聲器的回聲路徑是線性的，并且可以使用自適應濾波器進行估計。在已知參考信號的情況下，自適應濾波器可以根據聲學路徑的估計值得到回聲的估計值，然后從傳聲器信號中減去回聲估計值，最終得到聲學回聲消除算法輸出信號，一般也稱為殘差信號。理想情況下，聲學回聲消除算法可以消除回聲而不會對近端信號造成任何失真。

低延時

諸如微信、QQ等大眾類軟件，其低延時視頻傳輸都是基于RTC協議，相比RTMP以TCP作為傳輸層協議，RTC則使用UDP作為傳輸層基礎，UDP是無連接的，不需要三次握手建立連接，RTC實時通訊在不考慮網絡鏈路延時的情況下，延時可降到100ms~200ms。另外，由于TCP為了保證傳輸質量，會產生很多ACK，在網絡不好的情況下會產生很多重傳包，而RTC傳輸則是基于RTP和RTCP的，其重傳策略基于NACK完成，使得其在使用過程中消耗的流量也更少。另外由于音視頻傳輸對及時性要求很高，允許部分丟幀，RTC充分利用了UDP的不管控能力，利用各種成熟的算法保證了高質量的音視頻傳輸，可以自動適配碼率變換。RTC在應用層則使用安全實時傳輸協議（SRTP，Secure Real-時間 Transport Protocol）對RTP數據進行加密從而保證了低延時可靠的視頻通話，具備實時視頻通訊能力。

分類

按功能分類

視頻會議

隨著通信的發展，人們已不滿足簡單的話音和文字通信，希望有集語音、文字和圖像于一體的多媒體通信。視頻會議系將多個具有多媒體處理能力的節點通過某種通信機制互相連接起來，相互間可以進行多媒體的交互和數據交換。既可以點對點通信，也可以多點對多點的通信。視頻會議系統的結構主要由視頻會議終端、多點控制單元MCU、信道（網絡）控制管理軟件及安全保密系統組成。它在同一傳輸線路上承載了多種媒體信息：視頻、音頻和數據等，實現多點實時交互通信，同時也可以將不同地點與會人員的活動情況、會議內容及各種文件以可視新聞的形式展現在各個分會場。

遠程協作

以遠程醫療和遠程教育為例，遠程醫療是指通過計算機技術、遙感、遙測遙控技術為依托，充分發揮大醫院或專科醫療中心的醫療技術和醫療設備優勢，對醫療條件較差的邊遠地區、海島或艦船上的傷病員進行遠距離診斷、治療和咨詢。旨在提高診斷與醫療水平，降低醫療開支，滿足廣大人民群眾保健需求的一項全新的醫療服務。遠程醫療的發展已經從最初的電視監護、電話遠程診斷發展到利用高速網絡進行數字圖像、語音的綜合傳輸，并且實現了實時的語音和高清晰圖像的交流。遠程教育也稱為遠距離教育，是指師生憑借媒體所進行的非面對面的教育，它的優點在于使學生在時間和空間并不統一的情況下，能與教師進行交互并完成學習任務。遠程教學在很大程度上改變了傳統的教學模式，改革了教材內容，縮短了教學雙方的空間距離。現代遠程教育作為一種新興的教育思想和教育技術，能提供公平、廣泛和廉價的教育方式，使教育效率大大提高。

按傳輸方法分類

可視電話

可視電話是利用電話線路實時傳送人的語音和圖像（用戶的半身像、照片、物品等）的一種通信方式，由普通電話機、電視攝像機和電視接收機三部分組成。1964年,美國貝爾實驗室正式提出了第一個可視電話解決方案。20世紀80年代末,隨著通信、計算機、語音和視頻編解碼技術的不斷發展,可視電話在世界各國得到了迅速發展。1992年,美國美國電話電報公司推出了基于普通電話交換網的彩色可視電話,隨后許多國家都生產出類似的產品。可視電話根據圖像顯示的不同，分為靜態圖像可視電話和動態圖像可視電話。靜態圖像可視電話在熒光屏上顯示的圖像是靜止的，圖像信號和話音信號利用現有的模擬電話系統交替傳送，即傳送圖像時不能通話，傳送一幀用戶的半身靜止圖像需5~10秒。一部可視電話設備可以像一部普通電話機一樣接入公用電話網使用。動態圖像可視電話顯示的圖像是活動的，用戶可以看到對方的微笑或說話的形象。動態圖像可視電話的圖像信號因包含的信息量大，所占的頻帶寬，所以不能直接在用戶線上傳輸，需要把原有的圖像信號數字化，變為數字圖像信號，而后還必須采用頻帶壓縮技術，對數字圖像信號進行“壓縮”，使之所占的頻帶變窄，這樣才可在用戶線上傳輸。動態圖像可視電話的信號因是數字信號，所以要在數字網中進行傳輸。

互聯網視頻通話

互聯網視頻通話通常指基于互聯網和移動互聯網通過智能終端之間實時傳送人的語音和圖像（用戶的半身像、照片、物品等）的一種通信方式。互聯網視頻通話需要兩臺聯網的終端設備（如智能手機、PC、平板電腦等），通過集成軟件或第三方軟件來實現音、視頻實時雙向傳輸。互聯網視頻通話主要有四種常見形式，即PC-to-PC、PC-to-Phone、Phone-to-PC和Phone-to-Phone via Internet。PC-to-PC是最早發展起來的，例如騰訊QQ的視頻聊天等。隨著網絡帶寬的快速提升以及硬件設備的發展和普及，市場上主流的互聯網視頻通話服務商按網絡類型可分為基于移動信息系統（如4G、5G等）的視頻通話和基于WiFi的視頻通話，按操作平臺類型可分為基于iOS的視頻通話、基于Android的視頻通話和兼容各平臺的視頻通話等。

應用領域

視頻通話已經在個人通信、商業、醫療、教育、法律及國際交通等多個領域得到廣泛應用。

個人通信

視頻通話應用程序如Skype、WhatsApp、FaceTime和微信視頻通話使人們能夠與家人和朋友實時通信，不論他們身在何處。

商業和遠程工作

企業利用視頻通話進行遠程會議、溝通和協作，使員工能夠在全球范圍內協同工作。同時也有企業使用視頻通話進行遠程面試，以招聘全球范圍內的人才，減少招聘流程中的時間和成本。一些項目經理和團隊也通過視頻通話監督項目進展，確保項目的質量以及交付時間。

醫療保健

視頻通話技術實現了遠程醫療咨詢和線上診斷，采用了先進的視頻通話技術和語音識別技術，使得老年人可以通過互聯網與醫生進行實時的語音、視頻交流，進行遠程咨詢，討論癥狀、獲取醫療建議和藥物處方，得到及時的醫療建議和指導。而不必親自前往醫療機構。專家醫生也可以通過視頻通話協助其他醫生執行手術，提供專業建議和指導。對于疫情的防控，在應急指揮中也可使用視頻通話技術及時掌握處置現場情況，及時制定出防控措施，第一時間控制疫情，防止疫情擴散。

例如：2020年據日本《朝日新聞》網站報道，由于新冠病毒疫情不斷蔓延，日本興起“在線診療”的風潮，既能讓患者在醫院以外的地方及時就診，也可有效預防醫療人員感染疫情。

教育

教育機構可以使用視頻通話工具來提供在線課堂，讓學生遠程參與教學，與教師互動，并討論課程內容。學生可以通過視頻通話參與虛擬實驗室，觀察實驗過程，并與導師一起分析和討論結果。學校也可以使用視頻監控和遠程考試工具來確保學生在遠程環境中進行考試時的誠實性和公平性。兩個不同地區、國家的學校進行遠程學習和跨文化交流。

例如：2008年5月9日下午，中國學校學生與意大利巴里馬克波羅外語及商貿技術高等中學的學生進行了交流活動，這次活動主要采用網絡視頻通話的形式，是兩校間“中意文化交流”活動的一部分。

法律

視頻通話給無法出席的證人通過視頻會議作證的途徑。由于美國法院沒有傳喚外國證人的權力，在刑事案件中獲取他們的親自證詞可以透過視頻會議技術來完成。（EU）2020/1783法規（重訂）涵蓋不同歐盟國家法院之間在民商事案件取證方面的合作，新規定明確了如何通過視頻會議或其他遠程通信技術取證。

國際交通

視頻通話在國際溝通上帶來便利，例如：2021年8月24日，國務委員、公安部部長趙克志同巴基斯坦總理國家安全顧問優素福視頻通話。2022年3月18日晚，中國國家主席習近平應約同美國總統拜登通過視頻通話的方式就中美關系和雙方共同關心的問題交換了意見。

發展趨勢

視頻通話技術仍在不斷發展。未來趨勢包括更高分辨率的視頻、虛擬現實和增強現實的整合，將通過5G+AI+4K模式，構建萬物互融、無縫連接的智能科技生活。視頻通話的未來將受到人工智能、安全措施以及與其他數字工具集成的進步推動，最終提高遠程通信的效率和用戶體驗。人工智能驅動的應用程序將提高視頻和音頻質量，同時增強虛擬背景和實時語言翻譯。此外，隨著5G網絡的普及和更高效的編解碼技術的出現，視頻通話將變得更加高效和可靠。在社會生活中視頻通話技術趨勢允許用戶多方進行自由形式的交互，同時查看和發送視頻流。在進行休閑活動時，博物館等文化景點的虛擬游覽使組織可以向新的和更多的受眾展示他們的作品。使個人能夠在家中觀看世界各方景點。視頻通話創新將繼續影響消費者做出購買決策的方式。專用應用程序可以引導用戶完成涉及房地產、家具、車輛和許多其他產品的購買。

參考資料 >

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Facebook announces new Portal video-calling devices, Portal for Business service.CNBC.2024-01-04