第8章數(shù)字圖像通信系統(tǒng)

第8章數(shù)字圖像通信系統(tǒng)8.1

概述8.2

數(shù)字圖像通信原理8.3

數(shù)字傳真通信8.4活動數(shù)字圖像通信系統(tǒng)18.1概述圖像通信是一種視覺通信，已成為當代通信領(lǐng)域主要手段之一。圖像通信傳送和接收的圖像信息可以是靜止的或活動的;圖像信息可以采用模擬或數(shù)字的形式進行傳送，傳送和接收數(shù)字圖像信號的通信系統(tǒng)就是數(shù)字圖像通信系統(tǒng);28.1.1圖像通信的特點直觀性強

--圖像表示形象直觀，易于理解。數(shù)據(jù)量大

--數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量比語音要大一個數(shù)量級，比文本數(shù)據(jù)大兩個數(shù)量級。信息確切性好

--與聽覺獲取相比，視覺獲取的信息內(nèi)容更容易確認，不易發(fā)生歧義。38.1.2圖像通信的分類按業(yè)務性質(zhì)分傳真、可視電話、會議電視、圖文電視、有線電視、高清晰度電視和智能用戶電報等。按圖像信息內(nèi)容的運動狀態(tài)分靜止圖像通信活動圖像通信按采用的傳輸技術(shù)分模擬圖像通信數(shù)字圖像通信48.1.3數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成(1/5)5圖8-1圖像通信系統(tǒng)基本組成數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（2/5）輸入設備輸入設備產(chǎn)生靜止或活動的圖像信號，例如電視攝像機、錄像機、掃描儀、傳真掃描頭和電子黑板等都可作為產(chǎn)生圖像的輸入設備。6數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（3/5）編碼器信源編碼器模擬的圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號壓縮圖像信號。信道編碼器將信源編碼器輸出的比特流轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)男问桨ú铄e控制編碼和調(diào)制，以及數(shù)據(jù)打包和傳輸層控制等。

7數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（4/5）信道提供讓信號通過的通道，同時也會對信號產(chǎn)生限制和損害狹義信道為傳輸媒質(zhì)廣義信道還包括相關(guān)的轉(zhuǎn)換器和設備，因此，電話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和因特網(wǎng)等網(wǎng)絡是廣義信道。8數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（5/5）解碼器解調(diào)器、解碼器分別是上述編碼器和調(diào)制器的逆過程顯示終端用來顯示被復原的圖像的設備，可以是電視熒光屏、液晶顯示屏、打印機、圖像拷貝機等98.2數(shù)字圖像通信原理模數(shù)變換圖像壓縮編碼數(shù)字傳輸、寬帶接入與交換等關(guān)鍵技術(shù)108.2.1圖像文件格式

圖像的分類主要有位圖和矢量圖兩類：一、位圖位圖[bitmap]，也叫做點陣圖、刪格圖象、像素圖，簡單的說，就是最小單位由像素構(gòu)成的圖，縮放會失真。構(gòu)成位圖的最小單位是像素，位圖就是由像素陣列的排列來實現(xiàn)其顯示效果的，每個像素有自己的顏色信息，在對位圖圖像進行編輯操作的時候，可操作的對象是每個像素，我們可以改變圖像的色相、飽和度、明度，從而改變圖像的顯示效果。

位圖的好處是，色彩變化豐富，編輯上可以改變?nèi)魏涡螤畹膮^(qū)域的色彩顯示效果，相應的，要實現(xiàn)的效果越復雜，需要的像素數(shù)越多，圖像文件的大小[長寬]和體積[存儲空間]越大。

常用的位圖繪制軟件有adobephotoshop、corelpainter等。對應的文件格式為[.psd.tif][.rif]等，另外還有[.jpg][.gif][.png][.bmp]等。1.BMP格式

BMP是英文Bitmap（位圖）的簡寫，是Windows中的標準圖像文件格式，它以獨立于設備的方法描述位圖，可用非壓縮格式存儲圖像數(shù)據(jù)，解碼速度快，支持多種圖像的存儲，常見的各種PC圖形圖像軟件都能對其進行處理。2.GIF格式

GIF是英文GraphicsInterchangeformat（圖形交換格式）的縮寫。GIF格式的特點是壓縮比高，磁盤空間占用較少，所以這種圖像格式迅速得到了廣泛的應用。最初的GIF只是簡單地用來存儲單幅靜止圖像（稱為GIF87a），后來隨著技術(shù)發(fā)展，可以同時存儲若干幅靜止圖象進而形成連續(xù)的動畫，使之成為當時支持2D動畫為數(shù)不多的格式之一（稱為GIF89a），在GIF89a圖像中可指定透明區(qū)域。目前Internet上大量采用的彩色動畫文件多為GIF89a格式的文件。3.JPEG格式

JPEG也是常見的一種圖像格式，文件擴展名為.Jpg或.jpeg，其壓縮技術(shù)十分先進，它采用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲取得極高的壓縮率(可達到2:1甚至40:1)，同時能展現(xiàn)十分豐富生動的圖像，即可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。4.PSD格式

這是著名的Adobe公司的圖像處理軟Photoshop的專用格式PhotoshopDocument（PSD）。PSD其實是Photoshop進行平面設計的一張“草稿圖”，它里面包含有各種圖層、通道、遮罩等多種設計的樣稿，以便于下次打開文件時可以修改上一次的設計。在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD的存取速度比其他格式快很多，功能也很強大。5.PNG格式

PNG（PortableNetworkGraphics可移植的網(wǎng)絡圖形）是一種新興的網(wǎng)絡圖像格式。PNG是目前保證最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的優(yōu)點，存貯形式豐富，兼有GIF和JPG的色彩模式；它的另一個特點能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡傳輸，但又能保留所有與圖像品質(zhì)有關(guān)的信息，并且顯示速度很快，支持透明圖像的制作。二、矢量圖

矢量圖[vector]，也叫做向量圖，簡單的說，就是縮放不失真的圖像格式。矢量圖是通過多個對象的組合生成的，對其中的每一個對象的紀錄方式，都是以數(shù)學函數(shù)來實現(xiàn)的，也就是說，矢量圖實際上并不是象位圖那樣紀錄畫面上每一點的信息，而是紀錄了元素形狀及顏色的算法，當你打開一幅矢量圖的時候，軟件對圖形相對應的函數(shù)進行運算，將運算結(jié)果[圖形的形狀和顏色]顯示給你看。無論顯示畫面是大還是小，畫面上的對象對應的算法是不變的，所以，即使對畫面進行倍數(shù)相當大的縮放，其顯示效果仍然相同[不失真]。

矢量的好處是，輪廓的形狀更容易修改和控制，但是對于單獨的對象，色彩上變化的實現(xiàn)不如位圖來的方便直接。另外，支持矢量格式的應用程序也遠遠沒有支持位圖的多，很多矢量圖形都需要專門設計的程序才能打開瀏覽和編輯。

常用的矢量繪制軟件有adobeillustrator、coreldraw、freehand、flash等。對應的文件格式為[.ai.eps][.cdr][.fh][.fla/.swf]等，另外還有[.dwg][.wmf][.emf]等。1.AI格式

AI格式文件是一種矢量圖形文件,適用于Adobe公司的Illustrator軟件的輸出格式，是一種分層文件,用戶可以對圖形內(nèi)所存在的層進行操作,AI格式文件是基于矢量輸出,可在任何尺寸大小下按最高分辨率輸出。2.EPS文件格式

EPS是EncapsulatedPostScript的縮寫，是跨平臺的標準格式，擴展名在PC平臺上是．eps，在Macintosh平臺上是．epsf，主要用于矢量圖像和光柵圖像的存儲。EPS格式采用PostScript語言進行描述，并且可以保存其他一些類型信息，例如多色調(diào)曲線、Alpha通道、分色、剪輯路徑、掛網(wǎng)信息和色調(diào)曲線等，因此EPS格式常用于印刷或打印輸出。

Photoshop中的多個EPS格式選項可以實現(xiàn)印刷打印的綜合控制，在某些情況下甚至優(yōu)于TIFF格式。

3.SWF文件格式

swf是Macromedia公司的動畫設計軟件Flash的專用格式，是一種支持矢量和點陣圖形的動畫文件格式，被廣泛應用于網(wǎng)頁設計，動畫制作等領(lǐng)域，swf文件通常也被稱為Flash文件。4、wmf文件格式

wmf(WindowsMetaFile)是一種MicrosoftWindows的圖形文件格式。它是一個矢量圖格式，但是也允許包含位圖。本質(zhì)上，一個WMF文件保存一系列可以用來重建圖片的WindowsGDI命令。在某種程度上類似于印刷業(yè)廣泛使用的PostScript格式。8.2.1圖像信號數(shù)字化(1/4)原始圖像的數(shù)字化包括以下三個過程空間位置的數(shù)字化幅度值的數(shù)字化編碼23圖像信號數(shù)字化(2/4)空間位置的數(shù)字化本質(zhì)上就是對連續(xù)分布的空間位置進行抽樣，選取有限個位置來表示整幅圖像。在二維空間中，包括垂直和水平兩個位置或方向的數(shù)字化。在垂直位置上進行掃描，即用若干等距離的水平掃描行來表示圖像；在水平方向上進行抽樣，即按照一定的間隔選取信號

24圖8-2圖像信息的像素點25圖像信號數(shù)字化(3/4)圖像信號數(shù)字化(4/4)幅度的數(shù)字化量化：用有限的幅度值來表示連續(xù)變化的幅度值

“量化”的含義與2.2.1節(jié)所述內(nèi)容相同，這里不再重述。編碼編碼原理與方法與2.2.1節(jié)相同編碼使用的碼字位數(shù)與量化級數(shù)有關(guān)，量化級數(shù)多固然可以減小量化誤差，但是編碼時使用的碼字位數(shù)也多，占用的傳輸帶寬也越大268.2.2數(shù)字信號的壓縮與編碼(1/2)為什么要進行壓縮壓縮的必要性數(shù)字圖像包含巨大的信息量，為了有效地存儲和在有限的信道中傳輸圖像信息，有必要對圖像信息進行壓縮壓縮的可能性圖像信息包含有用的信息和無用的多余信息，消除多余信息可以節(jié)約碼字，達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。圖像通信允許圖像編碼存在一定失真27數(shù)字信號的壓縮與編碼(2/2)圖像壓縮的原理和方法壓縮編碼：在保證一定的圖像質(zhì)量和滿足要求的前提下，減少原始圖像數(shù)據(jù)量的處理過程兩種基本思路利用圖像固有的統(tǒng)計特性，從原始圖像中提取有效的信息，盡量去除冗余信息，例如減少相鄰像素之間、相鄰幀之間的冗余信息利用人的視覺特性，力圖發(fā)現(xiàn)人眼是根據(jù)哪些關(guān)鍵特征來識別圖像，然后根據(jù)這些特征來構(gòu)造圖像模型

28從信息論角度出發(fā)，可分為兩類：1.無損壓縮方法也稱冗余壓縮法。就是壓縮以后的圖像碼再經(jīng)解碼還原的圖像和壓縮編碼前的圖像完全一致，沒有失真。無損壓縮的壓縮率受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計冗余度的理論限制，一般為2:1到5:1，廣泛用于文本數(shù)據(jù)、程序和特殊應用場合的圖像數(shù)據(jù)(如指紋圖像、醫(yī)學圖像等)的壓縮。常見壓縮方法有哈夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼等。2.有損壓縮方法也稱信息量壓縮法。就是壓縮以后的圖像碼再經(jīng)解碼還原的圖像和壓縮編碼前的原始圖像允許有一定的失真。有損壓縮雖然不能完全恢復原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對理解原始圖像的影響較小，卻換來了大得多的壓縮比。廣泛應用于語音、圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。常見壓縮方法有預測編碼(DPCM)頻率域方法(如正交變換編碼、DCT離散余弦變換)、空間域方法(統(tǒng)計分塊編碼)、基于重要性的方法(濾波法、子采樣、比特分配、矢量量化)等。無失真編碼(1/2)31壓縮編碼時不丟失有效信息，編碼后的復原圖像與編碼前的原始圖像完全相同

兩種典型方法：哈夫曼編碼和算術(shù)編碼

無失真編碼(2/2)32圖8-3哈夫曼編碼方法限失真編碼33圖8-4運動圖像的預測編碼壓縮編碼后可能造成失真，編碼后的復原圖像與編碼前的原始圖像有差別

預測編碼、離散余弦變換8.2.3數(shù)字圖像信號的編碼標準34三大系列：H.26x、JPEG和MPEG三大組織國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組ITU-T:ITUforTelecommunicationStandardizationSector國際標準化組織ISO:InternationalOrganizationforStandardization國際電工委員會IEC:InternationalElectro-technicalCommissionH.261標準第一個視頻壓縮編碼國際標準，由ITU-T頒布，在ISDN上開展可視電話和會議電視數(shù)據(jù)速率為每秒64千比特~192千比特(N64kbps)僅支持CIF和QCIF兩種圖像格式圖像數(shù)據(jù)被劃分為四個層次原始圖像即為圖像層、塊組層、宏塊層、子塊層預測編碼與DCT相配合的混合編碼方式35H.263標準（1/2）H.263核心仍然是DPCM/DCT混合編碼，也采用了四層的分層結(jié)構(gòu)進行編碼與H.261標準不同之處是，H.263做了一些修改或擴充支持CIF、QCIF和另外三種圖像格式，它們的分辨率分別為QCIF分辨率的一半、4倍和16倍。預測編碼估值精度可以達到半個像素增加了四種可選項以提高編碼效率采用算術(shù)編碼代替哈夫曼編碼，編碼效率更高。36H.263標準（2/2）

H.263＋進一步提高了壓縮編碼性能支持更多的圖像格式類型，允許自定義圖像的尺寸采用更好的編碼方法通過一些技術(shù)增強了圖像信息在易誤碼、易丟包的網(wǎng)絡環(huán)境下的傳輸

。

37JPEG標準主要用于連續(xù)彩色靜止圖像的數(shù)據(jù)壓縮以DCT技術(shù)為基礎，能夠提供較好的圖像質(zhì)量和較高的壓縮率由ISO和ITU-T于1991年聯(lián)合公布38JPEG2000支持各種類型圖像壓縮，包括二值圖像、多分量圖像、遙感圖像、醫(yī)學圖像和合成圖像等在表示像素位數(shù)即每像素位低于0.25時，恢復出來的圖像具有較好的細節(jié)質(zhì)量，比原標準具有更好的甚低比特率性能。對同一碼流能同時提供有損或無損壓縮。允許用戶自定義感興趣區(qū)域，并對感興趣區(qū)域的圖像提供更好的編碼質(zhì)量。在通過無線信道傳輸時碼流具有良好的抗誤碼性能，并采用數(shù)字水印技術(shù)提高圖像安全保護性能。采用了壓縮率更高的小波變換方法39MJPEG標準JPEG標準也用來對活動圖像進行編碼，此時JPEG把視頻序列中的每一幀當作一幅靜止圖像來處理，即所謂MotionJPEG，簡稱為MJPEG目前JPEG被廣泛應用在各種應用場合，比如一般的圖片、醫(yī)療圖片、衛(wèi)星圖片的保存和傳輸，多媒體應用和廣播電視后期制作等

40MPEG標準活動圖像及其聲音的數(shù)字編碼標準包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等多個版本比其他數(shù)據(jù)壓縮標準兼容性好，能夠提供更高的壓縮比率，對數(shù)據(jù)造成的損失小41MPEG-1用于數(shù)據(jù)傳輸率不超過每秒1.5兆比特的數(shù)字存儲媒體上活動圖像及其伴音的編碼編碼方法采用了改進的運動補償、DCT和量化等技術(shù)支持的典型數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒1.5兆比特，此時提供的圖像質(zhì)量與家用錄像系統(tǒng)的質(zhì)量相當最高編碼速率可達每秒4兆比特~5兆比特，隨著速率的提高，解碼后的圖像質(zhì)量有所降低應用于VCD、MP3和數(shù)字電話網(wǎng)絡上的視頻傳輸，如視頻點播，它也可被用來在因特網(wǎng)上傳輸音頻42MPEG-2

適用于每秒1.5兆比特～60兆比特，甚至更高數(shù)據(jù)速率的編碼，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特特別適用于廣播級的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認定為標準數(shù)字電視和高清晰度電視的編碼標準應用范圍更廣，包括了MPEG-1的工作范圍區(qū)分不同類型的應用，對不同應用下的圖像提供不同級別的圖像質(zhì)量，即低級、主級、高級和更高級低級圖像質(zhì)量與MPEG-1相同主級圖像質(zhì)量相當于演播室圖像質(zhì)量高級和更高級圖像質(zhì)量相當于高清晰度電視質(zhì)量由于MPEG-2的功能包括了MPEG-3，后來MPEG-3被取消43MPEG-4(1/3)針對數(shù)字電視、交互式圖形應用、交互式多媒體整合和壓縮技術(shù)的需求而制定。不只是具體的壓縮算法，它將眾多的多媒體應用集成在一個完整的框架內(nèi)，目的是為多媒體通信及應用環(huán)境提供標準的算法和工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲、檢索等應用領(lǐng)域普遍采用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。44MPEG-4(2/3)“基于對象編碼”的概念將一幅圖像分成若干在時間和空間上相互聯(lián)系的視頻、音頻對象，分別編碼后，再經(jīng)過復用傳輸?shù)浇邮斩?，然后再對不同的對象分別解碼，再組合成所需要的視頻和音頻好處便于對不同的對象采用不同的編碼方法和表示方法，在壓縮效率與解碼質(zhì)量間得到較好的平衡使得數(shù)據(jù)的接收者不再是被動的，具有操縱對象的能力，可以對不同的對象進行獨立的刪除、添加、移動等操作。45MPEG-4(3/3)其他特點提供了更高的編碼效率，在相同的比特率下，更好的視覺聽覺質(zhì)量使得在低帶寬的信道上傳送視頻、音頻成為可能。MPEG-4還支持具有不同帶寬、不同存儲容量的傳輸信道和接收端，這使得它適用于許多應用場合主要應用于因特網(wǎng)視音頻廣播、無線通信、靜止圖像壓縮、電視電話、計算機圖形、動畫與仿真和電子游戲46MPEG-7

多媒體內(nèi)容描述接口是為了快速、有效地搜索用戶所需要的不同類型的多媒體信息而提出的標準規(guī)定了各種類型的多媒體信息的標準化描述，將該描述與所描述的內(nèi)容相聯(lián)系，以實現(xiàn)快速有效地搜索和索引可以獨立于其他MPEG標準使用，但MPEG-4中所定義的音頻、視頻對象的描述適用于MPEG-7不僅包含了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4標準現(xiàn)有內(nèi)容的識別，還包括了更多的數(shù)據(jù)類型，可以是靜止圖像、圖形、音頻、動態(tài)視頻以及這些元素的組合。支持非常廣泛的應用47MPEG-21

正式名稱是“多媒體框架”，又稱“數(shù)字視聽框架”它是在電子商務蓬勃發(fā)展的背景下應運而生的產(chǎn)物，是為了解決新市場所面臨的問題如何獲取數(shù)字視頻、音頻以及合成圖形等“數(shù)字商品”如何保護多媒體內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)如何為用戶提供透明的媒體信息服務如何檢索內(nèi)容;如何保證服務質(zhì)量等而制定的標準目標是建立一種高效、透明和互操作的真正跨平臺的多媒體框架，實現(xiàn)在各種不同的網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)交換，完成內(nèi)容描述、創(chuàng)建、發(fā)布、使用、識別、收費管理、產(chǎn)權(quán)保護、用戶隱私權(quán)保護、終端和網(wǎng)絡資源抽取、事件報告等功能。488.2.4數(shù)字圖像的傳輸除了壓縮編碼，數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)還包括用戶的接入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡信息的交換網(wǎng)絡49數(shù)字圖像的傳輸兩種數(shù)字傳輸方式基帶傳輸直接傳輸數(shù)字化后的圖像信號實現(xiàn)簡單，但是傳輸距離有限頻帶傳輸長距離傳輸將基帶信號進行數(shù)字調(diào)制，然后再將調(diào)制后的信號送上信道傳輸50信道差錯編碼常規(guī)的信道差錯編碼檢錯重發(fā)、前向糾錯和混合糾錯等多種編碼方式圖像通信系統(tǒng)采用的差錯編碼技術(shù)前向糾錯編碼增加信源編碼差錯控制的能力聯(lián)合設計信道編碼與信源編碼以提高圖像信息傳輸?shù)目垢蓴_性能51數(shù)字調(diào)制技術(shù)重要性可以在相同的信道帶寬下傳輸更多的圖像數(shù)據(jù)可以提高圖像信號傳輸?shù)目煽啃猿Ｓ玫臄?shù)字調(diào)制方法多進制相移鍵控、多進制正交幅度調(diào)制、網(wǎng)格編碼調(diào)制、正交頻分復用調(diào)制、編碼正交頻分復用調(diào)制和殘留邊帶調(diào)制等52正交頻分復用調(diào)制簡稱為OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing基本思想：

將高速率的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多個低速率數(shù)據(jù)流，每個低速率數(shù)據(jù)流分別用一個載波進行調(diào)制，則組成一個使用多載波同時進行調(diào)制的并行傳輸系統(tǒng)。優(yōu)點采用大量（N個）子載波的并行傳輸，在相等的傳輸數(shù)據(jù)率下，在時域內(nèi)OFDM碼字長度是單載波的N倍，抗碼間干擾的能力可顯著提高與一般的頻分多路復用方式不同，OFDM的頻率利用率較高53其他數(shù)字調(diào)制技術(shù)編碼正交頻分復用調(diào)制COFDM:CodeOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，先將圖像信號經(jīng)過信道編碼，成為數(shù)據(jù)符號，再進行OFDM調(diào)制。由于COFDM調(diào)制抵抗多徑效應的能力強，所以可以用于地面?zhèn)鬏敼潭ń邮?，也可用于便攜和移動接收。殘留邊帶調(diào)制是一種特殊的振幅調(diào)制方式，它是在雙邊帶調(diào)幅的基礎上，保留信號的一個邊帶的大部分頻率成分，而對于另一個邊帶只保留頻率成分的小部分（即殘留）。這種調(diào)制方法既比雙邊帶調(diào)幅節(jié)省頻譜，又比單邊帶調(diào)幅易于解調(diào)。它的缺點是抗多徑效應的能力差，在移動接收方面，效果令人不滿意。54寬帶接入終端用戶到網(wǎng)絡之間的所有設備則被稱為“接入網(wǎng)”，由于其長度一般為幾百米到幾公里，所以也形象地被稱為“最后一公里”。用戶接入往往成為制約圖像通信發(fā)展的主要因素常見的寬帶接入技術(shù)銅線接入光纖接入光纖銅線混合接入無線接入高速以太網(wǎng)接入55銅線接入以現(xiàn)有電話網(wǎng)絡的雙絞線為傳輸媒質(zhì)的一種寬帶接入技術(shù)，也叫數(shù)字用戶環(huán)路DSL:DigitalSubscriberLine根據(jù)具體采用的技術(shù)不同，數(shù)字用戶環(huán)路技術(shù)包括非對稱、高速和甚高速數(shù)字用戶環(huán)路等不同類型。56XDSL(1/2)非對稱數(shù)字用戶環(huán)路:AsymmetricDSL用戶線路的上行（從用戶終端到網(wǎng)絡）速率和下行（從網(wǎng)絡到用戶終端）速率不同，上行速率低，下行速率高。利用一對雙絞線同時傳輸數(shù)據(jù)和話音，提供速率從每秒32千比特到每秒8.192兆比特的下行流量和從每秒32千比特到每秒1.088兆比特的上行流量普通電話業(yè)務仍在原頻帶內(nèi)傳送，經(jīng)由低通濾波器和分離器插入到ADSL通路中，因此即使ADSL系統(tǒng)發(fā)生故障也不會影響正常的電話業(yè)務上、下行速率不一樣的特點特別適合傳輸多媒體信息業(yè)務，如視頻點播、多媒體信息檢索和其他交互式業(yè)務，ADSL的有效傳輸距離在3~5公里以內(nèi)57XDSL(2/2)高速數(shù)字用戶環(huán)路（HDSL:High-bit-rateDSL）利用現(xiàn)有銅纜電話線的兩對或三對雙絞線，提供全雙工的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)速率為每秒1.544兆比特或2.048兆比特。HDSL的優(yōu)點是可以解決少量用戶傳輸每秒384千比特和每秒2.048兆比特寬帶信號的要求，缺點是目前還不能傳輸每秒2.048兆比特以上的信息，傳輸距離限于6~10公里以內(nèi)。甚高速數(shù)字用戶環(huán)路（VDSL:Very-high-bit-rateDSL）采用更先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，當通信線路為300~1000米左右時，最大下行速率可達每秒51兆比特~55兆比特，當超過1500米時，速率為每秒13兆比特左右。58光銅混合寬帶接入光纖同軸銅電纜混合的傳輸系統(tǒng)HFC:HybridFiberCoax）改造現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)，以光纖作為主干線，利用現(xiàn)有的有線電視同軸纜線作為用戶接入線有線電視網(wǎng)用戶覆蓋面廣，實施方便，成本低，同時利用了光纖傳輸和有線電視的優(yōu)點，是一種很有前途的寬帶接入技術(shù)采用分支和樹型的連接結(jié)構(gòu)樹根處放置電纜調(diào)制解調(diào)器，采用光纖連接到光節(jié)點，光節(jié)點起光電轉(zhuǎn)換的作用，光節(jié)點通過同軸電纜與用戶相連。光節(jié)點與用戶之間有一個網(wǎng)絡接口單元，它放在用戶家中或附近，負責將光節(jié)點送來的信號分解成電話信號、數(shù)據(jù)信號和視頻信號，然后分別送往相應的用戶設備（電話機、計算機和電視機）中59以太網(wǎng)接入千兆以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議為基礎，以光纖為主要傳輸媒介的高速局域網(wǎng)，傳輸速率可以達到每秒千兆比特。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，也可以使用電話線和無線電波作為傳輸媒介。使用以太網(wǎng)接入方式的優(yōu)點是接入手段采用的是與IP協(xié)議一致的數(shù)據(jù)格式，容易與各類IP網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫連接，從而提高運行效率，方便管理，降低成本。60無線寬帶接入無線接入是利用無線技術(shù)為固定用戶或本地區(qū)域移動用戶提供接入手段。無線接入的主要技術(shù)包括數(shù)字蜂窩技術(shù)、微蜂窩技術(shù)、數(shù)字微波技術(shù)、毫米波及一點多址技術(shù)等。近年來出現(xiàn)一種固定的寬帶無線接入方式，即本地多點分布系統(tǒng)，它的有效帶寬可達1012赫茲（GHz）

數(shù)量級，可為用戶分配155Mbps速率，因此利用它作為寬帶接入手段，可為數(shù)字圖像通信系統(tǒng)用戶提供高效的圖像信息。61光纖接入(1/2)從用戶終端到網(wǎng)絡之間全部采用光纖作為傳輸媒介光纖接入的主要技術(shù)是光信號傳輸技術(shù)光信號傳輸采用的復用技術(shù)主要有光波分復用、光時分復用、光碼分復用、光頻分復用、光空分復用和光副載波復用等由于光纖上傳送的是光信號，因而需要在網(wǎng)絡與用戶接口處的交換局將電信號進行電光轉(zhuǎn)換變成光信號，再在光纖上進行傳輸。在用戶端則進行光電轉(zhuǎn)換恢復成電信號后，送至用戶設備62光纖接入(2/2)根據(jù)光纖向用戶延伸的距離，光纖接入可以分為光纖到路邊FTTC:FiberToTheCurb，在從交換局到離家庭或辦公室?guī)坠镆詢?nèi)的路邊安裝和使用光纜。FTTC利用同軸電纜或其他傳輸媒質(zhì)可以把信號從路邊傳遞到家中或辦公室里。目前的主要應用形式光纖到大樓FTTB:FiberToTheBuilding，將網(wǎng)絡接口單元放置到大樓內(nèi)，單位或商業(yè)用戶可以共享各種寬帶業(yè)務光纖到家FTTH:FiberToTheHome，直接將光纖引入到每個家庭，讓每個用戶獨立享受寬帶傳輸帶來的便捷。由于成本、用戶需求和市場等方面的原因，F(xiàn)TTH仍然是一個長期的任務，是接入網(wǎng)的長期發(fā)展目標63交換網(wǎng)絡重要性不僅使多臺通信終端共享傳輸媒質(zhì)，而且完成網(wǎng)絡中任意用戶的相互連接交換方式往往決定了通信網(wǎng)絡的總體運行方式和網(wǎng)絡性能，從而也對用戶終端類型和接入方式提出了相應的要求。目前通常使用的交換網(wǎng)絡包括公用交換電話網(wǎng)、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)、ATM網(wǎng)、寬帶IP網(wǎng)和無線網(wǎng)銅線接入64公用交換電話網(wǎng)PSTN:PublicSwitchTelephoneNetwork規(guī)模最大、歷史最長，也是最成熟的公共通信網(wǎng)主要是為傳輸話音信號而設計建造的電路交換網(wǎng)絡，在PSTN上傳輸圖像信號需要依靠調(diào)制解調(diào)器，將圖像信號轉(zhuǎn)換為適合電話線路傳輸?shù)男问?。借助現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)，例如ADSL技術(shù)，PSTN提供的數(shù)據(jù)傳輸速率已達每秒兆比特。65綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN:IntegratedServiceDigitalNetwork）接入、交換和傳輸都是數(shù)字的通信網(wǎng)絡，它提供了用戶端到用戶端的數(shù)字連接，用戶通過有限的一組標準用戶網(wǎng)絡接口連接到網(wǎng)絡上。與PSTN相比，ISDN采用了更為靈活的交換方式，可以根據(jù)用戶的不同業(yè)務需求，為話音業(yè)務和非話業(yè)務提供不同的交換方式。ISDN傳輸速率為每秒64千比特的整數(shù)倍，（整數(shù)倍數(shù)從1到32），最高傳輸速率僅為每秒2兆比特（準確地說，應該為每秒2.048兆比特），比較適于傳輸?shù)退賵D像，但是難以適應高速圖像通信的帶寬需要。

66異步傳輸模式ATM，AsynchronousTransferMode是寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)B-ISDN:BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork一種快速分組交換技術(shù)，一方面，將數(shù)據(jù)流分成固定長度的數(shù)據(jù)包或分組，稱為信元；另一方面，使用統(tǒng)計時分復用技術(shù)，信元像同步時分復用的時隙一樣定時地出現(xiàn)，從而可以對信元進行高速識別和交換處理，因此ATM既具有電路交換固定短時延的特性，又具有分組交換動態(tài)分配資源的優(yōu)點。ATM提供的用戶傳輸速率從每秒1兆比特到幾吉比特，支持從窄帶話音、數(shù)據(jù)到高清晰度電視等各種廣泛的綜合業(yè)務，是圖像通信系統(tǒng)中最受歡迎也是使用最廣泛的交換網(wǎng)絡。67IP網(wǎng)(1/2)僅次于PSTN的第二大通信網(wǎng)絡，使用TCP/IP協(xié)議進行工作的計算機通信網(wǎng)，例如，計算機局域網(wǎng)和因特網(wǎng)IP網(wǎng)通信過程簡單，通信效率高使用統(tǒng)一的IP地址，便于實現(xiàn)不同終端設備的互通和不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡的互連能夠在局域和城域范圍內(nèi)提供每秒千兆比特和每秒萬兆比特的傳輸速率，提供寬帶信息承載平臺可以利用為數(shù)眾多的計算機網(wǎng)絡開展圖像通信業(yè)務，可以方便地與各種IP網(wǎng)絡互連互通，既可以保證高效率、高性能，又可以降低成本68IP網(wǎng)(2/2)先天缺陷是沒有服務質(zhì)量的保證，不能保證圖像和多媒體通信業(yè)務實時傳輸?shù)囊?。近年來人們采取了不少措施，包括因特網(wǎng)資源預留協(xié)議、IPv6和實時傳輸協(xié)議等

69無線網(wǎng)絡無線分組通信網(wǎng)以地面區(qū)域及蜂窩服務設計的網(wǎng)以微小區(qū)域設計的局域或廣域計算機網(wǎng)以低軌道衛(wèi)星實現(xiàn)的全球移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)使用的無線信道可以是中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星等708.3數(shù)字傳真通信8.3.1傳真分類8.3.2傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理8.3.3三類傳真機

718.3.1傳真的分類對文字、圖表、相片等記錄在紙面上的圖像進行掃描、傳輸，并在接收端將圖像重現(xiàn)出來的一種通信方式，也常被稱為“遠程復印”多種分類方法72分類方法種類按發(fā)送原稿性質(zhì)分相片傳真(黑白、彩色)、真跡傳真按占用電話路數(shù)分單路文件傳真、多路傳真按用途分傳真、相片傳真、報紙傳真、氣象傳真、彩色傳真、縮微膠卷傳真單路文件傳真根據(jù)實現(xiàn)技術(shù)的不同，采用單路文件傳真方式的傳真機又分為四類，如表8-4所示主要是利用公用交換電話網(wǎng)構(gòu)成傳真通信系統(tǒng)新的傳真通信方式已出現(xiàn)利用分組交換方式數(shù)字傳真機出現(xiàn)，在綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)中，開始廣泛使用數(shù)字傳真機，提出了傳真機與個人計算機相結(jié)合的未來發(fā)展方向73表8-4單路文件傳真機的分類

74數(shù)據(jù)壓縮傳輸方式傳輸一頁A4幅面時間應用低速傳真機（一類機）無沒有頻帶調(diào)制

約為6分鐘

已不生產(chǎn)中速傳真機（二類）無幅度—相位調(diào)制

約為3分鐘

作為三類、四類機的一種功能高速傳真機（三類機）哈夫曼編碼，改進的READ碼等調(diào)制解調(diào)，電話線路20秒～1分鐘目前主流四類傳真機改進的READ碼數(shù)據(jù)網(wǎng)3～15秒正在迅速發(fā)展8.3.2傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(1/4)

由發(fā)送機、傳輸信道和接收機三部分組成，如圖8-5所示發(fā)送機部分包括掃描裝置、信號處理和調(diào)制器接收機部分由解調(diào)器、信號處理和記錄裝置組成基本組成與前面所介紹的圖像通信系統(tǒng)的組成是一致的，只是根據(jù)傳真業(yè)務的特性，采用了特殊的輸入設備（掃描裝置）和輸出設備（記錄裝置）

75傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(2/4)76圖8-5傳真通信系統(tǒng)的組成傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(3/4)掃描裝置的主要功能是將傳真的原稿分解成像素，并把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。掃描裝置輸出的電信號在信號處理電路中進行數(shù)據(jù)壓縮，以減少傳真信號的冗余度，節(jié)約傳輸帶寬。這里的信號處理相當于圖8-1中的編碼器部分。解調(diào)器對接收到信號進行解調(diào)，經(jīng)信號處理，還原成與掃描裝置輸出的原始電信號幾乎相同的信號，再進行記錄記錄裝備的作用是將還原出來的文字或圖像信號記錄在顯示介質(zhì)上，以重現(xiàn)傳真原稿。77傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(4/4)傳輸信道的概念與圖8-1圖像通信系統(tǒng)模型是一致的，可以采用8.2.4節(jié)中介紹的各種傳輸技術(shù)或通信網(wǎng)絡來提供傳真通信的傳輸信道。通常地，根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柼匦裕瑐髡嫱ㄐ畔到y(tǒng)可以區(qū)分為數(shù)字傳真通信系統(tǒng)和模擬傳真通信系統(tǒng)。

788.3.3三類傳真機(1/8)基本構(gòu)成主要用在公用交換電話網(wǎng)上傳送書信、文件、表格和圖形等圖像，是目前廣泛使用的傳真機。三類傳真機的基本組成如圖8-6所示。79三類傳真機(2/8)80圖8-6三類傳真機基本構(gòu)成三類傳真機(3/8)掃描單元采用圖像傳感器對原稿進行光電掃描，完成光電變換。掃描單元輸出的模擬圖像信號經(jīng)過視頻處理電路，變換成數(shù)字信號，然后由編碼器完成圖像數(shù)據(jù)壓縮。系統(tǒng)控制器是全機的控制中心，完成國際相關(guān)建議所規(guī)定的三類傳真業(yè)務的操作程序和傳輸規(guī)程，同時實現(xiàn)傳真機的多種自動控制功能，以及管理、協(xié)調(diào)其他各個部件的工作。網(wǎng)絡接口是傳真機與通信外線、電話之間的連接單位。81三類傳真機(4/8)記錄單元在記錄紙上重現(xiàn)傳真原稿。記錄控制電路產(chǎn)生記錄單元正常工作所需要的各種信號，比如移位時鐘、分段記錄信號等。電機驅(qū)動電路為傳真機內(nèi)各種工作電路提供驅(qū)動脈沖。三類傳真機還提供了用戶操作傳真機的操作面板，以及傳真機自身的電源供給系統(tǒng)，圖中沒有給出這兩部分。82三類傳真機(5/8)通信過程傳真業(yè)務的整個通信過程與話音通信過程類似，包括通信建立階段、標識和命令發(fā)送階段、報文傳送階段、報文發(fā)送結(jié)束階段和通信釋放階段等五個階段。整個過程都是在系統(tǒng)控制器的控制下自動完成的。83三類傳真機(6/8)壓縮編碼方法兩種編碼方式在一維編碼方案中，采用改進的哈夫曼編碼，這種編碼方法對傳真信息中黑、白兩種像素的持續(xù)長度逐行進行編碼，將每條掃描線上的數(shù)據(jù)變換成一串可變長度的碼字，每個碼字表示一個全白或全黑的持續(xù)長度，黑白持續(xù)長度交替出現(xiàn)二維編碼方案中，采用MH和改進的READ碼的混合編碼方式。這是一種逐條掃描線編碼的方法，即本掃描線上每個變化的像素的位置，是根據(jù)參考像素的位置來編碼。參考像素可以是本掃描線上的其他像素，也可以位于參考掃描線上，每當一條掃描線的編碼結(jié)束后，它就成為下一掃描線的參考掃描線84三類傳真機(7/8)傳輸要求在公用交換電話網(wǎng)用戶電路或租用專線用戶電路上使用。由于三類傳真機采用的是壓縮編碼和數(shù)字傳輸技術(shù)，所以圖像的傳輸質(zhì)量不可避免地會受到傳輸電路的誤碼率、傳輸速率、編碼方式和掃描線密度等的影響。具有四種傳輸速率（9.6kbps,7.2kbps,4.8kbps和2.4kbps）、兩種掃描線密度（3.85線/毫秒和7.7線/毫秒）和兩種編碼方式。如果采用的是模擬通信網(wǎng)進行傳真通信，需要采用調(diào)制解調(diào)器將三類傳真機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，才能在模擬信道上傳輸。85三類傳真機(8/8)傳真通信發(fā)展趨勢在普及三類傳真機的同時，ITU-T也在考慮利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進行文件傳真，提出了基于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)開展傳真業(yè)務的四類傳真機標準的完整的新建議。與三類傳真機不同的是，四類傳真機是“徹底的”數(shù)字傳真機，作為數(shù)字終端，它使用OSI網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，能夠在包括ISDN在內(nèi)的多種通信網(wǎng)，比如數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)上使用，可以與其他數(shù)字終端設備互通，具有傳送速度快、分辨力強等優(yōu)點。

868.4活動數(shù)字圖像通信系統(tǒng)8.4.1可視電話8.4.2數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)878.4.1可視電話可視電話是指通話的同時可以看到對方的形象，顯示的是活動圖像。在實際應用中，有些可視電話顯示的是靜止圖像，聲音和圖像信號在模擬電話網(wǎng)中被交替?zhèn)魉?，即傳送圖像時不能通話。這種顯示靜止圖像的可視電話稱為靜態(tài)圖像可視電話，顯示活動圖像的可視電話稱為動態(tài)圖像可視電話，又叫電視電話。在本書中，如果沒有特別說明，“可視電話”指的都是動態(tài)圖像可視電話。88可視電話系統(tǒng)組成(1/5)IP上的可視電話見第9章ISDN上的可視電話遵循H.320標準系列規(guī)定了綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN上的可視電話系統(tǒng)和終端，不僅包括視頻編碼（采用的是H.261標準）、分頻、信號和建立連接的系列標準，還包括音頻壓縮算法標準，它對可視電話的發(fā)展起了重要的推動作用

圖8-7是基于H.320可視電話系統(tǒng)示意圖89可視電話系統(tǒng)組成(2/5)90圖8-7H.320可視電話系統(tǒng)示意圖可視電話系統(tǒng)組成(3/5)三種不同的傳輸方案將圖像和聲音復用在一個B通道中傳輸，例如圖像使用該B通道64kb/s帶寬中的48kb/s，聲音使用剩余的16kb/s。使用兩個B信道分別傳輸圖像和聲音信號。將兩個B信道合并為一條128kb/s的信道同時傳輸圖像和聲音，比如圖像使用112kb/s，聲音使用16kb/s。交換通信網(wǎng)也可以采用混合網(wǎng)絡的形式，在遠距離傳輸時，通信網(wǎng)采用ISDN的B通道或?qū)Ｓ玫?4kb/s

。91可視電話系統(tǒng)組成(4/5)PSTN上的可視電話遵循H.324標準系列H.324標準系列由國際電信聯(lián)盟在1996年制訂，可以實時傳輸視頻、音頻和數(shù)據(jù)等信息形式，其中的視頻壓縮標準是H.263

圖8-8是基于H.324可視電話系統(tǒng)基本組成框圖92可視電話系統(tǒng)組成(5/5)93圖8-8H.324可視電話系統(tǒng)基本組成框圖可視電話終端(1/3)可視電話系統(tǒng)中的重要部件分類獨立式的可視電話終端機頂盒型可視電話終端基于個人計算機的可視電話終端94可視電話終端(2/3)獨立式的可視電話終端，又叫桌面式可視電話，它將普通電話機、數(shù)碼攝像頭、高清晰液晶顯示器和多媒體壓縮處理系統(tǒng)集于一體，可以在PSTN或ISDN上實現(xiàn)語音和彩色圖像的高速同步傳輸。機頂盒型可視電話終端在普通電話機之外，配置了帶有數(shù)字攝像頭的外置式電視機頂盒，機頂盒內(nèi)置了視頻、音頻等處理芯片和高性能調(diào)制解調(diào)器等。這種終端需要與一臺電視機配合使用，可以工作在PSTN和ISDN上。95可視電話終端(3/3)基于個人計算機的可視電話終端是指在計算機上安裝攝像頭、圖像處理板、語音輸入和輸出設備（例如麥克風和揚聲器），以及可視電話應用軟件后的可視電話終端。目前上市的此類終端主要有符合H.324標準和H.323標準的可視電話系列。符合H.324標準的可視電話工作在PSTN上，通過普通電話線實現(xiàn)雙方可視電話通信；符合H.323標準可視電話通過因特網(wǎng)和局域網(wǎng)實現(xiàn)雙方可視電話通信。968.4.2數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)數(shù)字高清晰度電視（HDTV），指電視節(jié)目的制作、傳輸和接收等各個環(huán)節(jié)都是以數(shù)字方式進行的電視系統(tǒng)，所以它是全數(shù)字化的電視，清晰度可以達到傳統(tǒng)電視的一倍以上。

采用兩種掃描方式，既可以是水平方向為1920個像素點，垂直方向為1080個像素點（表示為1920×1080）的隔行掃描，也可以采用1280×720逐行掃描。顯示方式采用大屏幕和寬高比（例如16:9），在觀看距離為屏幕高度的3倍時，為觀眾提供接近或相當于觀看真實景物的效果，并相當于35毫米電影放映的圖像質(zhì)量。97特點垂直和水平分辨率是現(xiàn)行的模擬電視的兩倍，因此，與模擬電視相比，HDTV顯示畫面的清晰度更高?？朔爽F(xiàn)行電視重影、同頻干擾嚴重、圖像不穩(wěn)定、圖像清晰度低等缺陷，不存在現(xiàn)行電視的一切圖像損傷。16:9的寬高比顯示方式更接近人類自然視域，數(shù)字聲音壓縮技術(shù)又能夠傳輸5.1聲道環(huán)繞聲，突破了現(xiàn)有電視聲音的模擬聲道限制，伴音質(zhì)量相當于激光唱片，因此，HDTV實現(xiàn)的現(xiàn)場感