第8章數(shù)字圖像通信系統(tǒng)

1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)28.1概述圖像通信是一種視覺通信，已成為當(dāng)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(jìn)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)。38.1.1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(rèn)，不易發(fā)生歧義。

48.1.2圖像通信的分類按業(yè)務(wù)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58.1.3數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成圖8-1圖像通信系統(tǒng)基本組成6數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成輸入設(shè)備：產(chǎn)生靜止或活動的圖像信號。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?，包括差錯控制編碼和調(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(shè)備，因此，電話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)是廣義信道。

8數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成解碼器

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(fù)原的圖像的設(shè)備，可以是電視熒光屏、液晶顯示屏、打印機(jī)、圖像拷貝機(jī)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圖像信號數(shù)字化原始圖像的數(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11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(jìn)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(jìn)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(jìn)行抽樣，即按照一定的間隔選取信號。12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。編碼：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。

圖8-2圖像信息的像素點138.2.2數(shù)字信號的壓縮與編碼為什么要進(jìn)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(jìn)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(dá)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。14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。15壓縮編碼方法——無失真編碼壓縮編碼時不丟失有效信息，編碼后的復(fù)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。

圖8-3哈夫曼編碼方法16壓縮編碼方法——限失真編碼圖8-4運動圖像的預(yù)測編碼壓縮編碼后可能造成失真，編碼后的復(fù)原圖像與編碼前的原始圖像有差別。預(yù)測編碼、離散余弦變換

178.2.3數(shù)字圖像信號的編碼標(biāo)準(zhǔn)三大系列：H.26x、JPEG和MPEG三大組織國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組ITU-T:ITUforTelecommunicationStandardizationSector國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO:InternationalOrganizationforStandardization國際電工委員會IEC:InternationalElectro-technicalCommission18H.261標(biāo)準(zhǔn)

第一個視頻壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)測編碼與DCT相配合的混合編碼方式。19H.263標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行編碼。與H.261標(biāo)準(zhǔn)不同之處是，H.263做了一些修改或擴(kuò)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(yù)測編碼估值精度可以達(dá)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。20H.263標(biāo)準(zhǔn)H.263＋進(jìn)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(luò)環(huán)境下的傳輸。

21JPEG標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)，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。

22JPEG2000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(xué)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(fù)出來的圖像具有較好的細(xì)節(jié)質(zhì)量，比原標(biāo)準(zhǔn)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(hù)性能。采用了壓縮率更高的小波變換方法。23MJPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)也用來對活動圖像進(jìn)行編碼，此時JPEG把視頻序列中的每一幀當(dāng)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(yīng)用在各種應(yīng)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(yīng)用和廣播電視后期制作等。

24MPEG標(biāo)準(zhǔn)活動圖像及其聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)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。

25MPEG-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(jìn)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(dāng)。最高編碼速率可達(dá)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(yīng)用于VCD、MP3和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)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。26MPEG-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(rèn)定為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視的編碼標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用范圍更廣，包括了MPEG-1的工作范圍。區(qū)分不同類型的應(yīng)用，對不同應(yīng)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(dāng)于演播室圖像質(zhì)量高級和更高級圖像質(zhì)量相當(dāng)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。

27MPEG-4針對數(shù)字電視、交互式圖形應(yīng)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(yīng)用集成在一個完整的框架內(nèi)，目的是為多媒體通信及應(yīng)用環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用領(lǐng)域普遍采用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。28MPEG-4“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(fù)用傳輸?shù)浇邮斩耍缓笤賹Σ煌膶ο蠓謩e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(jìn)行獨立的刪除、添加、移動等操作。29MPEG-4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(yīng)用場合。主要應(yīng)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(jī)圖形、動畫與仿真和電子游戲。

30MPEG-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(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了各種類型的多媒體信息的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用。31MPEG-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(wù)蓬勃發(fā)展的背景下應(yīng)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(hù)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(wù)如何檢索內(nèi)容如何保證服務(wù)質(zhì)量等而制定的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)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(luò)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(hù)、用戶隱私權(quán)保護(hù)、終端和網(wǎng)絡(luò)資源抽取、事件報告等功能。328.2.4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(luò)數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)信息的交換網(wǎng)絡(luò)331.數(shù)字圖像的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(jìn)行數(shù)字調(diào)制，然后再將調(diào)制后的信號送上信道傳輸。34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(shè)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35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(jìn)制相移鍵控、多進(jìn)制正交幅度調(diào)制、網(wǎng)格編碼調(diào)制、正交頻分復(fù)用調(diào)制、編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制和殘留邊帶調(diào)制等36正交頻分復(fù)用調(diào)制簡稱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(jìn)行調(diào)制，則組成一個使用多載波同時進(jìn)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(fù)用方式不同，OFDM的頻率利用率較高。37其他數(shù)字調(diào)制技術(shù)編碼正交頻分復(fù)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(jìn)行OFDM調(diào)制。由于COFDM調(diào)制抵抗多徑效應(yīng)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(chǔ)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(yīng)的能力差，在移動接收方面，效果令人不滿意。382.寬帶接入終端用戶到網(wǎng)絡(luò)之間的所有設(shè)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39銅線接入以現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)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。40XDSL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(luò)）速率和下行（從網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)。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(wù)，如視頻點播、多媒體信息檢索和其他交互式業(yè)務(wù)，ADSL的有效傳輸距離在3~5公里以內(nèi)。41XDSL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(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，當(dāng)通信線路為300~1000米左右時，最大下行速率可達(dá)每秒51兆比特~55兆比特，當(dāng)超過1500米時，速率為每秒13兆比特左右。42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(luò)接口單元，它放在用戶家中或附近，負(fù)責(zé)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(yīng)的用戶設(shè)備中。43以太網(wǎng)接入千兆以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，以光纖為主要傳輸媒介的高速局域網(wǎng)，傳輸速率可以達(dá)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(luò)實現(xiàn)無縫連接，從而提高運行效率，方便管理，降低成本。44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(dá)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。

45光纖接入從用戶終端到網(wǎng)絡(luò)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(fù)用技術(shù)主要有光波分復(fù)用、光時分復(fù)用、光碼分復(fù)用、光頻分復(fù)用、光空分復(fù)用和光副載波復(fù)用等由于光纖上傳送的是光信號，因而需要在網(wǎng)絡(luò)與用戶接口處的交換局將電信號進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換變成光信號，再在光纖上進(jìn)行傳輸。在用戶端則進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)成電信號后，送至用戶設(shè)備。46光纖接入根據(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(yīng)用形式。光纖到大樓FTTB:FiberToTheBuilding，將網(wǎng)絡(luò)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(wù)。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(wù)，是接入網(wǎng)的長期發(fā)展目標(biāo)。473.交換網(wǎng)絡(luò)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(luò)中任意用戶的相互連接。交換方式往往決定了通信網(wǎng)絡(luò)的總體運行方式和網(wǎng)絡(luò)性能，從而也對用戶終端類型和接入方式提出了相應(yīng)的要求。目前通常使用的交換網(wǎng)絡(luò)包括公用交換電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、ATM網(wǎng)、寬帶IP網(wǎng)和無線網(wǎng)銅線接入。48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(shè)計建造的電路交換網(wǎng)絡(luò)，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(dá)每秒兆比特。49綜合業(yè)務(wù)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(luò)，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(biāo)準(zhǔn)用戶網(wǎng)絡(luò)接口連接到網(wǎng)絡(luò)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(wù)需求，為話音業(yè)務(wù)和非話業(yè)務(wù)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，最高傳輸速率僅為每秒2兆比特，比較適于傳輸?shù)退賵D像，但是難以適應(yīng)高速圖像通信的帶寬需要。

50異步傳輸模式ATM（AsynchronousTransferMode）是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN（BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork）的核心技術(shù)。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(fù)用技術(shù)，信元像同步時分復(fù)用的時隙一樣定時地出現(xiàn)，從而可以對信元進(jìn)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(wù)，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(luò)。51IP網(wǎng)僅次于PSTN的第二大通信網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行工作的計算機(jī)通信網(wǎng)，例如，計算機(jī)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(shè)備的互通和不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)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?？梢岳脼閿?shù)眾多的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開展圖像通信業(yè)務(wù)，可以方便地與各種IP網(wǎng)絡(luò)互連互通，既可以保證高效率、高性能，又可以降低成本。先天缺陷是沒有服務(wù)質(zhì)量的保證，不能保證圖像和多媒體通信業(yè)務(wù)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(yù)留協(xié)議、IPv6和實時傳輸協(xié)議等。52無線網(wǎng)絡(luò)無線分組通信網(wǎng)以地面區(qū)域及蜂窩服務(wù)設(shè)計的網(wǎng)以微小區(qū)域設(shè)計的局域或廣域計算機(jī)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538.3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(jī)

548.3.1傳真的分類對文字、圖表、相片等記錄在紙面上的圖像進(jìn)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(yuǎn)程復(fù)印”。多種分類方法分類方法種類按發(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55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(jī)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(jī)出現(xiàn)，在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中，開始廣泛使用數(shù)字傳真機(jī)，提出了傳真機(jī)與個人計算機(jī)相結(jié)合的未來發(fā)展方向。56表8-4單路文件傳真機(jī)的分類

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

約為6分鐘

已不生產(chǎn)中速傳真機(jī)（二類）無幅度—相位調(diào)制

約為3分鐘

作為三類、四類機(jī)的一種功能高速傳真機(jī)（三類機(jī)）哈夫曼編碼，改進(jìn)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(jī)改進(jìn)的READ碼數(shù)據(jù)網(wǎng)3～15秒正在迅速發(fā)展578.3.2傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理由發(fā)送機(jī)、傳輸信道和接收機(jī)三部分組成?；窘M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(wù)的特性，采用了特殊的輸入設(shè)備（掃描裝置）和輸出設(shè)備（記錄裝置）。

58傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理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(jìn)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。解調(diào)器對接收到信號進(jìn)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(jìn)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。598.3.3三類傳真機(jī)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(jī)。圖8-6三類傳真機(jī)基本構(gòu)成60基本構(gòu)成掃描單元采用圖像傳感器對原稿進(jìn)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(jī)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(wù)的操作程序和傳輸規(guī)程，同時實現(xiàn)傳真機(jī)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。61基本構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口是傳真機(jī)與通信外線、電話之間的連接單位。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(jī)驅(qū)動電路為傳真機(jī)內(nèi)各種工作電路提供驅(qū)動脈沖。三類傳真機(jī)還提供了用戶操作傳真機(jī)的操作面板，以及傳真機(jī)自身的電源供給系統(tǒng)，圖中沒有給出這兩部分。

62通信過程傳真業(yè)務(wù)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(biāo)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。63在一維編碼方案中，采用改進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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。

壓縮編碼方法64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(jī)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(jìn)行傳真通信，需要采用調(diào)制解調(diào)器將三類傳真機(jī)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。傳輸要求65在普及三類傳真機(jī)的同時，ITU-T也在考慮利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)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(wù)的四類傳真機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的完整的新建議。與三類傳真機(jī)不同的是，四類傳真機(jī)是“徹底的”數(shù)字傳真機(jī)，作為數(shù)字終端，它使用OSI網(wǎng)絡(luò)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(shè)備互通，具有傳送速度快、分辨力強等優(yōu)點。

傳真通信發(fā)展趨勢668.4.1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(yīng)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。67可視電話系統(tǒng)組成ISDN上的可視電話遵循H.320標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定了ISDN上的可視電話系統(tǒng)和終端圖8-7H.320可視電話系統(tǒng)示意圖68三種不同的傳輸方案將圖像和聲音復(fù)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(luò)的形式，在遠(yuǎn)距離傳輸時，通信網(wǎng)采用ISDN的B通道或?qū)Ｓ玫?4kb/s;近距離通信時，通信網(wǎng)采用同軸電纜或光纜等寬帶傳輸線路和專用的視頻寬帶交換機(jī)。69可視電話系統(tǒng)組成PSTN上的可視電話遵循H.324標(biāo)準(zhǔn)系列

70可視電話終端獨立式的可視電話終端機(jī)頂盒型可視電話終端基于個人計算機(jī)的可視電話終端718.4.2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(jìn)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(dá)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(dāng)于觀看真實景物的效果，并相當(dāng)于35毫米電影放映的圖像質(zhì)量。72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(yán)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(dāng)于激光唱片，因此，HDTV實現(xiàn)的現(xiàn)場感更接近于真實景物。采用了數(shù)字制作、數(shù)字傳輸、數(shù)字存儲和數(shù)字顯示技術(shù)，作為全數(shù)字化電視，它與現(xiàn)行的電視制式不能兼容。73系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成三個主要的HDTV系列標(biāo)準(zhǔn)來自日本、歐洲和美國。HDTV系統(tǒng)主要由信源壓縮編碼子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)復(fù)用與傳輸子系統(tǒng)、射頻發(fā)送子系統(tǒng)三個部分組成。74系統(tǒng)組成信源壓縮編碼子系統(tǒng)使用不同的壓縮標(biāo)準(zhǔn)對視頻流、音頻流及其輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。視頻壓縮編碼采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，完成視頻信號的壓縮編碼和相關(guān)輔助數(shù)據(jù)的處理。音頻壓縮編碼采用DolbyAC-3數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，完成聲音的壓縮編碼及其相關(guān)輔助數(shù)據(jù)的處理。業(yè)務(wù)復(fù)用與傳輸子系統(tǒng)的主要功能是對壓縮編碼子系統(tǒng)輸出的視頻碼流、音頻碼流和輔助數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行分組和標(biāo)識，并將這些不同的信號流