图像通信系统

通信学科术语

随着科学技术的发展，人们对信息处理和信息交流的要求越来越高。图像信息具有直观、形象、易懂和信息量大等特点，因此它是在人们日常的生活、生产中接触最多的信息种类之一。

定义

图像信息具有直观、形象、易懂和信息量大等特点，因此它是在人们日常的生活、生产中接触最多的信息之一。图像信息的传输无论是在理论研究方面还是在实际应用方面都取得了长足的进展。尤其是数字通信的发展、计算机网络的普及、微电子芯片密度的增加，对数字图像通信技术的发展起了关键性的推动作用。而数字图像通信技术的发展又反过来促进和加速了上述各项技术的发展。

图像信息的特点

在日常的生活和工作中，我们经常接触的信息主要有三类，它们是语音、文本和图像信息。其中，语音和简单的图像(图形)是人类最早应用于信息交流的一种方式。然后，随着社会的发展，出现了表达某种特定信息的符号，即文字、文本。我们这里所说的图像信息的特点，是和语音、文本信息相比较而言的，并且仅从人们对这些信息的发出和接受、理解和表达等方面有何不同这一角度出发的。

生活的经验表明，对语音信息的发出和接受，是需要经过一定的学习和实践的。因此，人们无论是说话(发出语音信息)或听话(接受语音信息)，都必须通过大脑的思维，将不同的音节“转换”为不同的含意。和语音信息相类似，文本信息的交流，更是需要经过人的思维“转换”，才能接受。

再从人们接受或发出信息的方式来比较一下。人们在发言或聆听的过程中，基本上是一种“串行”的输入、输出方式。以发言为例，说话者必须一字、一句地说。不可能同时将这段话的每个字的所有的语音一并发出。文本信息情况也和语音差不多，文章也必须一字、一句地写出来。显然，这也是一种串行的信息交流方式。

因此，和语音、文本信息相比较，图像信息主要具有以下三方面的特点。

一是图像的直观性强。在一般情况下图像是外界场景的直接反映，几乎近于“所见即所得”，不需要经过人的思维的特别“转换”，可以直接被人所理解。

二是图像信息的信息量特别大。俗话说“百闻不如一见”，它表明一幅图像带给我们的信息量是巨大的。例如，我们可以凭一张某人的照片在人群中识别出此人。但我们很难依据一篇描述此人的文章(尽管可以用成千上万的字来描述)来识别他。此外，“百闻不如一见”中的“一见”也表明人们接受图像信息的方式是一种“并行”的方式，一眼看去，图中所有的像素尽收眼底。而不是一个像素一个像素地看，一行一行地看。

三是图像信息(尤其是自然场景图像)的确切性不十分好，存在一定的模糊性，这是相对于语音和文本信息而言的。例如，面对同一幅图像，不同的观察者会有不同的理解和感受，甚至有可能给出不同的解释。

将上述内容归纳一下，形成表1，从中我们可以清楚地看出图像信息的直观性强，易于为人们所接受，能表达语音或文本信息难以表达的东西，这些就是图像信息倍受人们欢迎的根本原因之一，也是图像通信近来得到迅速发展的根本动力之一。人们喜欢图像信息，喜欢图像信息的交流，如“千里眼”的传说就反映了长期以来人们的这种需求和喜好，只是受限于我们的通信能力，难以实现人们的这种愿望而已。

表1 三类信息的特点比较

至于为什么难以实现，这恰恰又要归结于图像信息的“信息量特别大”的特点，使得我们在实现了“顺风耳”(语音通信)以后的很长的一段时间内，也可以说迄今为止都没有很好地实现“千里眼”(图像通信)。因此，如何解决图像信息量特别大的问题，在图像通信这一技术领域是一个放在首位的问题。

数字图像通信系统

如前所述，由于和语音信息相比，图像信息具有直观性强、内容丰富等特点。因此，通信中引入图像信息的传输，不仅大大地丰富了通信的内容，而且也更适合人获取信息的生理、心理特点。

图像通信系统所传送的主要是人的视觉能够感知的图像信息，它包括自然景物、文字符号、动画图形等。图像通信系统也和其他通信系统一样，经历了一个从模拟到数字的转化过程。目前，数字图像通信方式已处于主流地位，因此，我们这里所介绍的也主要是数字图像通信系统。它的系统构成和其他的数字通信系统类似，只不过处理的信息内容为数字图像而已。

图像通信系统的种类较多，从应用的角度来看，图像通信的方式按业务的性质可分为电视广播、可视电话、会议电视、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、传真、图文电视、交互电视、Web视频等。随着计算机、电视与通信技术的结合，新的图像通信业务也将不断出现。若按照图像内容的性质划分，则可分为活动图像和静止图像通信两大类。由于图像信息具有信息量大的特点，图像通信需要占用比话音通信大得多的信道。为了使图像通信在大众中普及应用，就必须根据不同类型的图像的特点，采用行之有效的信息压缩方法，达到图像信息的高效传输。

数字图像通信系统的组成框图如图41.1所示。图中左边是发送端，右边是接收端。在发送端，图像信源首先进入的数字化部分，经过A/D转换形成数字图像信号。信源编码的作用是去除或减少图像信息中的冗余度，压缩图像信号的频带或降低其数码率，以达到经济有效地传输或存储的目的。经过压缩后的图像信号，由于去除了冗余度，相关性减少，抗干扰性能较差。为了增强其抗干扰的能力，通常可对其进行信道编码，即适当增加一些保护码(纠错码)。这时数码率虽然略有所增加，但却显著提高了抗干扰性能。最后，系统中的调制部分把信号变为更适宜于信道中传输的形式，常用的数字调制方式有mPSK、mQAM、VSB等。在接收端，接收信号的解调、信道解码、信源解码等部分均为发送端相应部分的逆过程，这里不再赘述。有时，为了获得更好的图像质量，可在信源编码之前增加预处理，在显示部分之前增加后处理。

通信信道一般可理解为传输图像信号的通信线路，但从广义上说，存储处理器也可看成信道，它也能将图像信息从一地传送到另一地，只不过不是实时地，而且是通过机械搬移的方法来实现的信息传送。

和以往的模拟系统相比，上述数字方式的图像传输系统具有以下几方面的优点：

①可以多次中继而不致引起噪声的严重积累。因此适合于需多次中继的远距离图像通信或在存储中的多次复制。

②有利于采用压缩编码技术。虽然数字图像的基带信号的传输需要占用很高的频带，但采用数字图像压缩编码技术后，可在一定的信道频带的条件下，获得比模拟传输更高的通信质量；甚至在窄带条件下，也可实现一定质量的图像通信。

③易于与计算机技术结合，在IP网络上实现图像、声音、数据等多种信息内容的综合传输。

④可采用数字通信中的抗干扰编码技术，以提高抗干扰性能。

⑤易于实现保密通信。

⑥采用大规模集成电路，可以降低功耗，减小体积、重量，提高可靠性，降低成本，便于维护。

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