現(xiàn)代圖像通信

前言

　　圖像通信是當(dāng)今通信技術(shù)中發(fā)展非常迅速的一個分支。寬帶通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和多媒體技術(shù)等的飛速發(fā)展，都有力地推動了這門學(xué)科的發(fā)展，產(chǎn)生了愈來愈多的新型圖像通信方式。圖像通信的范圍日益擴(kuò)大，圖像傳輸?shù)挠行?、可靠性和安全性不斷得到改善。　　在我國，圖像通信市場呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢：一方面，視頻會議市場正在快速增長；另一方面，圖像通信開始不再局限于行業(yè)高端視頻會議的應(yīng)用，而是走向“尋常百姓家”。從國內(nèi)視頻通信市場來看，2008年視頻通信市場的增幅為40％～50％，視頻運(yùn)營業(yè)務(wù)收入達(dá)到了5億元人民幣，我國視頻通信整體市場規(guī)模達(dá)到了34億元人民幣。2009年，是中國移動、中國聯(lián)通及中國電信三大通信運(yùn)營商已經(jīng)或者正打算推出3G手機(jī)的元年，而手機(jī)電視、視頻通話成為3G業(yè)務(wù)的重頭戲。2010年，視頻內(nèi)容流量的增長將會超越傳統(tǒng)的P2P流量。據(jù)預(yù)測，2008 2013年，全球網(wǎng)絡(luò)IP流量可能會增加66倍，其中，64％的流量將是視頻。到2015年，視頻通信流量的增長將會超越傳統(tǒng)內(nèi)容流量。學(xué)科發(fā)展、市場需求將對圖像通信方向的人才提出更多、更高的要求。　　作者所在課題組自1998年開始從事圖像通信相關(guān)的研究工作以來，陸續(xù)得到國防預(yù)研基金、航空科學(xué)基金、航天支撐基金、國家自然科學(xué)基金、國家863項(xiàng)目、國家973計(jì)劃等的大力支持，特別是有幸參與了數(shù)字電視地面?zhèn)鬏攪覙?biāo)準(zhǔn)（GI-l 20600 2006）的制定和系統(tǒng)研制、×××無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制、×××高清視頻壓縮傳輸系統(tǒng)研制、網(wǎng)絡(luò)立體電視系統(tǒng)研制等重大項(xiàng)目，對圖像通信方向有較系統(tǒng)的理解和較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。

內(nèi)容概要

本書是圖像通信方面的一本教材，主要介紹圖像通信中的基本概念、基本原理以及最新應(yīng)用系統(tǒng)。全書共分9章，主要包括圖像信號的表示、圖像通信中的信息論基礎(chǔ)、圖像編碼、圖像抗差錯傳輸以及典型的圖像通信系統(tǒng)。圖像編碼部分在介紹常見的靜止圖像編碼和運(yùn)動圖像編碼之后，還較系統(tǒng)地介紹了先進(jìn)的視頻編碼技術(shù)，包括可伸縮視頻編碼、多描述編碼、分布式視頻編碼和多視點(diǎn)視頻編解碼。除了介紹常見的圖像抗差錯機(jī)制外，還重點(diǎn)介紹了信源信道聯(lián)合技術(shù)在圖像通信中的應(yīng)用。通過對這些內(nèi)容的介紹，使讀者能更加深入地了解現(xiàn)代圖像通信技術(shù)，并能應(yīng)用到科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)中去，推動我國圖像通信事業(yè)的蓬勃發(fā)展。    本書可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生教材，也可供通信工程技術(shù)人員、科研人員學(xué)習(xí)和參考。

書籍目錄

第1章  圖像信號分析  1.1  圖像信號及其分類  1.2  顏色和顏色模型  1.3  模擬視頻信號  1.4  數(shù)字視頻信號    1.4.1  數(shù)字視頻信號的采樣與量化    1.4.2  視頻信號的表示    1.4.3  視頻信號的相關(guān)函數(shù)    1.4.4  數(shù)字視頻格式  1.5  立體視頻  1.6  小結(jié)  習(xí)題一  參考文獻(xiàn)第2章  圖像傳輸?shù)男畔⒄摶A(chǔ)  2.1  信息論概述    2.1.1  隨機(jī)過程及信源模型    2.1.2  信息量和信息熵  2.2  圖像的統(tǒng)計(jì)特性    2.2.1  空間統(tǒng)計(jì)特性    2.2.2  時間統(tǒng)計(jì)特性    2.2.3  變換域統(tǒng)計(jì)特性  2.3  圖像的率失真特性    2.3.1  圖像壓縮的率失真函數(shù)及其性質(zhì)    2.3.2  編碼過程的率失真計(jì)算與比特平面編碼的率失真分析  2.4  圖像壓縮極限計(jì)算    2.4.1  基于條件熵的估計(jì)方法    2.4.2  基于成像噪聲模型的估計(jì)方法    2.4.3  利用多尺度條件熵和記憶度量估計(jì)法  2.5  圖像變換編碼的信息論基礎(chǔ)    2.5.1  變換前后信息熵的變化規(guī)律    2.5.2  變換的去相關(guān)率和能量集中率    2.5.3  變換編碼的增益  2.6  相關(guān)信源編碼的信息論基礎(chǔ)    2.6.1  相關(guān)信源獨(dú)立編碼    2.6.2  相關(guān)信源協(xié)同編碼  2.7  信源信道聯(lián)合編碼的理論基礎(chǔ)    2.7.1  信道編碼簡介    2.7.2  信源信道聯(lián)合編碼的理論基礎(chǔ)    2.8小結(jié)  習(xí)題二  參考文獻(xiàn)第3章  靜止圖像編碼  3.1  靜止圖像的無損編碼    3.1.1  編碼原理    3.1.2  編碼標(biāo)準(zhǔn)  3.2  靜止圖像的有損編碼    3.2.1  編碼原理    3.2.2  常見的有損編碼方法    3.2.3  編碼標(biāo)準(zhǔn)  3.3  小結(jié)  習(xí)題三  參考文獻(xiàn)第4章  運(yùn)動圖像編碼  4.1  運(yùn)動圖像編解碼原理    4.1.1  基于運(yùn)動估計(jì)的編碼原理    4.1.2  基于三維小波變換的編碼原理  4.2  運(yùn)動估計(jì)與運(yùn)動補(bǔ)償    4.2.1  運(yùn)動估計(jì)與運(yùn)動補(bǔ)償?shù)幕靖拍?   4.2.2  基于像素的運(yùn)動估計(jì)    4.2.3  基于塊的運(yùn)動估計(jì)    4.2.4  基于網(wǎng)格的運(yùn)動估計(jì)    4.2.5  基于區(qū)域的運(yùn)動估計(jì)    4.2.6    運(yùn)動估計(jì)與補(bǔ)償在運(yùn)動圖像編碼中的應(yīng)用  4.3  碼率控制    4.3.1  碼率控制的原理    4.3.2  碼率控制的典型方法  4.4  運(yùn)動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)    4.4.1  MPEG-1    4.4.2  MPEG-2    4.4.3  MPEG-4    4.4.4  H.264    4.4.5  AVS    4.4.6  VC-1  4.5  運(yùn)動圖像編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    4.5.1  基于DSP的運(yùn)動圖像編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    4.5.2  基于FPGA的運(yùn)動圖像編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)  4.6  小結(jié)  習(xí)題四  參考文獻(xiàn)第5章  新型視頻編碼  5.1  可伸縮視頻編碼    5.1.1  可伸縮視頻編碼簡介    5.1.2  基本精細(xì)粒度可伸縮編碼    5.1.3  漸進(jìn)精細(xì)粒度可伸縮視頻編碼    5.1.4  基于宏塊的漸進(jìn)精細(xì)可伸縮視頻編碼  5.2  多描述編碼    5.2.1  多描述編碼簡介    5.2.2  多描述量化編碼    5.2.3  多描述變換編碼    5.2.4  基于FEC的多描述編碼    5.2.5  基于框架擴(kuò)展的多描述編碼    5.2.6  多描述分級編碼  5.3  分布式視頻編碼    5.3.1  分布式編碼的基本原理    5.3.2  分布式視頻編碼系統(tǒng)    5.3.3  分布式視頻編碼的研究展望  5.4  多視點(diǎn)視頻編碼    5.4.1  多視點(diǎn)視頻簡介    5.4.2  多視點(diǎn)視頻編碼的原理    5.4.3  基于傳統(tǒng)框架的多視點(diǎn)視頻編碼    5.4.4  基于DVC的多視點(diǎn)視頻編碼  5.5  小結(jié)  習(xí)題五  參考文獻(xiàn)第6章  圖像通信質(zhì)量分析與抗差錯傳輸  6.1  圖像通信質(zhì)量評估    6.1.1  圖像壓縮質(zhì)量評估    6.1.2  圖像傳輸質(zhì)量評估    6.1.3  端到端的質(zhì)量評估  6.2  圖像傳輸信道的特點(diǎn)    6.2.1  圖像傳輸對網(wǎng)絡(luò)的要求    6.2.2  圖像通信的互聯(lián)網(wǎng)信道    6.2.3  圖像通信的無線信道  6.3  誤碼對運(yùn)動圖像解碼碼流的影響    6.3.1  錯誤傳播    6.3.2  不同編碼字段的誤碼影響  6.4  錯誤控制和錯誤隱藏技術(shù)    6.4.1  編碼端錯誤控制技術(shù)    6.4.2  解碼端錯誤隱藏    6.4.3  編碼端和解碼端交互式差錯控制  6.5  運(yùn)動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)中的抗誤碼策略    6.5.1  MPEG-4的抗誤碼策略    6.5.2  H.264的抗誤碼策略  6.6  小結(jié)  習(xí)題六  參考文獻(xiàn)第7章  信源信道聯(lián)合編碼在圖像通信中的應(yīng)用  7.1  信源信道聯(lián)合編譯碼基礎(chǔ)    7.1.1  信源信道分離編碼    7.1.2  信源信道聯(lián)合編碼  7.2  信源信道聯(lián)合編碼技術(shù)    7.2.1  數(shù)字系統(tǒng)的信源信道聯(lián)合編碼技術(shù)    7.2.2  混合數(shù)字-模擬系統(tǒng)(HDA)的信源信道聯(lián)合編碼技術(shù)    7.2.3  近似模擬系統(tǒng)的信源信道聯(lián)合編碼技術(shù)  7.3  信源信道聯(lián)合譯碼技術(shù)    7.3.1  信源信道聯(lián)合譯碼基礎(chǔ)    7.3.2  融合隱馬爾科夫模型的信源信道聯(lián)合譯碼    7.3.3  基于信源反饋信息的信源信道聯(lián)合編譯碼  7.4  信源信道聯(lián)合編碼的新發(fā)展    7.4.1  網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原理    7.4.2  基于跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)的信源信道聯(lián)合編碼  7.5  小結(jié)  習(xí)題七  參考文獻(xiàn)第8章  網(wǎng)絡(luò)流媒體  8.1  網(wǎng)絡(luò)流媒體概述  8.2  流式傳輸?shù)幕驹砗蛯?shí)現(xiàn)方式    8.2.1  流式傳輸?shù)幕驹?   8.2.2  流媒體傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式  8.3  網(wǎng)絡(luò)流媒體的系統(tǒng)組成  8.4  流式傳輸協(xié)議    8.4.1  實(shí)時傳輸協(xié)議(RTP)    8.4.2  實(shí)時傳輸控制協(xié)議(RTCP)    8.4.3  實(shí)時流協(xié)議(RTSP)    8.4.4  資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)  8.5  流媒體的網(wǎng)絡(luò)播放技術(shù)  8.6  流媒體的服務(wù)方式    8.6.1  C／S模式概述    8.6.2  P2P模式概述    8.6.3  P2P模式與C／S模式的比較  8.7  P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)電視    8.7.1  PPlive協(xié)議    8.7.2  PPstream協(xié)議    8.7.3  QQLive協(xié)議    8.7.4  P2P流媒體協(xié)議框架  8.8  流媒體的應(yīng)用  8.9  小結(jié)  習(xí)題八  參考文獻(xiàn)第9章  數(shù)字電視  9.1  數(shù)字電視概述  9.2  數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)    9.2.1  ATSC標(biāo)準(zhǔn)    9.2.2  DVB標(biāo)準(zhǔn)概述    9.2.3  ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)    9.2.4  中國數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)  9.3  移動電視    9.3.1  移動電視系統(tǒng)簡介    9.3.2  移動電視標(biāo)準(zhǔn)    9.3.3  移動電視的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容及廣播網(wǎng)絡(luò)的安全性  9.4  小結(jié)  習(xí)題九  參考文獻(xiàn)縮略語表

章節(jié)摘錄

　　通常說的“光”是指人眼能夠感覺到的部分電磁波，即可見光。一般可見光指波長在380～780nm范圍內(nèi)的電磁波?？梢姽獾墓庾V成分，即波長組成決定了人眼對其的彩色感覺。人類視覺能夠接收到兩種類型的顏色：自身發(fā)光物體（照明光源）的顏色和被照射物體（反射光源）的顏色。自身發(fā)光物體的顏色取決于其所發(fā)射能量的波長范圍，遵循相加原則：幾個混合照明光源的彩色感覺取決于所有光源光譜的總和。被照射物體的顏色由入射光的光譜成分和被吸收的波長范圍決定，遵循相減原則：幾個混合反射光源的彩色感覺取決于剩余的未被吸收的波長?！　∪祟惖牟噬杏X具有亮度和色度兩個屬性。亮度指被感知的光的明亮程度，它與可視頻帶中的總能量成正比。色度指被感知的光的顏色和深淺，由光的波長成分決定。色度又包含兩個屬性特征：色調(diào)和飽和度。色調(diào)指彩色的顏色，由光的峰值波長決定。飽和度是指顏色的純度，由光譜的范圍或帶寬決定?！　』叶葓D像僅僅包含采樣點(diǎn)的亮度信息，只需要一個數(shù)值就可以表示。而彩色圖像的表示則較為復(fù)雜。根據(jù)人眼的生理結(jié)構(gòu)，人們構(gòu)造了不同的顏色模型或顏色空間來表示圖像的顏色，任何一種顏色都可以分解為顏色空間中的一個或多個變量。

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