圖像通信綜述

PAGE3圖像通信綜述根據(jù)統(tǒng)計人類接受外界信息的比例：視覺占全部的60%，聽覺占20%，其余是觸覺15%，味覺3%，嗅覺2%。人們常說：“眼見為實，耳聽為虛”，“百聞不如一見”，“一目了然”。這些都表明，視覺信息也即圖像信息，在人類認識外部事物的過程中是如此重要。當前社會人類已進入了信息時代，圖像通信在電視、電影、傳真、電視會議、作戰(zhàn)指揮、監(jiān)控、醫(yī)療、教育等各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，面對越來越龐大的信息量，如何在實際應(yīng)用中的不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效、實時、準確的圖像通信，已成為研究的重點。一、圖像通信的特點圖像通信是傳送和接收圖像信息的通信。與廣泛使用的聲音通信方式不同，傳送的不僅是聲音，而且還有看得見的圖像、文字、圖表等信息，這些可視信息在發(fā)送端通過圖像通信設(shè)備變換為電信號進行傳送，在接收端再把它們真實地再現(xiàn)出來。圖像通信的一大難點是圖像的信息量巨大，特別是彩色活動圖像。例如數(shù)字化后的標準清晰度電視（720×576/4:2:2），需要的帶寬為165.9Mbps，如對比64kbps的數(shù)字話路，相當于2592個有效數(shù)字話路。這么大的數(shù)據(jù)量，對于存儲、處理以及在通信線路上傳輸都會造成了巨大的負擔。正因為如此，先進的數(shù)字圖像壓縮技術(shù)以及先進的數(shù)字傳輸技術(shù)成為了圖像通信的關(guān)鍵技術(shù)。二、人類的視覺特性在進行圖像處理時如果能夠充分考慮人眼的視覺特性，在滿足主觀質(zhì)量的前提下進行有效壓縮，將能夠很好地解決圖像信息在各種通信網(wǎng)絡(luò)上進行交換和傳輸時所帶來的占用帶寬和占用存儲空間大的問題。1）人眼視覺范圍：10°以內(nèi)是視覺的敏銳區(qū)，對彩色及細節(jié)的分辨力最強；10°~20°能正確識別圖形等信息；20°~30°分辨能力下降，但對活動信息敏感；30°以上分辨能力會大大下降，但有臨場感。利用該特點，在圖像處理時可實現(xiàn)不同區(qū)域不同的壓縮比率。2）視覺惰性：人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象即視覺惰性。具體應(yīng)用中電影采用24幀/秒，電視根據(jù)電源頻率的不同采用50或60場/秒，當達到該幀頻時，人眼可產(chǎn)生連續(xù)感覺。利用該特點，發(fā)送端傳輸?shù)膱D像幀數(shù)只需達到一定數(shù)量，接收端即可實現(xiàn)還原。3）圖像信息流大小由視覺的細節(jié)分辨率、灰度分辨率和活動分辨率三個因素決定：活動分辨率高（快速運動）時細節(jié)分辨率會下降，反之會上升；細節(jié)分辨率高（細節(jié)豐富）時灰度分辨率會下降，反之會上升；活動分辨率高（快速運動）時灰度分辨率會下降，反之會上升。利用該特點，根據(jù)人眼對不同類型的圖像的感知不同，可對其不敏感的因素進行壓縮。三、圖像壓縮編碼的原理對于信息量龐大的圖像，在存儲、傳輸、處理時都非常困難，因此有必要對其進行壓縮。而圖像之所以能被壓縮，就是因為其數(shù)據(jù)中存在著冗余。主要表現(xiàn)為：單幀圖像中相鄰像素間具有相關(guān)性（空間冗余）；活動圖像多幀之間存在相關(guān)性（時間冗余）；圖像數(shù)據(jù)不同符號出現(xiàn)的概率不同（符號冗余），可用不同碼長表示；人眼視覺掩蓋效應(yīng)（視覺冗余），如顏色分辨率低于亮度分辨率、靜止部分空間分辨率高于運動部分、平坦區(qū)失真較邊緣紋理區(qū)敏感、屏幕中心區(qū)失真敏感等，可實現(xiàn)有損壓縮；利用先驗知識建立模型（知識冗余），對模型參數(shù)編碼，以實現(xiàn)高壓縮比。圖像編碼一般框圖：1）映射變換：改變圖像數(shù)據(jù)的特性，消除冗余度，使之有利于壓縮。包括預(yù)測編碼、變換編碼、模型編碼等。預(yù)測編碼：利用圖像局部區(qū)域的像素高度的相關(guān)性，根據(jù)先前的像素來推斷恢復(fù)同步，暫時降低傳輸速率；或者允許誤差存在，但限制其擴散，如從先前已編碼的幀中選擇完好的一幀作為預(yù)測參考。五、圖像通信的展望未來的圖像通信將向著超高清晰度、更大信息量、無線化