編輯推薦
本書係統地介紹瞭圖像通信的基本理論和方法以及圖像通信的前沿技術,內容包括三大部分:首先在圖像壓縮編碼部分介紹瞭熵編碼、預測編碼、變換編碼、運動估計、小波變換編碼等技術以及JPEG、MPEG-1、H.264等國際標準;然後在圖像傳輸部分介紹瞭RS碼、交織碼、捲積碼、Turbo碼以及模擬和數字圖像傳輸技術;最後講述瞭會議電視、可視電話、數字電視、VOD、流媒體技術等圖像通信應用係統。
本書注重基礎理論和基本技術的講述,也對相關前沿技術進行瞭介紹。書中內容豐富、新穎,敘述深入淺齣,圖文並茂,並列舉有大量實例。
本書適閤作為通信與信息類、計算機類及相關專業本科生或研究生的專業課教材或教學參考書,也可供從事圖像通信、圖像處理、多媒體通信、數字電視等領域的科技人員參考。
內容簡介
《現代通信理論與技術叢書:圖像通信》係統地介紹瞭圖像通信的基本理論和方法以及圖像通信的前沿技術,內容包括三大部分:首先在圖像壓縮編碼部分介紹瞭熵編碼、預測編碼、變換編碼、運動估計、小波變換編碼等技術以及JPEG、MPEG-1、H.2 64等國際標準;然後在圖像傳輸部分介紹瞭RS碼、交織碼、捲積碼、Turbo碼以及模擬和數字圖像傳輸技術;最後講述瞭會議電視、可視電話、數字電視、VOD、流媒體技術等圖像通信應用係統。
《現代通信理論與技術叢書:圖像通信》注重基礎理論和基本技術的講述,也對相關前沿技術進行瞭介紹。書中內容豐富、新穎,敘述深入淺齣,圖文並茂,並列舉有大量實例。
《現代通信理論與技術叢書:圖像通信》適閤作為通信與信息類、計算機類及相關專業本科生或研究生的專業課教材或教學參考書,也可供從事圖像通信、圖像處理、多媒體通信、數字電視等領域的科技人員參考。
內頁插圖
目錄
第一章 圖像及圖像通信
1.1 圖像信號的基本概念
1.1.1 圖像信號的分類
1.1.2 彩色基礎及模型
1.1.3 圖像信號的錶示
1.2 圖像信號處理
1.2.1 數字圖像處理
1.2.2 圖像處理係統
1.3 人眼的視覺特性
1.4 圖像質量的評估標準與方法
1.5 圖像通信係統的組成
習題1
第二章 圖像信號的分析與變換
2.1 圖像信號的數字化
2.1.1 圖像的采樣
2.1.2 圖像的量化
2.1.3 視頻信號的數字化
2.2 離散傅裏葉變換(DFT)
2.2.1 一維離散傅裏葉變換
2.2.2 二維離散傅裏葉變換
2.3 離散餘弦變換
2.3.1 一維DCT
2.3.2 二維DCT
2.4 離散K-L變換
2.5 圖像的小波變換
2.5.1 連續小波變換與反變換
2.5.2 多分辨率分析
2.5.3 一維離散小波變換與反變換
2.5.4 二維離散小波變換與反變換
2.6 圖像的統計特性
2.6.1 圖像的自相關係數
2.6.2 圖像差值信號的統計特性
2.6.3 圖像的變換域統計特性
習題2
第三章 數字圖像壓縮基本理論
3.1 圖像編碼理論基礎
3.1.1 圖像壓縮編碼係統的基本結構
3.1.2 信源模型及其熵
3.1.3 無失真編碼理論
3.1.4 有失真編碼理論
3.2 統計編碼
3.2.1 基本理論
3.2.2 霍夫曼編碼
3.2.3 香農編碼
3.2.4 算術編碼
3.2.5 LZW編碼
3.3 變換編碼
3.4 綫性預測編碼
3.5 矢量量化編碼
習題3
第四章 靜止圖像編碼
4.1 概述
4.2 二值圖像編碼
4.2.1 行程長度編碼
4.2.2 二值圖像的方塊編碼
4.2.3 JBIG標準
4.3 灰度圖像編碼
4.3.1 抖動編碼
4.3.2 塊截止編碼
4.3.3 比特麵編碼
4.3.4 漸進編碼
4.4 JPEG標準
4.4.1 JPEG標準概述
4.4.2 JPEG標準的基本框架
4.4.3 基於DCT的編碼過程
4.4.4 多分量圖像
4.4.5 無損壓縮
4.4.6 DCT漸進模式
4.4.7 分級模式
4.4.8 壓縮文件
4.5 JPEG2000標準
4.5.1 JPEG-LS標準
4.5.2 JPEG2000標準
習題4
第五章 序列圖像編碼及運動估計
5.1 序列圖像編碼係統
5.1.1 視頻圖像壓縮的必要性
5.1.2 視頻圖像編碼係統的一般結構
5.1.3 視頻編碼方案分類
5.2 二維運動估計
5.2.1 二維運動估計的基本概念
5.2.2 幀間圖像預測編碼
5.2.3 運動估計與補償的基本概念
5.2.4 基於塊的運動估計——塊匹配算法
5.2.5 基於像素的運動估計
5.2.6 基於網格的運動估計
5.2.7 全局運動估計
5.2.8 基於區域的運動估計
5.3 采用時間預測和變換編碼的視頻編碼
5.3.1 三種常用的視頻幀
5.3.2 基於塊的混閤視頻編碼
5.3.3 編碼參數選擇
5.4 MPEG -1視頻編碼和解碼
5.4.1 MPEG -1介紹
5.4.2 輸入圖像格式與圖像類型
5.4.3 視頻編碼與解碼的具體過程
5.4.4 視頻語法
5.4.5 係統層簡介
5.5 視頻圖像編碼標準
5.5.1 MPEG係列標準
5.5.2 H.26x係列標準概述
5.5.3 視頻編碼國際標準的應用與性能比較
習題5
第六章 圖像編碼技術及標準的進展
6.1 圖像編碼技術的發展
6.2 子帶編碼
6.2.1 基本原理
6.2.2 編解碼過程
6.2.3 二維圖像的子帶分解
6.2.4 圖像的子帶編碼
6.3 小波變換編碼
6.3.1 編碼基本原理
6.3.2 小波圖像係數的特點
6.3.3 小波變換編碼的幾個主要問題
6.4 基於小波變換的零樹編碼
6.4.1 嵌入式小波零樹編碼(EZW算法)
6.4.2 SPIHT算法
6.4.3 小波圖像編碼的其它方法
6.5 分形編碼
6.5.1 迭代函數係統簡介
6.5.2 編碼方法
6.6 基於模型的編碼
6.6.1 模型基編碼簡介
6.6.2 基於物體的方法
6.6.3 基於知識和語義的方法
6.7 H.264視頻編碼標準
6.7.1 視頻壓縮係統
6.7.2 H.264的特點
6.7.3 性能優勢
6.7.4 應用情況
6.8 數字音視頻編解碼技術標準簡介
6.8.1 AVS標準進展概況
6.8.2 AVS標準的優勢與特點
習題6
第七章 圖像通信中的信道編碼
7.1 信道的定義及分類
7.2 信道編碼
7.2.1 差錯控製的方式
7.2.2 糾錯碼的分類
7.2.3 差錯控製編碼的幾個基本概念
7.3 圖像通信中的常用糾錯碼
7.3.1 綫性分組碼
7.3.2 交織碼
7.3.3 捲積碼
7.3.4 網格編碼TCM
7.3.5 級聯碼(Turbo碼)
習題7
第八章 圖像信號的傳輸技術
8.1 模擬圖像傳輸技術
8.1.1 模擬基帶信號
8.1.2 模擬調製技術
8.1.3 影響模擬圖像信號傳輸的因素
8.2 數字圖像的傳輸
8.2.1 數字基帶傳輸
……
第九章 圖像通信應用係統
附錄A CCITT T.4(G3)標準編碼數據
附錄B JPEG標準編碼數據
附錄C QM編碼器概率估計數據
附錄D 縮略語英漢對照
參考文獻
精彩書摘
5.2.8 基於區域的運動估計
前麵我們已經提到,在一個成像的場景中通常有很多類型的運動,它們對應於與不同物體有關的運動。在基於區域的運動估計中,把圖像幀分割成多個區域,並估計每個區域的運動參數。這種分割使一個單一的參數運動模型可以很好地錶示每個區域所單獨進行的平移運動。但是這可能會産生太多小的區域,因為在對應於一個物理物體的區域中的二維運動時,極少能夠用一個簡單的平移來模型化,這樣一個區域必須分割成許多小的子區域,使每一個子區域具有單一的平移運動。對於更高效的運動錶示,應該使用仿射(正交)和透視運動模型。
實現基於區域的運動估計一般有3種方法:
(1)首先把參考幀分割成不同的區域——基於紋理的同性質、邊緣信息以及有時通過對兩幀間不同圖像的分析得到的運動邊界,然後估計每一個區域中的運動,這種方法稱為區域優先。
(2)首先估計整個圖像的運動場,然後分割得到的運動場,使得每一個區域的運動可以用單一的參數模型來描述,這種方法稱為運動優先。得到的區域可以在一些空間的連通性約束下進一步優化。這個方法中的第一步可以用前麵描述的各種運動估計方法來實現,包括基於像素、塊和網格的方法。第二步則涉及基於運動的分割.
(3)第三種方法是對區域分割和每一個區域的運動進行聯閤估計。一般使用一個迭代過程交替地進行區域分割和運動估計。
1.基於運動的區域分割
基於運動的分割是指把運動場分成多個區域,使每個區域中的運動都可以由一個單一的運動參數集來描述。這裏給齣兩種實現方法:第一,使用聚類技術確定相似的運動矢量;第二,采用分層技術從占主導運動的區域開始,相繼地估計區域和相應的運動。
1)聚類
這裏要求每個區域的運動模型是純平移的情況。分割是把所有具有類似運動矢量的空間相連的像素分組到一個區域,采用自動聚類方法(例如JC均值方法)。分割過程是一個迭代過程,從一個初始分割開始計算每個區域的平均運動矢量(稱為質心),然後每個像素被重新劃分到其質心最接近這個像素的運動矢量的區域,從而産生一個新的分割,重復這兩步,直到分割不再變化為止。在分割過程中,由於沒有考慮空間的連通性,得到的區域可能包含空間不連通像素,這樣在迭代的末尾可以加一個後處理步驟,以改進所得到區域的空間連通性。例如,一個單一區域可以分成幾個子區域,使得每個區域都是一個空間連通的子集,孤立的像素可以閤並到它周圍的區域中,最後,區域邊界可以使用形態學算子進行平滑。
……
前言/序言
《通信世界:信號、編碼與網絡演進》 一、 導言 通信,自古至今,一直是人類社會進步的基石。從烽火狼煙的古代信號傳遞,到電報、電話的齣現,再到如今信息爆炸時代的互聯網和移動通信,通信技術以前所未有的速度和廣度改變著我們的生活。本書《通信世界:信號、編碼與網絡演進》旨在為讀者勾勒齣通信領域的核心脈絡,深入淺齣地剖析支撐現代通信係統的關鍵理論和技術,並展望其未來的發展趨勢。我們不聚焦於某個特定類型的通信(如圖像通信),而是力求提供一個宏觀而深刻的視角,理解信號如何在不同媒介上傳輸,如何被有效地編碼和解碼,以及整個通信網絡是如何構建和演進的。 二、 信號的本質與變換 在通信的起點,是信息的載體——信號。信號是物理量隨時間或空間變化的錶現,它可以是電信號、光信號、聲信號,甚至是其他形式的能量。理解信號的本質,是理解通信的第一步。 模擬信號與數字信號: 我們將首先區分模擬信號和數字信號。模擬信號是連續變化的,其信息量是無限的;而數字信號則是離散的,用一係列離散的數值來錶示。數字信號的引入,極大地提高瞭通信的可靠性和抗乾擾能力,是現代通信的基石。我們將探討如何將模擬信號轉換為數字信號(采樣、量化、編碼),以及數字信號如何被復原成模擬信號。 信號的頻譜分析: 信號的頻率構成決定瞭其傳輸特性和帶寬需求。傅裏葉變換是分析信號頻譜的強大工具,它能將一個時域信號分解為不同頻率的正弦波的疊加。理解信號的頻譜,有助於我們設計更有效的濾波器,避免信號失真,並閤理分配有限的通信資源。我們將詳細介紹傅裏葉級數和傅裏葉變換的基本原理及其在通信中的應用,例如瞭解一個復雜信號需要多大的帶寬纔能傳輸。 調製: 將要傳輸的信息信號加載到載波信號上,以便於傳輸的過程稱為調製。調製的目的多種多樣,包括改變信號的頻率、幅度和相位,使其更好地適應信道特性,或者為瞭在同一信道中傳輸多個信號(多路復用)。我們將探討幅度調製(AM)、頻率調製(FM)、相位調製(PM)等模擬調製技術,以及數字調製技術,如調幅(ASK)、調頻(FSK)、調相(PSK)和正交幅度調製(QAM),並分析它們各自的優缺點和適用場景。 三、 編碼的藝術:信息壓縮與糾錯 信號的有效傳輸,離不開精妙的編碼技術。編碼不僅關乎如何盡可能高效地錶示信息,更關乎如何在不可避免的噪聲乾擾下,確保信息的準確無誤。 信息論基礎: 信息論是理解編碼的理論基石。剋勞德·香農提齣的信息熵概念,量化瞭信息的“不確定性”或“信息量”,為我們設定瞭數據壓縮和通信速率的理論極限。我們將介紹信息熵、信源編碼的無損壓縮和有損壓縮原理,以及霍夫曼編碼、算術編碼等經典的無損壓縮算法,並探討 JPEG、MPEG 等有損壓縮標準背後的基本思想。 信道編碼: 在實際通信中,信號會受到噪聲的乾擾,導緻信息丟失或錯誤。信道編碼的作用是在傳輸的信息中添加冗餘,使得接收端能夠檢測到錯誤,甚至糾正錯誤。我們將深入講解綫性分組碼,如漢明碼,以及捲積碼等,理解它們如何通過添加校驗位來提高通信的可靠性。我們還將介紹更先進的糾錯編碼技術,如Turbo碼和LDPC碼,它們在現代通信係統(如3G、4G、5G)中扮演著至關重要的角色。 源編碼與信道編碼的協同: 在實際係統中,源編碼(壓縮)和信道編碼(糾錯)通常需要協同工作,以在傳輸速率、數據壓縮率和糾錯能力之間取得最優平衡。我們將探討如何根據具體的應用需求,對這兩種編碼策略進行閤理的設計和組閤。 四、 通信網絡:連接世界的橋梁 將信號編碼並準備好傳輸後,就需要一個強大的網絡將其送達目的地。通信網絡是現代社會的血脈,它將無數的設備和信息連接在一起。 網絡拓撲與分層模型: 我們將從網絡拓撲結構開始,介紹總綫型、星型、環型、網狀型等基本拓撲,並分析它們的優缺點。接著,我們將重點講解 OSI 七層模型和 TCP/IP 四層模型,這兩者是理解網絡協議和數據傳輸流程的框架。每一層都負責特定的功能,從物理傳輸到應用層服務,協同工作,確保信息的可靠傳遞。 介質訪問控製(MAC): 在共享通信介質(如以太網、無綫信道)上,如何公平高效地訪問介質是一個關鍵問題。我們將介紹 CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/衝突檢測)和 CSMA/CA(載波偵聽多路訪問/衝突避免)等MAC協議,以及輪詢、令牌傳遞等方式,理解它們如何協調多個設備之間的訪問衝突。 路由與交換: 數據包在網絡中需要經過多颱路由器和交換機纔能到達目的地。我們將介紹路由協議(如RIP、OSPF、BGP)的基本原理,理解路由器如何根據路由錶選擇最佳路徑。同時,我們將探討交換機的原理,以及以太網交換機如何實現高效的二層轉發。 傳輸控製協議(TCP)與用戶數據報協議(UDP): 在網絡層之上,傳輸層提供瞭端到端的通信服務。我們將詳細分析 TCP 的可靠性機製,如三次握手、四次揮手、流量控製和擁塞控製,以及 UDP 的無連接、不可靠但高效的特點,並討論它們各自的適用場景。 無綫通信網絡: 隨著移動通信的飛速發展,無綫通信網絡已成為通信網絡的重要組成部分。我們將簡要介紹蜂窩網絡、Wi-Fi 等無綫接入技術的基本原理,以及它們在現代社會中的地位。 五、 現代通信技術與未來展望 本書的最後部分,我們將聚焦於現代通信係統中的一些重要技術,並對未來的發展趨勢進行展望。 多址技術: 如何在同一通信鏈路中同時支持多用戶通信,是提升網絡容量的關鍵。我們將介紹頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)以及正交頻分多址(OFDM)等關鍵的多址技術,並分析它們在不同通信標準中的應用。 信道估計與均衡: 在無綫信道中,信號會受到多徑效應、衰落等影響。信道估計和均衡技術用於補償這些不利影響,提高信號接收的準確性。 軟件定義網絡(SDN)與網絡功能虛擬化(NFV): 這兩種新興技術正在重塑通信網絡的架構,它們使得網絡更加靈活、可編程和高效。我們將探討它們的核心理念及其對未來通信網絡的潛在影響。 人工智能在通信中的應用: 人工智能(AI)正在深刻地改變著各行各業,通信領域也不例外。AI可以用於優化網絡資源分配、提高信道預測精度、提升網絡安全性和用戶體驗等。 麵嚮未來的通信: 隨著物聯網(IoT)、5G/6G、邊緣計算等技術的發展,通信網絡正朝著更高帶寬、更低延遲、更廣連接的方嚮發展。我們將對未來的通信需求和可能的技術突破進行探討。 六、 結論 《通信世界:信號、編碼與網絡演進》提供瞭一個係統性的視角,幫助讀者理解現代通信的復雜性與精妙之處。我們從信號的最基本形態齣發,逐步深入到編碼的藝術,再到支撐這一切的網絡架構,最後展望未來的發展。本書力求在理論的深度與實踐的應用之間取得平衡,旨在為通信工程專業的學生、研究人員以及對通信技術感興趣的廣大讀者,提供一本兼具學術價值和閱讀樂趣的參考書。希望通過本書的學習,讀者能夠對通信世界有一個更清晰、更深刻的認識,並激發對這個充滿活力的領域更進一步的探索。