本书比较系统地介绍了图像通信的相关基础和技术,主要内容包括:人眼的视觉特性,图像和图像通信的含义与特点,视频图像信号的数字化,图像质量评价方法,图像压缩编码方法及相关国际、国家标准,图像通信协议框架,以及图像通信中的质量控制技术。本书注重图像压缩编码基本方法、视频图像压缩编码国际标准与图像通信协议的介绍,兼顾相关前沿技术及新标准的发展,内容比较丰富,叙述深入浅出,并配有大量图表,列举了一些实例;每章均附有习题与思考题,适合教学和自学。本书可作为高等院校电子信息与通信工程类相关专业的本科生教材,也可作为声像传输、图像通信工程相关领域从事科研、管理、维护等工作的工程技术人员的培训教材或参考资料。
1994年4月毕业分配到重庆通信学院,历任助教、讲师、副教授、教授。主要从事多媒体通信,以及视频通信技术及应用等教学与科研工作;主编或参编教材5部。
目 录
第1章 图像与图像通信概论 1
1.1 人眼的视觉特性 1
1.1.1 可见光 1
1.1.2 人眼的视敏特性 2
1.1.3 人眼的亮度视觉 3
1.1.4 人眼的彩色视觉 4
1.1.5 人眼的立体视觉 5
1.1.6 人眼的视觉惰性和闪烁感觉 5
1.1.7 人眼的分辨力 6
1.2 图像的基本概念 8
1.2.1 图像信息的特点 8
1.2.2 图像的分类 9
1.2.3 图像的顺序传送 9
1.2.4 彩色混合的三基色原理 13
1.3 图像通信概述 19
1.3.1 图像通信的分类 20
1.3.2 图像通信系统的组成 20
习题与思考题 22
第2章 视频图像数字化及质量评价方法 23
2.1 视频信号 23
2.1.1 视频信号的类型 23
2.1.2 模拟视频信号 24
2.2 视频信号的数字化 26
2.2.1 彩色视频信号的数字化方式 26
2.2.2 彩色视频信号的分量编码 27
2.2.3 彩色空间转换 30
2.3 数字视频格式 30
2.3.1 ITU―T BT.601建议的数字视频格式 31
2.3.2 CIF格式 32
2.3.3 高清格式 34
2.4 图像质量的评价 35
2.4.1 图像质量与失真效应 35
2.4.2 图像质量的主观评价 37
2.4.3 图像质量的客观评价 40
2.4.4 数字视频客观质量评价 47
习题与思考题 53
第3章 图像压缩编码方法 55
3.1 图像压缩编码的理论与方法 55
3.1.1 信源模型及其信息熵 55
3.1.2 无失真编码理论 59
3.1.3 限失真编码理论 60
3.1.4 图像压缩编码的基本方法 63
3.2 熵编码 65
3.2.1 Huffman编码 65
3.2.2 算术编码 69
3.3 预测编码 76
3.3.1 差分脉冲编码调制 76
3.3.2 图像的预测编码 81
3.4 变换编码 93
3.4.1 离散K-L变换 93
3.4.2 DCT变换 95
3.4.3 小波变换 100
习题与思考题 117
第4章 图像压缩编码标准 119
4.1 概述 119
4.1.1 图像压缩编码的标准化组织 119
4.1.2 图像压缩编码标准化发展史 120
4.2 静止图像压缩编码标准 124
4.2.1 JPEG图像编码标准 124
4.2.2 JPEG2000图像编码标准 130
4.3 H.26x系列视频压缩编码标准 137
4.3.1 H.261视频编码标准 137
4.3.2 H.263、H.263+和H.263++视频编码标准 142
4.3.3 H.264视频编码标准 147
4.3.4 H.265视频编码标准 158
4.4 MPEG―x系列视频压缩编码标准 173
4.4.1 MPEG―1标准 173
4.4.2 MPEG―2标准 178
4.4.3 MPEG―4标准 184
4.5 AVS系列视频压缩编码标准 192
4.5.1 AVS视频编码标准 192
4.5.2 AVS2视频编码标准 199
4.5.3 AVS+视频编码标准 206
习题与思考题 209
第5章 图像通信协议 211
5.1 图像通信协议体系 211
5.2 图像通信的相关标准 212
5.2.1 G系列标准 212
5.2.2 T.120系列标准 218
5.2.3 H.200系列标准 219
5.3 H.320协议 223
5.3.1 H.320协议框架 223
5.3.2 H.320视频系统结构 224
5.3.3 H.320会议电视终端结构 225
5.4 H.323协议 225
5.4.1 H.323协议框架 226
5.4.2 H.323视频系统结构 227
5.5 H.324协议 230
5.5.1 H.324协议框架 230
5.5.2 H.324M移动视频通信标准框架 230
5.6 SIP协议 231
5.6.1 SIP协议组成 231
5.6.2 SIP的信令协议 232
5.6.3 基于SIP的视频系统 233
5.6.4 SIP与H.323的区别 234
5.7 基于网络的数字视频传输协议 236
5.7.1 实时传输协议(RTP) 236
5.7.2 实时传输控制协议(RTCP) 238
5.7.3 实时流协议(RTSP) 240
5.7.4 资源预留协议(RSVP) 242
5.7.5 RTP/RTCP、RTSP和RSVP的关系 244
习题与思考题 245
第6章 图像通信中的质量控制技术 247
6.1 图像传输对网络的要求 247
6.2 图像传输手段 248
6.2.1 普通导线传输 248
6.2.2 光纤通信 249
6.2.3 无线通信 249
6.2.4 微波通信 250
6.2.5 卫星通信 251
6.3 图像通信中的码率控制 252
6.3.1 码率控制的必要性 252
6.3.2 码率控制的基本原理 252
6.3.3 码率控制的模式 253
6.3.4 码率控制的典型方法 255
6.4 图像通信中的差错控制 256
6.4.1 编码端差错控制技术 257
6.4.2 解码端差错隐藏技术 260
6.4.3 编码端和解码端交互式抗差错技术 262
习题与思考题 263
附录A JPEG标准编码数据 264
参考文献 268
前 言
随着信息时代的到来,视频图像通信技术飞速发展,国际电信联盟ITU和国际标准化ISO不断推出视频图像压缩编码和图像通信相关国际标准,视频图像通信已成为日常工作、生活不可或缺的一部分。我国的数字音视频编解码技术标准(AVS)工作组自2002年成立以来,经过10多年的努力已成功制定一系列视频编码标准,这些标准不仅与最新的国际标准相兼容,而且具有自主的知识产权。为便于初步接触视频通信的人们较快入门,让从事视频通信设备操作、维护和管理的人们能够了解视频通信的基本工作原理与方法,编者根据多年从事音视频教学的实践经验,在图像通信相关培训教材的基础上重新整理编写了此书。
本书既介绍图像压缩编码的基本原理与方法,也介绍图像压缩编码和图像通信的相关国际标准、协议与国家标准;既注重体现H.265等最新国际标准,又论述了我国具有自主知识产权的AVS系列视频编码标准。就其广度和深度而言,主要针对初学者,并力求兼顾具有一定基础的不同读者或培训对象的需求。
全书共分6章。第1章为图像与图像通信概论,包括人眼的视觉特性,图像的基本概念,图像通信概述;第2章为视频图像数字化及质量评价方法,介绍视频信号的基本概念,视频信号的数字化,数字视频格式,图像质量的评价;第3章为图像压缩编码方法,介绍图像压缩编码的理论与方法,阐述熵编码、预测编码和变换编码;第4章阐述图像压缩编码标准,包括静止图像压缩编码标准,H.26x、MPEG—x系列视频压缩编码标准,以及我国具有自主知识产权的视频压缩编码标准AVS;第5章为图像通信协议,介绍图像通信协议体系,图像通信的相关标准,H.320协议,H.323协议,H.324协议,SIP协议,基于网络的数字视频传输协议;第6章介绍图像通信中的质量控制技术,包括图像传输对网络的要求,图像传输手段,图像通信中的码率控制、差错控制。每一章均配有习题与思考题。
本书由吴乐华、杜鹢担任主编,负责纲目拟定、组织编写和统稿工作。
本书编写采取了全体编委集体讨论、分工合作的方式,编写任务具体分工为:第1章、第3章由吴乐华编写;第2章2.1~2.3节由张洪英编写,2.4节由杨琬编写;第4章4.1节及4.3.1、4.3.2小节由朱桂斌编写,4.2.1、4.3.3两小节由李元伟编写,4.2.2、4.3.4两小节由单东晶编写,4.4节由张杰良编写,4.5节由杜鹢编写;第5章5.1~5.6节由杜鹢编写,5.7节由朱桂斌编写;第6章由朱桂斌编写。
在本书的编写过程中,参考和引用了他人的研究成果和书籍,这些资料已在本书的参考文献中列出,特在此对文献的著作者们表示由衷的谢意。
在本书的编写过程中,尽管我们力求文字准确,说理清楚,但由于水平有限,时间仓促,书中难免存在一些谬误和不足,恳请读者批评指正。
编 者
我最近翻阅的这本《编码的艺术》,简直是一场思想的盛宴。它没有直接教授某种具体的编程语言,而是着眼于软件开发中最根本的原则和哲学。作者深入探讨了代码的可读性、可维护性、可扩展性,以及如何设计出优雅而高效的算法。我尤其喜欢其中关于“递归思维”和“面向对象设计”的章节,它们让我重新审视了如何构建大型、复杂的软件系统。书中引用了许多经典软件项目的案例,分析了它们成功和失败的原因,从这些真实世界的经验中,我学到了很多宝贵的教训。对于那些刚刚踏入编程领域,或者希望提升自己软件工程素养的开发者来说,这本书就像一位经验丰富的老者,循循善诱,指引方向。它不仅仅是一本技术书籍,更是一本关于如何成为一名优秀程序员的哲学指南。读完之后,我感觉自己对“写好代码”有了更深刻的认识,也更有信心去面对未来的挑战。
评分《宇宙简史》这本书,简直是把宏大的宇宙演化过程,用一种令人惊叹的清晰度和趣味性展现给了读者。作者从宇宙大爆炸的奇点开始,一步步描绘了星系的形成、恒星的诞生与死亡、以及我们地球乃至生命的出现。我最喜欢的部分是关于暗物质和暗能量的探讨,尽管这些仍然是未解之谜,但作者通过大量的观测证据和理论推测,将这些神秘的存在描绘得栩栩如生,激发了我无限的遐想。书中还穿插了很多天文学家们的科学探索故事,这些故事充满了智慧、勇气和一点点浪漫主义色彩,让我觉得科学研究并非枯燥的数字和公式,而是一场充满激情的追寻。对于任何对宇宙充满好奇心的人来说,这本书都是绝佳的选择,它让你在轻松阅读中,就能领略到宇宙的壮丽与深邃,感受到人类在浩瀚星空中的渺小与伟大。
评分《人性的弱点》这本经典之作,在我看来,是一本关于如何与人相处、如何获得成功的实用指南。作者并没有采用枯燥的说教方式,而是通过一个个生动的故事和真实的案例,揭示了人性的普遍规律。我尤其被书中的“如何赢得他人的喜爱”和“如何影响他人而不引起反感”的章节所打动。作者强调的真诚赞美、倾听他人、以及尊重对方观点的重要性,都让我受益匪浅。在现实生活中,我们常常因为不了解人性的微妙之处而产生误会和冲突,这本书就像一面镜子,帮助我们看清自己和他人的行为模式,从而找到更有效的沟通和互动方式。读完这本书,我感觉自己对人际关系的理解更加深刻,也更有信心去建立更和谐、更成功的社交圈。它不仅仅是一本“成功学”书籍,更是一本关于自我成长和提升情商的宝典。
评分最近读完《深度学习导论》,这本书真的是把我对人工智能的理解提升到了一个新的层次。作者从最基础的概念讲起,比如神经网络的起源、感知机的工作原理,然后逐步深入到反向传播算法、卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)等核心技术。最让我印象深刻的是,书中并没有止步于理论的堆砌,而是花了大量篇幅讲解了这些模型是如何在实际问题中应用的,例如图像识别、自然语言处理和语音识别等。作者用了很多生动形象的比喻来解释复杂的数学公式,使得我这个初学者也能津津有味地读下去。而且,书中还提供了大量的代码示例,我跟着书中的代码在Jupyter Notebook上跑了几遍,亲身体验了模型训练的过程,这种“动手实践”的学习方式比单纯看书要有效得多。对于那些想要系统学习深度学习,或者想在AI领域有所建树的朋友来说,这本书绝对是一本不可多得的宝藏。它不仅教会了我“是什么”,更教会了我“为什么”和“怎么做”。
评分最近读了《金融市场的运作机制》,这本书对于理解现代金融体系的底层逻辑非常有帮助。作者从货币的起源讲起,逐步过渡到股票、债券、外汇等各种金融工具的特点和交易方式。我特别关注了关于金融衍生品的部分,比如期权和期货,书中用大量的图表和实例解释了它们的定价模型和风险管理策略,这对于我理解金融市场的波动性和套利机会非常有启发。另外,书中对宏观经济指标如何影响金融市场也做了深入分析,例如利率、通货膨胀和GDP增长对资产价格的影响,这让我意识到金融市场的运作并非孤立存在,而是与整个经济环境息息相关。虽然一些章节涉及到的数学模型比较复杂,但作者的讲解方式尽量做到了通俗易懂,对于想要深入了解金融领域,或者在金融行业工作的读者来说,这本书无疑是提高专业素养的重要读物。
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