图像通信综述

PAGE3图像通信综述根据统计人类接受外界信息的比例：视觉占全部的60%，听觉占20%，其余是触觉15%，味觉3%，嗅觉2%。人们常说：“眼见为实，耳听为虚”，“百闻不如一见”，“一目了然”。这些都表明，视觉信息也即图像信息，在人类认识外部事物的过程中是如此重要。当前社会人类已进入了信息时代，图像通信在电视、电影、传真、电视会议、作战指挥、监控、医疗、教育等各领域有着广泛的应用，面对越来越庞大的信息量，如何在实际应用中的不同领域实现高效、实时、准确的图像通信，已成为研究的重点。一、图像通信的特点图像通信是传送和接收图像信息的通信。与广泛使用的声音通信方式不同，传送的不仅是声音，而且还有看得见的图像、文字、图表等信息，这些可视信息在发送端通过图像通信设备变换为电信号进行传送，在接收端再把它们真实地再现出来。图像通信的一大难点是图像的信息量巨大，特别是彩色活动图像。例如数字化后的标准清晰度电视（720×576/4:2:2），需要的带宽为165.9Mbps，如对比64kbps的数字话路，相当于2592个有效数字话路。这么大的数据量，对于存储、处理以及在通信线路上传输都会造成了巨大的负担。正因为如此，先进的数字图像压缩技术以及先进的数字传输技术成为了图像通信的关键技术。二、人类的视觉特性在进行图像处理时如果能够充分考虑人眼的视觉特性，在满足主观质量的前提下进行有效压缩，将能够很好地解决图像信息在各种通信网络上进行交换和传输时所带来的占用带宽和占用存储空间大的问题。1）人眼视觉范围：10°以内是视觉的敏锐区，对彩色及细节的分辨力最强；10°~20°能正确识别图形等信息；20°~30°分辨能力下降，但对活动信息敏感；30°以上分辨能力会大大下降，但有临场感。利用该特点，在图像处理时可实现不同区域不同的压缩比率。2）视觉惰性：人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象即视觉惰性。具体应用中电影采用24帧/秒，电视根据电源频率的不同采用50或60场/秒，当达到该帧频时，人眼可产生连续感觉。利用该特点，发送端传输的图像帧数只需达到一定数量，接收端即可实现还原。3）图像信息流大小由视觉的细节分辨率、灰度分辨率和活动分辨率三个因素决定：活动分辨率高（快速运动）时细节分辨率会下降，反之会上升；细节分辨率高（细节丰富）时灰度分辨率会下降，反之会上升；活动分辨率高（快速运动）时灰度分辨率会下降，反之会上升。利用该特点，根据人眼对不同类型的图像的感知不同，可对其不敏感的因素进行压缩。三、图像压缩编码的原理对于信息量庞大的图像，在存储、传输、处理时都非常困难，因此有必要对其进行压缩。而图像之所以能被压缩，就是因为其数据中存在着冗余。主要表现为：单帧图像中相邻像素间具有相关性（空间冗余）；活动图像多帧之间存在相关性（时间冗余）；图像数据不同符号出现的概率不同（符号冗余），可用不同码长表示；人眼视觉掩盖效应（视觉冗余），如颜色分辨率低于亮度分辨率、静止部分空间分辨率高于运动部分、平坦区失真较边缘纹理区敏感、屏幕中心区失真敏感等，可实现有损压缩；利用先验知识建立模型（知识冗余），对模型参数编码，以实现高压缩比。图像编码一般框图：1）映射变换：改变图像数据的特性，消除冗余度，使之有利于压缩。包括预测编码、变换编码、模型编码等。预测编码：利用图像局部区域的像素高度的相关性，根据先前的像素来推断恢复同步，暂时降低传输速率；或者允许误差存在，但限制其扩散，如从先前已编码的帧中选择完好的一帧作为预测参考。五、图像通信的展望未来的图像通信将向着超高清晰度、更大信息量、无线化