《数字图像处理与图像通信图像的网络传输.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字图像处理与图像通信图像的网络传输.pptx（44页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1第第1313章章 图像的网络传输图像的网络传输v13.1 通信网基础v13.2 通信网接口v13.3 模拟基带信号和模拟调v13.4 数字基带信号和数字调制第1页/共44页213.1 13.1 通信网基础通信网基础v 13.1.1 网络的拓扑结构通信网定义：多用户互连的通信体系。按通信网络链路的拓扑形状来分类，主要有：网状网，星形网，树状网，环形网，总线网等。网状网 星状网 树状网 环状网 总线网通信节点通信线路图 13.1 13.1 网络的拓扑分类第2页/共44页3v13.1.2 网络的服务质量QoS：Quality of ServiceQoS参数的设置采用分层方式，不同层参数有不同表现形
2、式。举例：用户层：针对音频、视频信息的采集和重现，QoS参数表现为采 样率和每秒帧数；网络层：QoS表现为传输码率、传输延迟等参数。第3页/共44页4v13.1.3 13.1.3 信息交换 电路交换通信网上信息交换方式 报文交换 分组交换1.电路交换 建立一条实际的专用的物理电路，供通信双方进行信息交换，并在整个通信过程中一直维持不变。电路交换通信过程的三个步骤 建立线路 信息交换 线路拆除第4页/共44页5 电路交换的两种方式 空分方式：不同的通信信道占用空间不同的电路 时分方式：一条线路按时间划分成若干片段。每个片段（也称时隙）可分配给一个用户。电路交换的优缺点：优点：时延小，能为用户提供
3、可靠的贷款保证 缺点：交换效率低，利用率低。建立和拆除通信耗时，网络资源利用率低。第5页/共44页62.报文交换 每个报文（如电报、文件）作为一个独立传输信息实体。存储转发方式，不需要在两站之间建立一条专用线路。应用：如 email 报文交换过程：报文前加报头（如目的地址、源地址等）发送存储在交换节点的缓存区内 有空闲线路，再将其发送出去。第6页/共44页7 报文交换优缺点：a.线路利用率高.优点 b.可平滑线路业务量的峰值，c.可将一份报文复制并多地报递，d.报文交换系统有传输差错控制，可靠性高。a.延时相对较长，并且延迟的长短变化较大。缺点 b.各节点存储容量要求较高。第7页/共44页83
4、分组交换分组交换和报文交换一样，也叫“存储转发”方式。与报文交换不同的是，它把数据分解称若干个较短的信息单位，这些信息单位就称为分组或信息包。对每个分组附加上地址信息，传输控制信息、校验信息及表示各分组头尾的标志信息。先存储，再转发。每个信息包的传输可以分别进行（不同的时间，不同的线路），到达目的地后，再按顺序组装。第8页/共44页9 分组交换优缺点：a.节省缓存容量，提高了缓存利用率，降低了交换费用，缩 短处理了时间 优点：b.线路利用率高（多用户共享，统计时分复用）c.每个信息包可自适应选择路由 d.为不同种类的中断相互通信提供方便 缺点：实时性仍不是很好。第9页/共44页10v 13.1
5、.4 13.1.4 通信网的种类 图像通信时常遇到的几种通信网：1.公用电话网（PSTN）2.数字数据网（DDN）3.综合业务数字网（ISDN）4.ATM 网 5.计算机通信网 (1)局域网（LAN）(2)城域网（MAN）和宽带城域网 (3)广域网（WAN）6.甚小天线地面站（VSAT）和无线网 (1)甚小天线地面站 (2)无线网第10页/共44页11v 13.1.5 13.1.5 信息传输方式 在通信中，目前最常用的信息传输方式有以下几种：1.普通导线传输 2.微波传输 3.卫星传输 (1)频分多址（FDMA）(2)时分多址（TDMA）(3)码分多址（CDMA）4.同轴和HFC传输 5.无线
6、传输 6.光纤传输第11页/共44页12v 13.1.6 下一代网络（NGN）2005年国际电联为NGN作了定义：NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；采用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立；NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。简言之，NGN是能够提供包括语音、数据、多媒体等各种业务的综合、开放、分层的网络构架。第12页/共44页131）NGN的网络和业务特征：l 开放式网络结构l 高速分组的核心网l 独立的网络控制层l 利用网关实现网络互通l 安全和QoS保证2）NGN和现有网络的互通3）NGN现阶段的主要协议l MGCP、
7、H.248/Megaco l SIP协议l BICC协议l SIGTRAN协议l H.323协议第13页/共44页14v13.1.7 软交换软交换（Soft Switch）是近年发展起来的一种呼叫控制技术；它是下一代网络（NGN）的核心模块；具有分层体系架构、基于分组传输、提供多种接入方式等特点；能综合提供语音、数据、多媒体业务。第14页/共44页15（1）软交换网络的层次结构p软交换系统由多种设备组成，主要包括软交换设备、中继网关、信令网关、接入网关、媒体服务器、应用服务器等网络侧设备以及IAD、SIP终端等终端侧设备。p软交换系统的主要功能包括媒体网关接入、呼叫控制和业务提供；对用户的认证
8、、授权、计费；对通信资源控制和QoS管理等。网络服务层控制层媒体层接入/传输层图13.313.3 软交换网络分层结构图第15页/共44页16（2）软交换网络的特点l软交换网络体系采用开放的分层结构 l软交换网络可以接入多种用户 l软交换网络是业务驱动的网络 l软交换网络是基于统一协议的分组网络（3）IP多媒体子系统（IMS）IP多媒体子系统主要使用3GPP的IMS的核心网络作为核心控制系统，并在3GPP规范基础上对IMS系统进行扩展。（4）电话网的演进 实践证明软交换已经具备替代电路交换设备的能力。第16页/共44页1713.2 13.2 通信网接入技术通信网接入技术 什么是物理层接口协议？实
9、际上是DTE和DCE或其他通讯设备之间的一组约定，主要解决网络节点和物理信道如何连接的问题。物理层协议：规定了标准接口的机械（连接）特性、电气信号特性、信号功能特性和交换电路的规程特性。目的：为了便于不同的制造厂商根据公认的标准各自独立地制造设备，使各厂商的产品互相兼容。第17页/共44页18常见的接入方式（1 1）：1.电话网的用户数据接入l1）V.34 调制解调器l2）高速数字用户线（HDSL）l3）不对称数字用户线（ADSL）2.ISDN的用户-网络接口 速率低于2Mb/s的ISDN称为窄带综合业务数字网(N-ISDN)，简称ISDN，它支持电话以及非话业务。3.光纤宽带接入 在光纤宽带
10、接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab 和 FTTH 等4种服务形态，统称FTTx。第18页/共44页19常见的接入方式（2 2）：4.局域网接入l1）RJ-45接口l2）AUI接口（Attachment Unit Interface）l3）SC(Secondary Control)接口l4）ISDN 基本速率接口（BRI）l5）BNC（Bayonet Nut Connector）接口5.宽带无线接入l1）无线局域网接入 l2）UWB 接入l3）蓝牙和ZigBee接入l4）卫星通信第19页/共44页20常见的接入方式（3 3）：6.移动通信网接入l1）GSM接入l2
11、）CDMA接入l3）GPRS接入l4）EDGE接入l5）3G接入第20页/共44页2113.3 13.3 模拟基带信号和模拟调制模拟基带信号和模拟调制v13.3.1 噪声影响 所谓基带信号一般是指未调制的信号，即亮度信号Y(t)和色度信号U(t)、V(t)。将经过正交平衡调制的色度信号c(t)和亮度信号Y(t)合并在一起（包括同步信号）所形成的复合视频信号称为（模拟）基带信号。模拟图像传输中，对图像质量影响较大几种噪声:l 1.随机噪声l 2.脉冲性噪声 l 3.周期噪声l 4.重影性噪声第21页/共44页22v13.3.2 线性失真 线性失真是指传输网络的传输参数（幅度增益G 和相位）随输入
12、信号的频率变化的不均匀性，它包括振幅频特性失真和相位频率特性失真，它与信号的输入幅度无关。l1.高频失真l2.中频波形失真 l3.低频波形失真第22页/共44页23v13.3.3 13.3.3 非线性失真 非线性失真主要包括振幅非线性失真和相位非线性失真。1.微分增益DG 图13.7表示电压传输特性、微分 特性D(x)及微分增益 DG(x)的曲线。DG0 0yxD图 13.7 13.7 微分特性第23页/共44页24 2.微分相位DP 微分特性D是一个复数，除了幅度外还有相角。考虑相角以后，把微分相位DP定义为：如果DP(x)曲线不平直，就说明有相位非线性失真或DP失真。相位非线性失真会引起色
13、同步和色副载波之间的相移的变化，使画面上亮的部分和暗的部分色调不同。第24页/共44页25v13.3.4 13.3.4 清晰度和信号带宽衡量图像质量高低的一个重要参数就是图像的清晰度。图像的清晰度往往可以用水平清晰度和垂直清晰度来表示。垂直清晰度基本上是由视频信号的每帧扫描线数来确定的。水平清晰度则是由视频基带信号的带宽所决定。第25页/共44页26v13.3.5 残留边带调幅典型的模拟调制方法有调幅(AM)，调频(FM)和调相(PM)三种。在模拟图像调制中用得较多是调频和残留边带调幅。VSB调制方式具有双边带和单边带调幅的特点。p它除去了下边带中相当大的一部分，而把其残留的部分与上边带大部分
14、同时传输，上边带中对应残留边带部分低频分量不传送。p在接收端可以用残留边带分量弥补上边带中未传送的低频部分。第26页/共44页27 设基带信号为m(t)，载频信号为 ，如果使载频信的振幅随基带信号而变，则双边带调制信号M(t)为：则经双边带调幅波信号M(t)经残留边带滤波器滤波后得：第27页/共44页28 fc-fv fc fc+f v f 1 c u fcw f 相位幅度0 00.50.51.01.0 图 13.8 13.8 滤波器的幅度和相位特性第28页/共44页29经三角运算后为：在接收端，用本地载波 和 G(t)相乘，则得解调输出：第29页/共44页30 如果使本地载波的相位和发端载波
15、的相位相等，则可消除正交分量，使解调信号输出无失真。在理想情况下结果为：设滤波器具有线性相位，则 可见，解调输出只比原调制信号延迟了时间，而没有失真。第30页/共44页3113.4 13.4 数字基带信号和数字调制数字基带信号和数字调制v13.4.1 数字基带信号模拟图像信号经数字化以后就形成PCM信号，称作数字基带信号。数字基带信号可以直接进行传输，但传输距离有限。要进行长距离传输，可以将PCM信号进行数字调制（通常是采用连续波作为载波），然后再将经调制后的信号送到信道上去传输。这种数字调制称为连续波数字调制，包括：幅移键控(ASK)，频移键控(FSK)，相移键控(PSK)，多相相移键控(m
16、PSK)，多电平正交调幅(mQAM)，网格编码调制(TCM)，正交频分复用调制（OFDM），数字残留边带调制(VSB)，第31页/共44页32v13.4.2mPSK调制 由数字通信中的多相位调制原理可知，mPSK调制信号为s(t)：式中g(t)是脉宽不超过Ts的单个基带脉冲，0为载波频率，n为受调相位，共有m个取值。令：，则有：第32页/共44页33 以4PSK为例，可利用两个平衡调幅器分别对同相与正交载波进行调制，然后相加，就得4PSK信号，如图13.9所示。(a)(a)4PSK4PSK0,0,coscos 0tynxn 0,-sin-sin 0t判决coscos 0t判决-sin-sin
17、0t4PSK4PSK(b)(b)(10)01(01)(11)01(00)ynxn(c)(c)图 13.9 4PSK13.9 4PSK调制与矢量图第33页/共44页34v13.4.3mQAM调制如果将二电平振幅键控进一步发展为多电平（例如，4、8、16电平）正交振幅调制（mQAM），显然可以获得更高的频谱利用率。一般说来，L个电平的QAM，在二维信号平面上产生 个状态。mQAM 中的m是指定总信号状态数。实质上是利用相位和幅度来联合调制，进一步增加信号调制的频带利用率。第34页/共44页35 其调制信号一般表达式为：式中g(t)是脉宽不超过Ts的单个基带脉冲，0为载波频率，n为不同的相位，An为
18、不同的幅度，上式还可以写成：令：，则：第35页/共44页36用xn 和yn 表示调制信号在矢量平面上的位置，称之为“星座”。对于16QAM，其星座图如13.10(a)所示，不同的xn 和yn 形成16种状态，对应星座图中的16个点。16电平正交幅度键控可以用2个4PSK组合而成，它们之间幅度比值为2:1，其原理框图如图13.10(b）所示。4PSK2放大器a2b24PSK1放大器a1b1 图13.10 16QAM13.10 16QAM调制与实例图16QAM (a)16QAM (a)16QAM 星座图 (b)16QAM (b)16QAM 实现方法ynxn第36页/共44页37v13.4.4 TC
19、M13.4.4 TCM调制什么是TCM？将卷积码和mQAM或mPSK组合起来，将编码器和调制器当作一个整体来进行设计。TCM特点：p 在信号空间中所用信号点的数目比无编码调制情况下要多，这些附加的信号点为纠错编码提供了冗余度，而没有增加传输带宽；p 采用卷积编码规则，使相继信号点间引入某种依赖关系，仅某些信号点序列允许使用，并可将这些信号序列模型化为网格状态。第37页/共44页38图13.12采用了效率为1/2的卷积码编码器；该结构有四个状态，码字中最有效的比特是未编码的；格状码中每一个状态对应于具有两个信号点的子集（距离为d2的四个子集）；或者说，每个状态对应于8PSK调制器输出两种不同的信
20、号。0 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 1 0 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 10 0 1 1 0 0 1 10 0 1 1 0 0 1 10 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7D2D1+输出输入图13.12 8PSK13.12 8PSK的TCMTCM编码方案在 4 4个 子 集中选择一个第38页/共44页39v13.4.5OFDM调制什么是OFDM？l正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，简称OFDMl将总的信号带宽被划分为N个互不重叠的子通道lN个子通道进行正交
21、频分多重调制OFDM作用：可克服单载波串行数据系统的缺陷。第39页/共44页40 在OFDM调制中，设 是一组载波，各频率的关系为 设第k个载波为：其频谱如图13.14所示。k=0=0 k=1 =1 k=2 =2 k=3=3f图13.14 13.14 g gk k(t t)信号频谱f1ff0第40页/共44页41设一个周期0,T内传输N个符号为（d0,d1,。dN-1），dk为复数。调制N个载波，用N个调制器进行频分复用，则传输波形为：利用离散傅立叶变换及其反变换实现OFDM调制或解调。数据编码S/P变换IDFT信道串行数据输入相 位校正DFT数 据解码增 益校正P/S变换图13.15用DFT
22、实现OFDM解调数据输出第41页/共44页42v 13.4.6 VSB 13.4.6 VSB调制其输出是一种使用单个载波、采用幅度调制的、抑制载波的残留边带信号。提供一系列调制等级，如2-VSB、4-VSB、8-VSB、16-VSB等。这一系列VSB可以用相同导频(pilot frequency)、符号率、数据帧结构、交织过程、R-S编码及同步脉冲。R-S纠错编码数 据交织TCM编码复用导 频插入VSB调制数据输入调制输出同步信号图13.168/16-VSB调制框图均衡器第42页/共44页43 图13.17是已调VSB信号的频谱图，可以看出，除了增加了一个导频以外，VSB的频谱范围是和现行的广播电视的频谱一致的。VSB频谱频率(MHz)5.386.01.00.700.310.31图13.17VSB频谱示意图导频信号第43页/共44页44感谢您的观看。第44页/共44页