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图像通信

[拼音]:tuxiang tongxin

[外文]:image communication

用电信号传输静止图像(包括文字、图表、相片等)和活动图像的通信。在发信端利用光-电转换和扫描技术把图像变换成电信号,经信道传输到收信端,在收信端信号经过与发信端相反的变换后而再现图像。

在图像通信系统(图1)中,信源有多种形式:活动和静止图像;黑白和彩色图像;多层次(含灰度)和二值(黑白)图像。图像信息呈现为平面上的亮度分布或光的反射系数的分布,这是二维信号。图像发送末端设备(如电视摄像机、传真机的光-电转换部分等)根据光-电转换原理,把这二维亮度信号按某种扫描方式转换成一维(时间)电信号(模拟信号),它占据从接近直流的低频到最高图像频率的宽频带(如广播电视约占5~6兆赫带宽)。这种信号经过模拟调制或编码后进行数字调制才能长距离传输。模拟调制常用的有双边带、单边带和残留边带调幅、调频以及调幅调相残留边带制式(见调制)。由于图像信号的频带很宽,保证传输质量、节省频带和提高传输效率成了重要课题。60年代后期以来,人们一直在研究图像信号编码,设法去掉图像信号中的冗余度,并充分利用人眼的视觉特性,以达到几分之一至几十分之一的频带压缩(见图像编码)。模拟图像信号经过编码实现数字化后,再用数字调制实现传输,便会具有数字通信的优点。已调信号经过传输和交换,到达收信端,经解调或解码还原成模拟电信号,再由图像接收末端设备进行电-光转换,形成可视图像。这种图像有的在显像管上作暂时显示(如电视接收)或记录在录像带上,有的在纸张或感光胶片上作永久性的记录(如传真接收)。图像发送和接收末端设备都以某种扫描方式实现光和电的相互转换,为保证收方显示或记录的图像不发生破裂,通信过程中双方必须保持同步和同相工作。整个系统各部分的技术指标需要协调分配,以确保接收图像的失真在允许范围之内。

常用的图像通信除电视外还有传真、静态图像通信、交互型可视数据传输和电视会议等。

传真

应用扫描技术把固定的图像(包括文字、图表、相片等)以记录形式复制出来的一种通信技术。早在1843年,英国A.拜因便取得了传真发明的专利,但传真通信的正式使用始于20世纪20年代。

传真机包括发片机和收片机。主要技术参数有:

(1)扫描线长度L:表示光-电变换时扫描点移动的轨迹长度。

(2)扫描线密度F:表示单位长度内的扫描线数,它是鉴别分辨率的指标。

(3)扫描行速 N:表示每秒传输的扫描线数。

(4)合作因数M=LF:它是扫描线长度与扫描线密度的乘积(平面扫描式);合作指数M=DF,是滚筒直径(D)与扫描线密度的乘积(滚筒扫描式)。只有在发收双方的M值相同时,才能保持接收记录与原稿间的线性关系而无畸变。

(5)最高图像频率:它基本上能确定传真电信号的频带宽度。

(6)传输时间T=FU/N:表示传输一页原稿所需时间,式中U为副扫描长度,对于滚筒扫描,它是滚筒轴向移动的扫描长度。

传真机有多种类型,按用途可分为文件传真、照片传真、新闻传真和专用传真四类。

(1)文件传真:传输黑白文件、图表、手稿等。在一个电话通路中传输的传真机,称为单路文件传真机。为了加快传输速度、提高扫描行速N,用平面扫描并且在频分制一个基群或超群上传输,传输速度加快十几至几十倍的,分别有12路或60路文件传真机。

(2)照片传真:传输有灰度的黑白或彩色照片和图片。收信端使用照相纸感光记录。

(3)新闻传真:传输整版的报纸、新闻资料等。常用频分制60路的超群在微波线路上传输。

(4)专用传真:有气象传真、医疗传真等。

对于文件传真,按规定,采用双边带调幅,每页A4幅面(210毫米×297毫米)文件传输调时间约为 6分钟的单路文件传真机称为一类机;采用调幅相残留边带之类的高效率调制技术、每页传输时间约为3分钟的,称为二类机;利用传真信号中相邻像素(像元)间的相关性,用数字编码法去掉其中的冗余度,以减少需要传输的比特数(常用的有游程长度编码法),每页传输时间约为1分钟的,称为三类机。此外还有四类机。

传真通信有单向和双向两种工作方式。单向工作的如传真通播;双向工作的分为点对点型和交换型。点对点型可用专线进行通信,交换型常通过公用电话网或为传真建立的公用传真网进行通信。传真的交换有电路交换和存储转发交换两类。

(1)电路交换:在需要时,将某一发信机与被指定的另一方的收信机之间的线路,通过交换机暂时接通。

(2)存储转发交换:传真可以非实时通信,传输过程中可由交换网内的某交换中心将信息暂时存储下来,待有空闲线路再继续向前转发。这种交换方式容易解决不同机型传真机(不同速度和制式)的互通问题。

传真技术发展较快。扫描方式已从早期的机械扫描改为电子扫描,进而使用固体扫描,如光敏二极管阵列式 MOS像传感器和单片容量为2048位的电荷耦合器件像传感器与透镜系统的组合,已用于二、三类机的读取扫描。在收信扫描和记录中,有的已按照感热记录原理采用固体多针记录头技术、墨水喷射、静电硒鼓转印的普通纸记录方式。扫描固体化和传真机使用微处理机,有利于传真机实现操作自动化和增加多种功能,有的三类机已具有扫描线密度自动选择、发收双方相互自动控制等功能。具有编辑功能和其他图像处理能力的智能传真机、具有多功能接口的传真复合终端机已研制成功。传真机的进一步小型化、多功能和智能化,将为办公室自动化创造条件。

静态图像通信

传输活动图像的电视所占频带很宽,为了在窄带通信系统中传输一些活动量小、变化慢的场景和静止的图形、文字,在电视发收系统间加入一个速度变换设备,能使信号频带变窄。如电视每秒传输25帧改成每40秒传输1帧,频带即被压缩1000倍。速度变换设备有降低扫描速度型和存储变速型两种。半导体存储器只要几片器件便可构成图像存储器,为常用的存储变速型。它把电视摄像机摄下的任意一帧画面的信息高速存储在图像存储器中,然后低速读出,在窄带信道上传输。收信端的图像存储器以低速写入,再以高速读出送给监视器显示。这种静态图像通信的优点是可以直接利用普通电视摄像机和监视器,不需要专用设备。它能利用电话网和其他窄带电台双向传输图像信息,传输费用较低,已广泛用于交通管理、水库监视、施工现场指挥调度等管理信息系统,这种设备尤其适用于通信条件较差的野外作业场所传输直观的现场信息。80年代初,中国已在国民经济的许多部门采用了静态图像通信技术。

交互型可视数据(videotex)

以现有公用电话网作为传输媒介,利用电视接收机显示,把计算机管理的数据库与用户沟通的一种传输文字和图形等资料的通信方式。它属于双向的公用数据业务。用户利用电话机和电视机以及由调制解调器、显示发生器和控制键盘组成的附加器,叫通线路后便可按需要向数据库中心调看新闻、气象、交通、旅行指南、商品咨询、体育、保健和家庭教育等广泛的信息。在用户控制下,中心还能提供计算和数据处理等服务。

资料提供者将信息以页为单位(若干图像帧构成一页)送入数据库(库容量可达数十万页),并登记编目,以供检索和调用。传输信息的方法有两种:

(1)传输编码信息,在用户端通过图形产生器将编码信息转换成图像;

(2)在数据库中心转换为文字和图形信息,直接送给用户。用户索取资料时,以75比特/秒速率向中心发送请求信号,中心确认后便以1200或2400比特/秒速率按页向用户提供所要求的信息。

用户端增设的附加器费用不高,容易普及而且使用方便,因此交互型可视数据是一种很有发展前途的通信方式。

还有一种,是显示格式与此相类似的广播型可视数据(teletext),它将信息插在广播电视信号回扫逆程中传输,属于单向广播业务。

电视会议系统

位于不同地点的几个会议室通过声音和图像的传输联系起来的通信系统。电视会议室设备包括电话、传真、电视和投影显示等发收设备(图2)。图像编码技术的发展和应用为电视会议系统奠定了基础。早期的电视电话因传输费用昂贵未能广泛应用,经过发展已为电视会议系统所取代。70年代末,美国、日本和联邦德国相继开展电视会议的业务,但仍处在试验阶段。

利用视觉的图像通信是一种有效的通信手段。70年代初以来,人们将邮政和图像通信结合起来,遂出现了电子邮政。传统的邮政是用交通工具传送信函和报纸等邮件。所谓电子邮政则是利用传真机传送邮件,并在发收双方分别配置自动拆封和封装设备,以便缩短信函的传送时间,节省人力,同时也解决了私人通信的保密问题,这就是电子信函。此外还有电子报刊、电子汇兑等业务。

参考书目
  1. D.M.Costigan, Electronic Delivery of Documents and Graphics,Van Nostrand Reinhold,New York,1978.
  2. D.Ingram,The Complete Handbook of Slow-Scan TV,TAB Books,Blue Ridge,1977.
  3. R.Woolfe,Videotex:The New Television/Telephone Information Services,Heyden,London,1980.

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