数字图像处理与图像通信第13章图像的网络传输-ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,数字图像处理与图像通信,朱秀昌,1,数字图像处理与图像通信1,第13章 图像的网络传输,13.1 通信网基础,13.2 通信网接口,13.3 模拟基带信号和模拟调,13.4 数字基带信号和数字调制,2,第13章 图像的网络传输13.1 通信网基础2,13.1 通信网基础,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 网络的拓扑分类,3,13.1 通信网基础 13.1.1 网络的拓扑结构网状网,13.1.2 网络的服务质量,QoS：Quality of Service,QoS参数的设置采用分层方式，不同层参数有不同表现形式。,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。,4,13.1.2 网络的服务质量4,13.1.3 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,5,13.1.3 信息交换,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。,6,电路交换的两种方式6,2.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。,7,2.报文交换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。,8,报文交换优缺点：8,3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。,9,3分组交换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。,10,分组交换优缺点：10,13.1.4 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,11,13.1.4 通信网的种类 图像通信时常遇到的几种通信,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.无线传输,6.光纤传输,12,13.1.5 信息传输方式 在通信中，目前最常用的信,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。,13,13.1.6 下一代网络（NGN）13,1）NGN的网络和业务特征：,开放式网络结构,高速分组的核心网,独立的网络控制层,利用网关实现网络互通,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,MGCP、H.248/Megaco,SIP协议,BICC协议,SIGTRAN协议,H.323协议,14,1）NGN的网络和业务特征：14,13.1.7 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。,15,13.1.7 软交换15,（1）软交换网络的层次结构,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。,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、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13.3 软交换网络分层结构图,16,（1）软交换网络的层次结构网络服务层控制层媒体层接入/传输层,（2）软交换网络的特点,软交换网络体系采用开放的分层结构,软交换网络可以接入多种用户,软交换网络是业务驱动的网络,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。,17,（2）软交换网络的特点17,13.2 通信网接入技术,什么是物理层接口协议？,实际上是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。,18,13.2 通信网接入技术 什么是物理层接口协议？18,常见的接入方式（1）：,1.电话网的用户数据接入,1）V.34调制解调器,2）高速数字用户线（HDSL）,3）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。,19,常见的接入方式（1）：1.电话网的用户数据接入19,常见的接入方式（2）：,4.局域网接入,1）RJ-45接口,2）AUI接口（Attachment Unit Interface）,3）SC(Secondary Control)接口,4）ISDN 基本速率接口（BRI）,5）BNC（Bayonet Nut Connector）接口,5.宽带无线接入,1）无线局域网接入,2）UWB 接入,3）蓝牙和ZigBee接入,4）卫星通信,20,常见的接入方式（2）：4.局域网接入20,常见的接入方式（3）：,6.移动通信网接入,1）GSM接入,2）CDMA接入,3）GPRS接入,4）EDGE接入,5）3G接入,21,常见的接入方式（3）：6.移动通信网接入21,13.3 模拟基带信号和模拟调制,13.3.1 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:,1.随机噪声,2.脉冲性噪声,3.周期噪声,4.重影性噪声,22,13.3 模拟基带信号和模拟调制13.3.1 噪声影响22,13.3.2 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。,1.高频失真,2.中频波形失真,3.低频波形失真,23,13.3.2 线性失真23,13.3.3 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。,DG,0,y,x,D,图 13.7 微分特性,24,13.3.3 非线性失真 非线性失真主要包括振幅非,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。,25,2.微分相位DP25,13.3.4 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。,26,13.3.4 清晰度和信号带宽衡量图像质量高低的一个重要参数,13.3.5 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。,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同时传输，上边带中对应残留边带部分低频分量不传送。,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。,27,13.3.5 残留边带调幅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：,28,设基带信号为m(t)，载频信号为,f,c,-,f,v,f,c,f,c,+f,v,f,1,c,u,f,c,w,f,相位,幅度,0,0.5,1.0,图 13.8 滤波器的幅度和相位特性,29,fc-fv fc fc+f v,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：,30,经三角运算后为：30,如果使本地载波的相位和发端载波的相位相等，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。,31,如果使本地载波的相位和发端载波的相位相等，,13.4 数字基带信号和数字调制,13.4.1 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(mPSK)，多电平正交调幅(mQAM)，网格编码调制(TCM)，,正交频分复用调制（OFDM），