第9章 图像通信.ppt

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1、第9章 图像通信,9.1 概述 9.2 图像通信原理 9.3 图像通信系统,图像通信用电的方法传送静止图像（文字符号、图形、相片等）和活动图像（电影、录像、电视等）的通信。它是以人的视觉为基础的一种通信方式。,9.1 概述,人的感官： 视 听 触 味 嗅65 20 15 3 2,图像通信的重要性,. 图像通信的优点：1、效率高2、形象逼真3、便于记录4、功能齐全,百闻不如一见 耳听为虚 眼见为实,人们对外界信息的感受有65%以上来自视觉。,图像通信的分类,图像通信,静止图像通信,活动图像通信,传真通信 可视图文 二值图像 慢扫描静止图像,特点： 图像的内容不变或变化很慢、码率低、占用频带窄，一

2、般通过电话线路或一路数字电话电路就能传送，费用较低。,可视电话 会议电视 点播电视（VOD） 数字视频广播（DVB） 高清晰度电视（HDTV）,特点： 图像的内容变化快、码率高、占用频带宽、技术较复杂、一般需要专用信道传输。费用较高。,数字图像通信的优点,1、可多次中继而不引起噪声积累，可远距离传输或在存储中多次复制。 2、可采用压缩编码技术，节省频带。 3、易于与计算机技术结合，实现综合业务。 4、可采用纠错编码技术，提供抗干扰能力。 5、易于实现保密通信。 6、采用大规模集成电路，可降低功耗、体积、重量、成本。提高可靠性，便于维护。,数字图像通信系统的构成,将一幅图像转换成数字信号输入到计

3、算机中，进行压缩处理，然后存储或传输。,9.2 图像通信原理,图像信号的数字化,数字化 定义:将一幅图像从原来的形式转化为数字形式的过程。 逆过程是“显示” 扫描 对一幅图像按一定顺序寻址，依次传送。 扫描的最小单元为像素,数字化过程 扫描、采样、量化构成了数字化过程。,采样 在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值 传感元件将光亮度转化为电压值。 量化 将测量的灰度值用整数表示 通过模数转化器实现,对比度 灰度反差的大小 灰度分辨率 指值的单位幅度上包含的灰度级数,图像信号的数字化,图像压缩编码的可能性 图像信源的信息冗余量很大。如空间冗余，时间冗余，频谱冗余。数据压缩实质上是减少这些冗余量。冗

4、余量减少可以减少数据量而不减少信源的信息量。,图像信号的压缩编码, 编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分 为两大类： (1)冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩 编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 (2)信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。,图像压缩编码方法的分类,图像压缩编码,熵编码（游程RLC、变字长VLC）无损压缩 预测编码（DPCM）有损压缩 变换编码（离散余弦变换DCT）有损压缩 矢量量化（运动矢量估值） 分

5、形编码 小波变换与压缩编码,图像压缩编码标准,图像传输的质量指标,图像的质量评价分为客观度量和主观评价， 客观度量是通过仪器测量传输系统的性能指标。 主观评价是观察者对图像质量优劣作出的主观评定。 主观评价五级评分制5很好4好3一般2差1很差,广播级：34分 一般电视：2.53分,9.3 图像通信系统,作为一般了解,第10章 ISDN与ATM技术,10.1 ISDN 10.2 宽带ISDN 10.3 ATM技术,10.1 ISDN,ISDN综合业务数字网,(Integrate Services Digital Network),定义：由综合数字网(IDN)发展起来的一个网络，它提供端到端的数字

6、连接以支持广泛的服务，包括声音和非声音的。用户的访问是通过少量多用途用户网络接口标准实现的。,电信局称ISDN为“一线通”,1.以IDN为基础2.提供端到端数字连接3.多业务综合服务：语音、数据、文本、图形、视频4.标准化用户接口5.价格低廉,经济实用,ISDN的特点,ISDN的体系结构,ISDN的实现: 在IDN中增加No.7信令的ISDN用户部分 ISDN协议特点: 采用带外传送控制信号 .信令（D信道），拨号连接速度快 载体信道（B信道）带宽为64Kb/s (参见P242页图: ISDN协议模型),ISDN的体系结构,ISDN参考模型特点: .以ISO/OSI/RM分层为基础 . 三维立

7、体结构 .终端与交换机的功能分为两部分 1、用户功能（U功能） 全部U功能集合构成了U平面 2、控制功能（C功能） 全部C功能集合构成了C平面 .增加平面管理功能，用以管理C,U平面 (参见P243页图: ISDN参考模型),ISDN的组成,广域网,ISDN交换机,ISDN终端,ISDN数字电话,本地回路,电信公司的设备,NT1,用户的设备,用户家庭,电信公司,家庭用的ISDN,TE1,TE1,TE1,T,U,ISDN的组成,ISDN的设备 1类终端设备（TE1）与ISDN网络兼容的设备，可直接连接1类网络终结设备NT1或2类网络终结设备NT2。通过4根（2对）数字线路连接到ISDN网络。 2

8、类终端设备（TE2）与ISDN网络不兼容的设备。连接ISDN网时需要使用终端适配器TA。 终端适配器（TA）把非ISDN设备的信号转换成符合ISDN标准的信号。可以是一个单独的设备，也可以安装在TE2内。,1类网络终结设备（NT1）用户端网络设备，与4线的ISDN用户线或传统的2线用户环路连接。一般由电信公司提供，是ISDN网络的一部分。物理层设备。NT1的用户端接口可支持连接8台ISDN终端设备。 2类网络终结设备（NT2）位于用户端的执行交换和集中功能的一种智能化设备（可提供OSI/RM的第2、3层服务）。如小型的数字程控交换机PBX。大型用户终端数量多，需要使用NT2做交换连接。,ISD

9、N的设备,ISDN参考点,ISDN网络中不同设备之间连接的规范。U参考点：NT1与电信公司ISDN交换机间的连接点 T参考点：NT1到用户设备之间的连接点。 S参考点：NT2与TE1/TA之间的连接点。 R参考点：TE2与TA之间的连接点。,ISDN接口,ISDN提供了一种数字化的比特管道，使信息在用户与电信公司之间流动。 ISDN比特管道支持由TDM分隔的多个信道。常用的有两种标准化信道： D信道16kb/s数字信道，用于带外信令。 B信道64kb/s数字PCM信道，用于语音或数字。 ISDN比特管道主要支持两种信道的组合： BRI：基本速率接口。2B+D PRI：主速率接口。30B+D 2

10、3B+D,基本速率数字管道，144kbps （2B+D）,主速率数字管道，1.5Mbps或2Mbps (nB+D),数字管道示意图,10.2 宽带ISDN（B-ISDN）,B-ISDN宽带综合业务数字网,窄带ISDN的局限性 1、速率低2Mbit/S以下 2、对多媒体综合业务能力差 宽带ISDN应运而生,B-ISDN的特点,1、速率高155Mbit/s以上 2、以ATM作为技术基础，灵活分配带宽。可提供多媒体通信所需的各种通信速率。 3、提供多种连接形式，支持交换与非交换连接。支持电路方式和分组方式的业务。,B-ISDN提供的业务,交互型业务：在用户间提供双向信道的业务。包括：会话型业务；消息

11、型业务；检索型业务 分配型业务：由网络中心向用户传输的单向信息流业务。包含：用户不可控广播业务和用户可控广播业务,10.3 ATM技术,1990年，CCITT建议将ATM作为实现BISDN的一项技术基础,ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式,ATM是一种基于信元的交换和复用技术，它采用固定长度的信元（cell），每个信元长度为53个字节，其中48个为信息字节，5个字节为信头，载有信元的地址信息和控制信息。,为具有统一结构的网络提供了一种通用且适用于不同业务的面向连接的转移模式。它适用信息传输容量差异很大的网络系统，有很强的适应能力。可以不同的固定速率传输数

12、据、图像、语音等信号。因为信元很短，所以实时性极强。面向连接型业务、无连接型的业务,ATM的特点,ATM的信元格式,ATM的基本单位是信元（cell），每个信元长度为53个字节，前5个字节为信头（header），载有地址信息和控制信息，后48个字节为信息字节，也称为净荷（payload）。,一般流量控制（GFC）:允许复用器控制ATM终端的速率； 虚拟通路标识（VPI）:可将转速通道分成若干个VP，以VPI作为网络管理单位； 虚拟信道标识（VCI）:确定目的地址， 净荷类型标识（PTI）:表示信元载有用户数据、信令数据，还是维护信息； 信元丢失优先等级（CLP）:表示信元相对优先权，在拥塞状态

13、下优先级低的信元先于优先级高的信元被抛弃； 信头差错控制（HEC）:检验和纠正信头中的差错。 剩余的48字节的信息段则是净荷的数据。,ATM的信元格式,ATM的两种接口信元,用户网络接口UNI（User Network Interface）网络对网络的接口NNI（Network Network Interface）差别在于UNI有一个附加字段GFC，而NNI没有，NNI用空闲的GFC位定义更长的VPI。,电信网 电话网、传真网、电报网等传统网络的总称。 特点：技术成熟、运行稳定、管理完善主要介绍：公共电话交换网（PSTN）综合业务数字网（ISDN）,第11章 电信网,特征: 电路交换 有拨号连

14、接过程 即可传输模拟信息，也可传输数字信息 用户环路为模拟传输 数据通信时需要使用MODEM,11.1 公共电话交换网（PSTN）,(Public Switched Telephone Network),电话网的网络结构 分级结构：将长途网和本地网两部分分为五个等级C1： 大区交换中心C2： 省交换中心C3： 地区交换中心C4： 县交换中心C5： 本地电话网端局。,长途网,本地网,11.1 公共电话交换网（PSTN）,国际网,长途网,本地网,C1,C2,C3,C4,C5,IC,用户,Tm（汇接局）,C1,C2,C3：长途来话、去话、转话业务。 C4:长途终端话务交换中心,（国际交换）,本地汇接

15、,无级结构、路由选择：了解 电话网的编号计划：了解，参见P276页,特征: 电路交换与分组交换并存 有拨号连接过程 全数字传输网络 多服务：语音、数据、文本、图形、视频 采用带外信令（D信道）带宽为16Kb/s 载体信道（B信道）带宽为64Kb/s,11.2 综合业务数字网（ISDN）,11.2 综合业务数字网,ISDN的网络功能： 1、用户区间业务综合功能 2、电路交换功能 3、专用线电路功能 4、分组交换功能 5、共路信令功能 6、通信处理功能,不利用网络交换功能，在终端间建立永久或半永久连接的功能可将分散在各地的专用小交换机（PBX）连接起来，构成专用网。,ISDN的网络功能：,用户区间

16、业务综合功能：,允许用户通过一条用户线自由利用各种业务，具有综合业务功能。,电路交换功能：,提供64Kb/s和大于64Kb/s的电路交换连接。 64Kb/s电路交换功能为其基本功能。,专用线电路功能：,信息暂存节点存储器中，并进行传输速率或通信媒体的变换。,ISDN的网络功能：,分组交换功能：,由分组交换网提供ISDN的分组交换功能或在ISDN交换机中加入分组处理模块。,共路信令功能：,ISDN的全部信令都采用公共信道信令方式。,通信处理功能：,11.3 电信管理网（TMN）,对各种类型的网络进行综合管理，包括数据采集、性能分析、监测、故障报告、定位及对网络的控制和保护。对各种专门的网络管理系

17、统进行综合管理。,TMN,综合的、智能的、标准化的电信管理系统。,11.3 电信管理网（TMN）,TMN的功能：,1、性能管理 2、故障管理 3、配置管理 4、计费管理 5、安全管理,TMN的功能：,性能管理,故障管理,配置管理,对网络的运行状态进行管理。包括性能监测、性能分析、性能控制。,分为故障检测、故障诊断和定位、故障恢复。,对网络中通信设备和设施进行管理。包括登记新设备的各种参数、进行配置、修改参数等。,提供对网络中资源占用情况的记录，完成资源使用费用的合算等。,保护网络资源，使其处于安全运行状态。包括进网安全保护、应用软件访问安全保护、网络传输信息的安全保护等。,TMN的功能：,计费

18、管理,安全管理,第12章 数据网,传输数据为主的网络 可进行数据交换和远程数据处理 交换方式普遍采用分组交换,数据网,X.25分组交换网 帧中继网 数字数据网,12.1 概述,数据网：,12.2 X.25分组交换网（PDN）,特征: 工作在OSI/RM的低3层 采用分组交换，面向连接(虚电路)，可靠性高 多路复用。一条物理链路支持多条虚电路 点对点传输，不支持广播 支持多种高层协议 工作速率低，64Kb/s,X.25网络也叫分组交换网络，它是通过信息分组进行网络交换，被广泛地采用在广域网中。,X.25: “在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口”。

19、它对应于OSI层次模型的最下三层。,分组层,链路层,物理层,X.25的层次结构,X.25的层次结构,分组层功能：,链路层功能：,物理层功能：,DTE和DCE之间的电气接口和建立物理的信息传输通路的过程。,在DTE和DCE之间有效地传输数据；确保接收器和发送器之间信息的同步；检测和纠正传输中产生的差错；识别并向高层协议报告规程性错误；向分组层通知链路层的状态。,利用链路层提供的服务，负责信息的中继和路由的选择。它是数据网组网的关键。,X.25网络功能,在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道（所谓“呼叫”是指一次通信过程）； 通过逻辑信道号（LCN）来区分每个用户呼叫有关的分组； 为每个用户

20、的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分组的确认和流量控制过程； 提供交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）的连接； 提供建立和清除交换虚电路连接的方法； 检测和恢复分组层的差错。,虚电路与数据报,虚电路(VC)一次通信具有呼叫建立、数据传输和呼叫清除三个阶段。特征：需要建立连接 仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按序到达； 仅在建立连接时需要路由选择 当网络中由于线路或设备故障时可能导致虚电路的中断，需要重新呼叫建立新的连接 两类虚电路： 永久虚电路(PVC)租用后便永久建立，退租后拆除。 交换虚电路(SVC)需要通信时建立，通信结束便拆除。,虚电路与数据报,数据报每个分

21、组作为一个独立的信息单位传送特征：不需要连接，也无需确认完整的网络地址（源和目的）信道利用率低不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择 网络管理复杂，需要排序重装、差错检测和丢失 重发等,数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务,X.25网络的组成,D C E,D C E,DTE,DTE,X.25,X.25,PSE：分组交换设备,广域网,X.25网络由许多称之为分组交换机(PSE)的节点组成。 为了保证通信可靠性，每个PSE至少与另两个PSE相连接，使得一个PSE故障时，能通过其他路由继续传输信息。 PSE之间交换的是分组(包)，所以又称X.25网为分组交换网或包交换网。PSE采用存储转发

22、的方法交换分组。,X.25网络的组成,X.25网络的设备,DTE：X.25网络的终端设备(如路由器、主机、PC机等)，一般位于用户端 DCE：专用的通信设备，DTE通过DCE接入X.25网络 PSE：X.25网络分组交换机，用于数据的存储转发 PAD设备：用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。,12.3 帧中继（Frame Relay, FR）,特征: 工作在OSI/RM的物理层和数据链路层 帧中继使用永久虚电路（PVC）来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用 用链路层的HDLC帧来封装各种不同的高层协议 适用于在WAN上实现LAN的互联 传

23、输速率较广，56Kb/s45Mb/s,帧中继网是对X.25分组交换网络的的扩展和简化。,帧中继能够提供永久性虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）两种类型的服务。帧中继所使用的是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可复用多个逻辑连接（即可建立多条逻辑信道），可实现带宽的复用和动态分配。帧中继尽管可以支持很高和很低的传输速率，但通常在56Kbps和2Mbps的速率之间，现已实现了45Mbps（DS-3）传输速率。,F.R的特点,F.R是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。 它对应于OSI层次模型的最下二层。,网络层,数据链路层,物

24、理层,高层,网络层,数据链路层,物理层,X.25,OSI,F.R,帧中继,物理层,F.R与OSI/RM的对应关系,F.R网络的组成,帧中继网中的设备分两类：帧中继网接入设备FRAD：属于用户设备。如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。帧中继网交换设备FRS：属于网络服务提供者设备。如T1/E1一次群复用设备和帧交换结点机。,F.R的工作原理,本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理 在链路层上完成统计复用，实现帧定界、寻址、差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能 帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃

25、；重传、纠错和流控在端设备中由上层协议(如TCP)完成 （这是因为F.R是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错） F.R用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路(最多1024个)，不同的DLCI在链路层上实现了复用,标志,DLCI、FECN、BECN、DE等,数据,FCS,标志,1,2,2,1,可变,标志：帧的开始和结束 DLCI：数据链路连接标识符，标识一个虚电路 FECN：前向显式阻塞通知（Front Explicit Congestion Notification） BECN：后向显式阻塞通知 DE：允许丢弃指示,F.R的帧结构,数字数据网DDN （Digital Data Network）,特征: 非交换的永久虚电路 为用户提供点到点的数字专用线路 网络对用户透明，支持任何协议 适合于频繁的大数据量通信 实际上就是在干线上为用户提供时分复用信道 速率高，可达155Mb/s,