广电总局设计院 袁华民 熊蔚明1 背景概要介绍
图像传输是现代社会每时每刻都在进行的工作，已经成为社会日常生活中必不可少的信息产品，具体应用如：电视、电影、会议电视、视频监控、可视电话等。人类在接受信息的来源方面，靠眼睛摄入的图像信息占80％以上。在现代社会，人们迫切需要了解全球正在发生的社会社会事件，而且人们不满足于文字报道、语音报道，更需要从现场视频图像来看到真实直观的场面。因此，图像传输设备有着巨大的市场需求。
电视广播是目前实现远程视频图像传输的主要方式。电视采取现场多角度摄像，通过卫星或地面的专用通信线路把视频信号传送到电视台、经过导演切换控制后的画面视频信号再用另外的通信线路传输到发射台、由发射台通过有线或无线信号方式播出，观众通过电视机实现图像接收、观看。这种电视广播方式的最大好处是节省播出线路颇带，8MHz带宽的一路电视图像可以提供几十万直至上千万观众同时收看；但是由于其采用的广播方式，必然带来“电视台播出什么，观众只能收看什么”的弊病，大大限制了观众的选择性；在信息化社会中，人们自主选择信息的需求越来越迫切，要求越来越高，单纯的电视广播方式不能满足人们的需要，将要逐步过渡到交互式电视广播。在现代社会，必需充分利用遍布全球的宽带网络和丰富的全球信息库，实现信息的自由“点播”，才能满足人们对信息获取的个性化要求。
为了实现远程观看现场图像的要求，关键是解决图像实时传输问题；而图像的信息量巨大，在传输过程中需要很大的线路带宽资源：模拟电视图像占8MHz带宽，数字电视原始图像需要170Mbps的传输码率；但是宽带远距离通信线路的使用费十分昂贵。因此，为了降低图像传输的费用，必需压缩其占用的线路带宽，即采用图像信息压缩技术；而图像压缩在模拟信号方式下无法实现，只能在数字信号方式下进行。
近几年来，Internet蓬勃发展，而且逐步发展成为一个宽带数据传输网络，其触角遍及全球各地，是一个使用十分方便的数据传输网络。这样，我们可以把现场的图像数字比以后，经过图像压缩处理，通过Internet传输到任何需要图像的地方。
2 相关技术情况
图像信号是自然界发出的光通过物体反射后、进入人眼睛形成的物理信号，属于模拟信号方式。如果需要对图像信号进行数字化的处理、传输和存储，事先必须完成图像信号的光/电转换和模拟/数字转换；由于人的眼睛只能识别模拟物理信号，所以处理完毕后的数字信号还需要还原为模拟图像信号，即完成数字/模拟转换和电/光转换。
图像数字化技术为图像的计算机处理奠定基础，它把物理的光信号转换成为计算机可以识别的数值，以便于算法处理、远程传输和长期存储，实现了许多模拟技术难以完成的图像表现功能；当然，数字化技术还包括把数字图像数据转换为人眼可见的模拟图像信号这一过程。
图像压缩技术可以在图像不失真或少失真的情况下，降低图像数据传输率、减小占用信道带宽、减少占用数据存储介质空间，是图像信息处理的重要内容。实际上，携带信息的图像原始信号中存在着很大的信息冗余，按照不同的角度可以分成：空间允余——二维图像的物体和背景在其物理表面上的光学相关性；时间冗余——运动图像在时间上存在着相关性；知识冗余——由于存在着先验知识和背景知识，使得需要传输的信息量减少；视觉冗余——人的眼睛对某些图像特征不敏感，这些特征信息可以不在图像数据中出现；编码冗余——携带信息的符号熵大于信息熵，这种符号数据中就存在冗余。既然图像数据中存在信息冗余，就有可能对图像数据量进行压缩，针对数据冗余的类型不同，可以有多种不同的数据压缩方法。
常见的专用图像压缩技术有：JPEG，MPEG，H.26I，小波变换等。MPEG—II可以把数字电视近200Mbps的码率压缩到5Mbps，把高清晰度电视1Gbps的码率压缩25Mbps。这样，借助某种高效率数字调制方法，现在用于传送一路模拟电视的信道带宽，可以用来传送四路数字电视和一路高清晰度电视。MPEG—I使标准视频（CIF）信号40Mbps的码率压缩到1.2Mbps，让一张VCD视盘能存入一个75分钟的影视节目。目前的图像压缩技术可以做到：在人眼的敏感范围内，静态图像压缩率为50∶1，活动图像压缩率可达50—200∶1。
在活动图像的压缩技术中，除了MPEG—II专用于电视广播以外，应用最广泛的技术莫过于MPEG—IV。MEPG－IV主要解决在甚低速率（64kbps以内）通信线路上传输一定质量图像的问题，同时实现多媒体信息的共同传输。主要用于移动通信和个人通信，可以拓展到目前的Internet上应用。今后MPEG—IV图像压缩技术可能应用的具体产品包括：多媒体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议、可视电话等。
Internet是20世纪对人类社会影响最大的信息传输技术。Internet的理论基础是分组交换，硬件基础是Ethernet、光纤通信和大规模集成电路，软件基础是TCP／IP，Windows和JAVA，应用方式有WEB，Email，FTP等，总之Internet的出现正在改变者社会生活的方方面面。
利用Internet实现远距离传输的好处是：多种信息共同传输，形成多媒体信息流；较低的运行费用，即无需缴纳长途电信费用，只需缴付Internet使用费，甚至可以固定月租费，大大降低了图像传输费用；传输可靠、具有很高的传输质量；Internet接口标准、协议通用，使用十分方便。随着Internet的普及，人类社会已经进入了网络时代，到达一个被称为后PC的时代。我们不仅用PC能上网，用各式各样的嵌入式设备也能上网，如掌上电脑、个人数字助理（PDA）、移动电话、TV机顶盒等信息电器都可以实现上网功能。这些信息电器无一例外均采用嵌入式计算机系统。嵌入式计算机系统是界于单片机系统和台式机系统之间的新型计算机系统，它一方面具有单片机结构简单、体积小、耗电省、低成本的特点，同时还具备台式机处理能力强、有操作系统支持等优势，目前已经在各种信息电器中广泛使用。（待续）
摘自《中国CATV》 |