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| 圖像通信 | |
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圖像通信，是傳送和接收圖像信號或稱之為圖像信息的通信。它與目前廣泛使用的聲音通信方式不同，傳送的不僅是聲音，而且還有看得見的圖像、文字、圖表等信息，這些可視信息通過圖像通信設備變換為電信號進行傳送，在接收端再把它們真實地再現出來。可以說圖像通信是利用視覺信息的通信，或稱它為可視信息的通信。
歷史
1843年英國物理學家A·貝恩取得了傳真發明的專利，但正式使用傳真通信始於20世紀20年代;1937年，英國開始黑白電視廣播;1964年，美國貝爾實驗室在紐約萬國博覽會展出可視電話，由於占用頻帶寬、傳輸效率低、成本高，未得到廣泛應用。[1]
70年代中期，採用頻帶壓縮技術，可視電話進入實用階段;70年代，英國提出可視圖文，取名Prestel，隨後有法國的Teletel、日本的Captain等方式，它們分別使用了CCITT推薦的制式，並得到迅速發展;1984年，CCITT為實現各類計算機電子信箱的互連，通過X.400建議，促進了電子信箱的產品開發與業務發展，1992年，CCITT通過H.261等國際建議，為圖像通信的發展鋪平了道路。
我國於1929年在南京和上海之間開通了真跡傳真電路，40年代開放相片傳真業務，70年代初開始發展彩色電視廣播和長距離傳輸，80年代開放可視電話業務，並引入電子信箱業務，90年代開通彩色會議電視。[2]
簡介
通信形式
在圖像通信系統(圖1)中，信源有多種形式:活動和靜止圖像;黑白和彩色圖像;多層次(含灰度)和二值(黑白)圖像。圖像信息呈現為平面上的亮度分布或光的反射係數的分布，這是二維信號。圖像發送末端設備(如電視攝像機、傳真機的光-電轉換部分等)根據光-電轉換原理。
把這二維亮度信號按某種掃描方式轉換成一維(時間)電信號(模擬信號)，它占據從接近直流的低頻到最高圖像頻率的寬頻帶(如廣播電視約占5~6兆赫帶寬)。這種信號經過模擬調製或編碼後進行數字調製才能長距離傳輸。
模擬調製常用的有雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶調幅、調頻以及調幅調相殘留邊帶制式(見調製)。由於圖像信號的頻帶很寬，保證傳輸質量、節省頻帶和提高傳輸效率成了重要課題。60年代後期以來，人們一直在研究圖像信號編碼，設法去掉圖像信號中的冗餘度，並充分利用人眼的視覺特性，以達到幾分之一至幾十分之一的頻帶壓縮(見圖像編碼)。
模擬圖像信號經過編碼實現數字化後，再用數字調製實現傳輸，便會具有數字通信的優點。已調信號經過傳輸和交換，到達收信端，經解調或解碼還原成模擬電信號，再由圖像接收末端設備進行電-光轉換，形成可視圖像。
這種圖像有的在顯像管上作暫時顯示(如電視接收)或記錄在錄像帶上，有的在紙張或感光膠片上作永久性的記錄(如傳真接收)。圖像發送和接收末端設備都以某種掃描方式實現光和電的相互轉換，為保證收方顯示或記錄的圖像不發生破裂，通信過程中雙方必須保持同步和同相工作。整個系統各部分的技術指標需要協調分配，以確保接收圖像的失真在允許範圍之內。
常用的圖像通信除電視外還有傳真、靜態圖像通信、交互型可視數據傳輸和電視會議等。
圖像通信優點
圖像信號包含有極其豐富的信息，圖像通信所傳送的信息量遠遠超過其它通信手段。據統計，人們接受外界信息的比例:視覺占全部的60%，聽覺占20%，其餘是觸覺15%，味覺3%，嗅覺2%。所以人們常說:"眼見為實，耳聽為虛"，"百聞不如一見"，"一目了然"。正因為視覺信息，也即是圖像信息，在人們認識事物的過程中是如此重要，所以，以傳送視覺信息為主要使命的圖像通信方式很早就被人們所重視，並從70年代以來有了較迅速的發展。
地位影響
圖像通信是當今通信技術中發展非常迅速的一個分支。數字微波、數字光纖、衛星通信等新型寬帶信道的出現，分組交換網的建立，微電子技術和多媒體技術的飛速發展，都有力地推動了這門學科的發展。數字信號處理和數字圖像編碼壓縮技術產生了愈來愈多的新的圖像通信方式。圖像通信的範圍在日益擴大，圖像傳輸的有效性和可靠性也在不斷得到改善。
技術發展
傳真
應用掃描技術把固定的圖像(包括文字、圖表、相片等)以記錄形式複製出來的一種通信技術。早在1843年，英國A.拜因便取得了傳真發明的專利，但傳真通信的正式使用始於20世紀20年代。
傳真機包括發片機和收片機。主要技術參數有:①掃描線長度L:表示光-電變換時掃描點移動的軌跡長度。②掃描線密度F:表示單位長度內的掃描線數，它是鑑別分辨率的指標。③掃描行速 N:表示每秒傳輸的掃描線數。
④合作因數M=LF:它是掃描線長度與掃描線密度的乘積(平面掃描式);合作指數M=DF，是滾筒直徑(D)與掃描線密度的乘積(滾筒掃描式)。只有在發收雙方的M值相同時，才能保持接收記錄與原稿間的線性關係而無畸變。⑤最高圖像頻率:它基本上能確定傳真電信號的頻帶寬度。⑥傳輸時間T=FU/N:表示傳輸一頁原稿所需時間，式中U為副掃描長度，對於滾筒掃描，它是滾筒軸向移動的掃描長度。
傳真機有多種類型，按用途可分為文件傳真、照片傳真、新聞傳真和專用傳真四類。①文件傳真:傳輸黑白文件、圖表、手稿等。在一個電話通路中傳輸的傳真機，稱為單路文件傳真機。為了加快傳輸速度、提高掃描行速N，用平面掃描並且在頻分制一個基群或超群上傳輸，傳輸速度加快十幾至幾十倍的,分別有12路或60路文件傳真機。
②照片傳真:傳輸有灰度的黑白或彩色照片和圖片。收信端使用照相紙感光記錄。③新聞傳真:傳輸整版的報紙、新聞資料等。常用頻分制60路的超群在微波線路上傳輸。④專用傳真:有氣象傳真、醫療傳真等。
對於文件傳真，按規定，採用雙邊帶調幅，每頁A4幅面(210毫米×297毫米)文件傳輸調時間約為 6分鐘的單路文件傳真機稱為一類機;採用調幅相殘留邊帶之類的高效率調製技術、每頁傳輸時間約為3分鐘的，稱為二類機;利用傳真信號中相鄰像素(像元)間的相關性，用數字編碼法去掉其中的冗餘度，以減少需要傳輸的比特數(常用的有遊程長度編碼法)，每頁傳輸時間約為1分鐘的，稱為三類機。此外還有四類機。
傳真通信有單向和雙向兩種工作方式。單向工作的如傳真通播;雙向工作的分為點對點型和交換型。點對點型可用專線進行通信，交換型常通過公用電話網或為傳真建立的公用傳真網進行通信。傳真的交換有電路交換和存儲轉發交換兩類。
①電路交換:在需要時，將某一發信機與被指定的另一方的收信機之間的線路，通過交換機暫時接通。②存儲轉發交換:傳真可以非實時通信，傳輸過程中可由交換網內的某交換中心將信息暫時存儲下來，待有空閒線路再繼續向前轉發。這種交換方式容易解決不同機型傳真機(不同速度和制式)的互通問題。
傳真技術發展較快。掃描方式已從早期的機械掃描改為電子掃描，進而使用固體掃描，如光敏二極管陣列式 MOS像傳感器和單片容量為2048位的電荷耦合器件像傳感器與透鏡系統的組合，已用於二、三類機的讀取掃描。
在收信掃描和記錄中，有的已按照感熱記錄原理採用固體多針記錄頭技術、墨水噴射、靜電硒鼓轉印的普通紙記錄方式。掃描固體化和傳真機使用微處理機，有利於傳真機實現操作自動化和增加多種功能，有的三類機已具有掃描線密度自動選擇、發收雙方相互自動控制等功能。具有編輯功能和其他圖像處理能力的智能傳真機、具有多功能接口的傳真複合終端機已研製成功。傳真機的進一步小型化、多功能和智能化，將為辦公室自動化創造條件。
靜態圖像通信
傳輸活動圖像的電視所占頻帶很寬，為了在窄帶通信系統中傳輸一些活動量小、變化慢的場景和靜止的圖形、文字，在電視發收系統間加入一個速度變換設備，能使信號頻帶變窄。如電視每秒傳輸25幀改成每40秒傳輸1幀，頻帶即被壓縮1000倍。速度變換設備有降低掃描速度型和存儲變速型兩種。
半導體存儲器只要幾片器件便可構成圖像存儲器，為常用的存儲變速型。它把電視攝像機攝下的任意一幀畫面的信息高速存儲在圖像存儲器中，然後低速讀出，在窄帶信道上傳輸。收信端的圖像存儲器以低速寫入，再以高速讀出送給監視器顯示。
這種靜態圖像通信的優點是可以直接利用普通電視攝像機和監視器，不需要專用設備。它能利用電話網和其他窄帶電台雙向傳輸圖像信息，傳輸費用較低，已廣泛用於交通管理、水庫監視、施工現場指揮調度等管理信息系統，這種設備尤其適用於通信條件較差的野外作業場所傳輸直觀的現場信息。80年代初，中國已在國民經濟的許多部門採用了靜態圖像通信技術。
可視數據
以現有公用電話網作為傳輸媒介，利用電視接收機顯示，把計算機管理的數據庫與用戶溝通的一種傳輸文字和圖形等資料的通信方式。它屬於雙向的公用數據業務。用戶利用電話機和電視機以及由調製解調器、顯示發生器和控制鍵盤組成的附加器，叫通線路後便可按需要向數據庫中心調看新聞、氣象、交通、旅行指南、商品諮詢、體育、保健和家庭教育等廣泛的信息。在用戶控制下，中心還能提供計算和數據處理等服務。
資料提供者將信息以頁為單位(若干圖像幀構成一頁)送入數據庫(庫容量可達數十萬頁)，並登記編目，以供檢索和調用。傳輸信息的方法有兩種:①傳輸編碼信息，在用戶端通過圖形產生器將編碼信息轉換成圖像;②在數據庫中心轉換為文字和圖形信息，直接送給用戶。用戶索取資料時，以75比特/秒速率向中心發送請求信號，中心確認後便以1200或2400比特/秒速率按頁向用戶提供所要求的信息。
用戶端增設的附加器費用不高，容易普及而且使用方便，因此交互型可視數據是一種很有發展前途的通信方式。
還有一種，是顯示格式與此相類似的廣播型可視數據(teletext)，它將信息插在廣播電視信號回掃逆程中傳輸，屬於單向廣播業務。
電視會議系統
位於不同地點的幾個會議室通過聲音和圖像的傳輸聯繫起來的通信系統。電視會議室設備包括電話、傳真、電視和投影顯示等發收設備(圖2)。圖像編碼技術的發展和應用為電視會議系統奠定了基礎。早期的電視電話因傳輸費用昂貴未能廣泛應用，經過發展已為電視會議系統所取代。70年代末，美國、日本和聯邦德國相繼開展電視會議的業務，但仍處在試驗階段。
利用視覺的圖像通信是一種有效的通信手段。70年代初以來，人們將郵政和圖像通信結合起來，遂出現了電子郵政。傳統的郵政是用交通工具傳送信函和報紙等郵件。所謂電子郵政則是利用傳真機傳送郵件，並在發收雙方分別配置自動拆封和封裝設備，以便縮短信函的傳送時間，節省人力，同時也解決了私人通信的保密問題，這就是電子信函。此外還有電子報刊、電子匯兌等業務。
未來發展
寬帶綜合業務數字網(B-ISDN)的發展，為圖像通信展現出廣闊的前景。例如，數字式高清晰度電視進一步商業化，節目源碼率可壓縮到50Mbit/s，傳播用碼率可壓縮到20Mbit/s，這表明它逐漸成為重要的一項業務;會議電視、寬帶文電處理進一步發展;計算機圖形、圖像信號處理業務、按需視像業務等也進一步得到發展;經濟化、多媒體化、智能化、綜合化的方向，展現出圖像通信在電信業務中日益重要的地位和作用。