[科普中国]-视像通信

视像通信的概念

视像通信（video communication）是指实时传送连续活动图像信号的通信方式。

信源所发出的信息经变换器变换和处理后，送往信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。与模拟通信对应，信源所发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。在发送端声/电变换设备将语声变换为模拟电信号，模/数变换设备将模拟电信号变换成数字信号，数字信号通常是采用二进制信号形式送至信道传输。在接收端，数字信号再经数/模变换和电/声变换还原成声音，送给接收者。

视像通信就是通过将图像模拟信号转为数字信号，再将数字信号在信道上传输，同时再转换为图像模拟信号，这个过程实时性，就实现了视像通信。

多路信号互不干扰地沿同一条信道传输称为多路复用。多路复用是提高传输信道利用率的主要方法。多路复用的方法主要有频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用的方法主要用于模拟通信，时分多路复用的方法主要用于数字通信。

时分多路复用利用了信号的时间离散性，也就是使各路信号在不同的时间占用信道进行传输，在接收端由不同的时间取出对应的信号。具体来说，把时间分成均匀的时间间隙，将每路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，达到各路互相分开的目的。

在模拟通信中，为保证接收信号有一定的幅度，需要及时将传输信号放大，但与此同时叠加于信号上的噪声也被放大。由于模拟信号的幅度值是连续的，就很难把与信号处于同一频带内的噪声分开。随着传输距离的增加，噪声积累越来越大，将使传输质量严重恶化。

在数字通信中，由于数字信号的幅度值为有限个数的离散值（通常取两个幅值），在传输过程中收到噪声干扰虽然也要叠加噪声，但当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法即可消除噪声干扰，将信号再生成原发送的人信号。因此，数字通信方式可做到无噪声类，故可实现长距离、高质量的传输。

信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信的加密处理比模拟通信更容易实现。以语声数字信号为例，经过数字变换后的信号就可以用简单的数字逻辑运算进行加密处理。

数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个离散时间之间可以插入多路离散时间信号以实现时分多路复用。1

视像通信的原理信息是自然界物质运动总体的一个重要方面，人们只有获得各种各样的有关信息，才能更好认识世界和改造世界。图像信息是人类获得外界信息的主要来源。经过调查研究，科学家发现外界大约有60%的信息是通过人眼获得的，由听觉获得20%的信息，依靠触觉获得15%的信息，其它感觉器官获得约5%的信息，而人眼获得的信息都是图像信息，由此可见图像信息的重要性。

预测编码（Predictive Coding）是数据压缩技术的一个主要分支，其理论是建立在现代统计学和控制论基础上的。预测编码有线性预测和非线性预测两类，在一幅图像内进行的预测称为帧内预测编码，在多幅图像之间进行的预测称为帧间预测编码。预测编码是基于图像数据的空间和时间的冗余特性，用相邻的已知像素来预测当前像素的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。预测编码的关键在于预测算法的选取，这与图像信号的概率分部很有关系。实际工作中根据大量的统计结果采用简化的概率分布形式来设计最佳的预测器，有时还使用自适应预测器以较好的描述图像信号的局部特性，提高预测效率。因为是对差值进行编码，所以把这种方法称为差值脉冲编码调制（DPCM）。

对于电视信号编码而言，待编码的是一个图像序列。在对这样的信号进行预测时可以利用前后帧之间在时间上的相关性，即图像数据的时间冗余来进行数据压缩，可以获得比帧内预测编码高得多的压缩比，这就是所谓的帧间预测。最特殊的例子是电视中正在演讲人的图像序列：相邻帧之间可能只有由演讲人的头、眼和嘴部的微小变动而引起的细微差别。进行帧间预测要有帧存储器。随着大规模集成电路技术的发展，帧存储器的容量变得越来越大，也越来越经济，而单纯使用帧内预测发展到一定程度后，压缩比呈现饱和趋势。这些都使得帧间预测编码有了更快的发展。帧间预测编码已经成为会议电视和可视电话压缩编码的主要方法，在视频图像编码中占有很重要的地位。帧间预测编码方法一般是针对图像块的预测编码，它采用的技术有帧重复法、阀值法、帧内插法、运动补偿法和自适应交替帧内/帧间编码法等。2