1、1第第8章章 数字图像通信系统数字图像通信系统8.1 概述概述8.2 数字图像通信原理数字图像通信原理8.3 数字传真通信数字传真通信8.4 活动数字图像通信系统活动数字图像通信系统28.1 概述概述 图像通信是一种视觉通信，已成为当代通信领域主要图像通信是一种视觉通信，已成为当代通信领域主要手段之一。手段之一。图像通信传送和接收的图像信息可以是静止的或活动图像通信传送和接收的图像信息可以是静止的或活动的。的。图像信息可以采用模拟或数字的形式进行传送，传送图像信息可以采用模拟或数字的形式进行传送，传送和接收数字图像信号的通信系统就是数字图像通信系统。和接收数字图像信号的通信系统就是数字图像通信
2、系统。38.1.1 图像通信的特点图像通信的特点o直观性强直观性强-图像表示形象直观，易于理解。图像表示形象直观，易于理解。o数据量大数据量大-数字图像的数据量比语音要大一个数量级，比文本数数字图像的数据量比语音要大一个数量级，比文本数据大两个数量级。据大两个数量级。o信息确切性好信息确切性好 -与听觉获取相比，视觉获取的信息内容更容易确认，与听觉获取相比，视觉获取的信息内容更容易确认，不易发生歧义。不易发生歧义。48.1.2 图像通信的分类图像通信的分类o按业务性质分按业务性质分n传真、可视电话、会议电视、图文电视、有线电视、传真、可视电话、会议电视、图文电视、有线电视、高清晰度电视和智能用
3、户电报等。高清晰度电视和智能用户电报等。o按图像信息内容的运动状态分按图像信息内容的运动状态分n静止图像通信静止图像通信n活动图像通信活动图像通信o按采用的传输技术分按采用的传输技术分n模拟图像通信模拟图像通信n数字图像通信数字图像通信58.1.3 数字图像通信系统的组成数字图像通信系统的组成图图8-1 图像通信系统基本组成图像通信系统基本组成6数字图像通信系统的组成数字图像通信系统的组成o输入设备：产生静止或活动的图像信号。输入设备：产生静止或活动的图像信号。o编码器编码器n 信源编码器信源编码器o 模拟的图像信号转换为数字信号模拟的图像信号转换为数字信号o 压缩图像信号压缩图像信号n 信道
4、编码器信道编码器o 将信源编码器输出的比特流转变为适合信道传将信源编码器输出的比特流转变为适合信道传输的形式，包括差错控制编码和调制，以及数输的形式，包括差错控制编码和调制，以及数据打包和传输层控制等。据打包和传输层控制等。7数字图像通信系统的组成数字图像通信系统的组成o信道信道n 提供让信号通过的通道，同时也会对信号产生限制提供让信号通过的通道，同时也会对信号产生限制和损害。和损害。n 狭义信道为传输媒质。狭义信道为传输媒质。n 广义信道还包括相关的转换器和设备，因此，电话广义信道还包括相关的转换器和设备，因此，电话网、移动通信网和因特网等网络是广义信道。网、移动通信网和因特网等网络是广义信
5、道。8数字图像通信系统的组成数字图像通信系统的组成o解码器解码器解调器、解码器分别是上述编码器和调制器的逆解调器、解码器分别是上述编码器和调制器的逆过程。过程。o显示终端显示终端n 用来显示被复原的图像的设备，可以是电视荧光屏、用来显示被复原的图像的设备，可以是电视荧光屏、液晶显示屏、打印机、图像拷贝机等。液晶显示屏、打印机、图像拷贝机等。98.2 数字图像通信原理数字图像通信原理 o模数变换模数变换o图像压缩编码图像压缩编码o数字传输、宽带接入与交换等关键技术数字传输、宽带接入与交换等关键技术108.2.1 图像信号数字化图像信号数字化原始图像的数字化包括以下三个过程原始图像的数字化包括以下
6、三个过程o空间位置的数字化空间位置的数字化o幅度值的数字化幅度值的数字化 o编码编码11空间位置的数字化空间位置的数字化 本质上就是对连续分布的空间位置进行抽样，选取有本质上就是对连续分布的空间位置进行抽样，选取有限个位置来表示整幅图像。限个位置来表示整幅图像。在二维空间中，包括垂直和水平两个位置或方向的数在二维空间中，包括垂直和水平两个位置或方向的数字化。字化。在垂直位置上进行扫描，即用若干等距离的水平扫在垂直位置上进行扫描，即用若干等距离的水平扫描行来表示图像；描行来表示图像；在水平方向上进行抽样，即按照一定的间隔选取信在水平方向上进行抽样，即按照一定的间隔选取信号。号。12幅度的数字化幅
7、度的数字化n 量化：用有限的幅度值来表示连续变化的幅度值。量化：用有限的幅度值来表示连续变化的幅度值。n 编码：编码使用的码字位数与量化级数有关，量化级编码：编码使用的码字位数与量化级数有关，量化级数多固然可以减小量化误差，但是编码时使用的码字数多固然可以减小量化误差，但是编码时使用的码字位数也多，占用的传输带宽也越大。位数也多，占用的传输带宽也越大。图图8-2 图像信息的像素点图像信息的像素点138.2.2 数字信号的压缩与编码数字信号的压缩与编码o为什么要进行压缩为什么要进行压缩n 压缩的必要性：压缩的必要性：数字图像包含巨大的信息量，为了数字图像包含巨大的信息量，为了有效地存储和在有限的
8、信道中传输图像信息，有必有效地存储和在有限的信道中传输图像信息，有必要对图像信息进行压缩。要对图像信息进行压缩。n 压缩的可能性压缩的可能性o 图像信息包含有用的信息和无用的多余信息，图像信息包含有用的信息和无用的多余信息，消除多余信息可以节约码字，达到数据压缩的消除多余信息可以节约码字，达到数据压缩的目的。目的。o 图像通信允许图像编码存在一定失真图像通信允许图像编码存在一定失真14图像压缩的原理和方法图像压缩的原理和方法n 压缩编码：在保证一定的图像质量和满足要求的前提压缩编码：在保证一定的图像质量和满足要求的前提下，减少原始图像数据量的处理过程。下，减少原始图像数据量的处理过程。n 两种
9、基本思路两种基本思路o 利用图像固有的统计特性，从原始图像中提取有效利用图像固有的统计特性，从原始图像中提取有效的信息，尽量去除冗余信息，例如减少相邻像素之的信息，尽量去除冗余信息，例如减少相邻像素之间、相邻帧之间的冗余信息。间、相邻帧之间的冗余信息。o 利用人的视觉特性，力图发现人眼是根据哪些关键利用人的视觉特性，力图发现人眼是根据哪些关键特征来识别图像，然后根据这些特征来构造图像模特征来识别图像，然后根据这些特征来构造图像模型型。15压缩编码方法压缩编码方法无失真编码无失真编码o压缩编码时不丢失有效信息，编码后的复原图像与编码压缩编码时不丢失有效信息，编码后的复原图像与编码前的原始图像完全
10、相同。前的原始图像完全相同。o两种典型方法：哈夫曼编码和算术编码。两种典型方法：哈夫曼编码和算术编码。图图8-3 哈夫曼编码方法哈夫曼编码方法16压缩编码方法压缩编码方法限失真编码限失真编码图图8-4 运动图像运动图像的预测编码的预测编码o压缩编码后可能造成失真，编码后的复原图像与编码前压缩编码后可能造成失真，编码后的复原图像与编码前的原始图像有差别。的原始图像有差别。o预测编码、离散余弦变换预测编码、离散余弦变换 178.2.3 数字图像信号的编码标准数字图像信号的编码标准o三大系列：三大系列：H.26x、JPEG和和MPEGo三大组织三大组织o 国际电信联盟远程通信标准化组国际电信联盟远程
11、通信标准化组ITU-T:ITU for Telecommunication Standardization Sectoro 国际标准化组织国际标准化组织ISO:International Organization for Standardizationo 国际电工委员会国际电工委员会IEC:International Electro-technical Commission18H.261标准标准 o第一个视频压缩编码国际标准，由第一个视频压缩编码国际标准，由ITU-T颁布，在颁布，在ISDN上开展可视电话和会议电视。上开展可视电话和会议电视。o数据速率为每秒数据速率为每秒64千比特千比特192
12、千比特千比特(N64 kbps)o仅支持仅支持CIF和和QCIF两种图像格式。两种图像格式。o图像数据被划分为四个层次：原始图像即为图像层、块图像数据被划分为四个层次：原始图像即为图像层、块组层、宏块层、子块层。组层、宏块层、子块层。o预测编码与预测编码与DCT相配合的混合编码方式。相配合的混合编码方式。19H.263标准标准oH.263核心仍然是核心仍然是DPCM/DCT混合编码，也采用了四层混合编码，也采用了四层的分层结构进行编码。的分层结构进行编码。o与与H.261标准不同之处是，标准不同之处是，H.263做了一些修改或扩充做了一些修改或扩充n 支持支持CIF、QCIF和另外三种图像格式
13、，它们的分和另外三种图像格式，它们的分辨率分别为辨率分别为QCIF分辨率的一半、分辨率的一半、4倍和倍和16倍。倍。n 预测编码估值精度可以达到半个像素。预测编码估值精度可以达到半个像素。n 增加了四种可选项以提高编码效率。增加了四种可选项以提高编码效率。n 采用算术编码代替哈夫曼编码，编码效率更高。采用算术编码代替哈夫曼编码，编码效率更高。20H.263标准标准oH.263进一步提高了压缩编码性能进一步提高了压缩编码性能n 支持更多的图像格式类型，允许自定义图像的尺寸。支持更多的图像格式类型，允许自定义图像的尺寸。n 采用更好的编码方法。采用更好的编码方法。n 通过一些技术增强了图像信息在易
14、误码、易丢包的网通过一些技术增强了图像信息在易误码、易丢包的网络环境下的传输络环境下的传输。21JPEG标准标准o主要用于连续彩色静止图像的数据压缩。主要用于连续彩色静止图像的数据压缩。o以以DCT技术为基础，能够提供较好的图像质量和较高的技术为基础，能够提供较好的图像质量和较高的压缩率。压缩率。o由由ISO和和ITU-T于于1991年联合公布。年联合公布。22JPEG 2000o支持各种类型图像压缩，包括二值图像、多分量图像、支持各种类型图像压缩，包括二值图像、多分量图像、遥感图像、医学图像和合成图像等。遥感图像、医学图像和合成图像等。o在表示像素位数即每像素位低于在表示像素位数即每像素位低
15、于0.25时，恢复出来的图时，恢复出来的图像具有较好的细节质量，比原标准具有更好的甚低比特率像具有较好的细节质量，比原标准具有更好的甚低比特率性能。性能。o对同一码流能同时提供有损或无损压缩。对同一码流能同时提供有损或无损压缩。o允许用户自定义感兴趣区域，并对感兴趣区域的图像提允许用户自定义感兴趣区域，并对感兴趣区域的图像提供更好的编码质量。供更好的编码质量。o在通过无线信道传输时码流具有良好的抗误码性能，并在通过无线信道传输时码流具有良好的抗误码性能，并采用数字水印技术提高图像安全保护性能。采用数字水印技术提高图像安全保护性能。o采用了压缩率更高的小波变换方法。采用了压缩率更高的小波变换方法
16、。23MJPEG标准标准oJPEG标准也用来对活动图像进行编码，此时标准也用来对活动图像进行编码，此时JPEG把视把视频序列中的每一帧当作一幅静止图像来处理，即所谓频序列中的每一帧当作一幅静止图像来处理，即所谓Motion JPEG，简称为简称为MJPEG。o目前目前JPEG被广泛应用在各种应用场合，比如一般的图片、被广泛应用在各种应用场合，比如一般的图片、医疗图片、卫星图片的保存和传输，多媒体应用和广播电医疗图片、卫星图片的保存和传输，多媒体应用和广播电视后期制作等。视后期制作等。24MPEG标准标准o活动图像及其声音的数字编码标准。活动图像及其声音的数字编码标准。o包括包括MPEG-1、M
17、PEG-2、MPEG-4、MPEG-7和和MPEG-21等多个等多个版本。版本。o比其他数据压缩标准兼容性好，能够提供更高的压缩比比其他数据压缩标准兼容性好，能够提供更高的压缩比率，对数据造成的损失小。率，对数据造成的损失小。25MPEG-1o用于数据传输率不超过每秒用于数据传输率不超过每秒1.5兆比特的数字存储媒体上兆比特的数字存储媒体上活动图像及其伴音的编码。活动图像及其伴音的编码。o编码方法采用了改进的运动补偿、编码方法采用了改进的运动补偿、DCT和量化等技术。和量化等技术。o支持的典型数据传输速率为支持的典型数据传输速率为每秒每秒1.5兆比特，此时提供的兆比特，此时提供的图像质量与家用
18、录像系统的质量相当。图像质量与家用录像系统的质量相当。o最高编码速率可达最高编码速率可达每秒每秒4兆比特兆比特 5兆比特兆比特，随着速率的，随着速率的提高，解码后的图提高，解码后的图像像质量有所降低。质量有所降低。o应用于应用于VCD、MP3和数字电话网络上的视频传输，如视和数字电话网络上的视频传输，如视频点播，它也可被用来在因特网上传输音频。频点播，它也可被用来在因特网上传输音频。26MPEG-2 o适用于每秒适用于每秒1.5兆比特兆比特60兆比特，甚至更高数据速率的编码，兆比特，甚至更高数据速率的编码，编码码率从每秒编码码率从每秒3兆比特兆比特100兆比特。兆比特。o特别适用于广播级的数字
19、电视的编码和传送，被认定为标准特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为标准数字电视和高清晰度电视的编码标准。数字电视和高清晰度电视的编码标准。o应用范围更广，包括了应用范围更广，包括了MPEG-1的工作范围。的工作范围。o区分不同类型的应用，对不同应用下的图像提供不同级别的区分不同类型的应用，对不同应用下的图像提供不同级别的图像质量，即低级、主级、高级和更高级。图像质量，即低级、主级、高级和更高级。n低级图像质量与低级图像质量与 MPEG-1相同相同n主级图像质量相当于演播室图像质量主级图像质量相当于演播室图像质量n高级和更高级图像质量相当于高清晰度电视质量高级和更高级图像质量相当于高
20、清晰度电视质量o由于由于MPEG-2的功能包括了的功能包括了MPEG-3，后来后来MPEG-3被取消。被取消。27MPEG-4o针对数字电视、交互式图形应用、交互式多媒体整合和针对数字电视、交互式图形应用、交互式多媒体整合和压缩技术的需求而制定。压缩技术的需求而制定。o不只是具体的压缩算法，它将众多的多媒体应用集成在不只是具体的压缩算法，它将众多的多媒体应用集成在一个完整的框架内，目的是为多媒体通信及应用环境提供一个完整的框架内，目的是为多媒体通信及应用环境提供标准的算法和工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存标准的算法和工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数
21、据格式。储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。28MPEG-4o“基于对象编码基于对象编码”的概念的概念n 将一幅图像分成若干在时间和空间上相互联系的视将一幅图像分成若干在时间和空间上相互联系的视频、音频对象，分别编码后，再经过复用传输到接频、音频对象，分别编码后，再经过复用传输到接收端，然后再对不同的对象分别解码，再组合成所收端，然后再对不同的对象分别解码，再组合成所需要的视频和音频。需要的视频和音频。o好处好处n 便于对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法，便于对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法，在压缩效率与解码质量间得到较好的平衡。在压缩效率与解码质量间得到较好的平衡。n 使
22、得数据的接收者不再是被动的，具有操纵对象的使得数据的接收者不再是被动的，具有操纵对象的能力，可以对不同的对象进行独立的删除、添加、能力，可以对不同的对象进行独立的删除、添加、移动等操作。移动等操作。29MPEG-4o其他特点其他特点n 提供了更高的编码效率，在相同的比特率下，更好提供了更高的编码效率，在相同的比特率下，更好的视觉听觉质量使得在低带宽的信道上传送视频、的视觉听觉质量使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。音频成为可能。n MPEG-4还支持具有不同带宽、不同存储容量的传还支持具有不同带宽、不同存储容量的传输信道和接收端，这使得它适用于许多应用场合。输信道和接收端，这使得它适用
23、于许多应用场合。o主要应用于因特网视音频广播、无线通信、静止图像压主要应用于因特网视音频广播、无线通信、静止图像压缩、电视电话、计算机图形、动画与仿真和电子游戏。缩、电视电话、计算机图形、动画与仿真和电子游戏。30MPEG-7 o多媒体内容描述接口。多媒体内容描述接口。o是为了快速、有效地搜索用户所需要的不同类型的多媒是为了快速、有效地搜索用户所需要的不同类型的多媒体信息而提出的标准。体信息而提出的标准。o规定了各种类型的多媒体信息的标准化描述，将该描述规定了各种类型的多媒体信息的标准化描述，将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效地搜索和索引与所描述的内容相联系，以实现快速有效地搜索和索
24、引o可以独立于其他可以独立于其他MPEG标准使用，但标准使用，但MPEG-4中所定义中所定义的音频、视频对象的描述适用于的音频、视频对象的描述适用于MPEG-7。o不仅包含了不仅包含了MPEG-1、MPEG-2和和MPEG-4标准现有内容标准现有内容的识别，还包括了更多的数据类型，可以是静止图像、图的识别，还包括了更多的数据类型，可以是静止图像、图形、音频、动态视频以及这些元素的组合。形、音频、动态视频以及这些元素的组合。o支持非常广泛的应用。支持非常广泛的应用。31MPEG-21 o正式名称是正式名称是“多媒体框架多媒体框架”，又称，又称“数字视听框架数字视听框架”o它是在电子商务蓬勃发展的
25、背景下应运而生的产物，是为了它是在电子商务蓬勃发展的背景下应运而生的产物，是为了解决新市场所面临的问题。解决新市场所面临的问题。n如何获取数字视频、音频以及合成图形等如何获取数字视频、音频以及合成图形等“数字商品数字商品”n如何保护多媒体内容的知识产权如何保护多媒体内容的知识产权n如何为用户提供透明的媒体信息服务如何为用户提供透明的媒体信息服务n如何检索内容如何检索内容n如何保证服务质量等而制定的标准如何保证服务质量等而制定的标准o目标是建立一种高效、透明和互操作的真正跨平台的多媒体目标是建立一种高效、透明和互操作的真正跨平台的多媒体框架，实现在各种不同的网络间的数据交换，完成内容描述、框架，
26、实现在各种不同的网络间的数据交换，完成内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。328.2.4 数字图像的传输数字图像的传输 除了压缩编码，数字图像通信系统的关键技术还包括除了压缩编码，数字图像通信系统的关键技术还包括o用户的接入网络用户的接入网络o数据的传输网络数据的传输网络o信息的交换网络信息的交换网络331.数字图像的传输数字图像的传输方式方式o基带传输基带传输n 直接传输数字化后的图像信号。直接传输数字化后的图像信号。n 实现简
27、单，但是传输距离有限。实现简单，但是传输距离有限。o频带传输频带传输n 长距离传输。长距离传输。n 将基带信号进行数字调制，然后再将调制后的信号将基带信号进行数字调制，然后再将调制后的信号送上信道传输。送上信道传输。34信道差错编码信道差错编码o常规的信道差错编码常规的信道差错编码n 检错重发、前向纠错和混合纠错等多种编码方式检错重发、前向纠错和混合纠错等多种编码方式o图像通信系统采用的差错编码技术图像通信系统采用的差错编码技术n 前向纠错编码前向纠错编码n 增加信源编码差错控制的能力增加信源编码差错控制的能力n 联合设计信道编码与信源编码以提高图像信息传输联合设计信道编码与信源编码以提高图像
28、信息传输的抗干扰性能的抗干扰性能35数字调制技术数字调制技术o重要性重要性n 可以在相同的信道带宽下传输更多的图像数据可以在相同的信道带宽下传输更多的图像数据n 可以提高图像信号传输的可靠性可以提高图像信号传输的可靠性o常用的数字调制方法常用的数字调制方法n 多进制相移键控、多进制正交幅度调制、网格编码多进制相移键控、多进制正交幅度调制、网格编码调制、正交频分复用调制、编码正交频分复用调制调制、正交频分复用调制、编码正交频分复用调制和残留边带调制等和残留边带调制等36正交频分复用调制正交频分复用调制o简称简称OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiple
29、xingo基本思想：将高速率的串行数据转换为多个低速率数据流，基本思想：将高速率的串行数据转换为多个低速率数据流，每个低速率数据流分别用一个载波进行调制，则组成一个使每个低速率数据流分别用一个载波进行调制，则组成一个使用多载波同时进行调制的并行传输系统。用多载波同时进行调制的并行传输系统。o优点优点n 采用大量（采用大量（N个）子载波的并行传输，在相等的传输个）子载波的并行传输，在相等的传输数据率下，在时域内数据率下，在时域内OFDM码字长度是单载波的码字长度是单载波的N倍，倍，抗码间干扰的能力可显著提高。抗码间干扰的能力可显著提高。n 与一般的频分多路复用方式不同，与一般的频分多路复用方式不
30、同，OFDM的频率利的频率利用率较高。用率较高。37其他数字调制技术其他数字调制技术o编码正交频分复用调制编码正交频分复用调制COFDM:Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing，先将图像信号经过信道先将图像信号经过信道编码，成为数据符号，再进行编码，成为数据符号，再进行OFDM调制。由于调制。由于COFDM调制抵抗多径效应的能力强，所以可以用于地面传输固定调制抵抗多径效应的能力强，所以可以用于地面传输固定接收，也可用于便携和移动接收。接收，也可用于便携和移动接收。o残留边带调制是一种特殊的振幅调制方式，它是在双边残留边带调制是一种特殊的振
31、幅调制方式，它是在双边带调幅的基础上，保留信号的一个边带的大部分频率成分，带调幅的基础上，保留信号的一个边带的大部分频率成分，而对于另一个边带只保留频率成分的小部分（即残留）。而对于另一个边带只保留频率成分的小部分（即残留）。这种调制方法既比双边带调幅节省频谱，又比单边带调幅这种调制方法既比双边带调幅节省频谱，又比单边带调幅易于解调。它的缺点是抗多径效应的能力差，在移动接收易于解调。它的缺点是抗多径效应的能力差，在移动接收方面，效果令人不满意。方面，效果令人不满意。382.宽带接入宽带接入o终端用户到网络之间的所有设备则被称为终端用户到网络之间的所有设备则被称为“接入网接入网”，由于其长度一般
32、为几百米到几公里，所以也形象地被称为由于其长度一般为几百米到几公里，所以也形象地被称为“最后一公里最后一公里”。o用户接入往往成为制约图像通信发展的主要因素用户接入往往成为制约图像通信发展的主要因素。o常见的宽带接入技术常见的宽带接入技术n 铜线接入铜线接入n 光纤接入光纤接入n 光纤铜线混合接入光纤铜线混合接入n 无线接入无线接入n 高速以太网接入高速以太网接入39铜线接入铜线接入o以现有电话网络的双绞线为传输媒质的一种宽带接入技以现有电话网络的双绞线为传输媒质的一种宽带接入技术，也叫数字用户环路术，也叫数字用户环路DSL:Digital Subscriber Line。o根据具体采用的技术
33、不同，数字用户环路技术包括非对根据具体采用的技术不同，数字用户环路技术包括非对称、高速和甚高速数字用户环路等不同类型。称、高速和甚高速数字用户环路等不同类型。40XDSLo非对称数字用户环路非对称数字用户环路:Asymmetric DSLn用户线路的上行（从用户终端到网络）速率和下行（从网络到用户终端）速率不同，上行速率低，下行速率高。n利用一对双绞线同时传输数据和话音，提供速率从每秒32千比特到每秒8.192兆比特的下行流量和从每秒32千比特到每秒1.088兆比特的上行流量。n普通电话业务仍在原频带内传送，经由低通滤波器和分离器插入到ADSL通路中，因此即使ADSL系统发生故障也不会影响正常
34、的电话业务。n上、下行速率不一样的特点特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播、多媒体信息检索和其他交互式业务，ADSL的有效传输距离在35公里以内。41XDSLo高速数字用户环路（高速数字用户环路（HDSL:High-bit-rate DSL）利用现利用现有铜缆电话线的两对或三对双绞线，提供全双工的数据传有铜缆电话线的两对或三对双绞线，提供全双工的数据传输，数据速率为每秒输，数据速率为每秒1.544兆比特或兆比特或2.048兆比特。兆比特。HDSL的的优点是可以解决少量用户传输每秒优点是可以解决少量用户传输每秒384千比特和每秒千比特和每秒2.048兆比特宽带信号的要求，缺点是目前还不能传输每
35、秒兆比特宽带信号的要求，缺点是目前还不能传输每秒2.048兆比特以上的信息，传输距离限于兆比特以上的信息，传输距离限于610公里以内。公里以内。o甚高速数字用户环路（甚高速数字用户环路（VDSL:Very-high-bit-rate DSL）采用更先进的数字信号处理技术，当通信线路为采用更先进的数字信号处理技术，当通信线路为3001000米左右时，最大下行速率可达每秒米左右时，最大下行速率可达每秒51兆比特兆比特55兆比特，当兆比特，当超过超过1500米时，速率为每秒米时，速率为每秒13兆比特左右。兆比特左右。42光铜混合宽带接入光铜混合宽带接入o光纤同轴铜电缆混合的传输系统光纤同轴铜电缆混合
36、的传输系统HFC:Hybrid Fiber Coax）n改造现有的有线电视网，以光纤作为主干线，利用现有的有线电视同轴缆线作为用户接入线。n有线电视网用户覆盖面广，实施方便，成本低，同时利用了光纤传输和有线电视的优点，是一种很有前途的宽带接入技术。o采用分支和树型的连接结构采用分支和树型的连接结构n树根处放置电缆调制解调器，采用光纤连接到光节点，光节点起光电转换的作用，光节点通过同轴电缆与用户相连。光节点与用户之间有一个网络接口单元，它放在用户家中或附近，负责将光节点送来的信号分解成电话信号、数据信号和视频信号，然后分别送往相应的用户设备中。43以太网接入以太网接入o千兆以太网以千兆以太网以T
37、CP/IP协议为基础，以光纤为主要传输媒协议为基础，以光纤为主要传输媒介的高速局域网，传输速率可以达到每秒千兆比特。随着介的高速局域网，传输速率可以达到每秒千兆比特。随着以太网技术的日益成熟，也可以使用电话线和无线电波作以太网技术的日益成熟，也可以使用电话线和无线电波作为传输媒介。为传输媒介。o使用以太网接入方式的优点是接入手段采用的是与使用以太网接入方式的优点是接入手段采用的是与IP协协议一致的数据格式，容易与各类议一致的数据格式，容易与各类IP网络实现无缝连接，从网络实现无缝连接，从而提高运行效率，方便管理，降低成本。而提高运行效率，方便管理，降低成本。44无线宽带接入无线宽带接入o无线接
38、入是利用无线技术为固定用户或本地区域移动用无线接入是利用无线技术为固定用户或本地区域移动用户提供接入手段。户提供接入手段。o无线接入的主要技术包括数字蜂窝技术、微蜂窝技术、无线接入的主要技术包括数字蜂窝技术、微蜂窝技术、数字微波技术、毫米波及一点多址技术等。近年来出现一数字微波技术、毫米波及一点多址技术等。近年来出现一种固定的宽带无线接入方式，即本地多点分布系统，它的种固定的宽带无线接入方式，即本地多点分布系统，它的有效带宽可达有效带宽可达1012赫兹（赫兹（GHz）数量级，可为用户分配数量级，可为用户分配155 Mbps速率，因此利用它作为宽带接入手段，可为数字图像速率，因此利用它作为宽带接
39、入手段，可为数字图像通信系统用户提供高效的图像信息。通信系统用户提供高效的图像信息。45光纤接入光纤接入o从用户终端到网络之间全部采用光纤作为传输媒介从用户终端到网络之间全部采用光纤作为传输媒介o光纤接入的主要技术是光信号传输技术光纤接入的主要技术是光信号传输技术n 光信号传输采用的复用技术主要有光波分复用、光光信号传输采用的复用技术主要有光波分复用、光时分复用、光码分复用、光频分复用、光空分复用时分复用、光码分复用、光频分复用、光空分复用和光副载波复用等和光副载波复用等o由于光纤上传送的是光信号，因而需要在网络与用户接由于光纤上传送的是光信号，因而需要在网络与用户接口处的交换局将电信号进行电
40、光转换变成光信号，再在光口处的交换局将电信号进行电光转换变成光信号，再在光纤上进行传输。在用户端则进行光电转换恢复成电信号后，纤上进行传输。在用户端则进行光电转换恢复成电信号后，送至用户设备。送至用户设备。46光纤接入光纤接入o根据光纤向用户延伸的距离，光纤接入可以分为根据光纤向用户延伸的距离，光纤接入可以分为n光纤到路边光纤到路边FTTC:Fiber To The Curb，在从交换局到在从交换局到离家庭或办公室几公里以内的路边安装和使用光缆。离家庭或办公室几公里以内的路边安装和使用光缆。FTTCFTTC利用同轴电缆或其他传输媒质可以把信号从路边传利用同轴电缆或其他传输媒质可以把信号从路边传
41、递到家中或办公室里。目前的主要应用形式。递到家中或办公室里。目前的主要应用形式。n光纤到大楼光纤到大楼FTTB:Fiber To The Building，将网络接口将网络接口单元放置到大楼内，单位或商业用户可以共享各种宽带单元放置到大楼内，单位或商业用户可以共享各种宽带业务。业务。n光纤到家光纤到家FTTH:Fiber To The Home，直接将光纤引入直接将光纤引入到每个家庭，让每个用户独立享受宽带传输带来的便捷。到每个家庭，让每个用户独立享受宽带传输带来的便捷。由于成本、用户需求和市场等方面的原因，由于成本、用户需求和市场等方面的原因，FTTH仍然仍然是一个长期的任务，是接入网的长期
42、发展目标。是一个长期的任务，是接入网的长期发展目标。473.交换网络交换网络o重要性重要性n 不仅使多台通信终端共享传输媒质，而且完成网络不仅使多台通信终端共享传输媒质，而且完成网络中任意用户的相互连接。中任意用户的相互连接。n 交换方式往往决定了通信网络的总体运行方式和网交换方式往往决定了通信网络的总体运行方式和网络性能，从而也对用户终端类型和接入方式提出了络性能，从而也对用户终端类型和接入方式提出了相应的要求。相应的要求。o目前通常使用的交换网络包括目前通常使用的交换网络包括n 公用交换电话网、综合业务数字网、公用交换电话网、综合业务数字网、ATM网、宽网、宽带带IP网和无线网铜线接入。网
43、和无线网铜线接入。48公用交换电话网公用交换电话网oPSTN:Public Switch Telephone Networko规模最大、历史最长，也是最成熟的公共通信网。规模最大、历史最长，也是最成熟的公共通信网。o主要是为传输话音信号而设计建造的电路交换网络，在主要是为传输话音信号而设计建造的电路交换网络，在PSTN上传输图像信号需要依靠调制解调器，将图像信号上传输图像信号需要依靠调制解调器，将图像信号转换为适合电话线路传输的形式。借助现代数字通信技术，转换为适合电话线路传输的形式。借助现代数字通信技术，例如例如ADSL技术，技术，PSTN提供的数据传输速率已达每秒兆比提供的数据传输速率已达
44、每秒兆比特。特。49综合业务数字网综合业务数字网oISDN:Integrated Service Digital Network）o接入、交换和传输都是数字的通信网络，它提供了用户接入、交换和传输都是数字的通信网络，它提供了用户端到用户端的数字连接，用户通过有限的一组标准用户网端到用户端的数字连接，用户通过有限的一组标准用户网络接口连接到网络上。络接口连接到网络上。o与与PSTN相比，相比，ISDN采用了更为灵活的交换方式，可以采用了更为灵活的交换方式，可以根据用户的不同业务需求，为话音业务和非话业务提供不根据用户的不同业务需求，为话音业务和非话业务提供不同的交换方式。同的交换方式。oISDN
45、传输速率为每秒传输速率为每秒64千比特的整数倍，最高传输速率千比特的整数倍，最高传输速率仅为每秒仅为每秒2兆比特，比较适于传输低速图像，但是难以适应兆比特，比较适于传输低速图像，但是难以适应高速图像通信的带宽需要。高速图像通信的带宽需要。50异步传输模式异步传输模式oATM（Asynchronous Transfer Mode）是宽带综合业务是宽带综合业务数字网数字网B-ISDN（Broadband Integrated Service Digital Network）的核心技术。）的核心技术。o一种快速分组交换技术，一方面，将数据流分成固定长一种快速分组交换技术，一方面，将数据流分成固定长度
46、的数据包或分组，称为信元；另一方面，使用统计时分度的数据包或分组，称为信元；另一方面，使用统计时分复用技术，信元像同步时分复用的时隙一样定时地出现，复用技术，信元像同步时分复用的时隙一样定时地出现，从而可以对信元进行高速识别和交换处理，因此从而可以对信元进行高速识别和交换处理，因此ATM既具既具有电路交换固定短时延的特性，又具有分组交换动态分配有电路交换固定短时延的特性，又具有分组交换动态分配资源的优点。资源的优点。ATM提供的用户传输速率从每秒提供的用户传输速率从每秒1兆比特到兆比特到几吉比特，支持从窄带话音、数据到高清晰度电视等各种几吉比特，支持从窄带话音、数据到高清晰度电视等各种广泛的综
47、合业务，是图像通信系统中最受欢迎也是使用最广泛的综合业务，是图像通信系统中最受欢迎也是使用最广泛的交换网络。广泛的交换网络。51IP网网o仅次于仅次于PSTN的第二大通信网络，使用的第二大通信网络，使用TCP/IP协议进行工作的计算机协议进行工作的计算机通信网，例如，计算机局域网和因特网。通信网，例如，计算机局域网和因特网。oIP网通信过程简单，通信效率高。网通信过程简单，通信效率高。o使用统一的使用统一的IP地址，便于实现不同终端设备的互通和不同结构的网络地址，便于实现不同终端设备的互通和不同结构的网络的互连。的互连。o能够在局域和城域范围内提供每秒千兆比特和每秒万兆比特的传输速能够在局域和
48、城域范围内提供每秒千兆比特和每秒万兆比特的传输速率，提供宽带信息承载平台。率，提供宽带信息承载平台。o可以利用为数众多的计算机网络开展图像通信业务，可以方便地与各可以利用为数众多的计算机网络开展图像通信业务，可以方便地与各种种IPIP网络互连互通，既可以保证高效率、高性能，又可以降低成本。网络互连互通，既可以保证高效率、高性能，又可以降低成本。o先天缺陷是没有服务质量的保证，不能保证图像和多媒体通信业务实先天缺陷是没有服务质量的保证，不能保证图像和多媒体通信业务实时传输的要求。时传输的要求。o近年来人们采取了不少措施，包括因特网资源预留协议、近年来人们采取了不少措施，包括因特网资源预留协议、I
49、Pv6IPv6和实时和实时传输协议等。传输协议等。52无线网络无线网络o无线分组通信网无线分组通信网n 以地面区域及蜂窝服务设计的网以地面区域及蜂窝服务设计的网n 以微小区域设计的局域或广域计算机网以微小区域设计的局域或广域计算机网n 以低轨道卫星实现的全球移动分组数据网以低轨道卫星实现的全球移动分组数据网n 使用的无线信道可以是中波、短波、超短波、微波、使用的无线信道可以是中波、短波、超短波、微波、卫星等卫星等538.3 数字传真通信数字传真通信o8.3.1 传真分类传真分类o8.3.2 传真通信系统组成及工作原理传真通信系统组成及工作原理o8.3.3 三类传真机三类传真机 548.3.1
50、传真的分类传真的分类o对文字、图表、相片等记录在纸面上的图像进行扫描、对文字、图表、相片等记录在纸面上的图像进行扫描、传输，并在接收端将图像重现出来的一种通信方式，也常传输，并在接收端将图像重现出来的一种通信方式，也常被称为被称为“远程复印远程复印”。o多种分类方法多种分类方法分类方法种类按发送原稿性质分相片传真(黑白、彩色)、真迹传真按占用电话路数分单路文件传真、多路传真按用途分传真、相片传真、报纸传真、气象传真、彩色传真、缩微胶卷传真55单路文件传真单路文件传真o根据实现技术的不同，采用单路文件传真方式的传真机根据实现技术的不同，采用单路文件传真方式的传真机又分为四类，如表又分为四类，如表
