彩色图像传输与matlab仿真论文

12彩色图像传输系统设计与matlab仿真摘要图像传输是指图像信号通过通信网络（有线网络或者无线网络）从远端传递给用火，从而实现视频信息共享的一种技术。他是多媒体通信技术的核心，可用于例如视频会议系统及安防监控系统等多媒体业务。本文介绍了图像通信的一般构成各个部分的构成运行原理，介绍了彩色图像的组成原理及彩色图像通信系统的构成并对各个部分进行matlab仿真。最后对传输系统中的噪声进行讨论并给出解决办法。Imagetransmissionispassedtotheimagesignalfromtheremotethroughthecommunicationnetwork(wirednetworkorwirelessnetwork)theuseoffireinordertoachieveatechniqueforvideoinformationsharing.Heisthecoreofmultimediacommunicationtechnologycanbeusedformultimediaservicessuchasvideoconferencingsystemsandsecuritymonitoringsystems.Thisarticledescribesthegeneralimagecommunicationconstitutethecompositionofthevariouspartsoftheoperatingprinciple,thecompositionoftheprincipleofthecompositionofthecolorimageandcolorimagecommunicationsystemandthevariouspartsofthematlabsimulation.Finally,thenoiseinthetransmissionsystemtodiscussandgiveasolution.1第一章概述1.1研究目的及意义图像信息是人类获得外界信息的主要来源，因为大约有70％的信息是通过人眼获得的，而人眼获得的都是图像信息。在近代科学研究、军事技术、工农业生产、医学、气象及天文学等领域中，人们越来越多地利用图像信息来认识和判断事物，解决实际问题。例如：由于空间技术的发展，人造卫星拍摄了大量的地面和空间的照片，人们可以利用照片获得地球资源、全球气象和污染情况等；在医学上，医生可以通过x射线分析照像，观察到人体各部位的断层图像；在工厂，技术人员可以利用电视图像管理生产，由此可见图像信息的重要性。而随着技术的进步，人们生活的提高，人们对图像的要求也越来越高因此彩色图像的传输系统的研究也越来越受到重视。MATLAB软件自从20世纪80年代中期推出以来，不断吸收各学科领域权威人士所编写的实用程序，经过多年的逐步发展与不断完善，现已成为国际公认的、最优秀的科学计算与数学应用软件之一，是近几年来在国内外广泛流行的一种可视化科学计算软件．它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，而且还具有可扩展性特征。1.2研究内容本文主要介绍了图像通信系统的原理、构成，彩色图像的构成、传播原理。彩色图像传输系统的各个部分matlab仿真，最后对噪音分析以及提出解决方法。2第二章图像传输系统2.1图像信息的特点①图像的直观性强,所见即所得。②图像信息的信息量巨大，占用资源多。③图像信息的确切性不十分好，存在一定模糊性。2.2图像通信系统的组成2.2.1通信系统的一般模型1、信源——是消息的产生来源，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。模拟信源与数字信源：模拟信源输出的是模拟信号；而数字信源输出信号是离散的数字信号。2、发送设备——将信源和信道匹配起来的设备，它将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式有调制变换方式、信源编码、信道编码。3、信道——是指传输信号的物理媒质。分为有线信道和无线信道。在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤；在无线信道中，信道是自由空间。信源传送设备信道接受设备受信者噪声源34、噪声源——不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的。噪声按产生的来源可分为内部噪声和外部噪声，外部噪声是从信道引入的，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。5、接收设备——完成发送设备的反变换的设备，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。6、受信者——是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息数字方式的图像传输系统具有以下几方面的优点。①可以多次中继传输而不致引起噪声的严重积累。②有利于采用压缩编码技术。③易于与计算机技术结合。④通过采用数字通信中的信道编码技术，提高传输中的抗干扰性能。⑤易于采用数字的方法实现保密通信，实现数据隐藏。⑥可以降低功耗，减小体积、重量，提高可靠性，降低成本，便于维护。2.3图像通信业务类型信息交流：交互式应用，分布式应用网络结构：（1）点对点的图像通信两个图像终端通过双向通信信道直接相连形成的通信即为点对点图像通信。（2）多点间的图像通信42.4图像通信及其网络的发展1．通信的发展趋势：高速、宽带、智能化的IP网络2．图像通信发展的“IP”方向3．图像通信发展的“无线”方向4．图像通信及其网络发展的“多媒体”方向2.5图像通信的关键技术2.5.1图像信号数字化技术1．取样、量化和编码：PCM编码数字视频信号2．数字视频格式（1）复合数字视频格式：彩色副载波的精确再生，3-4倍精确取样。（2）ITU-RBT.601格式：对亮度信号，色差信号分别编码。取样频率一致。2.5.2图像信号压缩技术1．图像信号的统计特性：根据自相关和差值信号的统计特性2．空间域预测法：现行预测方法3．运动估计：活动图像分区、运动矢量和运动估计、块匹配算法4．频率域变换法（1）正交变换（2）离散余弦变换（DCT）5．变长编解码2.5.3网络传输技术传输网络5（1）公用电话网（2）数字数据网（3）综合业务数字网（4）ATM网（5）计算机网络（6）甚小天线地面站（VSAT）2.数字调制技术（1）数字基带信号模拟图像信号经数字化以后就形成PCM数字基带信号。（2）多相相移键控（mPSK）多相相移键控利用被调制的串行数字基带信号，通过串并变换器处理，形成不同长度比特单位。（3）多电平正交幅度键控（mQAM）在mQAM调制中，载波的相位和幅度各自载荷着调制信息，而且是相互独立的。（4）网格编码调制把编码和调制相结合统一进行设计，即将编码器和调制器当作一个整体来进行设计，这种设计方式就是网格编码调制（TrellisCodedModulation，TCM）。（5）OFDM调制将总的信号带宽划分为N个互不重叠的子通道，N个子通道进行正交频分多重调制，可克服单载波串行数据系统的缺陷。（6）数字VSB调制数字VSB（VestizialSideBand）调制方式输出的是一种使用单个载波、采用幅度调制的、抑制载波的残留边带信号。它可以应用于地面广播和有线电视。图像通信网络与系统是人们传递、交流图像信息的重要手段，在当代社会发展中扮演重要角色。本章在分析图像通信息特点的基础上，就图像通信网络与系统建设与发展的关键技术进行了有益的探讨，在此基础上，围绕图像通信网络的典型应用，就会议电视、可视电话、远程图像和VOD等系统，进行较为全面的介绍，为读者在更高层次上认识、构建、理解和应用相关图像通信网络与系统提供有益的参考67第三章彩色图像传输3.1彩色图像传输3.1.1彩色图像传输1、三原色的定义就是说三色中的任何一色，都不能用另外两种原色混合产生，而其他色可由这三色按一定的比例混合出来，这三个独立的色称之为三原色（或三基色）。2、在白色背景下，一般使用红黄蓝作为原色来混合其它颜色，这就是减基色合成彩色系统。在黑色背景下，一般使用红绿蓝作为基色来混合其它颜色，这就是加基色合成彩色系统。一般绘画时采用前者，电视中采用后者。3、光的三原色：红、绿、蓝（RGB）摄影、电视的荧光粉、计算机显示器就是根据这种原理制造的。红、绿——黄绿、蓝——青红、蓝——品红（或者叫洋红、红紫）红、绿、蓝等量相加——白3.1.2彩色的描述原理：可视光区的波长在400nm~700nm，当光谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、绿、蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采样，就可以得到一幅彩色图像。2.1.3彩色图像的表示对于彩色图像，最常用的是RGB的表示格式：一个像素由红(R)、绿(g)、蓝(B)三种颜色分量组合而成。相应地，表示像素的矩阵元素就是一个3元素组成的向量(R、G、B)。8在数学上，图像可以用矩阵表示出来，矩阵中的元素表示图像的一个点，称为像素，图像的总像素等于矩阵中元素总的个数。对于灰度图像，矩阵元素的值等于对应像素的亮度值。通常规定的亮度值取值范围为0~255之间，用来表示256级灰度，0表示最暗，255表示最亮，这样，一个像素就可以用8bit来表示。Matlab中，用函数imread来读取图像文件，imshow将读取的图像矩阵显示到作图窗口，而imwrite可将图像矩阵保存为指定格式的图像文件。为了节约内存，这三个函数中的图像矩阵元素采用了8bit来表示。3.2彩色图像的传输（一）传输三基色1、亮度信号Y=0.30R+0.59G+0.11B2、色差信号红差信号R-Y=R–(0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11B蓝差信号B-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B绿差信号G-Y=G–(0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11B根据Y=0.30R+0.59G+0.11B可得0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0由此可见，由其中两个色差信号，可以得到第三个色差信号：0.300.11G-Y=-——（R-Y）-——（B-Y）0.590.593、传输三基色传输三基色：Y（R-Y）（B-Y）由传输三基色得到三基色信号：（R-Y）+Y=R（B-Y）+Y=B（G-Y）+Y=G色度信号的频带压缩9大面积着色原理（高频混合原理）：在传送彩色图像信号时，对图像的大面积的部分（低频信号），传送三基色信号；而图像细节部分（高频信号），只传送亮度信号。用比较窄的频带传送色度信号，而用比较宽的频带传送亮度信号通常把色度信号的频带压缩至1.5MHz以下彩色图像传输的基本方法1、选取传输三基色：Y、R–Y、B–Y2、在原来亮度视频信号（Y）的带宽内，增加彩色副载波，用于传输色度信号（用色差信号调制彩色副载波）3、用色差信号调制后的色副载波（已调色度信号：F/C）与亮度信号（Y/V/B）、复合消隐信号（A/B）、复合同步信号（S）等辅助信号组成彩色图像信号。10第四章matlab软件相关介绍4.1matlab简介MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。4.2matlab的基本功能MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple