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图形图像是传递信息的主要途径人们使用图形来表达与交第1章绪论图形图像是传递信息的主要途径。
人们使用图形来表达与交流思想有着悠久的历史，尤其在当今的工程领域和各个学科及其分支都离不开图形和图像。
人的眼睛从一张图纸中吸收的信息比从一张数据表格吸收的信息要快得多，而且，如果图形和数字能够互为补充，则可使人们更深刻地认识事物的本质及其内在联系。
为了能够更好地模拟出虚拟的“真实”世界，人们使用了当今最为先进的各种技术手段，研制出了许多优秀的图形软硬件系统。
对于软件系统而言，OpenGL和C++(包括C)程序设计语言是推动图形学发展的重要动力。
因此，为了更好地理解和学习基于OpenGL、由C++写成的Open Inventor三维图形API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)，本章先从计算机图形学(Computer Graphics)的发展开始，一步步加深对Open Inventor这一强大的图形编程工具的理解。
1.1 计算机图形学的简单回顾计算机图形学是研究如何用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。
图形学的应用从某种意义上标志着计算机软、硬件的发展水平。
人们要利用计算机进行工作，必须有人与计算机之间进行传递信息的手段——人机界面。
人机界面从早期的读卡机及控制板上的开关和指示灯发展到键盘和字符中断，再发展到基于键盘、鼠标、光笔等输入设备和光栅显示器的图形用户界面，而最终必然过渡到带给用户身临其境感觉的三维用户界面——虚拟环境(虚拟现实)。
计算机图形学来源于生活、科学、工程技术、艺术、音乐、舞蹈、电影制作等各行各业，反过来它又大大促进了这些领域的发展。
1.1.1 计算机图形学的发展简史本书侧重于介绍那些源于过去、至今仍在使用而且将来大概还会继续使用的基本原理和技术，这些内容通常会贯穿于整本书中。
本节简要地回顾计算机图形学的发展历史，说明当今系统的由来。
图像通信原理图像通信原理基于数字图像处理和信号传输的原理，主要分为以下几个步骤：采样：将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
图像通信中的采样过程使用光传感器或CCD（电荷耦合器件）等设备将光信号转换为电信号，然后将这些模拟信号通过模数转换器转换为数字信号。
量化：将连续的信号离散化为一系列离散的量化级别，以便用于数字传输。
在图像通信中，量化将数字信号的幅度范围划分为一系列离散的亮度级别，并分配给每个级别一个特定的数字值。
编码：将图像的像素值转换为二进制码，以便传输和存储。
常用的图像编码方法包括无损编码和有损编码。
无损编码方法可以确保图像质量不受损失，但需要较大的存储和传输带宽。
有损编码方法可以通过牺牲一些图像细节来实现较高的压缩比，用较少的存储和传输带宽来表示图像。
信道编码：对传输过程中受到噪声和干扰的数字信号进行纠错编码，以提高信号的可靠性和传输效率。
常用的信道编码方法包括卷积码和纠正码。
调制：将编码后的数字信号转换为适合传输的模拟信号。
在图像通信中，调制方法主要有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等。
传输：将调制后的模拟信号通过信道进行传输。
信道可以是电缆、光纤或无线信道等。
在传输过程中，信号可能会受到噪声、衰减和干扰等因素的影响。
解调：接收端将传输过程中的模拟信号还原为数字信号。
解调方法与调制方法相对应，常用的解调方法包括ASK解调、FSK解调和PSK解调等。
译码：将解调后的数字信号还原为原始的图像像素值。
译码过程与编码过程相对应，通过逆向操作可以恢复编码时所使用的方法来解码图像。
重建：根据译码后的图像数据，将数字信号恢复为原始的模拟图像。
常用的重建方法包括插值、滤波和放大等。
总的来说，图像通信原理是将连续的模拟图像信号转换为数字信号并进行各种编码、调制、传输、解调、译码和重建等处理的过程，以实现图像的传输和存储。
通信原理复习资料第一章 绪论1、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点 优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累 （2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点：（1）需要较大的传输带宽 （2）对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （4）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （5）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 ★★5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），是“速度”问题； 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。
模拟通信系统模型数字通信系统模型（1）模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。
可靠性：可用接收端解调器输出信噪比来度量。
（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。
可靠性：常用误码率和误信率表示。
码元传输速率R B ：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ）； 信息传输速率R b ：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒。
6、通信的目的：传递消息中所包含的信息。
7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信★8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。
一个二进制码元含1b 的信息量；一个M 进制码元含有log 2M 比特的信息量。
9、信息源的熵，即每个符号的平均信息量：)x (p log )x(p I i 2n1i i∑=-=结论：等概率发送时，信息源的熵有最大值。
图像处理知识点第⼀章绪论1. 图像(Image)：没有严谨的定义，⼀般有2个层次在可见光段有光束的反射，经反射到视觉系统，在视觉系统中感受到的物或物群的影像。
具有⼀定物理意义的在空间按⼀定顺序排列的2D/3D的数据。
2. 图像的类别可见光成像和不可见光成像彩⾊与⾮彩⾊图像动态图像与静⽌图像模拟图像与数字图像3.数字图像处理系统概述数字图像处理系统由硬件和软件组成。
采集：获取数字图像的设备即采集装置。
显⽰存储主机：以微机或⼯作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像处理系统通信：图像通信就是把图像传送到远⽅终端。
图像处理软件：由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。
4. 颜⾊模型—各种表⽰颜⾊的⽅法模型：⾯向机器（显⽰器、摄像机、打印机等）在三维直⾓坐标系中，⽤相互垂直的三个坐标轴代表R、G、B三个分量。
颜⾊空间：R、G、B限定在[0，1]的单位正⽅体HIS模型：⾯向颜⾊处理、⼈眼视觉利⽤颜⾊的三个属性:H(hue)-⾊调I(intensity)-亮度S(saturation)-饱和度组成表⽰颜⾊的圆柱体5. 数字图像I=f（x, y, z, λ, t）运动、彩⾊或多光谱的⽴体图像静⽌图像：I=f（x, y, z, λ）灰度图像：I=f（x, y, z, t）平⾯图像：I=f（x, y, λ, t）平⾯的静⽌灰度图像：I=f（x, y）第⼆章图像采集1. ⼈眼视觉感知特性●主观亮度：S 主观亮度，B 实际亮度●对⽐度（会计算）马赫带效应（Mach Band）：不同灰度的条带，各条带内部亮度是常数。
但实际观察到带有强烈的边缘效应。
原因：⼈眼对于图像中不同空间频率具有不同的灵敏度，⽽在空间频率突变处出现了“⽋调”或“过调”。
2. 采样和量化的过程就是图像数字化的过程。
采样(sampling)：空间坐标的离散化称为空间采样。
确定图像的空间分辨率。
采样间隔越⼤→图像像素数越少，空间分辨率越低，图像质量越差，严重时出现像素呈块状效应；采样间隔越⼩→所得图像像素数越多，空间分辨率⾼，图像质量越好，但数据量⼤。
第一章绪论1.什么是通信系统？画出数据通信系统的一般模型图，并简要介绍。
（1）通信系统是实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒介的总和（2）信源→发送设备→传输系统→接收设备→信宿↑噪声源源系统→→→传输系统→→→目的系统（3）信源：把各种消息转换为原始电信号信宿：把电信号还原成消息发送设备：匹配信源与传输媒介：调制接收设备：完成发送设备的反变换：解调信道：信号传输媒介噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声2.试分析数字通信和模拟通信的优缺点。
（1）模拟通信系统：以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟传输，以模拟信号来传达消息的通信方式称为模拟通信，传输模拟信号的通信系统称为模拟传输系统。
缺点：抗干扰能力差保密性差不能适应计算机通信的需求（2）数字通信系统：以数字信号为传输对象的传输方式称为数字传输，以数字信号来传达消息的通信方式称为数字通信，传输数字信号的通信系统称为模拟数字系统。
优越性：抗干扰能力强{数字信号可多次再生，自动检错、纠错}具有良好的灵活性和通用性便于加密数字通信设备易于大规模集成什么是消息？什么是信息？什么是信息技术（Information technology，IT）？基本概念：1.1948年，晶体管的发明与香农定理的提出激起了数字通信系统的发展2.按照信号特征分类，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。
第二章 练习题1. 信息的概念a) 信息和消息的区别是什么？解：消息具有两个特点：一是能被通信双方所理解，二是可以相互传递信息是指包含在消息中对通信者有意义的那部分内容消息是信息的载体b) 信息量的定义和单位是什么？解：一条消息包含信息的多少称为信息量定义：当底数分别为2，e 和10时，单位为比特，奈特和哈特莱c)设某信源产生a 、b 、c 、d 四个符号，若各符号的出现相互独立，且其出现概率分别为1/2、1/4、1/8、1/8，试求该信源的平均信息量。
解：H =−12log 212−14log 214−18log 218−18log 218=2.5(b)d) 一个离散信号源每毫秒发出4种符号中的一个，各相互独立符号出现的概率分别为0.4、0.3、0.2、0.1，求该信号源的平均信息量与信息速率。
第1章绪论1.1 数字电视与图像通信技术的发展视频图像信息是自然界景象经摄像机等摄取或投影后在某种介质上的二维或三维的表达。
照片、传真及各种图片是静止图像，而电视视频信号或电影等记录的主要是活动图像。
无论是静止图像还是活动图像，在传输或通信时均首先通过扫描将图像信息变换成一定格式的视频图像信号，然后经图像处理、图像信源编码、信道编码及调制后发送出去，在接收端经相反的过程将图像信息恢复出来，从而实现通信的目的。
从20世纪40年代黑白电视到50年代的彩色电视，模拟电视走过了四五十年漫长的道路。
随着科学技术的进步，对电视信号进行模拟处理和传输已越来越不能满足人们对电视信号高质量、高清晰度及多功能的要求。
那么，解决这一问题的根本途径是什么？经过多年来的研究得出的结论是：利用数字电视技术对电视信号进行处理和传输与模拟电视技术相比具有无可比拟的优越性。
从1837年莫尔斯发明电报机，1895年马可尼成功进行了无线电报实验，到1995年11月发布低数码率视频编码的H.263建议，可视电话与会议电视已成为重要的通信手段，图像通信也得到快速发展。
1.1.1 模拟电视及其数字处理模拟电视信号是指幅度及时间均连续变化的电视信号，NTSC、PAL、SECAM三大电视制式均是对模拟电视信号进行模拟处理和传输的体制。
为了节省传输带宽，红（R）、绿（G）、蓝（B）模拟电视信号先组成一个亮度信号和两个色差信号，然后使色差信号对某副载波进行调制，调制后的色度信号再和亮度信号混合后变成全电视信号进行传输。
为了能在接收端分离亮度信号和色度信号，可以在色差信号对副载波进行调制时将其频谱分布和亮度信号的频谱实现频谱交错。
由于模拟梳状滤波器梳状特性较差，且亮度与色度的能量在高频谱部分不可避免地重叠在一起，以致在接收机中亮度和色度信号不能进行完善的分离，亮度、色度之间的串扰甚为严重，这是造成图像质量下降的重要原因之一。
隔行扫描是三大制式的共同特点，它原本是提高清晰度、减少带宽的有效方法，但正是因为隔行扫描引起了行间闪烁与爬行现象。
且由于帧频与场频太低，使电视图像出现了大面积闪烁，而且每帧行数太少，使行结构粗糙。
模拟电视制式已不能满足人们对电视图像质量越来越高的要求。
电视信号的数字化早在1948年就提出来了。
在20世纪70～80年代，科学家们已经研制出各种数字电视设备，如数字帧同步机、数字制式转换器、数字录像机和数字降噪器等，但这仅仅是模拟海洋中的一个个“数字孤岛”。
之后又实现了在电视台内的数字电视处理与传输，除了信号源及发射端外，在电视台内几乎实现了全数字的处理。
数字分量等手段的采用大大提高了电视台节目的制作质量，但遗憾的是，电视台内的数字电视信号还需要转换成模拟电视信号才能进行调制发射。
接收机接收到的仍是模拟电视信号。
为了克服上述两个缺点，可以在不改变原来制式的情况下，在电视接收机内利用数字处理技术以提高接收机电视图像质量，这就是所谓的改良清晰度电视（IDTV）。
其方法是：在接收机内将视频检波后的全电视信号进行数字化，然后对数字视频信号进行数字处理，利用数字梳状滤波器构成数字的亮色分离电路，大大提高亮色分离的性能，将亮色之间的串扰降低到人眼难以察觉的程度。
隔行扫描所引起的行间闪烁与爬行现象、帧频太低所引起的大面积闪烁以及每帧行数太少引起的行结构粗糙等现象可以用倍行及倍场的方法加以改善。
倍行即使行频增加一倍，倍场即使场频增加一倍。
倍行、倍场处理后，每帧行数增加了一倍，行结构不再粗糙；场频增加了一倍，从50Hz增加到100Hz，消除了大面积闪烁、行间闪烁与爬行现象，改善了图像质量。
而倍行及倍场处理也只有使用数字处理技术才能实现。
在电视接收机内用数字处理代替模拟处理，图像质量的改善是有限的。
于是人们希望在电视发射端进行改进以达到进一步提高图像质量的目的。
20世纪80年代后期西欧及日本相继研制了称为EDTV的新一代电视系统，即增强清晰度电视。
西欧的PAL-PLUS及日本的EDTV-1等增强清晰度电视相继开播，图像质量又有了明显的改善。
但真正的全数字电视系统在20世纪90年代中期才正式开播，从此就进入了全数字电视时代。
1.1.2 数字电视系统及数字电视发展进程1982年，国际无线电咨询委员会（CCIR）通过了601号建议，确定以分量编码4:2:2标准作为电视演播室数字编码的国际标准。
601号建议规定，亮度信号和色度信号的取样频率分别为13.5MHz及6.75MHz，每一像素量化为8bit。
符合601号建议的数字电视信号的总码率为216Mb/s，要传送这样高码率的数字电视信号至少需要几十MHz带宽的信道，这是不可行的。
但当我们采用图像与声音压缩编码技术及数字传输技术后，就能在一路模拟电视频道（8MHz）中传送4～6路数字标准清晰度电视的节目。
如图1.1所示为数字电视系统方框图，图中左半部为发送端，数字的视频信号、数字的伴音信号及数据信号经压缩编码后使数码率压缩几十倍，大大提高了传输的有效性；接着进行信道编码，加入各种纠错编码，以提高传输的可靠性；最后进行数字调制，以提高信道的频谱利用率。
该数字电视信号经发射机发送出去，在接收端由调谐器接收，经数字解调、信道解码及解调复用器后，分别通过视频、伴音及数据的压缩解码，恢复出原来的数字电视信号。
数字的视频及伴音信号经数字/模拟（D/A）变换器变换成模拟电视信号后，即可在显示终端看到图像（某些显示终端如PDP，可直接进行数字显示）并听到伴音。
图1.1中接收端一侧的大方框内所包含的部分即为数字电视综合接收解码器（IRD）或称数字电视接收机顶盒。
1982年以后，随着CCIR601电视信号数字化标准及CCIR656接口规范的出台，迅速开启了电视台内设备数字化的热潮，时基校正器、帧同步机、制式转换器等电视台内几乎所有的设·2·备都被数字设备代替，因此大大提高了节目制作及播出的质量。
但最后这些数字信号仍需要被编码成模拟的CVBS信号（复合全电视信号）并经调制后由发射机发送出去。
在接收机中，电视信号数字化后可以进行数字的亮色分离、数字彩色解码、数字的轮廓增强、数字的降噪及画中画等操作（以ITT公司的DIGIT2000为代表），使电视的图像质量得到显著提高。
但这些改进仍停留在模拟电视的范畴内，只是把模拟信号进行了数字处理，改善了一些图像质量。
图1.1 数字电视系统方框图受日本在1985年播出模拟HDTV的推动，欧美各国开始研制全数字的电视系统。
但模拟信号数字化后，数据量很大，按601标准4:2:2取样8bit量化后的数码率达到216Mb/s。
这么高的数码率，存储、实时传输与处理都是不现实的。
于是从20世纪80年代开始，图像与声音压缩编码技术成了数字电视研究发展的核心课题。
从1988年的会议电视H.261、标准1991年的JPEG静止图像压缩编码标准到1991年开始制订的MPEG-1、MPEG-2运动图像压缩编码标淮，数码率实现了压缩50倍而图像质量看不出明显失真的效果，这使得数字电视广播成为可能。
20世纪80年代末及90年代初世界各国先后成功研制出了全数字的电视系统，主要有美国的ATSC及欧洲的DVB数字电视广播系统。
1995年欧美开通了卫星及有线数字电视广播，1998年开通了地面数字电视广播。
2003年日本开播了ISDB-T数字电视系统。
我国也在1999年国庆50周年时成功地试播了自行研制的HDTV地面数字电视系统；2002年开始全国各地相继开播了有线及卫星数字电视广播；2006年8月我国颁布了地面数字电视国家标准；2008年1月1日，地面数字电视在北京开播，数字地面高清频道相继播出。
新媒体的发展也取得突破，网络电视（IP TV）、手机电视等发展迅速。
2008年6月9日，我国成功地发射第一颗直播卫星“中星9号”。
2008年8月期间，我国成功举办了北京奥运会，广播影视服务奥运取得了圆满成功，数字高清晰度电视、移动多媒体广播电视、互联网广播电视等新手段的应用，丰富了科技奥运的内涵，成为了北京奥运会的亮点。
目前，我国已建成世界上覆盖人口最多，无线、有线、卫星、互联网等多种技术手段并用，中央与地方、城市与农村、国内与国外并重的规模庞大的广播影视网络。
从2007年3月1日起，美国出产的电视机抛弃传统的模拟信号，转为只接收数字信号。
因此，从全世界范围来看，数字取代模拟已成为大势所趋。
美国和英国已分别宣布要在2009年及2010年全部转为数字电视广播信号，中国也计划在2015年停播模拟电视广播信号。
1.1.3 图像通信的发展图像通信是现代通信技术的主要研究内容，它的发展与计算机多媒体技术及数字电视技术·3·相辅相成。
传真、可视图文（Videotex）、图文电视（Teletext）、静止图像通信、可视电话和会议电视等均是图像通信的内容。
美国贝尔实验室早在1927年就进行了可视电话的实验。
1964年，贝尔公司在纽约世界博览会上展出了世界上第一部可视电话（Picture phone I），直到1984年国际电报电话咨询委员会（CCITT，即现在的ITU-T）才制订出首个会议电视及可视电话H.100系列建议。
1996年5月ITU-T批准了H.320会议电视系统，对会议电视系统的性能指标、压缩算法、信息结构、控制命令及组建会议电视网的原则等作了完整的规定，随后又公布了H.324建议、H.323建议和H.310建议等。
这些建议的发表大大推动了可视电话及会议电视的发展及商品化。
近几年发展起来的高清晰会议电视提供的9倍CIF的高清晰图像带来了视觉的新体验，其色彩更加鲜明逼真，运动更加清晰流畅。
无论是哪种数字电视广播及现代图像通信的方式，其核心技术——图像与声音压缩编码技术仍是开发的重点。
为适应网络电视、移动视频、交互电视等的要求，在图像压缩编码上H.264（MPEG-4第10部分）的压缩效率比MPEG-4（第2部分）提高了一倍多。
我国开发的具有自主知识产权的A VS标准已在卫星及网络传输上得到应用。
除了压缩编码外，还必须大力研究信道编码（纠错编码）、先进的数字调制技术、数字版权（DRM）及条件接收（CA）技术等。
随着通信网络技术即信息高速公路基础设施技术的飞速发展，原来的电信网、有线电视网及计算机网这三大网络有合一的趋势，数字电视信号及图像通信信号所产生的数字码流可以在这三大网络中进行传输、交换。
人们可以通过信息高速公路收看世界上任一电视台播放的电视节目（只要向这一电视台发送一个点播信息即可），还可以根据需要收看不同清晰度电视的节目（所付费用不同）。
可以和世界各地任何地方的人们“面对面”地进行通话或召开电视会议讨论某一重大决策。
数字电视和图像通信已经没有什么本质上的区别，两者达到了实质性融合，人类已经进入了多媒体信息时代。
