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高速串行数字图像传输若干问题的应用研究

于涌

  在人类社会里,人们离不开信息的传递和交换。人类相互之间以及与外界环境之间传递或交换信息的过程就是通信。信息可以分类归纳为语音、数据和图像这三种主要形式。根据科学研究,在人类所接收到的信息中,有70%以上是通过视觉得到的。和语音或者文字相比,图像包含的信息量更大,更直观,更确切,因而具有更高的使用效率和更广泛的适应性,对很多涉及图像跟踪测量方面的应用已日显重要,比如光电经纬仪这样的光电跟踪测量设备。数字化是图像传输和处理的一个必然发展趋势。利用高速串行技术进行数字图像传输克服了以往并行传输方式距离短、易受干扰、成本高、软硬件复杂和可维护性差等缺点,也解决了传统串行传输方式通信速率低的瓶颈问题。最早为视频图像传输设计并逐渐成熟的IEEE1394高速串行总线技术,为满足高速串行图像传输提供了很好的契机。在数字图像传输中图像压缩编码也是一个重要而关键的问题,可以用有限带宽和尽可能少的时间传输内容尽可能多的图像信息。离散余弦变换(DCT)是图像压缩中经常用到的正交变换编码技术,由于理论、算法和硬件相对成熟,去相关性好,适应人眼的视觉特性,计算量不大(没有复数计算),易于实现等优点,DCT压缩编码的应用非常广泛。本篇论文详细介绍了IEEE1394高性能串行总线的技术协议,并且比较分析了传统的几种串行总线标准和两种新型的高速串行总线标准的工作特性。根据高速串行总线标准IEEE1394宽带宽、通用和实时性好的特点,提出将IEEE1394应用到光电经纬仪实时视频图像传输中的方案构想。作为工程实现前的实验研究,对三类具有IEEE1394接口的数字录像机和摄像机进行了视频图像传输实验,发现无压缩格式的按IEEE1394标准传输的数字视频图像(传输距离从4.5米到100米之间),较原始模拟视频图像在几何位置信息上没有衰变,而在亮度、对比度、边缘清晰度这些方面有明显的优势;但是按DVCAM压缩格式(常见于SONY公司的系列产品,是5:1的DCT帧内压缩)压缩的数字视频图像,较原始模拟参照图像有明显的几何畸变。为进一步研究这种畸变产生的原因,利用MATLAB的数字图像处理工具包和VISUAL C++开发的差影法程序对DCT压缩给图像像元位置信息带来的影响进行了实验和分析,发现在压缩比为4的情况下,有明显的1个像元以上的几何畸变。中国科学院长春光机与物理研究所博士学位论文据此提出了不同于传统的仅用均方误差(MSE)和峰值信噪比(PSNR)来评价图像灰度辐射畸变的新思路,补充了对压缩图像几何畸变的定量描述。这对于基于图像的测量跟踪系统中数字图像传输方式的选择,以及评价压缩解压算法对测量精度的影响有重要意义。为今后系统的开展高速串行数字图像传输进行了前瞻性研究,奠定了实验基础。……   
[关键词]:高速串行图像传输;IEEE1394;DCT压缩编码;图像质量评价
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)2003年