多媒体通信技术基础（第3版）.pdf

书 书 书多媒体通信技术基础（第三版）蔡安妮 等编著P u b l i s h i n gH o u s eo fE l e c t r o n i c s I n d u s t r y北京B E I J I NG内 容 简 介本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。作者紧密跟踪国际上多媒体技术发展的动向和研究成果，在分析本领域内大量具有代表性的文献及书籍的基础上，结合多年的科研和教学经验，综合提炼出本书的大纲和内容。全书比较全面地介绍了这一新领域内的主要理论与技术，包括：多媒体技术的特征、视觉特性与彩色电视信号、数据压缩的基本技术、视频数据的压缩编码、音频数据的压缩编码、多媒体同步、多媒体传输网络、多媒体通信终端与系统、视频在分组网上的传输、视频在异构环境下的传输等1 0章。全书在理论上力求严谨、叙述上尽量深入浅出。本书选材兼顾到研究生及本科生教学两个方面的教学需要，同时可以作为从事通信、信息及相关行业的科研和工程技术人员的参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（C I P）数据多媒体通信技术基础/蔡安妮等编著.3版.北京：电子工业出版社，2 0 1 2.1 1电子信息科学与工程类专业精品教材I S B N9 7 8-7-1 2 1-1 8 9 0 3-6.多.蔡.多媒体通信-通信技术-高等学校-教材.TN 9 1 9.8 5中国版本图书馆C I P数据核字（2 0 1 2）第2 6 7 6 4 7号策划编辑：陈晓莉责任编辑：陈晓莉 印刷：装订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路1 7 3信箱 邮编1 0 0 0 3 6开本：7 8 71 0 9 2 1/1 6 印张：2 1.5 字数：7 8 0千字印次：2 0 1 2年1 1月第1次印刷印数：3 0 0 0册 定价：4 6.0 0元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（0 1 0）8 8 2 5 4 8 8 8。质量投诉请发邮件至z l t s p h e i.c o m.c n，盗版侵权举报请发邮件至d b q q p h e i.c o m.c n。服务热线：（0 1 0）8 8 2 5 8 8 8 8。第三版前言时隔四年，本书第三版出版了。在这一版中，根据技术的发展，删去了一些过时的内容，补充了一些新概念和新技术，并增加了少量习题。此外在选材和叙述上，力求更为简明和精练，以突出重点内容。与本书第二版相比，第三版的主要改动如下：由于多媒体应用，特别是视频应用的迅速发展和普及，在第1章中删去了对多媒体早期业务的叙述。由于模拟电视正在被数字电视逐步取代，在第2章中删去了复合电视信号的数字化一节。第3章的改动主要在对小波变换讲述的精练和静止图像变换系数量化的删节。第4章针对基于帧和基于对象的编码方法分别增加了码流结构一节，使内容更加完整，并在压缩编码的国际标准中补充了对正在制定的HE V C标准的简介。同时，将压缩算法的性能评价一节从第3章移至第4章，加入了对视频压缩率失真性能的定量评价方法。在第6章中删去了多媒体同步的4层参考模型一节。第7章的改动比较大，删去了有关物理层和链路层的技术，仅保留了重要网络的基本工作原理和性能（包括Q o S机制）。同时，引入了用户体验质量（Q o E）的概念，并将无线局域网、移动网和W i MAX合并到一节，因为这三种网络正在向融合的方向发展。在第8章中删去了一些使用不多的传输层协议以及有关ATM网的视听业务标准，因为ATM技术将不会在终端上应用。此外，流媒体文件一节中改用使用更为广泛的MP 4作为例子进行讲解；删去了流式应用系统的关键技术一节，因为相关内容已包含在其他章节中。更为重要的是，本章最后增加了两节：P 2 P流式应用系统和2 0 1 1年底MP E G制定标准的动态自适应HT T P流式应用系统（D A S H），这是两种正在和将会成为主流的流媒体技术。第9章删去了服务质量的保障和循环冗余码两节，因为它们主要涉及传输层以下的技术；同时，补充了无线网络中的拥塞控制一节。第1 0章删除了视频信号模型一节。最后，向给本书第二版提出意见和建议的老师和学生表示衷心的感谢！作 者2 0 1 2年7月再版前言本书在2 0 0 0年出版的“多媒体通信技术基础”第一版的基础上，根据近年来技术的发展和曾经使用过该书的教师和学生的意见，经过较大幅度的增删和修改而成。本书与第一版一样，作者是按照下述方向努力的：首先阅读这个新技术领域中绝大多数有代表性的论文、书籍，并根据自己的科研经验，经过消化、提炼，分门别类，使其系统化；然后用自己的语言，尽量通俗、严谨、简繁适当地写出来。本书选材时尽量兼顾了本科生教学和研究生教学两方面的需要，以及在通信、信息及相关领域中从事研究开发的工程技术人员掌握多媒体技术的需要。在高等院校使用本教材时，可根据本校、本系的特点，选择书中的不同章节、或不同章节中的部分内容分别作为本科生、研究生讲课使用。为了加深理解和拓展各章中的内容，每章之后都附有一定数量的习题和参考文献。本书第1、2章保留由孙景鳌在第一版中编写的内容；第5章由苏菲编写；3.8节、4.2、4.3.3节和1 0.2、1 0.3节由庄伯金编写。本书取材于众多的文献，作者在此对这些推动多媒体技术发展的人们表示敬意和感谢；同时，对给本书第一版提出意见和建议的老师和学生表示感谢。最后，作者仅以本书缅怀北京邮电大学多媒体通信与模式识别实验室创建人、本书第一版作者之一孙景鳌教授，由于他在实验室对多媒体方向科研的倡导和坚持，才有今天这本书。作 者2 0 0 8年3月目 录第1章 概论 多媒体技术的特征1 1.1 概述1 1.2 多媒体的概念与含义1 1.3 多媒体产生的技术背景3 1.3.1 图像压缩编码技术的成熟3 1.3.2 大规模集成电路技术的发展4 1.3.3 大容量数字存储技术的发展4 1.4 多媒体系统的基本类型及相关业务5 1.4.1 独立商亭式系统5 1.4.2 多媒体信息检索与查询5 1.4.3 多媒体会议与协同工作7 1.4.4 多媒体即时通信9 1.4.5 点播电视（VO D）1 0 1.5 三网融合及相应的业务1 1 1.5.1 网络的融合1 1 1.5.2 多重服务与业务融合1 3 习题一1 3 参考文献1 3第2章 视觉特性和彩色电视信号1 4 2.1 人的视觉特性1 4 2.1.1 图像对比度与视觉的对比度灵敏度特性1 4 2.1.2 空间频率与视觉的空间频率响应1 5 2.1.3 视觉的时间域响应1 6 2.1.4 彩色的计量和彩色视觉1 7 2.2 彩色电视信号1 9 2.2.1 扫描 空间频率到时间频率的转换1 9 2.2.2 隔行扫描与逐行扫描1 9 2.2.3 电视信号的带宽2 0 2.2.4 彩色空间的处理2 1 2.2.5 全彩色电视信号2 2 2.3 分量彩色电视信号的数字化2 3 习题二2 5 参考文献2 6第3章 数据压缩的基本技术2 7 3.1 概述2 7 3.2 数据压缩的理论依据2 7 3.2.1 离散信源的信息熵2 7 3.2.2 信源的概率分布与熵的关系2 8 3.2.3 信源的相关性与序列熵的关系2 9 3.3 信息率失真理论3 0 3.3.1 通信系统的一般模型3 0 3.3.2 信息率失真函数3 1 3.3.3 限失真信源编码定理3 2 3.4 取样频率的转换3 3 3.4.1 下取样3 3 3.4.2 上取样3 5 3.4.3 分数比率转换3 7 3.5 预测编码3 7 3.5.1 差分脉冲编码调制（D P CM）3 7 3.5.2 序列图像中运动矢量的估值3 9 3.5.3 具有运动补偿的帧间预测4 4 3.6 正交变换编码4 6 3.6.1 最佳线性正交变换4 6 3.6.2 离散余弦变换4 7 3.7 子带编码5 0 3.7.1 子带编码的工作原理5 0 3.7.2 正交镜像滤波器组5 2 3.7.3 时域混叠消除5 3 3.8 小波变换编码5 6 3.8.1 多尺度分析5 6 3.8.2 二进小波变换5 7 3.8.3 变换系数的排序和编码5 8 3.9 量化6 1 3.9.1 均匀量化器6 1 3.9.2 最小均方误差量化器6 2 3.9.3 最小熵量化器6 3 3.9.4 自适应量化6 4 3.9.5 预测误差和D C T系数的量化6 4 3.1 0 熵编码6 5 3.1 0.1 熵编码的基本概念6 5 3.1 0.2 霍夫曼编码6 6 3.1 0.3 算术编码6 8 习题三7 1 参考文献7 4第4章 视频数据的压缩编码7 5 4.1 基于帧的视频编码7 5 4.1.1 典型的编码器与解码器7 5 4.1.2 视频序列的编码7 9 4.1.3 帧内预测编码8 0 4.1.4 帧间预测编码的优化8 1 4.1.5 基于率-失真优化的编码模式选择8 6 4.1.6 低计算复杂度的变换编码与量化8 8 4.1.7 码流结构9 1 4.2 基于对象的视频编码9 2 4.2.1 编码器与解码器9 2 4.2.2 任意形状VO P的预测编码9 3 4.2.3 任意形状VO P的纹理编码9 4 4.2.4 形状编码9 5 4.2.5 码流结构9 6 4.3 恒定速率编码器的速率控制9 6 4.3.1 高码率应用的速率控制（TM5）9 6 4.3.2 速率控制中的率-失真模型9 8 4.3.3 低延时应用的速率控制（TMN 8）1 0 0 4.3.4 基于率失真优化的速率控制（J V TG 0 1 2）1 0 2 4.3.5 视频缓存证实器1 0 5 4.4 变速率视频编码1 0 6 4.5 压缩编码算法性能的评价1 0 7 4.6 图像和视频压缩编码的国际标准1 0 9 4.6.1 静止图像压缩编码标准J P E G/J P E G 2 0 0 01 0 9 4.6.2 视听会议压缩编码标准H.2 6 11 1 0 4.6.3 数字声像存储压缩编码标准MP E G-11 1 0 4.6.4 通用视频及伴音压缩编码标准MP E G-2（H.2 6 2）1 1 1 4.6.5 低比特率视听会议压缩编码标准H.2 6 31 1 1 4.6.6 通用音视频对象压缩编码标准MP E G-41 1 2 4.6.7 视频压缩编码标准H.2 6 4/A V C1 1 3 4.6.8 视频压缩编码的国家标准 AV S1 1 4 4.6.9 正在制定的视频压缩编码标准 HE V C1 1 4 习题四1 1 5 参考文献1 1 7第5章 音频数据的压缩编码1 1 8 5.1 概述1 1 8 5.2 人的听觉特性1 1 8 5.2.1 响度级和响度1 1 8 5.2.2 听觉灵敏度1 1 9 5.2.3 听觉掩蔽1 2 0 5.2.4 临界带宽1 2 1 5.3 音频信号的数字化1 2 1 5.4 音频自适应差分脉冲编码调制1 2 2 5.5 音频子带编码1 2 2 5.6 线性预测编码1 2 4 5.7 码激励线性预测编码（C E L P）1 2 4 5.7.1 感知加权滤波器1 2 5 5.7.2 合成分析法1 2 5 5.7.3 C E L P编解码原理1 2 6 5.7.4 G.7 2 9编解码器1 2 7 5.8 感知编码1 2 8 5.9 MP E G-1音频编码1 2 9 5.9.1 概述1 2 9 5.9.2 MP E G-1心理声学模型1 3 0 5.9.3 编码层次1 3 1 5.1 0 MP E G-2音频编码1 3 4 5.1 0.1 MP E G-2B C1 3 4 5.1 0.2 MP E G-2AA C1 3 5 5.1 1 杜比（A C-3）编码1 3 7 5.1 2 音频压缩编码的国际标准1 3 9 习题五1 4 1 参考文献1 4 1第6章 多媒体同步1 4 2 6.1 多媒体数据1 4 2 6.1.1 连续媒体数据与静态媒体数据1 4 2 6.1.