關(guān)于視頻通信領(lǐng)域圖像處理技術(shù)的分析與探究

周嘉慧

【摘要】? ? 伴隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，通信技術(shù)也在不斷發(fā)展，通信業(yè)務(wù)的范圍也在不斷拓展。其中視頻通信的出現(xiàn)、發(fā)展就是其中典型的范例，集成了語音、數(shù)據(jù)及圖像為一體視頻通信業(yè)務(wù)，在當(dāng)下已經(jīng)成為了通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其在視頻會(huì)議、在線教育等方面也早就得到了廣泛應(yīng)用。在視頻通信領(lǐng)域，圖像處理技術(shù)比較關(guān)鍵，針對這一技術(shù)展開具體的分析與探究式十分有必要的。

【關(guān)鍵詞】? ? 視頻通信? ? 圖像處理技術(shù)? ? 分析

視覺與聽覺是人類獲取信息的最主要途徑，圖像與聲音同步的視頻的通信形式更加直觀、生動(dòng)也更加容易被人們所接受，因而在視頻通信一經(jīng)問世就得到了人們廣泛的認(rèn)同與青睞。在視頻通信中，圖像信息的傳輸占據(jù)主要地位，圖像的處理與優(yōu)化對于提升整體視頻通信的質(zhì)量具有決定性作用。因此可以說，圖像處理及圖像處理技術(shù)，在視頻通信領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。從目前的現(xiàn)實(shí)情況來看，視頻通信領(lǐng)域圖像質(zhì)量的優(yōu)化仍然還是具備較大提升空間的，合理、有效的應(yīng)用圖像處理技術(shù)，成為了優(yōu)化與完善視頻通信的一個(gè)重點(diǎn)“突破口”。

一、關(guān)于圖像處理技術(shù)的概述

所謂圖像處理技術(shù)是指“對圖像進(jìn)行加工、處理的一系列技術(shù)及這一系列技術(shù)的總稱”，圖像處理技術(shù)涵蓋了圖像的數(shù)字化、增強(qiáng)、識(shí)別、復(fù)原、分割等。

圖像處理包括對模擬和數(shù)字圖像的處理，因?yàn)槟M與數(shù)字圖像存在本質(zhì)上的區(qū)別，因此具體的處理技術(shù)也存在很大差別。

傳統(tǒng)的電視圖像就屬于模擬圖像，這類圖像的處理均以活動(dòng)圖像為處理目標(biāo)。模擬圖像處理的技術(shù)主要基于光學(xué)與電子原理，一般具有速度較快、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn);而弊端主要在于精確低、靈活性差等方面，這是因?yàn)榫扰c靈活度方面的不足使得模擬圖像的處理往往存在著判斷與非線性處理能力不強(qiáng)的問題。

而數(shù)字圖像處理是基于計(jì)算機(jī)進(jìn)行的“硬件處理”，數(shù)字圖像處理因此也被稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理。計(jì)算機(jī)圖像處理其優(yōu)勢在于精度高，在一些復(fù)雜的、非線性內(nèi)容處理方面具有優(yōu)勢，同時(shí)靈活性也較高。在計(jì)算機(jī)或者說數(shù)字圖像處理中，還可以借助軟件來調(diào)整處理圖像內(nèi)容，實(shí)際上能夠處理數(shù)字圖像的方式是多樣的。但數(shù)字圖像處理也存在缺欠的，就是處理的速度較慢，在處理靜止畫面中可能這一劣勢并不顯著，但是要處理實(shí)時(shí)畫面則相對要困難一些，而在在圖像的分辨率方面還有一定限制。

二、視頻通信中的圖像處理技術(shù)

2.1圖像壓縮技術(shù)

視頻通信中，圖像壓縮技術(shù)比較常用，其目的是為了實(shí)現(xiàn)較高的傳輸思慮。在眾多壓縮方法中，分形圖像壓縮其應(yīng)用較為經(jīng)典。分形圖像壓縮在起初是通過實(shí)時(shí)分形圖像壓縮的形式得到預(yù)期的編碼壓縮比。分形圖像壓縮是是基于迭代函數(shù)系統(tǒng)定理實(shí)現(xiàn)的，在具體分形圖像壓縮中是把圖像分割先后為不重疊的“塊”與可以堆疊的“塊”，再對每一“塊”進(jìn)行定義使其能夠“收縮”變換繼而得到匹配，通過壓縮及編碼來做存取與傳輸。在解碼（解壓縮）中，則對不同塊做變換、迭代，迭代 10 次后圖像就基本趨于穩(wěn)定，函數(shù)系統(tǒng)也就獲得了正常的解碼圖像。因?yàn)榉中螇嚎s其計(jì)算量大、所（計(jì)算）時(shí)間長，同時(shí)應(yīng)用中需要人員干預(yù)下來完成，這也就限制了分形圖像壓縮的發(fā)展。在后來，因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分形圖像壓縮能夠在計(jì)算中實(shí)現(xiàn)，這就使得圖像壓縮技術(shù)進(jìn)入到了一個(gè)新的紀(jì)元。

2.2 圖像恢復(fù)技術(shù)

圖像恢復(fù)的目的是為了提升圖像質(zhì)量，在視頻通信中為了提升傳輸?shù)乃俾释鶗?huì)對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，圖像質(zhì)量會(huì)退化，通過圖像恢復(fù)技術(shù)的處理，能夠在一定程度上優(yōu)化圖像質(zhì)量。視頻通信當(dāng)中對圖像壓縮方式有一定了解，可

以在視覺暫留機(jī)制限制下實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的提升。目前圖像恢復(fù)常用的方法包括凸集投影、貝葉斯兩種：

2.2.1凸集投影

凸集投影法在視頻通信中，可以將視頻通信出現(xiàn)的“塊效應(yīng)”很好的消除掉，凸集投影法也能處理一些圖像。一般視頻通信中會(huì)把高質(zhì)量圖像假設(shè)為存在于“希爾伯特空間”h 中的一個(gè)元素，以此為基礎(chǔ)圖像壓縮、傳輸中，圖像出現(xiàn)質(zhì)量“損耗”的可性很高，因此實(shí)際的圖像壓縮與傳輸中建模處理不可或缺：1.在h空間（希爾伯特空間）內(nèi)的不同封閉凸集中對先驗(yàn)信息進(jìn)行約束，然后計(jì)算出凸集相對應(yīng)的算法（投影算法）P。2.在得到褪化圖像約束凸集的基礎(chǔ)上，在h空間選定一個(gè)滿足高質(zhì)量視頻傳輸需求的元素。3.利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行p算法處理，以響應(yīng)的順序約束凸集做投影處理，這個(gè)過程中要注意對圖像調(diào)整做好調(diào)整，以便在收斂后得到預(yù)期的圖像。

凸集投影法很好的解決了圖像“塊效應(yīng)”與圖像細(xì)節(jié)保留的問題，但是其按照“梯度下降方向不斷探尋，直到收斂位置為止”的迭代算法，缺乏實(shí)時(shí)性同時(shí)比較復(fù)雜，難以完成圖像實(shí)時(shí)處理的任務(wù)。凸集投影方法也很容易破壞圖像中各頻率分量件的平衡，造成圖像退化。造成這樣問題的原因主要在于凸集選擇不當(dāng)，具體就是量化約束凸集 C1與 平滑限制約束凸集C2的不當(dāng)選擇，使得C1、C2兩者交集為空，算法無法收斂。

2.2.2貝葉斯方法

在視頻通信的圖像處理、恢復(fù)中貝葉斯法應(yīng)用廣泛，貝葉斯法是基于概率算法找出恢復(fù)出來的圖像，一般恢復(fù)為原圖的可能性更高。

在圖像恢復(fù)中，假如設(shè)定所接收到的低質(zhì)量圖像為 Y，原始（高質(zhì)量）圖像是 X，基于貝葉斯法相的表達(dá)公式就為：

以上公式中的Y=D（X），D 為視頻通信中的原始圖像（高質(zhì)量）褪化、變化的過程。

基于貝葉斯法進(jìn)行圖像恢復(fù)是從概率學(xué)角度分析與解決具體問題，利用最大后驗(yàn)概率估算得到退化后的低質(zhì)圖像，并以此為基礎(chǔ)按照最大概率去獲取原圖像，貝葉斯法綜合分析、考量了圖像分布模型以及先驗(yàn)信息的綜合考量，最大程度的實(shí)現(xiàn)了圖像的恢復(fù)。貝葉斯方法中，“馬爾科夫隨機(jī)場”為最為經(jīng)典的呈現(xiàn)方式具體如下圖所示：

“馬爾科夫隨機(jī)場”實(shí)際應(yīng)用中，有條件類、生產(chǎn)類兩種主要方法，其中條件類方法可以直接對低質(zhì)圖像做估算而得到高質(zhì)圖像。生產(chǎn)類方法則要嚴(yán)格遵守貝葉斯準(zhǔn)則的要求，即：

在貝葉斯準(zhǔn)則得以落實(shí)后，對后驗(yàn)概率建模過作轉(zhuǎn)化得到似然模型、先驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋篜（Y|X）和P（X）。

2.3圖像增強(qiáng)技術(shù)

視頻通信中應(yīng)用到的圖像增強(qiáng)技術(shù)主要包括環(huán)路濾波、后續(xù)濾波技術(shù)兩種。

2.3.1環(huán)路濾波技術(shù)

環(huán)路濾波作為一種圖像編碼、壓縮技術(shù)其主要的編碼方式為：H.263+MPEG 4。因?yàn)榫幋a方式存在差異，視頻通信過程中圖像傳輸大概率會(huì)出現(xiàn)“塊效應(yīng)”，而環(huán)路濾波這種圖像增強(qiáng)處理技術(shù)在這一領(lǐng)域應(yīng)用其效果顯著。在編碼端，環(huán)路濾波機(jī)制的存在可以保障濾波前、后圖像通信能量恒定，避免了圖像像素降低的問。在解碼端，環(huán)路濾波技術(shù)對圖像信息傳輸細(xì)節(jié)做了豐富，達(dá)到了圖像傳輸效果優(yōu)化的目的。環(huán)路濾波技術(shù)的應(yīng)用除在解決“塊效應(yīng)”的基礎(chǔ)上能夠保留圖像邊緣的，圖像的完整性有了一定保障。

2.3.2后續(xù)濾波技術(shù)

后續(xù)濾波不需要對編碼進(jìn)行配置，這類技術(shù)僅需要在解碼段對圖像特征配置。

圖像“塊效應(yīng)”實(shí)際的頻域中表現(xiàn)為高頻噪聲，一旦進(jìn)行全圖低頻濾波在消除“塊效應(yīng)”的同時(shí)也一定會(huì)消除一些圖像邊緣高頻信息。針對這樣的問題，各類自適

應(yīng)濾波方法應(yīng)運(yùn)而生，這些方法可以針對具體區(qū)域（平坦、紋理以及邊緣等區(qū)域）情況進(jìn)行濾波處理，在消除“塊效應(yīng)”的基礎(chǔ)上盡量保證圖像細(xì)節(jié)信息完整。

具體后續(xù)濾波實(shí)際應(yīng)用中，通過離散余弦變化令圖像轉(zhuǎn)化到 DCY域中是必要環(huán)節(jié)，綜合了 Walsh 變化后，能夠讓原圖像轉(zhuǎn)化為4×4字塊圖像。在配置了自適應(yīng)域值針并分割圖像后，能令邊緣區(qū)域得以分離。這就實(shí)現(xiàn)了，根據(jù)具體濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波處理，在“塊效應(yīng)”消除的同時(shí)保留圖像細(xì)節(jié)信息。

2.4圖像數(shù)字化處理技術(shù)

數(shù)字圖像處理或者圖像的數(shù)字化其實(shí)也是圖像處理技術(shù)的一種，在視頻通信中，圖像畫面可以利用SOPC技術(shù)以較高的圖像顯示質(zhì)量，進(jìn)行采集、濾波、傳輸及解碼。在視頻通信中，圖像經(jīng)攝像頭采集、獲得，其中模擬信號(hào)在數(shù)模轉(zhuǎn)換、解碼后成為 YUV形式的數(shù)字信號(hào)。接著對得到數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理以提高圖像整體質(zhì)量。最后，將處理好的數(shù)字信號(hào)再次數(shù)模轉(zhuǎn)換并將其傳輸?shù)斤@示器上。視頻通信中圖像的數(shù)字化能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，但視頻解碼轉(zhuǎn)換中，需要按照以 I2C 總線形式來做設(shè)置。在圖像數(shù)字化中，yclone‖中FPGA器件為低成本構(gòu)架，F(xiàn)PGA器件能夠支持Nios‖嵌入式處理器系統(tǒng)，這種性能較為完備的系統(tǒng)，可以被滿足圖像數(shù)字化的運(yùn)算需要，當(dāng)然實(shí)際的應(yīng)用中還可以 根據(jù)實(shí)際情況在Nios‖式處理器指令集中加入一些高端軟件，實(shí)現(xiàn)對解算功能的優(yōu)化與接口控制。

三、結(jié)束語

圖像處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，得到了廣泛的關(guān)注，衍生出了很多相關(guān)處理技術(shù)及成果。在視頻通信領(lǐng)域，圖像處理技術(shù)的重要性是不可忽視的針對這一領(lǐng)域的研究也是較多的，如國外專門成立了圖像處理研究室并聯(lián)合一些高校、企業(yè)對此展開研究。在我國，一些高校與企業(yè)同樣也也開始致力于圖像處理技術(shù)的研究與實(shí)驗(yàn)，可以肯定的認(rèn)為圖像處理技術(shù)未來必然會(huì)在不斷的深入研究及探索中得到進(jìn)一步的發(fā)展、優(yōu)化。在未來的圖像處理中，高速、高分辨率、立體化、智能化都將是主要方向。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張婷.視頻通信中的圖像處理技術(shù)探討[J].信息通信，2020（05）：76-77.

[2]毛文慧，楊丹，蔣琴.視頻通信中的圖像處理技術(shù)分析[J].數(shù)碼世界，2019（12）：24.

[3]邵美云.視頻通信中的圖像處理技術(shù)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15（13）：209-210.

[4]王生成.視頻通信中的圖像處理技術(shù)探討[J].數(shù)碼世界，2018（07）：113-114.

[5]楊培楨.視頻通信中的圖像處理技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（12）：67-68.

[6]沈嘉妮.圖像處理智能化的發(fā)展趨勢[J].電子制作，2014（15）：208-209.