發布時間：2023-03-02 15:05:35
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的數字技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
教學資料包括教學大綱、教案、教學輔助材料、教材、參考書目等。任課教師在學期開始前要將教學大綱分發到學生手中，確保學生在學期初就對本課程的教學目標、學習成果、考核方式、教學計劃有清晰的認識。教師在每次課前要準備完善的教案和教學輔助材料，例如視頻、圖片等。其中，尤其要注重根據教學內容和學生水平設置合理有效的教學手段，用以引起學生對本門課程的學習興趣，引導學生主動學習，激勵學生參與課堂教學，提出有意義的問題。每一門課程采用統一的教學大綱，有助于相同課程任課教師互相交流、監督，使教學要求標準化，統一化。同時，不同的教案又能夠體現不同任課教師的教學特色，使得教學過程靈活多樣。教材和參考書目的選取也很重要。ISEC項目要求必須選擇國外原版教材，并且要近兩年出版的新版教材。對于計算機專業，知識的更新速度非常快，新版的教材更能幫助學生獲得位于前沿的知識，不會脫離現實。參考書目可以幫助學生加深對所學知識的理解，拓寬知識面，同時提高學生的閱讀能力。當然，國外的原版教材也存在很多問題。比如，原版教材價格較高，內容體系和國內教材差距也比較大，閱讀中存在語言障礙等問題。因此，ISEC教師的其中一個長期目標就是把國外原版教材與國內中文教材有機結合起來，重新調整、組合教學內容，發揮、兼容中西方教材的特點和優勢。編寫適合我們學生實際需求的優質雙語教材，實現教學資源本土化。
2教學模式和教學策略的改革
2．1轉變教學理念
在數字電子技術的傳統教學中，采用的是“教－學－練”的教學模式。而現如今，信息大爆炸和獨生子女教育的負面問題，使得學生的自我約束能力降低，學習主觀能動性降低，傳統教學模式不再合適，轉變教學模式勢在必行。ISEC項目中，教學模式為“引導－問答－探究－發現”。教師不再是教學活動中的主體和靈魂，而是要形成以學生為中心，教師為主導的教育理念，真正成為高等教育中的“導師”而是“教書匠”。引導不僅僅是對教學內容的引導，還有對學生的能力訓練的引導，精神追求的引導。因此，任課教師首先要對本門課程的歷史沿革、理論體系和前沿發展具有深入的了解，在教學中能夠為學生傳授更加貼近實際，更加符合專業培養目標的理論知識。課堂教學模式需要從單一向學生傳授教科書上的現成知識，轉為以提高學生的能力為主要目標的教學活動。學生不再只是被動的接受和記憶，而是要在主動思考和提出問題的過程中，將聽到的、看到的內容轉化為自己的。通過小組合作討論的形式，探究更深層的知識，既提高學習的興趣和效率，又能在討論中學會與他人合作、分享，而最終具有將理論知識應用到實際中的能力。
2．2互動式教學
受傳統文化的影響，我國的教師更喜歡站在講臺上講課，而國外的很多教師，更偏向于走到學生中間。課堂實踐證明，站在學生中間更容易引起學生的共鳴、認同和學習興趣。消除了空間上的距離感，同時也會減輕學生心目中的隔閡感，更容易對自己的老師產生認同感，而對任課教師的認同是影響學生學習的一個很大的因素。在課堂中，還可以采用其他很多種互動的方式。例如，
(1)可以將簡單的授課內容分配給學生來講。這類內容大多零散、連貫性差、偏重概念理論，如果由教師講，很容易使得學生在聽講中感覺枯燥乏味，而由他們自己來講解，就可以解決這一問題，同時又可以鍛煉學生的總結和語言表達能力。
(2)可以將人們喜聞樂見的娛樂節目中的競賽形式引入課堂中，將枯燥的知識點融入到競賽題目中去，同時制定合理的獎勵政策，這將大大提高學生的學習興趣和學習積極性，并能促進學生利用課余時間去學習，為課堂學習做準備，提高課堂學習效率。
2．3任務教學法
在任務教學法中，教師只是起到組織和協調的作用，真正是以學生為中心。教師需要選取合適的任務，既要包含基本的教學知識點，又能調動學生解決問題的積極性。例如在數字電子技術課程中，可以選擇數字電子鐘的設計作為一個任務，它既包含數字電子技術課程的主要內容，既有組合電路的部分，又包含時序電路的設計，同時又是生活中常見的實物，難度也在可控的范圍內。學生需要獨立地制定設計方案、選擇設計元件、評估設計成果。通過一個任務的完成，使學生在獲得基本知識的同時，又鍛煉了多方面的能力，一舉多得。
3過程性考核形式改革
課程的考核評價是教學過程的一個重要組成部分，當前考核方式的弊端已經制約了良好學風的形成和教學質量的提高，不利于學生創造性思維的培養，不利于調動學生學習的主動性和積極性，考試失去了它所具有的評估、反饋功能。過程性考核要求閉卷考試的成績不得超過總成績的40%，增加例如小論文、研究報告、市場調研、案例分析、答辯、口述、面試等其他多種考試形式。同時，學生的出勤和課堂參與情況也是一個考核的方面。采用多元化、過程性的考核方式，既可以避免學生只在考試前一周突擊學習和抄襲的不良風氣，又能夠促進教學互動，同時還可以鍛煉學生應對多種挑戰的能力，對新世紀能力型人才的培養具有重要意義。
4結論
“數字電子技術”課程首先讓學生了解了數字電路的基礎知識及邏輯代數，接著重點讓學生熟悉常用的集成電路及其應用。在掌握基礎知識的前提下，在課程的教學過程中采用項目教學法，引導并啟發學生采用模塊化的設計思路對綜合性的數字系統進行設計。項目的選擇應遵循的原則：（1）難度適中；（2）與現實生活緊密結合；（3）能夠激發學生學習興趣；（4）與專業相關，對專業知識有更深入的理解。
二、項目教學法的實施步驟
1.創造情境，激發學生興趣。
在教學中創建良好的教學環境，激發學生的學習興趣。例如在課程的“組合邏輯電路設計”教學中，詢問學生有沒有獻過血。通過此問題可以激發學生的好奇心，探究獻血和所學知識的相關性；接著詢問血型匹配知識。通過此問題調動大家探討的積極性；最后提出能否利用所學知識設計一個血型匹配判斷電路。通過前期的情境培養，使學生對“組合邏輯電路設計”知識產生濃厚的興趣。
2.圍繞主題，逐步深入。
學習了典型的時序集成電路后，為了進一步加深學生對集成電路的理解和應用，繼而引導學生作進一步討論：能否用現有知識設計數字電子鐘？數字電子鐘的設計包含哪些模塊？學生對數字電子鐘比較熟悉，能夠確定數字電子鐘需要實現哪些功能。學生通過研究和討論，設計出數字電子鐘的總體結構圖。數字電子鐘的模塊包括：秒脈沖信號產生、計數、譯碼、校時和顯示等基本模塊，利用Multisim仿真軟件實現各電路模塊的獨立調試和仿真，再進行系統的級聯調試。在此過程中，教師應引導學生思考數字電子鐘的關鍵問題：秒脈沖信號如何產生？時計數電路，即二十四進制計數電路如何設計與實現？分、秒計數電路，即六十進制計數電路如何設計與實現？時（分、秒）譯碼電路如何設計與實現？時（分、秒）顯示電路如何設計與實現？怎樣實現對時、分的校準。
3.模塊化設計，團隊合作。
基本設計思路確定以后，進入項目的實施階段。在對學生進行分組時，應從多個方面考慮團隊成員的組合，如知識結構、特長、性格等。確定了小組成員后，明確每位同學職責。項目負責人將項目任務模塊化，負責項目的整體組織和協調，確保項目有條不紊地開展；成員兩人一組完成子模塊的設計與調試；最后以小組為單位，梳理項目，由項目負責人組織編寫和完善所有項目文檔和報告。在項目的設計過程中，學生參考他人的設計及實現方法時，主要是學習他人的設計方法，如編碼、接口和電路的工作原理，而不是原封不動地使用他人的電路。在項目的方案論證過程中，鼓勵學生開展討論。學生可以通過提方案、相互補充和正反對比等多種探討思路，對所擬定的方案進行仿真或試驗驗證。教師在這一環節中力求全面把握學生動向，主動獲取學生設計過程中的認知錯誤，加以指導。最后學生可以得出電子鐘每一子模塊的設計內容。數字電子鐘的第一部分是時間基準，即時鐘。學生通過查閱資料發現，為了獲得可能的最高精度，時鐘電路選擇比較常見的32.768kHz的晶振，而32768是2的15次方，所以對這種晶振進行15次分頻的話，就可以得到準確穩定的1Hz的標準時鐘信號。數字電子鐘的第二部分是秒計數器。秒計數器的工作原理為：給其裝載一個初始值并執行減計數至零。當計數到達零時，產生一個時鐘脈沖并將其傳遞給分計數器。在這里，裝載的初始值根據需要設定的時間和時鐘基準信號來計算，若時鐘基準信號為1Hz，則60s的設定時間所需的初始值為60，若時鐘基準信號為2Hz，則60s的設定時間所需的初始值為120。也就是說，裝載的初始值等于需要設定的時間乘以時鐘基準信號。數字電子鐘的第三部分是分計數器，它實現分的計數和顯示，且進行小時比較。每當秒計數器減至零時，分計數器加1。電路需包含一個比較電路的8位計數器，以實現分的復位并使小時計數器加1。通過仿真，學生發現，為了保證LED顯示的正確性，當復位為零時，設置顯示值為59。數字電子鐘的第四部分是時計數器，當分計數器計數到60時，小時計數器加1。在計數器的設計過程中，學生最容易忽略計數器的工作特性，在仿真時就會出現問題。例如，在電子鐘設計中計數器選用74LS193時，就要考慮其工作特性，在分計數器的值小于而不是等于60的那一個時刻加1。這樣做可以避免使用額外的邏輯運算，來使比較器的輸出轉化為小時計數器的輸入時鐘脈沖。小時計數器電路中也應該包含一個比較器，用以檢測當前值是否為12（電子鐘小時顯示為12進制），如果是，立即將小時計數器復位。
4.總結問題，共同研討。
在項目教學實施的過程中，教師在做到整體掌握、全程引導的同時，還要尊重學生的設計，協助學生解決遇到的難題。如學生在校時電路的設計中遇到了如下問題：校時電路的開關在接通和斷開時均存在抖動問題，使電路無法正常工作。這時學生在教師的鼓勵、引導下查閱資料，了解到常用的消除抖動的方法：軟實現（編程實現）、硬件實現。軟實現即處理器查詢或者監視開關的狀態，當開關在規定時間內沒有改變狀態時，即認為開關已經不再抖動。常用的硬件去抖動的方法有：（1）使用施密特觸發器電路；（2）使用CMOS555定時器；（3）基本RS鎖存器電路。利用施密特觸發器電路消除抖動時，應確保施密特觸發器的門限電壓盡可能小，以保證能被電容上的電壓觸發；當開關存在很多抖動時，最好的方法是采用CMOS555定時器構建單穩態電路來消除抖動。當開關按下時，555定時器可以輸出一個穩定的脈沖信號，代替開關來觸發實際；利用基本RS鎖存器電路，將鎖存器的S端接開關輸入，R端接應用電路，將開關的狀態鎖存，當操作完成后取消鎖存。學生可以分組，應用不同的方法消除抖動，比較去抖動的效果，確定最佳方案。學生通過查閱資料，不僅解決了設計中遇到的問題，同時也發散了思維，擴展了知識面。
5.時序仿真，實現目標。
學生通過原理圖設計，得到了秒脈沖信號、二十四進制計數器、六十進制計數器，通過仿真可以得到其時序圖，引導學生總結利用集成計數器芯片實現其他進制計數器的方法，最后通過級聯實現數字鐘的設計和仿真。每個小組實現項目設計后，教師應對學生作品進行評價，項目組負責人應向全班匯報并展示本組設計的作品，列舉在項目實施過程中遇到的問題及解決方案。
6.拓展項目，鼓勵創新。
在學生實現了項目任務時，教師可以引導學生進行項目的拓展，增強學生的靈活應用能力和創新能力。鼓勵學生進行討論，如現在市場上的電子鐘定時有何特點，學生自身對定時功能有何要求等。學生可以通過提方案、互相補充、多方面對比等探討過程，實現電子鐘個性化定時的設計。在這一過程中，學生不僅學會思維探索，而且提高了對知識的理解記憶，為課程學習打下了堅實基礎。不要局限于一套設計方案。在系統設計前，將學生分組，要求每組同學采用不同的方法達到設計目的。例如用數字電路設計一個閃爍式LED時序電路，在設計時序發生器時可以采用以下幾種方法：（1）555定時器；（2）慢時鐘；（3）快時鐘，通過計數器來分頻。
三、結語
數字發射覆蓋技術之所以能夠促進國內廣播電視行業的發展，關鍵在于依托其自身技術優勢。數字發射覆蓋技術主要由通信設備、信息技術設備等軟硬件共同組成，正是因為這些設備的可靠性才保證了其在廣播電視系統中應用的可靠性，對于促進系統長期穩定可靠運行有積極意義。數字發射覆蓋技術利用先進的設備將原本不可能實現的目標變為現實，信息技術與計算機技術支持下，廣播電視系統中數字技術的應用先進可靠，增強了系統運行的生命力，且通過多年探究實踐與發展，目前技術體系已經相對較為成熟，廣播電視系統運行風險被極大的降低，系統運行安全性、可靠性、有效性得到了強力保障。目前廣播電視系統在國家標準和行業規范的約束下可實現數字設備的無縫接入，保證了系統的延展性與功能的可擴充性，數字發射覆蓋技術的服務空間與層次都得到了進一步拓展。廣播電視系統運行中安全問題至關重要，數字發射覆蓋技術的應用在保障系統順利運行的同時可通過建立完善的系統訪問權限機制、專用網絡、備份恢復機制等確保系統運行安全，規避用戶及工作人員或有意或無意的破壞，為系統的持續、健康運行提供可靠支持。目前我國廣播電視系統所容納的用戶越來越多，為滿足用戶數量增加、需求增加現狀應用數字發射覆蓋技術可提升服務的前瞻性，通過靈活構建系統、改動系統構架等途徑提升服務質量，增強廣播電視行業發展的動力。數字發射覆蓋技術本身的實用性與擴充性為廣播電視系統與時俱進提供了支持與保障，本身數字網絡的建設是一項耗時長且復雜的工程，這個過程中利用本身的實用性和擴充性可消除系統建設滯后帶來的諸多問題，為用戶提供多元化服務，進一步降低服務成本、減少停播情況，保證數字信號的優質覆蓋，更深層次的挖掘受眾群體資源，促進廣播電視行業實現可持續發展。
2廣播電視系統中數字技術分析
廣播電視系統中應用的數字發射覆蓋技術以ATSC技術、DVB技術、ISDB技術與DMB-T技術為主。ATSC技術服務廣播電視系統主要是依靠自身組成層面、構成層級的清晰配合實現，第一層定像層確定圖像形式，第二層依照MPEG模式壓縮圖像，第三層完成信號數據傳輸，前兩層圖像數據最終由第三層完成發射覆蓋。DVB技術是典型的歐洲技術，利用衛星、地面數據交換機數字電視完成信號發射與覆蓋，不僅能夠接收傳送音視頻文件信號，還可接收傳送圖標圖像及TRD等節目，不過DVB業務傳送條件受限制，需支付一定費用，其業務開展有利有弊，國內參考該技術對廣播電視系統進行了改造，為用戶提供了更好的服務。ISDB技術來源于日本，核心在于利用計算機與無線信息網絡技術為廣播電視系統信號傳輸覆蓋提供更加多元化的服務，尤其是在3G、4G業務方面有出眾表現。DMB-T技術在我國廣播電視系統中的應用可更好的實現數字信號的傳導與接收，其采用的FJL技術促使數字電視傳輸網絡逐步向多載波技術領域發展，可在多徑時拖延信號擴散避免來自亂碼的干擾，保證信號傳輸的準確與順暢，其采用的循環前綴填充技術可有效實現保護間隔，并極大的提升了數字電視信號發射覆蓋的效率。實現了20dB以上同步保護增益，對于促使我國廣播電視行業更好的發展有積極意義。
3結論
論文摘要:集群通信從模擬升級到數字、數字集群產業的國產化等問題已經成為業界的熱門話題。無線集群通信領域的市場需求在不斷發生變化，用戶希望享受到更加融合的集群通信業務和更豐富的集群服務。文章主要簡單的介紹了數字集群移動通信的網絡運行體制。
引言
集群通信系統在中國的發展走過了二十多年，從市場應用的角度看，二十多年足足是一個新的技術起步，成熟，甚至被取代的周期。近幾年來針對集群通信方面進行多個專題的討論，從模擬到數字，從共用專網到專用專網，從體制標準到技術創新，從企業研發到市場應用，從社會需求到應急聯動通信等，本論文擬對于數字集群移動通信網絡體制進行一些粗淺的探討。
一、集群通信網絡的概念
集群通信系統是共享資源、分擔費用、向用戶提供優良服務的多用途、高效能而又廉價的先進無線調度指揮系統。對于指揮調度功能要求較高的企、事業、工礦、油田、農場、公安、武警以及軍隊等部門都十分適用，集群通信采用單工或半雙工方式，要求接續時間小于500毫秒，具有調度級別控制等。同時對于集群通信還提出了傳輸集群、準傳輸集群和信息集群的定義。
隨著集群通信的發展和用戶的需求，集群通信也從原來的模擬集群向數字集群過渡。但這種過度并不是簡單的將原來的模擬話音轉換為數字話音和提供數據傳輸功能就可以稱為數字集群了。其實，綜觀國際上提出的數字集群來看，數字集群的標準都是圍繞著用戶的需求而發展起來和提出的。
二、數字集群移動通信網絡的運行
數字集群通信是繼手機、小靈通之后的第三大戰場，正在成為電信領域開發的新重點，運營商、設備商正在展開一場新的角逐。在設計中針對了專業無線用戶的需求，特別適合在政府和商業領域的專網使用。
2.1數字集群通信的標準
TETRA(陸地集群無線電)系統在指揮調度方面應用的比較多，可完成話音、電路數據、短數據消息、分組數據業務的通信及以上業務的直通模式，并可支持多種附加業務。在大區制條件下最大覆蓋半徑56公里。TETRA擴容可以逐步增加模塊化，適用于小、中、大型調度系統;設計組網靈活，既適應于專用調度網，也適應于共用調度網。TETRA話音編碼方式采用代數結構碼本激勵線性預測編碼，具有良好的話音質量，即使在強背景噪聲干擾下也可聽清，話音質量并不像調頻系統那樣隨場強減弱而降低。大量實驗證明，TETRA系統的話音質量比GSM系統好。因此，大量應用于應急、調度、指揮等專網應用系統。
iDEN(集成數字增強型網絡)系統是基于TDMA多址方式的調度通信/蜂窩雙工電話組合系統。它在傳統大區制調度通信基礎上，大量吸收數字蜂窩通信系統的優點，如采用雙模手機方式，增強了電話互聯功能;采用小區復用蜂窩結構，提高了網絡覆蓋能力。選用這種編碼是先進的，但技術公開性不好，價格較貴。但通話質量和保密性都較好。
2.2數字集群系統設備安全
設備是網絡的基礎，設備的安全是保障網絡安全的基礎，只有保證網絡的物理可靠性，才能保證網絡功能、信息的安全性，因此基礎設備的可靠性至關重要。
對于交換機，硬件上應實現關鍵部件的熱備份。軟件上，關鍵的用戶數據、配置數據應當及時、定期進行備份。對于基站系統要考慮其抗外界干擾的能力，如射頻干擾、雷擊、抗震性能等。基站系統的備用電源應根據基站覆蓋區的重要程度適當配備，以應變突發事件。系統主備用倒換能力是系統可靠性的一個重要指標，如倒換時間、倒換過程對正在進行的業務的影響等。完善的監控告警機制可大大提高網絡的可靠性，如系統部件可自我診斷和修復、系統可隔離故障模塊、及時產生告警信息。此外，調度臺、終端存儲了用戶的重要信息，這些設備由用戶控制，應由專人維護，以保證相關用戶信息不被外界竊取。數字集群通信系統是一種特殊的專用通信系統，在應對突發事件時，對社會穩定和人民生命財產的安全起著及其重要的作用，因此數字集群通信系統的安全要求要大大高于公眾移動通信系統，所以數字集群通信系統運營者必須從各方面考慮如何增強系統的抗災變能力，如何使系統更安全可靠的傳遞信息。只有全面的重視數字集群通信系統的安全問題，才能使數字集群系統發揮其應有的作用。
三、未來數字集群通信技術發展方向
3.1高安全性
數字集群在基站與手機之間，信息完全依靠無線電波的傳輸，很容易被人們從空中攔截，在通話狀態、待機狀態都會泄密，即使關閉電臺，利用現代高科技，仍可遙控打開，繼續竊聽，從中截取、破壞、調換、假冒和盜用通信信息。
3.2高抗毀性
專業移動通信在使用過程可能遇到惡意破壞的人為因素或雨雪災害的自然因素等影響，導致網絡不能正常工作，因此，未來PPDT系統要求可靠、準確地提供業務，具有高的抗毀性和可用性。通常情況下，系統以集群方式工作;在遭遇危害的極端情況下，系統以故障弱化方式或直通方式工作，保證系統能滿足基本的集群業務需求。
3.3高環境適應性
專業移動通信由于它是用于全球的表層和空間，會遇到各種惡劣的氣候、地形和環境;因此，要求通信裝備必須能抗拒酷暑、嚴寒、狂風、暴雨等惡劣氣候條件;必須適應山岳、叢林、沙漠、河海、高空等三維空間的不同地形環境條件;既可車載船裝，又能背負手持，要經得起各種移動體的安裝機械條件;在嘈雜的噪聲環境，要具有背景噪聲濾除功能，使通話對方聽不見噪聲干擾，話音清晰;在高速行駛時，通信不能中斷，質量不能下降，可支持500km/h的高速運行。
四、結論
集群共網畢竟具有它自身的缺陷，那就是這些共網往往是調度功能要相對弱一些，即使是利用與專網相同的系統來組建的共網，也同樣會相對使得調度功能減弱。那些在公網基礎上發展起來的調度系統由于是在原來的系統協議和結構上增加了調度功能，由于原來的體制、協議和系統結構是以公網的電話業務為主而建立的，要想完全能夠符合專業用戶對專網的需求，應該講目前還是達不到的。
參考文獻:
[1]鄭祖輝.數字集群通信漫談[J].電子世界，2003，(12).
在非遺的繼承工作中，數字復原技術、再現技術成為了有效的工具；在非遺的傳播工作中，網絡技術、數字信息系統等提供了便捷、高效、互動性強的平臺；在非遺發展創新的過程中，數字輔助設計、輔助編排等技術提供了支持。本文將就這幾個方面的非遺保護工作所涉及的數字化技術進行總結和分析。
（一）采集與存儲
非遺保護工作的基礎首先是非遺的采集與保存。由于非遺具有形式多樣、非物質形態和信息量龐大等特點，對非遺進行完整有效的采集、編碼，并長期存儲和系統重現存在一定難度。數字化技術為非遺保護中多種數據形式的記錄工作提供了強有力的工具。傳統數字化采集技術包括使用圖文掃描、文字識別、錄影、錄音等技術獲得文字、二維圖像、視頻和音頻信息。然而，由于非物質文化遺產豐富多樣的形式和巨大的信息量，傳統的采集和記錄技術存在難以重現、可編輯性差等問題。例如在傳統舞蹈的采集和保存中，演員的動作多通過文字、照片、視頻進行記錄，但上述方式對表演的記錄并不精確和全面，在沒有指導的情況下難以進行完整重現，且無法進行修改和編輯。近年來，全息拍攝、三維掃描、動作捕捉、地理信息技術和虛擬現實等新技術逐漸興起和成熟。根據意大利佛羅倫薩大學MassimilianoPieraccini等人的研究，三維技術已經在文化遺產保護領域得到了充分的發展和廣泛的應用。③[3]在國內，已有學者討論了動作捕捉技術在楚文化編鐘樂舞數字化保護④以及泉州拍胸舞采集⑤中的應用。這些現代數字信息獲取與處理技術突破了傳統保護方式難以達到的保真效果，為非遺的保護提供了新的可能性。數字化存儲技術也為非物質文化遺產的存儲提供了許多新手段。非遺轉化為數字化形式后，往往以文字、圖片、音頻、視頻、三維模型等多種形式進行儲存，這些非遺數據來源多樣、結構異質，大多包含較大信息量，并有長期保存、方便管理的需求。在物理層面，除了以傳統的光盤、磁盤作為存儲介質外，磁盤陣列、分布式存儲等技術為大容量存儲提供了可能，而光纖和一系列網絡協議也成為支持數據的異地存取的有利條件。在數據層面，數據庫技術、數據管理和檢索技術的發展促進了非遺數據的結構化，完整有序、便于檢索的數據也為非遺的開發與利用提供了便利。于此同時，數據壓縮技術則成為節省存儲空間、壓縮存儲成本的重要工具。
（二）復原與重現
由于非遺的傳承往往依賴其固有的文化生態環境，在現代文明的沖擊下，許多珍貴的非遺已不再具有完整形態。例如部分傳統舞蹈、傳統音樂的部分技法已經失傳，在今天已經難以完整繼承和學習。在這一問題上，數字化技術為非遺的形態復原保證了技術上的可能性，同時也為非遺的繼承和發揚提供了支持和輔助。目前，數字化修復與演變模擬技術在非遺保護中的應用主要分為兩類：⑥一類是將三維建模、虛擬漫游、圖像處理、人工智能等技術應用于現場調查和保護修復等各個環節；另一類是結合專家的領域知識進行藝術品的虛擬復原和演變模擬。例如根據專家的經驗知識以及保存較為完好的木雕花紋，綜合利用圖像處理、三維建模、人工智能等技術，修復變形、脫落、損壞的木雕藝術；⑦又如利用專家知識、文獻記載和已知技法，通過計算機模擬還原失傳技法。在非遺的重現工作方面，多媒體技術、虛擬現實技術都為完整、系統重現非遺提供了解決方案。尤其是虛擬現實技術，通過對視覺、聽覺、觸覺等感官的全方位模擬，配合三維掃描、動作捕捉等采集技術，不但能高保真度地還原展示對象，還能讓體驗者產生身臨其境的感受。ChengYang等人指出，利用虛擬現實技術重建和模擬著名歷史文化活動能促進公眾更為積極和深入地參與非物質文化遺產的保護。⑧
（三）傳播與共享
在信息時代，非遺的展示、傳播和共享也有了新的形式。數字博物館、數字圖書館以及數字檔案館等數字資源展示與共享平臺逐漸興起。這些數字資源展示與共享平臺主要分為數據平臺與體驗平臺兩種形式，數據平臺和體驗平臺既可以有機結合，也可以各有側重。檢索平臺通過建立網站、連接數據庫實現用戶隨時查閱、檢索相關非遺資源，部分線上博物館提供了非遺資源的申報途徑和非遺保護的交流場所。例如開通與2006年6月9日的“中國非物質文化遺產網中國非物質文化遺產數字博物館，”⑨展示與傳播了中國和世界非物質文化遺產專業知識，并提供了非遺保護工作的信息交流平臺。這些線上平臺在用戶接口層與動態網站架設、交互式程序設計等技術密不可分；在邏輯和數據層則要求通過元數據、語義網等設計，以確保非遺資源的可獲取性。體驗平臺把數字化技術應用于博物館展示領域，極大拓展了展示的空間和手段，增強了互動性和趣味性。在數字博物館里，只需簡單操作即可讓展品清晰、全面、交互式和情景式地呈現在閱覽者面前。一些在傳統博物館難以展示的寶貴工藝流程、民俗、音樂、戲曲，則可相對系統地進行模擬，并更為鮮活地得到重現，例如深圳博物館的“深圳民俗文化展，”⑩通過場景復原和多媒體展示等數字化展示方式對深圳民俗文化進行了全面立體的介紹。此外，閱覽者可以與展示平臺進行互動，提升參與度，例如展開虛擬漫游，獲得更為深入和豐富的體驗。在以上過程中，虛擬現實技術和人機交互技術是互動式展示的技術基礎；而在網絡技術和相關協議、標準的支持下，這些展示平臺既可以與傳統博物館結合，也可以不依托博物館實體而進行網絡展示。
（四）輔助設計與輔助開發
非遺的保護與開發是對立統一的關系。合理的開發和創新不但無損于傳統，更能創造出符合現代環境的新形式，有利于非遺在現代市場環境下獲得新的生存空間，從而部分化解現代文明與文化遺產生存空間之間的沖突。其中，數字化輔助設計以及數字化編排與講述技術（VirtualStoryteller）為非遺的發展和開發利用提供了有效的方法。在傳統工藝品的藝術特點提取以及創新設計工作中，數字化輔助設計系統在平面設計和三維設計領域均能發揮重要作用。其實例有浙江大學計算機學院CAD中心的敦煌壁畫藝術的數字化知識提取與輔助創作系統的研究，以及浙江大學計算機學院現代工業設計研究所的斑銅工藝品輔助設計系統的研究。127在口頭文化遺產的保護中，數字化故事編排與講述技術將文化遺產的表現形式全面升級。該技術提供了基于人工智能的虛擬環境，這些虛擬環境整合了音樂、戲劇、詩歌等多種表現形式，并具有自動編排故事情節的能力。該技術的一大特點是具有交互性，用戶能夠根據自身需要參與故事的講述。目前韓國漢城Nabi藝術中心的已成功舉辦基于數字技術的非物質文化遺產故事講述技術競賽，在這一競賽中，不同風格的數字故事講述技術被有效地應用于非物質文化遺產的保護中。在音樂與舞蹈類文化遺產的保護工作中，數字化舞蹈編排與聲音驅動技術提供了新思路。該技術旨在收集和保存多種舞蹈文化的視覺效果與相關聲頻，建立動作和音頻庫，并通過對舞蹈動作特點和音頻特點的分析，開發出基于動作的舞蹈編排系統和聲音驅動的舞蹈編排系統。
二、技術視野下非遺保護數字化的現狀與問題
我國是一個非遺大國，各民族在其發展過程中均創造出了燦爛的非物質文明。由于受社會轉型期的影響，瀕危非遺數量龐大、種類繁多。然而，我國非遺保護數字化工作的開展晚于許多發達國家，面臨的困難也更多。近年來我們在非遺保護的數字化工作中取得了許多成績，但也暴露了大量問題。從技術及其應用的角度看，這些問題可以歸納為目前新技術在非遺保護工作中只得到小范圍、淺層面的應用，沒有深入和有機地與非遺保護工作結合，尚未能真正體現幫助非遺在現代社會合理嬗變、尋求新生存空間的作用。本文將在下文中對非遺數字化保護的現狀和問題進行討論。
（一）數字化資源質量不高，可利用性差
隨著社會經濟的迅速發展和現代文明的迅速滲透，對瀕危非遺資源進行數字化保護的需求不斷增長。近年來，許多寶貴的非遺資源通過各種形式轉化為了數字格式，形成了一定數量的非遺數據資源。然而，這些非遺數據資源部分存在質量不高、可利用性差等問題，主要體現在以下兩個方面。首先，數據的完整性、一致性、準確性和及時性不足。這一問題首先在數據采集階段存在。這一方面是由于對非遺的數據采集方式較為陳舊，大多停留在較為單一的文字、照片等形式，錄影、錄音較少，三維掃描、動作捕捉等新技術則沒有得到推廣，導致難以完整、系統地對非遺進行記錄；另一方面是由于我國非遺數量大種類多，采集工作往往缺乏連貫性和一致性，采集效率低下，導致采集結果有許多錯、漏、冗、雜且缺乏及時性。同時，數據的結構化程度低，可利用性差。目前國內非遺數據大部分停留在簡單存檔階段，在數據采集后，許多數據資源既沒有經過數據清洗提升質量，也沒有接受其它處理，為數據的結構化制造了困難。在這種情況下，非遺數據庫缺乏充分結構化和統一管理，難以快速檢索、難以提取有價值信息，因而難以分析和開發利用，難以展示和共享，也難以進一步指導非遺保護工作。
（二）技術應用程度低，未能發揮數字化優勢
我國非遺保護的數字化起步較晚，目前數字化技術的應用普遍僅存在于淺表層。從應用范圍看，應用數字化技術的工作通常是較為簡單的存檔、記錄，對非遺的深度開發、再詮釋較少；從應用深度看，應用了數字化技術的非遺保護項目往往僅在形式上數字化，未能充分發揮數字化的優勢；從技術層面看，目前在非遺保護中得到應用的技術往往較為簡單落后，許多新的研究成果并未得到實際應用。當前，國內非遺的數字化應用主要集中于非遺的存檔記錄工作。在非遺的保存工作中，又主要集中于拍照、圖文掃描、錄音、錄影等傳統形式，三維掃描、動作捕捉的應用數量較少。而在傳統形式中，非遺資源又以文字和圖像資料居多，視頻、音頻資料數量稀少，難以發揮數字化技術在保存工藝流程、歌舞、曲藝等活態文化遺產中的作用。在非遺傳播與共享方面，盡管應用虛擬現實技術的數字博物館建設、應用元數據和語義網技術的數字圖書館、檔案館建設已成為學術界的熱點話題，研究成果大多僅針對其技術實現，未指向實際應用。據有關調查，在我國公共圖書館的特色館藏或自建館藏中建有非物質文化遺產資源數據庫的只占到6%。而現有的非遺資源數字展示平臺大多僅有單一的展示風格和極少的交互性，檢索功能不完備，用戶界面不友好，未能充分發揮數字化技術交互性、趣味性強的優勢。在非遺的開發與發展方面，盡管一些研究項目已經取得了許多成果，例如浙江大學CAD&CG國家重點實驗室的“民間表演藝術的數字化搶救保護與開發的關鍵技術研究”及“云南斑銅工藝品數字化輔助設計系統”，大部分工作大多仍停留在研發和試驗階段，尚未投入實際應用，研究成果的轉化依舊任重道遠。
（三）缺乏標準化、整體化，難以資源共享
非遺資源形式多樣，分屬民間文學、傳統音樂、曲藝、傳統技藝、傳統醫藥、民俗等多個門類，其數據包含文字、圖像、音樂、視頻、三維模型等多種形式，保護工作專業人員構成也各不相同。目前，這些結構異質的非遺資源在國內的存儲和管理大多各自為政，未能形成一個非遺數據資源的有機整體。即使是同一門類的非遺資源，不同項目之間也未能建立相關標準和協議對非遺保護的數字化進行規范和指導。同時，許多非遺保護項目并未遵守同國際元數據標準和數字圖書館建設的最新標準和規范，難以與國外項目進行交流與共享。這種現象導致了不同的非遺保護項目難以共享資源，存在重復勞動等問題。
三、非遺保護數字化的未來
一.b-isdn的應用
在幾種高速廣域網技術：smds（switchmultimegabitdataservice交換式多兆位數據服務）、幀中繼（framerelay）、b-isdn(broadbandintegratedservicesdigitalnetwork寬帶綜合業務數字網)之中，b-isdn用一種新的網絡替代現有的電話網及各種專用網，這種單一的綜合網可以傳輸各類信息，與現有網絡相比，要提供極高的數據傳輸率，且有可能提供大量新的服務，包括點播電視、電視廣播、動態多媒體電子郵件、可視電話、cd質量的音樂、局域網互聯、用于科研和工業的高速數據傳送，以及其它很多甚至現今還未想到的服務。
歸納這些服務可分為交互服務和傳播服務兩大類，從特征上看分三點：
（1）不是所有的服務都要求很高的傳輸速率和帶寬，但活動圖象傳輸服務及高速數據通信有這種要求，例如tv傳播要求30mbps，hdtv傳播要求130mbps。
（2）某些服務有很高的猝發性，如面向連接的數據傳送為1mbps~50mbps,文本傳送為1mbps~20mbps,電視會議為1mbps~5mbps。
（3）對網絡的要求是能支持各種不同速率的服務，能支持猝發性的通信，要考慮信息丟失敏感的應用和時延敏感的應用。
二.atm技術
(一).atm與b-isdn
使b-isdn有可能實現的一種技術稱為異步轉移模式atm（asynchronoustransfermode），atm技術的發展是順應多媒體傳輸的要求。多媒體（語音/圖象）的傳輸特點和傳統的數據傳輸不同，數據傳輸的特點是允許延時，但不能有差錯，數據的差錯將導致數據含義的不同，引起錯誤的結果；語音/圖象傳輸的特點是信息量大，實時性高，但允許有少量的差錯，差錯只能影響當時的語音/圖象的質量。雖然可以使用各種壓縮技術，但多媒體的信息量仍然驚人，尤其是多媒體傳輸的實時性要求使得其它技術難以適應，于是出現了一種新的交換技術：atm交換技術。
(二).atm信元
atm是用一種稱為信元的、小的、固定大小的分組傳送所有的信息。信元長度為53個字節，其中信元頭占5個字節，信息域占48個字節，信元頭的主要功能是信元的網絡路由。
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atm交換采用異步時分多路復用(atdm)技術，用戶數據被組合成信元，在atm網絡中分時傳輸。下圖是數據在atm中的發送和接收過程：
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各個源依據自己的速率產生數據，并把它們送到打包器中，將數據組裝成包，當打包器中有了一個完整的信元時，就把它送到多路復用器中，多路復用器把信元插入網絡的下一個可用的時間槽中，接收方的過程正好相反。atm的異步時分復用模式克服了傳統的分組交換延遲不確定和線路交換帶寬沒有充分利用的缺點，是這兩種交換模式優點的集合。
(三).atm交換機制
atm交換支持不同的傳輸媒體（雙絞線、同軸電纜和單模/多模光纖），提供不同的傳輸速率（25mbps、45mbps、155mbps…625mbps）;可以組建不同規模的網絡（局域網和廣域網），同時支持數據、數字化語音/圖象的傳輸，針對不同應用對數據傳輸可靠性和實時性的需求，采用了不同的處理策略。atm交換以信元為單位，并在信元中增加了可丟棄標識和優先級，并支持帶寬預約，確保具有實時性要求的數據可以優先傳遞；同時atm交換機簡化差錯控制和流量控制的功能，減少結點處理延時，使得傳輸速率可達gbps的數量級。
atm交換機制的具體實現要從atm的網絡結構說起：
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1)傳輸通路：它是網絡部件的延伸和擴展，它匯集和分解傳輸系統的有效負載，屬于物理層。
(2)虛擬通道(vc)：用于描述atm信元單向傳送的一個概念，信元與一個唯一的虛擬通道標識符(vci)相聯系。
(3)虛擬通路(vp)：用于描述虛擬通路的atm信元單向傳輸的一個概念，vc和vp都屬于atm層。很顯然，vc包含于vp之中。
(4)虛擬通道鏈路：在兩個順序的atm實體間單向傳送atm信元的能力，在atm實體處轉換vci值。
(5)虛擬通路鏈路：類似于虛擬通道鏈路。
(6)虛擬通道連接(vcc)：vc鏈路的一個連接。
(7)虛擬通路連接(vpc)：vp鏈路的一個連接。
虛擬通道和虛擬通路都是用來描述atm信元單向傳輸的路由。每個虛擬通路可以用復用方式容納多達65535個虛擬通道，屬于同一虛擬通道的信元群，擁有相同的虛擬通道標識號(vci)，它是信元頭的一部分。屬于同一虛擬通路的不同虛擬通道的信元群，擁有相同的虛擬通路標識符(vpc)，它也是信元頭的一部分。
當發送端要和接收端通信時，發送端先發送要求連接的控制信號，接收端收到該信號并同意建立后，一個虛擬線路被建立起來，用vpi和vci表示。
虛擬線路建立后，需要傳送的信息被分割成套53字節的信元，經網絡傳送到對方。在虛擬線路中，相鄰兩個交換點間信元的vci，vpi值保持不變，此兩點間形成一vc鏈路，一串vc鏈路相連形成vc連接vcc。相應的，vp鏈路和vp連接也可以類似的方式形成。vci，vpi值在經過atm交換點時，該vp交換點根據vp連接的目的地，將輸入信元的vpi值改為要導向接收端的新的vpi值賦予信元頭輸出。以上過程稱為vp交換，vc交換與此類似。由此可知，atm可利用vc和vp達到交換與傳輸數據的目的。
這里要特別提到信元頭中的信元優先權（clp），設置clp位以標識較低優先權的信元，在網絡發生沖突時，首先被刪去的就是這些較低優先權的信元，這一點在多媒體傳輸中十分重要。
(四).atm的網絡環境。
atm的網絡環境由atm終端系統和atm網絡組成。
atm終端系統（又稱atm站點）包括atm的用戶設備，可以是主機（工作站、服務器等），互連設備（橋接器、路由器等），這些設備必須配置atm適配卡，獲得一個atm網絡地址，atm適配卡有不同速率和不同接口，滿足不同需要。
atm網絡由atm交換機和傳輸媒體組成，其中傳輸媒體主要是雙絞線和光纖。atm交換機則被劃分為多個檔次。工作組atm交換機主要用于桌面用戶的接入，其上行端口速率可選擇155mbps或更高，下行端口為25mbps。園區級atm交換機應用于一般企業規模的atm網絡構造，形成atm主干網，連接atm路由器，lan交換器和主干級服務器。企業級atm交換機則更適合構成大規模廣域企業網的核心主干網絡，主要用于連接工作組atm交換機和其它atm設備。
關鍵詞：數字圖像；圖像壓縮；壓縮技術；任意形狀可視對象編碼
Abstract:Digitalimagecompressiontechnologyisofspecialintrestforthefasttransmissionandreal-timeprocesssingofdigitalimageinformationontheinternet.Thepaperintroducesseveralkindsofthemostimportantimagecompressionalgorithmsatpresent:JPEG,JPEG2000,fractalimagecompressionandwavelettransformationimagecompression,andsummarizestheiradvantageanddisadvantageanddevelopmentprospect.Thenitintroducessimplythepresentdevelopmentofcodingalgorithmsaboutarbitraryshapevideoobject,andindicatesthealgorithmshaveahighcompressionrate.
Keyword:Digitalimage;Imagecompression;Compresstechnique;Arbitraryshapevisibleobjectcode
一、引言
隨著多媒體技術和通訊技術的不斷發展，多媒體娛樂、信息高速公路等不斷對信息數據的存儲和傳輸提出了更高的要求，也給現有的有限帶寬以嚴峻的考驗，特別是具有龐大數據量的數字圖像通信，更難以傳輸和存儲，極大地制約了圖像通信的發展，因此圖像壓縮技術受到了越來越多的關注。圖像壓縮的目的就是把原來較大的圖像用盡量少的字節表示和傳輸，并且要求復原圖像有較好的質量。利用圖像壓縮，可以減輕圖像存儲和傳輸的負擔，使圖像在網絡上實現快速傳輸和實時處理。
圖像壓縮編碼技術可以追溯到1948年提出的電視信號數字化，到今天已經有50多年的歷史了[1]。在此期間出現了很多種圖像壓縮編碼方法，特別是到了80年代后期以后，由于小波變換理論，分形理論，人工神經網絡理論，視覺仿真理論的建立，圖像壓縮技術得到了前所未有的發展，其中分形圖像壓縮和小波圖像壓縮是當前研究的熱點。本文對當前最為廣泛使用的圖像壓縮算法進行綜述，討論了它們的優缺點以及發展前景。
二、JPEG壓縮
負責開發靜止圖像壓縮標準的“聯合圖片專家組”（JointPhotographicExpertGroup,簡稱JPEG），于1989年1月形成了基于自適應DCT的JPEG技術規范的第一個草案，其后多次修改，至1991年形成ISO10918國際標準草案，并在一年后成為國際標準，簡稱JPEG標準。
1．JPEG壓縮原理及特點
JPEG算法中首先對圖像進行分塊處理，一般分成互不重疊的大小的塊，再對每一塊進行二維離散余弦變換（DCT）。變換后的系數基本不相關，且系數矩陣的能量集中在低頻區，根據量化表進行量化，量化的結果保留了低頻部分的系數，去掉了高頻部分的系數。量化后的系數按zigzag掃描重新組織，然后進行哈夫曼編碼。JPEG的特點如下：
優點：（1）形成了國際標準；（2）具有中端和高端比特率上的良好圖像質量。
缺點：（1）由于對圖像進行分塊，在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應；（2）系數進行量化，是有損壓縮；（3）壓縮比不高，小于50[2]。
JPEG壓縮圖像出現方塊效應的原因是：一般情況下圖像信號是高度非平穩的，很難用Gauss過程來刻畫，并且圖像中的一些突變結構例如邊緣信息遠比圖像平穩性重要，用余弦基作圖像信號的非線性逼近其結果不是最優的[3]。
2．JPEG壓縮的研究狀況及其前景[2]
針對JPEG在高壓縮比情況下，產生方塊效應，解壓圖像較差，近年來提出了不少改進方法，最有效的是下面的兩種方法：
（1）DCT零樹編碼
DCT零樹編碼把DCT塊中的系數組成log2N個子帶，然后用零樹編碼方案進行編碼。在相同壓縮比的情況下，其PSNR的值比EZW高。但在高壓縮比的情況下，方塊效應仍是DCT零樹編碼的致命弱點。
（2）層式DCT零樹編碼
此算法對圖像作的DCT變換，將低頻塊集中起來，做反DCT變換；對新得到的圖像做相同變換，如此下去，直到滿足要求為止。然后對層式DCT變換及零樹排列過的系數進行零樹編碼。
JPEG壓縮的一個最大問題就是在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應，因此在今后的研究中，應重點解決DCT變換產生的方塊效應，同時考慮與人眼視覺特性相結合進行壓縮。
三、JEPG2000壓縮
JPEG2000是由ISO/IECJTCISC29標準化小組負責制定的全新靜止圖像壓縮標準。一個最大改進是它采用小波變換代替了余弦變換。2000年3月的東京會議，確定了彩色靜態圖像的新一代編碼方式—JPEG2000圖像壓縮標準的編碼算法。
1．JPEG2000壓縮原理及特點
JPEG2000編解碼系統的編碼器和解碼器的框圖如圖1所示[4]。
編碼過程主要分為以下幾個過程：預處理、核心處理和位流組織。預處理部分包括對圖像分片、直流電平（DC）位移和分量變換。核心處理部分由離散小波變換、量化和熵編碼組成。位流組織部分則包括區域劃分、碼塊、層和包的組織。
JPEG2000格式的圖像壓縮比，可在現在的JPEG基礎上再提高10%~30%，而且壓縮后的圖像顯得更加細膩平滑。對于目前的JPEG標準，在同一個壓縮碼流中不能同時提供有損和無損壓縮，而在JPEG2000系統中，通過選擇參數，能夠對圖像進行有損和無損壓縮。現在網絡上的JPEG圖像下載時是按“塊”傳輸的，而JPEG2000格式的圖像支持漸進傳輸，這使用戶不必接收整個圖像的壓縮碼流。由于JPEG2000采用小波技術，可隨機獲取某些感興趣的圖像區域（ROI）的壓縮碼流，對壓縮的圖像數據進行傳輸、濾波等操作[4]。
圖1JPEG2000壓縮編碼與解壓縮的總體流程
2．JPEG2000壓縮的前景
JPEG2000標準適用于各種圖像的壓縮編碼。其應用領域將包括Internet、傳真、打印、遙感、移動通信、醫療、數字圖書館和電子商務等[5]。JPEG2000圖像壓縮標準將成為21世紀的主流靜態圖像壓縮標準。
四、小波變換圖像壓縮
1．小波變換圖像壓縮原理
小波變換用于圖像編碼的基本思想就是把圖像根據Mallat塔式快速小波變換算法進行多分辨率分解。其具體過程為：首先對圖像進行多級小波分解，然后對每層的小波系數進行量化，再對量化后的系數進行編碼。小波圖像壓縮是當前圖像壓縮的熱點之一，已經形成了基于小波變換的國際壓縮標準，如MPEG-4標準，及如上所述的JPEG2000標準[2]。
2．小波變換圖像壓縮的發展現狀及前景
目前3個最高等級的小波圖像編碼分別是嵌入式小波零樹圖像編碼（EZW），分層樹中分配樣本圖像編碼（SPIHT）和可擴展圖像壓縮編碼（EBCOT）。
（1）EZW編碼器[6]
1993年，Shapiro引入了小波“零樹”的概念，通過定義POS、NEG、IZ和ZTR四種符號進行空間小波樹遞歸編碼，有效地剔除了對高頻系數的編碼，極大地提高了小波系數的編碼效率。此算法采用漸進式量化和嵌入式編碼模式，算法復雜度低。EZW算法打破了信息處理領域長期篤信的準則：高效的壓縮編碼器必須通過高復雜度的算法才能獲得，因此EZW編碼器在數據壓縮史上具有里程碑意義。
（2）EBCOT編碼器[8]
優化截斷點的嵌入塊編碼方法（EBCOT）首先將小波分解的每個子帶分成一個個相對獨立的碼塊，然后使用優化的分層截斷算法對這些碼塊進行編碼，產生壓縮碼流，結果圖像的壓縮碼流不僅具有SNR可擴展而且具有分辨率可擴展，還可以支持圖像的隨機存儲。比較而言，EBCOT算法的復雜度較EZW和SPIHT有所提高，其壓縮性能比SPIHT略有提高。
小波圖像壓縮被認為是當前最有發展前途的圖像壓縮算法之一。小波圖像壓縮的研究集中在對小波系數的編碼問題上。在以后的工作中，應充分考慮人眼視覺特性，進一步提高壓縮比，改善圖像質量。并且考慮將小波變換與其他壓縮方法相結合。例如與分形圖像壓縮相結合是當前的一個研究熱點[2]。
（3）SPIHT編碼器[7]
由Said和Pearlman提出的分層小波樹集合分割算法（SPIHT）則利用空間樹分層分割方法，有效地減小了比特面上編碼符號集的規模。同EZW相比，SPIHT算法構造了兩種不同類型的空間零樹，更好地利用了小波系數的幅值衰減規律。同EZW編碼器一樣，SPIHT編碼器的算法復雜度低，產生的也是嵌入式比特流，但編碼器的性能較EZW有很大的提高。
五、分形圖像壓縮
1988年，Barnsley通過實驗證明分形圖像壓縮可以得到比經典圖像編碼技術高幾個數量級的壓縮比。1990年，Barnsley的學生A.E.Jacquin提出局部迭代函數系統理論后，使分形用于圖像壓縮在計算機上自動實現成為可能。
1．分形圖像壓縮的原理
分形壓縮主要利用自相似的特點，通過迭代函數系統（IteratedFunctionSystem,IFS）實現。其理論基礎是迭代函數系統定理和拼貼定理。
分形圖像壓縮把原始圖像分割成若干個子圖像，然后每一個子圖像對應一個迭代函數，子圖像以迭代函數存儲，迭代函數越簡單，壓縮比也就越大。同樣解碼時只要調出每一個子圖像對應的迭代函數反復迭代，就可以恢復出原來的子圖像，從而得到原始圖像[9]。
2．幾種主要分形圖像編碼技術[9]
隨著分形圖像壓縮技術的發展，越來越多的算法被提出，基于分形的不同特征，可以分成以下幾種主要的分形圖像編碼方法。
（1）尺碼編碼方法
尺碼編碼方法是基于分形幾何中利用小尺度度量不規則曲線長度的方法，類似于傳統的亞取樣和內插方法，其主要不同之處在于尺度編碼方法中引入了分形的思想，尺度隨著圖像各個組成部分復雜性的不同而改變。
（2）迭代函數系統方法
迭代函數系統方法是目前研究最多、應用最廣泛的一種分形壓縮技術，它是一種人機交互的拼貼技術，它基于自然界圖像中普遍存在的整體和局部自相關的特點，尋找這種自相關映射關系的表達式，即仿射變換，并通過存儲比原圖像數據量小的仿射系數，來達到壓縮的目的。如果尋得的仿射變換簡單而有效，那么迭代函數系統就可以達到極高的壓縮比。
（3）A-E-Jacquin的分形方案
A-E-Jacquin的分形方案是一種全自動的基于塊的分形圖像壓縮方案，它也是一個尋找映射關系的過程，但尋找的對象域是將圖像分割成塊之后的局部與局部的關系。在此方案中還有一部分冗余度可以去除，而且其解碼圖像中存在著明顯的方塊效應。
3．分形圖像壓縮的前景[2]
雖然分形圖像壓縮在圖像壓縮領域還不占主導地位，但是分形圖像壓縮既考慮局部與局部，又考慮局部與整體的相關性，適合于自相似或自仿射的圖像壓縮，而自然界中存在大量的自相似或自仿射的幾何形狀，因此它的適用范圍很廣。
六、其它壓縮算法
除了以上幾種常用的圖像壓縮方法以外，還有：NNT（數論變換）壓縮、基于神經網絡的壓縮方法、Hibert掃描圖像壓縮方法、自適應多相子帶壓縮方法等，在此不作贅述。下面簡單介紹近年來任意形狀紋理編碼的幾種算法[10]~[13]。
（1）形狀自適應DCT（SA-DCT）算法
SA-DCT把一個任意形狀可視對象分成的圖像塊，對每塊進行DCT變換，它實現了一個類似于形狀自適應GilgeDCT[10][11]變換的有效變換，但它比GilgeDCT變換的復雜度要低。可是，SA-DCT也有缺點，它把像素推到與矩形邊框的一個側邊相平齊，因此一些空域相關性可能丟失，這樣再進行列DCT變換，就有較大的失真了[11][14][15]。
（2）形狀自適應離散小波變換（SA-DWT）
Li等人提出了一種新穎的任意形狀對象編碼，SA-DWT編碼[18]~[22]。這項技術包括SA-DWT和零樹熵編碼的擴展（ZTE），以及嵌入式小波編碼（EZW）。SA-DWT的特點是：經過SA-DWT之后的系數個數，同原任意形狀可視對象的像素個數相同；小波變換的空域相關性、區域屬性以及子帶之間的自相似性，在SA-DWT中都能很好表現出來；對于矩形區域，SA-DWT與傳統的小波變換一樣。SA-DWT編碼技術的實現已經被新的多媒體編碼標準MPEG-4的對于任意形狀靜態紋理的編碼所采用。
在今后的工作中，可以充分地利用人類視覺系統對圖像邊緣部分較敏感的特性，嘗試將圖像中感興趣的對象分割出來，對其邊緣部分、內部紋理部分和對象之外的背景部分按不同的壓縮比進行壓縮，這樣可以使壓縮圖像達到更大的壓縮比，更加便于傳輸。
（3）Egger方法
Egger等人[16][17]提出了一個應用于任意形狀對象的小波變換方案。在此方案中，首先將可視對象的行像素推到與邊界框的右邊界相平齊的位置，然后對每行的有用像素進行小波變換，接下來再進行另一方向的小波變換。此方案，充分利用了小波變換的局域特性。然而這一方案也有它的問題，例如可能引起重要的高頻部分同邊界部分合并，不能保證分布系數彼此之間有正確的相同相位，以及可能引起第二個方向小波分解的不連續等。
七、總結
圖像壓縮技術研究了幾十年，取得了很大的成績，但還有許多不足，值得我們進一步研究。小波圖像壓縮和分形圖像壓縮是當前研究的熱點，但二者也有各自的缺點，在今后工作中，應與人眼視覺特性相結合。總之，圖像壓縮是一個非常有發展前途的研究領域，這一領域的突破對于我們的信息生活和通信事業的發展具有深遠的影響。
參考文獻：
[1]田青.圖像壓縮技術[J].警察技術,2002,(1)：30-31.
[2]張海燕,王東木等.圖像壓縮技術[J].系統仿真學報,2002,14(7)：831-835.
[3]張宗平,劉貴忠.基于小波的視頻圖像壓縮研究進展[J].電子學報,2002,30(6)：883-889.
[4]周寧,湯曉軍,徐維樸.JPEG2000圖像壓縮標準及其關鍵算法[J].現代電子技術,2002,(12)：1-5.
[5]吳永輝,俞建新.JPEG2000圖像壓縮算法概述及網絡應用前景[J].計算機工程,2003,29(3)：7-10.
[6]JMShaprio.Embeddedimagecodingusingzerotreeofwaveletcoefficients[J].IEEETrans.onSignalProcessing,1993,41(12):3445-3462.
[7]ASaid,WAPearlman.Anewfastandefficientimagecodecbasedonsetpartitioninginhierarchicaltrees[J].IEEETrans.onCircuitsandSystemsforVideoTech.1996,6(3):243-250.
[8]DTaubman.HighperformancescalableimagecompressionwithEBCOT[J].IEEETransactionsonImageProcessing,2000,9(7):1158–1170.
[9]徐林靜,孟利民,朱建軍.小波與分行在圖像壓縮中的比較及應用.中國有線電視,2003,03/04：26-29.
[10]MGilge,TEngelhardt,RMehlan.Codingofarbitrarilyshapedimagesegmentsbasedonageneralizedorthogonaltransform[J].SignalProcessing:ImageCommun.,1989,1(10):153–180.
[11]TSikora,BMakai.Shape-adaptiveDCTforgenericcodingofvideo[J].IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.,1995,5(1):59–62.
[12]TSikora,SBauer,BMakai.Efficiencyofshape-adaptive2-Dtransformsforcodingofarbitrarilyshapedimagesegments[J].IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.,1995,5(3):254–258.
[13]EJensen,KRijk,etal.Codingofarbitrarilyshapedimagesegments[C].Proc.WorkshopImageAnalysisandSynthesisinImageCoding,Berlin,Germany,1994:E2.1–E2.4.
[14]MBi,SHOng,menton“Shape-adaptiveDCTforgenericcodingofvideo”[J].IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.,1996,6(6):686–688.
[15]PKauff,KSchuur.Shape-adaptiveDCTwithblock-basedDCseparationandDeltaDCcorrection[J].IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.,1998,8(3):237–242.
[16]OEgger,PFleury,TEbrahimi.Shape-adaptivewavelettransformforzerotreecoding[C].Proc.Eur.WorkshopImageAnalysisandCodingforTV,HDTVandMultimediaApplication,Rennes,France,1996:201–208.
[17]OEgger.Regionrepresentationusingnonlineartechniqueswithapplicationstoimageandvideocoding[D].Ph.D.dissertation,SwissFederalInstituteofTechnology(EPFL),Lausanne,Switzerland,1997.
[18]SLi,WLi,etal.Shapeadaptivevectorwaveletcodingofarbitrarilyshapedtexture[S].ISO/IECJTC/SC29/WG11,MPEG-96-m1027,1996.
[19]WLi,FLing,HSun.ReportoncoreexperimentO3(Shapeadaptivewaveletcodingofarbitrarilyshapedtexture)[S].ISO/IECJTC/SC29/WG11,MPEG-97-m2385,1997.
[20]SLi,WLi.Shapeadaptivediscretewavelettransformforcodingarbitrarilyshapedtexture[C].Proc.SPIEVCIP’97,1997,3024:1046–1056.
關鍵詞：數字廣播軟件無線電世界數字廣播（DRM）DAB
1數字調幅廣播技術的發展
1.1廣播技術的發展
從20世紀二十年代開始，商業廣播先后在美、蘇、英、德、法、中等國開播，在此后的近百年時間，廣播作為重要的傳媒工具，受到各國的重視。廣播無后經歷了中波調幅、短波調幅、調頻、調頻立體聲幾個階段，表1羅列了部分國家的廣播發展情況。
表1世界主要國家的廣播發展情況
中波短波調頻調頻立體聲
美國192019421941/
蘇聯1922192919461960
英國192319381955/
法國1923193619501954
德國1923192919491958
中國1923193419741979
日本1925193519571969
1．2調幅廣播的優勢
盡管調幅廣播的帶寬只有9kHz或10kHz，音質無法與調頻立體聲相比，但是由于調幅廣播發展時間最久，全球標準統一，在任何地方購買的收音機在全球各地都能使用，接收工具簡單，而且可以方便地進行室內、外的便攜接收與車、船中的移動接收。因此至今它仍然是世界上使用最廣泛的廣播媒體。
短波國際廣播則由于在國際交往中的極端重要性與最適合對象為財力處于中下層的聽眾，所以各國仍繼續大量投資支持短波業務。
今天，世界上有160多家國際廣播電臺在進行著無形的“星球大戰”。美國之音（VOA）的一項研究甚至認為：未來40年沒有其它媒體能以相同的優點替代。據統計，全世界現在已有3333座短波發射臺，12590府中波發射臺，25億臺調幅收音機，其中7億臺可收短波廣播。
1.3DRM的產生
由于調制廣播的競爭，音、視頻數字化的發展，傳媒手段的多樣化和九十年代開始的全球數字化浪潮，使許多廣播機構認識到，調幅廣播必須數字化才能適應競爭日益激烈的傳媒環境，紛紛開始了數字調幅廣播的試驗。
德國電信（DT）從1994年11月開始進行數字中被廣播的試驗。法國湯姆喀斯特（Thomcast）公司則從1995年起斥巨資進行數字調幅廣播系統的開發，并從1996年6月起演示了它的天波（SKYWANE）2000系統，到1998年4月，研制中的數字調幅廣播系統已至少有6個。
1994年，電聯曾要求各成員國提出數字系統的建議，并建議建立一個世界性的集團以評估不同的方案，最終提出單一的建議由電聯推薦各國使用，由此誕生了DRM。DRM的全稱是DigitalRadioMondiale，其中Mondiale為法文，即“世界數字廣播”集團（Consortium）。DRM于1998年3月在中國廣州宣告成立。到2002年2月，DRM已有來自27個國家的正式會員（Fullmembers）47個，和非正式會員（Associatemembers）25個。
1.4國內外數字調幅廣播技術發展情況
目前，歐洲和北美的一些國家均研制了DRM接收設備，這些接收設備更接近于專業接收設備，主要采用計算機插板方式，絕大多數的解調、解碼工作均由基于DSP和計算機CPU的軟件完成，它們具有便于軟件更新，可以方便適應不同標準和新業務，便于在線測試，可以方便地使用各種分析工具等優點。同時具有體積大（一般需計算機，也有較小的），功耗大（普通干電池無法滿足工作），不兼容原有設備等缺點?？陀^地講，這些設備只能算作實驗性質的設備，不具備投放市場的能力。
我國在數字廣播領域與國際完全同步（DRM集團在我國成立足以說明），國內已經有了類似的產品，水平與國外產品沒有明顯珠差距。
圖2
1.5DRM技術發展的機遇與挑戰
DRM系統已基本成熟，即將進入實施階段。但是，一項新技術能否在全球推廣，技術本身的先進性與可行性雖是前提，卻遠非決定因素，市場條件和消費者的接受程度十分關鍵。歷史上已經有不少成功的經驗與失敗的教訓，DRM也把實施問題看作為嚴重挑戰，還把影響國家或地區一級啟動新技術的因素歸納為以下幾點：①技術變更的步伐；②進口或出口控制；③市場成熟性；④財富或個人可支配的收入（PDI）；⑤法規；⑥消費者是否是新技術的早期采用者。
為使DRM取得成功，需要處理好三個關鍵性因素，即廣播機構/網絡運行者、接收機制造商與聽眾之間的關系?？梢粤谐鲆韵碌膶嵲捯蕾囮P系表（見表2）。
表2實施依賴關系表
參與者依賴性關鍵推動者
廣播機構/網絡運行者接收機可用性聽眾市場頻譜可用性
法規協議
發射機可用性
接收機制制造商內容可用性聽眾市場低知識產權費用
市場規模
廣播機構簽約承擔義務
芯片組可用性
聽眾接收機可用性內容可用性信息的需要
接收機的費用
明確的獨特銷售點
1．6DRAM在我國發展的前景
我國是AM廣播的大國，新世紀開始實話的西部創新工程還將進一步擴大AM廣播的規模，提高廣播覆蓋率與改變邊遠地區空中秩序。
1998年的廣州會議已注意到了中國這樣的大國不容易由調頻（FM）廣播覆蓋（注：中國的陸地面積與歐洲大致相當，比美國本土大200萬平方公里，中國最小的浙江省相當于比、荷、丹三國的總和，新疆則相當于三個歐洲大國德、法、西的總和），因而數字調幅廣播具有很大的市場。由于許多重要的國際廣播機構一直積極參與DRM的活動，今后這些機構很可能較早地開始數字化的短波國際廣播，從而使他們的國際廣播效果大大改善與具有良好的抗干擾性。
我國雖然從1997年起就一直關注與跟蹤數字AM廣播的發展，北京廣播學院還進行了計算機模擬試驗。但鑒于DRM很快進入實話階段，美國開發與評價IBOCDAB技術有較大進展，日本也參加了DRM，因此應該更加積極地創造條件，早日在我國開展相應的實驗室與現場測試，積累自己的數據（中國地形復雜，橫跨寒、溫、熱三帶，電離層條件也不同），并爭取有自己的知識產權，還要利用作為國際電聯與亞廣聯成員的條件和參加各種國際會議與相關活動的機會，積極了解國際新進展，調整與確定發展我國數字聲音廣播的方針政策與計劃日程，積極維護中國在二十一世紀數字調幅廣播領域的權益。
2軟件無線電技術的發展
軟件無線電技術是近年來新興的一種技術，它最早由MITRE公司的約瑟夫·米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美國遠程系統會議（NationalTelesystemsConference）”上提出。該項技術一經提出就在世界上產生了重大影響，受到了各方的高度重視。
軟件無線電技術的核心思想是軟件無線電技術將寬帶的A/D變換器盡可能的靠近射頻天線，即盡可能早的將接收到的模擬信號轉化為數字信號，最大程度上通過DSP軟件來實現通信系統的各種功能。圖1為理想軟件無線電系統組成框圖。
作為軟件無線電技術載體的軟件無線電電臺是“用軟件定義波段、調制方式、信號波形的電臺。信號波形由數字信號采樣產生，用寬帶的數模轉換器轉換成模擬信號，可能還要由中頻上變頻到射頻。類似地，接收機使用寬帶的模數轉換器獲得該軟件無線電電臺節點所有波段的信號。接收機用通用處理器上的軟件完成信號的提取，下變頻和解調。”（約瑟夫·米托拉給軟件無線電電臺做的定義。）
理想的軟件無線電電臺應該擁有在全頻帶工作的能力，具有極大的靈活性，任何功能的改變或增加都可以通過軟件升級來完成。由于實際條件的限制，比如寬帶前端射頻模塊的性能不夠理想、寬帶A/D/A的工作帶寬和采樣速率有限、DSP的處理能力不足、總線數據受限等，導致在目前的技術條件下無線實現上述理想軟件無線電系統。為了使得軟件無線電技術可以應用于實踐，就在理想軟件無線電系統的基礎上增加了若干限制條件，使得軟件無線電犧牲了一些靈活性，換來了可實現性。
考慮到DRM目前的犧牲性，為了減小研發的風險，可以考慮采用軟件無線電技術研制發射接收設備，在目前模擬數字混合暑期可以兼容原有的模擬設備，隨著社會的發展，當DRM技術成為主流技術時通過軟件升級就可以將用于兼容的資源專用作數字廣播質量的提升，從而最大限度的保護用戶的利益。
3基于軟件無線電技術的DRM系統
3.1DRM的主要標準介紹
2001年4月4日ITU已通過DRM的標準建議書為ITU-RBS.1514,2001年9月通過歐洲標準為ETSITS101980V1.1.1。單個調幅頻道碼率可達24kbps，雙頻道可達72kbps。在ETSITS101980V1.1.1標準中，主要規定了了頻道使用模式、信源泉編碼方式、復用情況、信道編碼與數字調制方式等內容。
具體來說DRM信號有三種頻道使用模式：半個頻道、一個頻道和四個頻道。半個頻道的模式可以用作模擬和數字同播，作為模擬和數字廣播的平滑過渡的方法。信源編碼推薦了四種方式：MPEG-4AAC（高級音頻編碼），MPEGCELP（刺激線性預測編碼），MPEGHVXC（諧波矢量刺激編碼），SBR（頻帶復制編碼）。復用情況比較復雜，包括信道復用、幀復用、業務復用、數字復用等。信道編碼與數字調制方式包括擾碼生成多項式（x9+x5+1）、TCM編碼方式采用刪除卷級碼與QAM調制結合的方式，交織深度分為短交織（交織長度為0.4s）和長交織（交織長度為2s），數字調制方式采用OFDM和QAM調制。
3.2國外同類產品（SKYWAVE2000）的性能
SKYWAVE2000采用的基本技術情況如表3所示。
表3SKYWAVE2000采用的基本技術情況
頻譜適用波段LF、MF、HF
帶寬選擇復用
與現有范圍的兼容YES
帶外發射與發射機Tx有關
單頻網絡支持YES
頻譜掩蔽在選定的帶寬內為矩形
系統特性調制/信道編碼TCM+RSOFDM/QAM（8、16、64、256）
混合/同播方式YES（DSB/VSB）
音頻編碼MPEG-2Layer3,在電路實施中等待MPEG-4
靈活性YES
交織深度長交織6.6s
短交織0.3s
比特率Min6kbps
Max36kbps
靈活性YES
發射機峰值/平均值功率比4-8dB(與工作模式有關)
SKYWAVE2000的數字編碼與調制原理框圖見圖2。
3.3基于軟件無線電技術的DRM系統接收機
鑒于廣播的特點：帶寬窄，一般為9kHz～10kHz；信號動態范圍大，短波波段的動態范圍高達120dB以上。在軟件無線電電臺選用實現方案方面必須予以考慮。根據文獻[2]的論述，選擇了基于中頻采樣技術的體系結構：在A/D/A與天線之間增加一個寬帶變頻模塊，將全頻帶的信號變頻為一個固定的中頻，通過對該中頻處理實現預定的功能。圖3所示為中頻采樣軟件無線電系統的組成框圖。
3.4基于軟件無線電技術的DRM系統發射機
由于廣播自身的特點，相比于接收機，發射機的研制更為復雜?；谲浖o線電技術的DRM系統發射機由三個較為獨立的子系統：數字編碼與調制子系統、模擬處理子系統和發射子系統組成，其組成框圖及相互關系見圖4。
數字編碼與調制子系統主要負責數字信號處理和幅度、相位的計算；模擬處理子系統負責將I、O的基帶復信號變換到無線發射頻率的調相信號或幅相信號；發射子系統實現功率放大及信號發射。
圖5
3.5基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理
基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理如圖5所示：
圖5中，信源編碼、復用、能量分集、信道編碼、交織、數字基帶的OFDM映射部分的功能將在數字編碼與調制子系統中利用計算機的處理器、DSP處理器以及專用芯片等通過軟件編程來實現。而無線射頻信號的生成、穩定載波的產生等模擬處理功能將在模擬處理子系統中通過DDS、I、Q調制器等技術或專用器件實現。
數字廣播領域市場廣闊，具有很好的發展空間，目前世界各個主要發達國家都在此領域投入了相當的人力、物力、財力。我國在這一領域的研究水平與國際同步，更不能放棄這一優勢。
