通信图像

通信图像（精选七篇）

通信图像 篇1

“步态识别”，作为第二代生物特征识别技术，主要是针对含有人走路姿态的运动图像序列进行分析处理以达到识别个体的目的。而“第一代生物特征识别”，则是利用人与生俱来的先天特性或后天行为习惯，如指纹、虹膜、人脸、笔迹等来进行个人身份鉴定。

也许有人会提出疑问，为何能从人的步态达到识别个体的目的?

确实，步态不像人脸那么形象具体，但是步态却好似笔迹一样有着个体的独有性。从生物力学的角度来看，人的步态是一种包括人体肌肉和关节的综合运动。由于人与人之间的体重、比例、姿势、习惯等差异，所以其步态参数也就不尽相同，即步态的远距离识别决定于几百个运动学参数(如关节的角度、速度、角速度、加速度等)。以上领域的研究是步态识别作为一种生物认证技术的科学依据，而Johansson早期的物理心理学实验H中也得出了相关的结论。

作为新一代生物特征识别技术，基于通信图像序列的步态识别具有其独到的优越性：步态可以在不为人知的情况下秘密获取;可利用视觉监控技术实现远距离非接触性的检测、分类和识别;由于改变步态会引起行走不便，因此步态难以伪装———具有非接触性、非侵犯性、易于感知、难于隐藏、难于伪装等优点。

2 技术实现及应用范围

视频监控系统在我们的日常生活中随处可见，例如小区及学校宿舍出入口，政府机关，企业仓库监控等。这些系统，均是通过安装摄像机来提取视频图像，再由电缆光纤等传送到主机电脑上以实现人为监控的。而实际上由于摄像机分辨率或摄像角度等的原因，很多监控视频图像都不能准确地达到识别个体的目的，而此时“步态识别”的远距离检测识别特性则可以更好地解决此问题。

由上可知，“基于通信图像序列的步态识别”可以通过人机通信系统来提取视频图像序列，而一个完整的步态识别过程还需要包括运动对象步态轮廓提取, 对步态轮廓进行特征提取与描述, 特征分类识别这几个步骤。

我们结合生活实际可以拟出一个完整的步态识别系统，如图1所示。首先通过摄像机设备记录下行人的步态视频，再传送至主机将其进行预处理，提取出行人的二值通信图像序列步态轮廓;其次，通过各种方法提取特征;然后，将这些特征与已有步态数据库中的特征数据进行匹配，分类识别;最后，识别个体给出结论(如有需要还可以进行判断是否需要预警)。

基于通信图像序列的步态识别融合了计算机视觉、模式识别与视频/图像序列处理等多项技术，它在监控防盗、医疗诊断、门禁系统等多个领域具有相当高的经济价值。在当代复杂的社会背景下，步态识别在一些敏感场合更是充分体现出其重要性和应用前景，如军事基地、政府机关、科研重地等。既保证了保安人员的安防工作，又增强了国防及民用设施的反恐防暴能力。

3 国内外研究概况及研究进展

步态识别技术近年来正受到各国各界的大力关注，如美国五角大楼利用步态识别技术的反恐工作和美国国防高级项目署DARPA制定的HID (Human Identification at a Distance) 计划。在国际上有许多知名大学和研究机构如英国南安普顿大学、美国麻省理工学院、卡基梅隆大学等在HID项目的驱动下广泛开展了步态识别研究工作，而在国内进行的关于生物识别技术的研究项目，影响较大的有归国博士谭铁牛领导的中科院自动化所，和王亮、胡卫明提出的基于统计主元分析的方法。

以上是对各国研究概况的描述，具体从技术研究现状来看主要有以下几个方面：Yoo等人应用人躯结构的段状统计特征，进行躯体的拓扑分析，提取人体的运动外轮廓;Little与Boyd使用的步态特征为The Shape of Motion，目的是计算运动图像的光流，从中获取频率和特征来识别个人;Cunado等人即考虑人行走过程中双腿的运动情况，用链接的钟摆模拟腿部的运动变化，又从腿的摆动过程中提取腿部倾斜角度的变化特征;Lee用多个椭圆表示躯体的不同部分，将人体模型化，然后提取椭圆的质心位置、离心率等参数用于识别;王亮提取运动人体的外轮廓，计算人体质心，然后计算运动过程中轮廓上每个点与质心的欧氏距离作为人的步态特征。

4 实验过程及分析

通过对各种步态识别研究资料的学习，结合图1所示的基于通信图像序列的步态识别系统，我们进行了如下实验。从图像序列的获取到个体识别，其主要步骤有获取视频图像，提取分析图像序列，运动目标分割，特征提取，特征处理和识别分类。

1) 获取视频图像:我们可以通过DV或摄像机获取视频资料(即通信图像序列)。

2) 运动目标分割:将图像序列传送到电脑，通过matlab7.0软件平台从序列图像中将变化区域从背景图像中提取出来。我们首先利用统计平均法构建背景图像，然后选定阈值运用背景剪除法(利用当前帧图像与背景图像的差分运算进行运动检测的一种方法)，从图像序列中快速有效地提取人体的轮廓，获得其对应的二值图像。如图2所示。

3) 特征提取处理和步态识别:特征提取与表达可以分为基于模型的方法和基于特征的方法两种，它是步态识别过程的重要步骤。我们选用基于特征的方法，直接从图像序列中提取特征数据来做识别，该方法不需要提前建立模型，而是直接对待研究的对象提出假设，然后用图像序列中目标移动所产生的时空模式的各类统计值，从步态中提取特征参数。在提取了步态特征之后，就要将待测序列的特征与样本特征进行比对完成最终的识别任务。由于在此实验过程中受条件限制，无法获得足够数量的行为标本来进行比较和识别，所以在识别阶段我们仅从数据上进行了理论分析。

通过以上过程的实验了解到，其数据分析易受光照、摄像机角度、复杂的地势和背景条件所干扰，且当今用于分类识别的数据库样本数目相当有限。

总的来说，基于通信图像序列的步态识别技术作为一门实用性极强的前沿科技，正处于其发展的初级阶段，仍有待于我们不断地去开发研究。

摘要：步态识别是当代前沿技术, 在安全监控和医疗等领域有着广阔的应用前景, 该文立足于提取图像序列的人机通信系统, 对步态识别技术背景和研究现状作了详细阐述, 并描述了实验的相关实现过程与困难。

关键词：步态识别,特征,提取

参考文献

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[5]薛召军, 靳静娜, 明东.步态识别研究现状与进展[J].生物医学工程学杂志, 2008 (10) .

[6]任继钢.步态识别综述[J].攀枝花学院学报, 2008 (12) .

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[8]齐美彬, 王倩, 蒋建国.非规范视角步态识别研究[J].仪器仪表学报, 2008 (10) .

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[10]顾磊, 吴慧中, 肖亮.一种基于多区域侧影面积的步态识别方法[J].模式识别与人工智能, 2008 (10) .

[11]王柱, 马樱, 李勃.一种快速步态识别方法[J].计算机时代, 2007 (11) .

图像通信中SVD压缩算法研究 篇2

1. 图像压缩机理

图像数据压缩的目的是在满足一定图像质量条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量。压缩编码节省了数据的存储空间，这样不论是在传输数据还是在处理数据的时候都会带来很大便利，图像数据压缩在信息论中称为信源编码[1]。

以数学的观点来看，去除多余数据的过程实际上就是将二维像素阵列变换为一个在统计上无关联的数据集合，图像压缩是指以较少的比特有损或无损地表示原来的像素矩阵的技术，也称图像编码。

图像数据之所以能被压缩，就是因为数据中存在着冗余，图像数据的冗余主要表现为：图像中相邻像素间的相关性引起的空间冗余;图像序列中不同帧之间存在相关性引起的时间冗余;不同彩色平面或频谱带的相关性引起的频谱冗余。数据压缩的目的就是通过去除这些数据冗余来减少表示数据所需的比特数。由于图像数据量的庞大, 在存储、传输、处理时非常困难, 因此图像数据的压缩就显得非常重要[2,3]。

2. 奇异值分解算法

奇异值分解是线性代数中一种重要的矩阵分解，是矩阵分析中正规矩阵酉对角化的推广。在信号处理、统计学等领域有重要应用。

奇异值分解在某些方面与对称矩阵或Hermite矩阵基于特征向量的对角化类似。然而这两种矩阵分解尽管有其相关性，但还是有明显的不同。对称阵特征向量分解的基础是谱分析，而奇异值分解则是谱分析理论在任意矩阵上的推广。

在目前的图像编码研究领域中，虽然存在着种类繁多的编码方法，但是他们都正或多或少的遭遇到其自身发展的瓶颈，于是不断开拓新的图像压缩编码方法自然成为这个信息时代的必然选择。SVD方法具有编码效率不确定性、数据矩阵复杂性等等特点。SVD方法在图像压缩领域有巨大的应用潜力[4,5]。

3. 奇异值分解的图像压缩原理

矩阵奇异值分解在图像处理中有着重要应用。假设一幅图像有n×n个像素，如果将这n2个数据一起传送，数据量会很大。因此，希望能够改为传送一些较少的数据，并且在接收端还能够利用这些传送的数据重构原图像。

假设用n×n维矩阵A表示要传送的原始图像。假定对矩阵A进行奇异值分解，便得到

其中，奇异值按照从大到小的顺序排列。如果从中选择k个大奇异值以及与这些奇异值相对应的左右奇异向量逼近原图像，便可以使用k (2n+1) 个数值代替原来的n×n个图像数据。这k (2n+1) 个被选择的新数据是矩阵A的前k个奇异值、n×n左奇异向量矩阵U的前k列和n×n右奇异向量矩阵V的前k列的元素。

式(2)称为图像的压缩比。显然，被选择的大奇异值的个数k (2n+1)

图1是有效压缩曲线图，当选定n后，对应得k值只有选择在曲线下方才有效，所以图1也是k值的有效性边界曲线。

显而易见，若k值偏小，则压缩比偏大，重构的图像质量较差。反之，过大的k值又会导致压缩比过小，降低图像压缩的效率。

由上述分析可知，在传送图像的过程中，无需传送个原始数据，而只需传送k个有关奇异值和奇异向量的数据即可。另外，在接收端接收到奇异值以及左奇异向量和右奇异向量后，即可通过公式(2)重构出原图像。

图2给出了SVD图像压缩方法的流程。

4. 实验仿真

仿真中，将一幅卡通图像变成矩阵的形式，然后对矩阵进行奇异值分解，在不影响原图像品质的情况下，缩小图像的数据量，选取适当的k值，然后再将分解后的矩阵转换成图像，来达到压缩图像的目的。图3是一个大小为5.9kB的jpg图像，利用提出的SVD方法对其压缩，结果如图4～6所示。

k=压缩为3.38kB, k=20为4.36kB, k=30为4.52kB。可以看出k越小，压缩后的图像越小，但图像越不清晰，随着k的变大，图像变清晰，但压缩率也变小，满足奇异值的大L曲线。

5. 结束语

图像压缩的最终目的是达到减少存储资源，提高传输效率。为此，本文利用矩阵的奇异值分解这一数学工具，实现了图像的压缩与恢复，在选择忽略部分较小奇异值的基础上，可以达到很高的压缩比同时不产生图像失真。仿真分析表明，矩阵的奇异值分解压缩方法具有较好的压缩效率。

参考文献

[1]DaVidSalomon.数据压缩原理与应用[M].吴乐南, 等, 译.第二版.北京:电子工业出版社, 2003.

[2]刘榴娣, 刘明奇, 党长民.实用数字图像处理[M].北京:北京理工大学出版社, 2001.

[3]冯玉氓, 邵玉明, 张星.数据图像压缩编码[M].北京:中国铁道出版社, 1993.

[4]胡乡峰, 卫金茂.基于奇异值分解 (SVD) 的图像压缩[J].东北师大学报, 2006, 38 (3) :36-39.

通信图像 篇3

1 基站监控系统的组成结构和功能

基站监控系统监控对象主要是基站内的电源设备(交流配电箱、开关电源)、空调、环境(温度、湿度、烟雾告警、水浸、门禁)[2]。基站监控系统将基站内的动力、环境等设备运行状态、运行数据通过网络传送到运营商区域监控中心,及时侦测故障,并做必要的遥控操作,保证基站的安全运行,还可根据需要生成相应的数据报表,从而实现基站的无人值守[3]。

基站监控系统采用逐级汇接的结构,一般由现场监控单元、区域监控中心和集中监控中心组成。

现场监控单元是监控网络中最基本的元素,它负责监控对象的各种信息的采集和上级控制命令的下达。接收来自监控对象和智能设备的监测数据和告警信息,经过处理和综合后,按系统通信协议的要求向区域监控中心传送数据;接收来自各级监控中心的命令,以便各级监控中心实施对这些局站的监控[4]。

区域监控中心通过通信网络收集、处理下属各通信基站监控单元送来的信息,将处理后的信息上送集中监控中心,同时监控所属区域基站的运行情况。

集中监控中心是本地网动力环境监控系统的最高级,作为整个系统的神经中枢,它不仅监控处理整个本地网监控系统的运行,而且还要对监控数据做大量的统计、分析和管理工作,为决策提供依据。

2 图像监控方案

由于考虑监控设备的成本,部分运营商的基站监控系统目前的监控内容不包括图像监控。由于不少乡镇基站位置非常偏远,从市区到基站需要一两个小时,有时基站出现告警,但是不能从告警信息准确判断出故障原因,当到达故障基站时,如果发现缺少设备替换零件,将大大延迟维修时间。目前基站维护工作很多由代维公司来做,但是代维公司维护人员业务水平不高,导致了很多现场疑难故障需要依靠运营商人员远程指导代维人员解决,由于现场只能依靠电话,有的故障沟通比较困难,如果基站内有图像监控,将能大大提高基站维护效率。

目前基站监控中的图像监控方案主要有以下三种。

2.1 USB图片监控方案

该方案功能如下:当基站门开时,门禁触发基站内监控模块控制灯控,打开基站内照明灯,为拍摄图片提供足够的光源。USB摄像头实时抓拍图片,然后将图片通过网络上传到区域监控中心。该方案对传输带宽无特殊要求,采用现有的时隙后插(E1中的1个时隙)传输方式即可。

该方案具有如下特点:成本低廉,适合偏远农村、山区大规模应用。图片分辨率可以设置成1024×768,方便检索。该方案既可以震慑盗窃人,也可以结合门禁系统完成巡检人员考勤。该方案的优点是节省成本,缺点是只能拍摄图片,不能摄制视频,而且图片清晰度较低。

2.2 USB图像监控方案

该方案功能如下:当基站门开时,门禁触发基站内监控模块控制灯控,打开基站内照明灯,为拍摄视频提供足够的光源。USB摄像头实时拍摄视频,由监控模块将视频压缩后通过网络上传到区域监控中心。该方案需要营运商提供2M环或者2M链传输资源,多个基站共享2M带宽。

该方案具有如下特点:成本较低,适合较大规模应用。根据传输带宽的不同,图像帧数在1~20帧/秒范围内可调,图像分辨率可达1024×768。该方案的优点是比较节省成本,拍摄照片像素较高,而且可以拍摄视频,缺点是视频清晰度较低。

2.3 清晰图像监控方案

该方案基本功能同USB图像监控方案,但是采用带云台的可旋转摄像机代替USB摄像头,基站内监控模块需具有H.264或者MPEG4压缩功能,将视频流压缩后上传到区域监控中心。该方案需要营运商给每个基站的监控系统单独提供1个2M或者IP传输资源。

该方案具有如下特点:图像清晰度高,摄像机可旋转,视频监控范围更广,对基站故障点可以做出准确判断。该方案的优点是拍摄视频清晰,而且摄像机可以旋转拍摄,视角范围大,缺点是成本较高。

3 结论

综合以上三种方案,方案一占用传输资源最少,投资最小,适用于偏远农村山区基站监控。方案二占用传输资源较少,投资小,适用于普通乡镇基站。方案三监控图像清晰,占用传输资源较多,投资较大,适用于县城城区和市区基站。

参考文献

[1]史峰.双向自愈环基站视频监控系统的开发应用[J].电信工程技术与标准化,2007(6):22-26.

[2]陈克胜.通信基站监控系统的开发[J].机电工程技术,2010(3):85-87.

[3]范敦浩.通信基站的电源和环境监控[J].通信电源技术,2000(3):25-28.

基于3G通信的嵌入式图像传输系统 篇4

随着嵌入式技术的飞速发展以及消费电子需求的逐年增长, 嵌入式处理器的应用越来越广泛。同时, 人们的需求已从简单的文字消息传输、浏览网页等转向对带宽要求更高的网络应用, 如:文件传输、图像传输等, 而GPRS低速率的网络传输已经不能胜任大数据量的高速传输应用。当前, 3G通信技术以其传输速率高、通信质量高、信号覆盖范围广等优势, 更适合于大数据量的传输应用。互联网和无线通信网络已成为人们获取信息和人际沟通不可或缺的基础设施[1]。本文提出一种基于3G通信的嵌入式图像传输系统设计, 适合多种特殊监控场合, 如高速公路图像监控、野外深林火灾监控、关键位置监控等, 能基本满足实时监控的要求。

1 系统整体硬件结构

本系统采用的是C/S服务模式, 其整体结构如图1所示:服务器运行在PC电脑上, 电脑可以使用有线接入互联网或无线WIFI接入互联网, 而且需要有对外开放的端口, 以供对外的服务器使用;嵌入式图像采集终端使用以ARM11为核心的嵌入式处理器S3C6410, 图像采集设备使用OV公司的OV9650摄像头, 而3G通信模块则采用华为公司的EM770W M2M模块, 其中, EM770W M2M模块的接口包括一个USB接口和一个串口接口, 虽然使用串口开发可以大大降低设计难度, 但由于串口的通信速率比较低, 不适用于大数据量的图像实时传输, 故本系统使用USB接口与3G通信模块通信[2,3]。华为EM770W模块的USB使用USB2.0接口, 数据传输速度满足图像传输需求;图像显示终端的运行平台可自由地选择, 或运行在PC电脑上, 或运行在嵌入式终端上, 图像显示终端可通过有线、无线WIFI或也使用3G模块接入互联网。

2 系统整体软件结构

2.1 系统软件整体流程

本系统整体的软件流程如图2所示。

系统基于TCP/IP协议, TCP/IP协议的重要特点[4]是:开放的协议标准、免费且不受任何计算机硬件或操作系统的限制;不受限于特定的网络硬件;通用的寻址方式, 使每一个TCP/IP设备都能通过独一无二的地址, 找到整个网络中的其他设备;各种标准化的高层协议, 可以广泛而持续地提供多种用户服务。

服务器端, 首先初始化socket, 建立一个TCP服务器, 然后进入等待图像采集端和图像显示端连接。每当服务器接收到一个连接, 则为该连接建立一个新的线程, 并建立一个线程共享的缓冲区, 用于缓存图像采集端发送过来的数据。

图像采集端, 由于图像采集端使用的3G网络联网, 需要先进行PPP拨号以获取3G的IP信息, 包括自身的IP地址、网关地址以及DNS服务器地址等信息, 然后将PPP拨号进入后台运行状态, 处理网络数据的交互, 关于3G的PPP拨号问题将在下文提到。接着, 图像采集端初始化socket建立TCP连接并登录到服务器, 通过OV9650摄像头采集图像。而OV9650采集到的是RGB的原始图像数据, 数据量比较大, 为了减少发送的数据量, 本系统调用IJG库对原图像数据进行JPEG压缩。最后, 将压缩后的JPEG图像数据发送至服务器端, 待收到对方的应答后, 再次重复图像采集步骤。

图像显示端:先初始化socket建立TCP连接, 并登录到服务器, 然后进入等待接收图像数据状态。每当接收完完整的一帧图像数据后, 调用IJG JPEG库对JPEG图像进行解压操作, 还原出原始的RGB图像数据, 然后再将图像信息显示在屏幕上, 并向对方发出应打响应, 再次进入等待接受图像数据状态。

2.2 3G模块的PPP拨号上网

2.2.1 为内核添加驱动支持

为了实现ARM11通过3G[5,6]模块接入互联网, 首先要安装对应的EM770W3G模块的USB驱动。本系统的Linux内核版本为Linux2.6.36, 此版本内核已经支持“USB driver for GSM and CDMA modems”, 故此不需要修改内核源代码, 只需要修改一下内核的配置即可。另外, 除了为Linux内核添加3G模块的驱动外, 还需要配置对PPP协议的支持:

(1) 清除之前的编译信息:make disclean

(2) 进入内核编译配置界面:make menuconfig

(3) 添加对EM770W的支持:在“Device Driver”→“USB support”→“USB Serial Converter support”→“USB Generic Serial Driver”中勾选“USB driver for GSM and CDMA modems”, 这样Linux内核就添加了EM770W的USB驱动程序。

(4) 添加对PPP协议的支持:在“Device Drivers”→“Network device support”→“PPP (point-topoint protocol) support”中勾选所有选项, 至此Linux内核便支持PPP协议。

(5) 编译内核:make z Image, 然后将内核映像文件下载到ARM11开发板上。

Linux启动完后, 把EM770W模块接上, 此时终端将会出现如图3所示调试信息, EM770W模块在Linux设备中映射为三个虚拟串口, tty USB0、ttyUSB1、tty USB2, 其中tty USB0就是人们拨号时候用到的串口。

2.2.2 添加PPP拨号脚本

本文需要三个脚本文件, 分别是用于建立协议、生成网络接口的pppd的脚本文件wcdma和实际与EM770W模块交互AT指令的chat脚本文件wcdma-connect-chat。其中wcdma脚本中, 比较关键的参数是指定串口号, 即/dev/tty USB0;波特率, 选择921600;用户名:wcdma模块的用户名为3gnet。而wcdma-connect-chat脚本文件中关键脚本如下:

完成后脚本文件的编写后, 通过pppd call wcdma即可进行拨号, 在终端会打印拨号连接的信息, 包括IP和DNS地址, 也可以在连接成功后通过ifconfig ppp0命令检查当前是否已经配置好网络参数。

2.3 IJG JPEG图像压缩库

图像采集终端从OV9650摄像头中获取的图像数据为RGB原始图像数据, 如果直接将原始图像数据发出去, 不但浪费宝贵的带宽资源, 而且将不能满足实时传输图像的需求, 因此必须要对原始的RGB图像数据进行压缩。本系统的图像采集终端采用IJG库对原始的RGB图像数据进行JPEG压缩, 如图3所示。程序首先初始化压缩变量, 包括压缩结构体、原始图像数据缓冲区指针等, 绑定压缩错误信息结构体, 设定原始图像参数, 包括原始图像的色彩空间RGB、图像的宽度、高度和每一像素所包含的字节数, 设定压缩输出图像文件名和图像压缩率参数。所有压缩参数都配置完之后, 就可以通过扫描方式, 开始压缩图像, 完成压缩之后, 需要对之前申请的动态变量进行释放操作, 防止内存泄漏, 对应的输出文件便是经过IJG压缩的JPEG文件。

2.4 图像的分块传输

不同的图像、不同的压缩比率设置使得压缩后的图像大小并不是固定大小的, 因而, 接收方并不能以固定大小的方式接收图像数据。本系统采用以下发送方式:将要发送的数据分成网络帧。每一个网络帧都以固定的格式填充数据:每一帧的开头都以0x FF作为帧标识头;网络帧的第二字节标识此帧的类型, 其中N代表文件名帧、D代表图像数据、T代表此帧为当前图像数据的最后一帧, A是接收方接收到完整一帧之后, 给对方发送的应答帧, 表示可以继续发送, 由于TCP连接是保证顺序的, 所以不需要为帧添加帧号标识, 以节约网络资源;第三、四字节表示此帧后面包含的数据长度, 是一个四位无符号整数, 其中第三字节为长度的低位;网络帧最后的数据为实际图像数据, 接收方需要根据识别的数据长度来读取数据, 否则将出错, 如图4所示。接收方, 如果在接受过程中, 如发现没找到帧标识头0x FF或网络帧标识位不是N、D、T, 那么, 很可能出现错误, 则进入逐字节扫描寻找网络帧头模式, 直到找到帧头为止。最后接收方向发送方发送应答帧, 如果接收出错也需要向对方发送应答帧, 应答帧数据段包含重发请求。

3 系统性能分析

整体测试:服务器运行在电脑PC上, 使用有线网络接入互联网;图像显示终端运行在电脑PC上也是通过有线网络接入互联网;而图像采集终端则运行在嵌入式板上, 通过EM770W3G模块接入互联网。测试效果良好, 网络延迟7秒左右, 图像帧率为2~3帧每秒, 基本满足了一般的实时图像采集系统的要求, 图5为图像显示终端正在接收并显示图像。

然而本系统还有需要改进的地方, 比如:本系统采用的TCP连接, 虽然, TCP连接为本系统提供了稳定而又可靠的连接。但由于TCP使用的是流式传输方式, 一旦数据流中某个数据在网络传输过程中丢失, 则需要多次重发以保证其接收方接收数据的准确性, 这样后面的数据必须要等待前面的数据完全正确传输才能发送。而如果采用UDP连接的话, 由于UDP没有流的概念, 而是数据报文, 发送过程中不需要进行确认, 速度会相应提高。然而, 需要上层程序对乱序、丢失的数据报文进行处理, 解决数据不完整的恢复问题。另外还需要对整体系统作优化, 使整体系统更加稳定和良好地运行。便携式3G图像采集系统具有广泛的市场前景, 是一个非常值得研究的课题。

4 结束语

本文论述了基于3G通信的嵌入式图像传输系统设计, 图像传输稳定, 网络延迟低。本文重点论述了嵌入式Linux如何实现通过3G模块上网以及使用IJG JPEG压缩库对原始RGB图像进行压缩, 以降低网络数据量, 提高图像传输速度。本系统适合于一些便携式的图像采集系统, 如一些在没有有线网络覆盖而有3G信号覆盖的区域进行图像采集的系统等。

参考文献

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[5]骆华杰.3G与固定网络中实时音视频通信的研究[D].贵阳:贵州大学.2008.

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通信图像 篇5

1 PACS

在医学界, 影像信息比较全面一些, 这可以称之为PACS, 这跟临床信息系统有着很大关系, 跟医院信息系统有关系。PACS、RIS的相互结合, 这是一个非常重要的命题。PACS/RIS跟医学影像、还有数字化图像技术有一些潜在联系, 与通信工程是相互结合的。医学图像和PACS有着很大的关系, 它在PACS下通信显示的能力有很大的意义, 笔者对HIS、RIS的相互连接做了分析:

关于医学影像信息系有很多种说法, 尤其是在定义方面却不大相同, 在狭义上, 它是指对于图像技术管理方面做出具体分析, 这些信息包括很多, 主要有图像储存, 还在通信上的重新建立。临床信息系统是指支持医院医护人员的临床活动, 收集和处理病人的临床医疗信息的信息管理系统;放射学信息系统是指以放射科的登记、分诊、影像诊断报告以及放射科的各项基本管理和流程等的基于图像对象和放射科医生诊断流程管理的查询, 统计信息系统;医院信息系统是指覆盖医院所有业务包括医疗和医疗管理及其业务全过程的信息管理系统;实验室信息系统是一类用来处理实验室管理和实验过程信息的信息系统。

2 CT影像的存储

2.1 CT图像信息模型

随着计算机技术和信息化的发展, 我们认为所需存储的图像为数字图像。数字医学图像的结构典型有3个层次:像素值层次, 文件头层次, 和病人信息层次。表1列出了集中图像模态所生成图像的典型大小。

由CT图像设备所生成的医学图像被作为由像素组成的信息对象来存储。像素在灰度图像中包含灰度等级, 在彩色图像中包含RGB (红, 绿, 蓝) 值。灰度级取决于CT设备的采像程序, RGB值由红, 绿, 蓝元素组成, 每种颜色由一个8bit值 (0~255) 来表示。512*512*12bit的CT图像等价于512*512*2=524288B, 近视0.5MB。 (12bit需要2B存储空间)

2.2 医学图像存档系统

PACS在获取方面是由数据获取的, 还跟显示、存档有着并列组成的关系。对于数据获取系统的组成, 主要是有CT影像设备组成。一台装有海量存储器看起来量不大, 但是却很重要, 它是存档系统的组成部分, 将CT图像存档, 以支持以后的读取操作。在系统上, 它显示多个区域工作方向, 允许医生观察和处理CT图像。由获取系统获得的CT图像被传送到存档系统的服务器主机, 存储到存储设备, 或者分发到不同显示工作站。

PACS的一个存档系统由4个主要部分组成:档案服务器, 数据库管理系统, 存储子系统和通信网络。CT图像通过网络从获取设备传送到档案服务器和显示工作站。一个与医院信息系统 (HIS) 和放射科信息系统 (RIS) 接口的PACS网关使得档案服务器能从HIS和RIS接受信息。

档案服务器的任务比较多, 相对于计算机来说任务也比较多, 是一个多任务计算机。带有高容量主存 (RAM) 、双CPU或多CPU和高速网络接口, 及图像处理软件, 用以控制CT图像的存档、读取和分发。

主要功能:

1) 接受CT图像;

2) 将CT图像存储到存储系统;

3) 将图像路由到显示工作站;

4) 更新数据库表;

5) 处理显示工作站的检索、读取请求。

存储子系统支持两级图像存储:用于即时存取的短期存储, 用于长期存档的长期存储。

2.3 数据库存储CT图像

PACS跟HIS、LIS在医学信息方面不相同的一点就是:有大量的数据储存, 如果我们能够对PACS数据合理设计的话, 那么数据存储也会更加完善, 这对建设PACS也有很大帮助。在像素级层次, 512*512*12bit的CT图像为512k, 近视0.5MB。合理的文件头层次和病人信息层次设计成为关键。

数据以DICOMT图像的形式存储作为数据库存储和开发的对象。DICOM图像是指数字医疗设备的图像按DICOM标准组织得到的文件[3]。DICOM图像至少包含一个文件头和一个图像数据集合, 合理地设计文件头层次和内容, 为以后的数据库编程带来方便, 也是医院工作人员对CT图像以及病人信息进行查询, 显示, 诊断的实际要求。

2.4 光盘存储影像[4]

数字化影像技术, 采用大容量存储管理方式和存储介质实现海量数据存储, 一个很实际的存储方式是利用关盘进行CT数字影像的存储。存储的数据以DICOM文件的形式存储包括基本CT影像数据, 病人姓名、年龄等基本信息。光盘一共两张, 一张为原始盘, 一张为备份盘, 相关数据可以很方便地在PC机上调阅, 或编程查询, 显示。

3 影像的传输

3.1 DICOM图像通信标准

CT属于高档医疗设备, 经历了从非螺旋到螺旋, 从体部成像到血管等局部器官成像, 从低速旋转到高速旋转, 从双排到8排、64排直至320排等重大发展[5], CT医学图像存储与传输的归一化是一个重大课题。

DICOM标准, 是有一些组织决定的, 这个组织主要是由美国国家电气制造商协会以及美国放射学学院组成的, 最主要的目的是为目的是为多种图像设备提供连通性和互操作性, 统一各种数字化影像设备的数据格式和数据传输标准, 以便于个别系统之间图像通信和交换。在此基础上, CT图像文件采用初级图像分割, JPEG有损图像压缩被采用[6]。

3.2 信息对象

DICOM中定义医学图像为信息对象, 或数据集。一个系统或应用将一幅图像传输到另一个系统或应用时发生一次图像通信。在一次CT图像传输中, CT图像作为信息对象被传输到一个PACS数据获取计算机, 当然这些信息对象同样被存档和显示。

3.3 对服务类分析

服务类是将信息对象与作用在其上的命令联系在一起, 并说明命令元素的要求及作用在信息对象上的结果。服务类可以简单理解为DICOM提供的命令或应用程序的内部调用函数。一个PACS应用在DICOM中成为应用实体 (AEs) 。

3.4 CT图像C-STORE DIMSE

一个从PACS数据获取计算机向档案服务器传送CT图像的服务。

1) 数据获取计算机向一个档案服务器发布一个ASSOCIATION请求;

2) 档案服务器准许连接;

3) 数据获取计算机调用C-STORE服务, 并请求在档案服务器存储一个CT图像;

4) 档案服务器接收请求;

5) 数据获取计算机传送图像到档案服务器;

6) 档案服务器存储CT图像在存储设备中, 并通知操作成功;

7) 一个解除连接的请求;

8) 连接解除。

4 档案服务器软件

CT图像从数据获取计算机被传送到档案服务器。档案服务器有专用的应用软件控制图像的存档读取和分发。档案服务器专用软件采用C/S编程, 对各数据获取计算机, 显示计算机以及诊断终端计算机提供服务器的功能, 并对接收到的CT图像在专用存储设备中进行存档。档案服务器主要任务包括图像接受, 图像路由, 图像堆栈, 图像存档, 数据库更新, 图像读取, 和图像预区。

5 HIS/RIS接口

PACS对CT图像的成功操作离不开与HIS/RIS的接口。PACS与HIS/RIS的无缝对接实现了医院各科室的信息交互, 基本信息共享, 大大提高了医院的医疗, 急救, 科研, 教学水平[7]。HIS, RIS, PACS是不同的医院健康护理系统, 这些不同系统之间的信息交互, 通过通信网络和TCP/IP协议, 在C/S的基础上进行。HL7是一个工业标准数据接口, PACS利用HL7界面从HIS或RIS中获得消息或事件。

在临床环境下, PACS调取CT图像的速度可能跟不上临床诊断的需要, 通过与HIS/RIS的接口预先获知病人的治疗阶段状态, 可以对历史数据预取出, 并分发到目的显示站, 完成病人检查。专用的预取表存储疾病分类, CT医生, 主治医生, CT图像的数量和年限等参数数据, 决定着那些CT图像通过PACS应用被读取。

CT图像通过PACS应用读取后, 在终端设备需要进行图像重建。图像重建有解析法[8]和代数法[9]。医用CT中所采用的算法绝大多数属于解析法中的滤波反投影 (Filtered Back Projection, FBP) 算法。[10]Sidky等[11]提出了一种基于最小化受约束全变分 (Total Variation, TV) 的CT重建算法, 旋转一圈只需采样25个即可取得与128个样点的滤波反投影 (Filtered Back Projection, FBP) 算法基本一致的重建效果。

CT图像通过PACS读取后, 需要进行CT图像的重建。CT图像的重建由各种各样的算法, 是图像处理过程中一个重要环节, 也是整个CT处理过程中的难点。[12]

6 CT图像标准化

自从20世纪末期, 有美国人发病了一些关于临床诊断方法, 比如CT, 这是一种成像技术, 这种技术发展的很快。刚开始在医学临床上, 只用了单层的CT, 后来在95年, 有位学者研究出了双层的CT, 1998年GE推出了4层CT, 在此之后的近十年间CT探测器的层数迅速增加, 8层、16层、64层、128层、256层的CT不断涌现[14], 广泛用于医学, 工业, 安全检查等领域, CT图像的格式出现不归一。

CT图像按照DICOM格式被存档到存储介质。一个DICOM文件由一个超信息文件头和一个图像信息对象组成。信息头包含病人姓名, 图像尺寸等信息, 这些DICOM文件存档。当读出时, 仅仅从文件中提取封装的图像信息对象。

对于PACS系统两个层次的标准化是必须的。第一层标准是在PACS中的多发送站设备, 涉及处理信息访问和系统之间通信的数据和图像标准。第二层的标准化为了医学需求和数据的使用。

7 结论

自从CT发展到现在, CT的发展速度已经非常快了, 这算是到了第六代了, 当前CT开发和研究比以往更加活跃。由于CT (计算机断层成像技术) 影像在医院诊断中具有的重要地位, 对CT图像的存档, 通信和显示在医院信息化的背景下具有重要的意义。首先建立图像信息模型, 在最大限度保留CT图像原始信息的前提下, 文件头加入病人姓名, 图像历史, 等数据, 分层规范化地归一CT图像数据。DICOM为医学数字图像和通信标准, 通过PACS系统对CT图像进行存档和管理, 并利用其与HIS/RIS的接口进行与HIS/RIS的信息交互, HL7工业数据接口被提及。本文的撰写对CT影像在PACS系统下的通信和存档, 包括CT图像的文件化标准, 及在PACS下系统工作原理以及与HIS/RIS的信息交互和协同工作做了论述, 在医院信息化的条件下具有重要意义。

参考文献

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[12]Lewitt RM.Reconstruction algorithms:Transform methods[J].Proc IEEE, 1983, 71 (3) :390-408.

通信图像 篇6

由于并行总线在印制电路板上占空间量大, 布线时很难保证每条线路长度、电气特征一致, 两条数据线间容易产生串扰等, 因此随着电子系统对速度以及精度要求的提高, 高速串行数据通信模式正在逐步取代传统的并行总线式结构[2]。

串行传输的迅速发展得力于差分信号技术的发展。在嵌入式应用方面, 主流的FPGA中都已对差分信号提供了硬件支持, 如Xilinx公司的Virtex系列FPGA中, 相邻的两个I/O口都以差分信号对形式出现。从Virtex2Pro系列开始, 更是在片上集成了固化的Rocket I/O模块, 以提供超高速的串行通信支持[3]。并且Xilinx公司针对高速传输开发了一种可裁剪的轻量级链路层协议———Aurora协议, 可以在相应的器件上通过制定IP核生成[3]。

本文在基于Aurora IP核的基础上构建了一个图像高速传输和通信平台, 其总体设计框架如图1所示。探测器处理板与信号处理板在基于Aurora协议的基础上通过光纤进行图像传输和通信。

1 高速图像传输和通信平台设计

1.1 硬件平台搭建

搭建高速图像传输和通信平台需要两块处理板, 每块处理板均需包含一片FPGA和一个光纤模块。光纤模块采用了中航光电的单光纤双向收发一体光模块OEA01-Dxx-326-613-01Y;FPGA采用了Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX50T-FF665, 并采用100 MHz的时钟模块对Rocket I/O模块提供参考时钟, 用一个XCF32P的PROM以主串模式对FPGA进行配置[4,5];两个光纤头之间通过光纤相连。硬件平台如图2所示。

1.2 Aurora IP核的定制及生成

在Xilinx提供的CORE Generator工具中生成Aurora IP核[6]。其中通道数目设置为1, 通道的宽度设置为2 B, 数据速率为1.25 Gb/s, 参考时钟为100 MHz;为了使两个处理板可以同时进行数据收发, 数据流模式采用双工模式;由于本红外系统传输的红外图像数据以帧为单位, 传输过程中需要完整的帧有效信号, 故数据接口采取帧模式;因为所设计平台需要完成通信, 需要用户添加流控制信息, 所以流控制模式采用UFC模式。

定制完成后, 生成Aurora IP核, 所生成的IP核主要包括以下功能模块:

(1) 用户接口模块 (User Interface) :用于提供用户接口, 处理来自用户接口的控制信息。该模块负责与Aurora核8 B/10 B模块的接口, 负责来自8 B/10 B编解码模块的数据读写。数据端口的宽度取决于GTP/GTX的收发器的个数和宽度。

(2) 用户流控制模块 (User Flow Control Interface) :帧模式下可选的一种流控制模式, 该模块可以在正常传输的数据流中添加控制信息, 进一步提高传输效率。本文中用作两块处理板通信的方式。

(3) 时钟模块 (Clock Interface) :包括时钟生成模块和时钟接口模块, 用于生成整个系统所需的时钟。该模块主要由PLL (时钟延迟锁相环) 和BUFG (全局时钟缓冲器) 构成。PLL和BUFG构成时钟产生模块, 生成GTP收发器内所需的各种时钟。

(4) 时钟补偿模块 (Clock Compensation Interface) :该模块内嵌于数据传输模块中, 对整个Aurora模块提供时钟补偿。由于信道两端设备的参考时钟必然存在或多或少的差异, 时钟相位偏差不可避免, 为了保证接收端能正确地恢复数据, 时钟补偿模块必不可少。接收端根据接收数据流内嵌的时钟补偿信息对自身参考时钟进行修正, 以降低误码。

(5) GTP/GTX接口模块 (Transceiver Interface) :吉比特收发器模块, 用于控制数据的收发。该模块为Aurora协议中与物理层接口模块, 是Aurora模块中最重要的模块之一[7]。不过ISE软件生成Aurora例程之后, 该接口模块自动生成, 普通的使用中几乎不需要修改该模块。

在生成Aurora IP核后, 必须对Aurora IP核进行正确配置才能正常使用, Xilinx的CORE Generator工具在生成一个Aurora IP核的同时还会生成一个示例工程, 工程中包含了一些与Aurora IP核各功能模块相对应的配置模块, 包括时钟配置模块 (clock_module) 、时钟补偿配置模块 (standardard_cc_module) 、复位配置模块 (reset_logic) 、帧发送配置模块 (frame_gen) 、帧接收配置模块 (frame_check) 。示例工程可以直接使用, 但是需要进行修改才可以完成自己所需要的功能, 一般需要修改工程中的帧发送配置模块、帧接收配置模块和时钟补偿配置模块。

1.3 图像发送接收配置及UFC通信设置

红外探测器接收到的图像为640×512个像素, 在Aurora的帧传输模式下, 每帧图像中的一行有640个字, 用512帧可将图像传输完毕。与此相对应, 图像接收模块处于一直等待接收模式下, 每次接收一帧, 即为图像对应的一行。

通过配置用户流控制模块来进行两个处理板之间的指令传输, 发送UFC信息无需等待一帧数据发送完毕, 可以先发送请求, 请求被许可之后就可以立即发送。UFC信息最多可以一次发送8个字, 即16 B的数据。对这8个字进行定义, 用来进行通信, 格式定义如表1所示。

按照上述要求修改发送配置模块、帧接收配置模块, 实现图像发送和接收。ISE生成的例程中的时钟补偿配置模块由定时器产生DO_CC信号, GTP收发器模块根据DO_CC信号的有效长度来产生时钟补偿序列。如果直接使用会导致TX_DST_RDY_N信号不定期地无效, 从而会引起在帧模式传输时不定期中断, 从而导致传输效率的下降。在实际应用中, 以每帧640个字的方式进行传输。为了解决不定期中断这一问题, 重新设计了DO_CC模块。采用方式如下:

(1) 对时钟周期USER_CLK进行计数, 计数到5 000时做一个长度为10个时钟周期的DO_CC, 并将计数清零。

(2) 当需要发送图像时, 在每次发送一帧640个字之前做一个10个时钟周期的DO_CC, 并将计数清零;

(3) 当需要发送一个UFC通信时, 在发送之前做一个10个时钟周期的DO_CC, 并将计数清零。

2 实验验证

为了验证所设计的通信平台, 设计了一个实验验证方案, 方案如下:

(1) 探测器处理板将接收到的热红外图像发送到信号处理板, 图像大小为513×640, 以Aurora的帧模式, 一帧发送一行, 前512行为图像数据。第513行为附加信息, 513行的前两个字为固定字符, 用来作为图像起始信号。在信号处理板上设置检验逻辑, 根据在513行中设置的图像起始信号, 计算两个图像起始信号之间的帧起始信号rx_sof_n_i的个数, 如果个数始终为513, 则证明没有丢行。同理, 计算帧起始rx_sof_n_i和帧结束信号rx_eof_n_i之间的USER_CLK的个数, 如果个数始终为640, 则证明没有丢字。

(2) 探测器处理板以UFC方式发送数据包, 重复发送一万次, 在探测器处理板上将每次接收到的数据与发送数据进行比对, 如果完全相同则计数器加1, 如果计数值能够达到10 000, 则证明UFC通信没有出错。

实验结果表明, 在传输图像时, 没有出现丢行和丢字的现象;在发送10 000个UFC数据包时, 正确率为100%。图3和图4是分别是通过Chip Scope[8]抓取的图像传输信号和UFC传输信号。

本文在基于Aurora IP核的基础上构建了一个图像高速传输和通信平台, 使得两块处理板之间的图像传输和通信可以通过一根光纤实现, 大大简化了系统。通过实验验证, 所构建的图像高速传输和通信平台工作性能稳定, 其中图像没有出现丢行和丢字现象, 基于UFC模式传输的通信连续发送10 000个数据包时没有出现一个错误。目前所设计的图像高速传输和通信平台已应用于红外成像跟踪系统、雷达信号处理等场合。

参考文献

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通信图像 篇7

1 图像信息隐藏技术与扩频通信技术

1.1 信息隐藏技术

上世纪九十年代中期, 国外发达国家在信息安全与多媒体信号处理领域中探索出一种创新型保护媒体信息安全的方法。信息隐藏技术的原理主要是基于人类感觉器官的不敏感性, 以及多媒体信号自身的冗余性两个方面, 将秘密信息有效隐藏在公开媒体信息中, 最大限度的达到信息传递的完整性, 同时进一步证实媒体信息所有权归属目的。信息隐藏技术应用的形式较广泛, 既包括文字、图像, 也包括音频和视频。这种信息的使用对媒体信息本身效果并没有什么影响, 为此, 针对信息隐藏要素产生的问题可以有效处理。例如, 信息隐藏技术之中针对安全问题就具有两个方面的意义:

(1) 公开媒体信息需要确保其在版权以及使用权限方面的问题。

(2) 在秘密信息方面则需要能够在传输以及保存等方面提供安全。

单就信息隐藏技术角度出发, 密匙以及安全性等方面的特征为技术属性中的主要特征。

针对技术的安全性分析, 主要指的是在一个相对独立的隐藏信息系统之中, 借助多种环节的共同运作, 促使这个技术能够对信息实施保护。不可感知性强调了在系统之中加入不能促使载体产生感知效果声音或者相关视频文件。

1.2 扩频通信技术

扩频通信技术手段为应用较高且在检测概率相对较低的情况下使用的技术方法。应用与阿尼了主要是指对等待传输信息频谱等通过一定的而扩频函数方式进行转换, 并通过信道完成传输。随后, 可以通过借助相应方法完成频带压缩, 并能够最终完成对信息的传输。

虽然在实施传输的过程中将会造成部分信号受到阻碍, 但是仍然可以通过恢复数据信息的方式实现对数据的有效保护。为此, 在扩频通信方面也能够被认为是将信息隐藏在宽频伪随机噪声之中完成的一种通信手段。

2 扩频通信技术在信息隐藏中应用分析

扩频图像隐秘系统建设之中的关键技术手段就是充分利用了扩频技术, 并将其有效融合到低能量高值序列当中, 产生了一种表面上为噪声信号标记的隐秘图像。因为嵌入信号产生的能量要明显低于载体图像产生的能量。为此, 也就能够形成较小的, 且不会被人察觉到的信号。

本研究中具体引用了地比率纠错信息技术, 针对纠错编码器等的使用能够扩散形成多输出位, 并由此可以呈现出实际运用效果。

为了可以形成嵌入式的信息, 就需要先充分理解存储扩频系统等相关技术理论与概念。参考存储原理之中关于信息发送、接受以及保存等之间形成的伪随机效果。、通过利用私钥, 等能够比较轻松的完成上述中任务。

例如在对一个相对比较简单的符号进行方案重置的过程中, 现在需要假设信号z为-1、1等要素构成的一组信号。扩频序列x主要是一组实属数列, 其中采用的是正态分布规则, 其中的均值表示为0。信号之间进行调制时, 则能够形成全新的实属数列。为此, 所有噪声样本之中产生的符号将能够被嵌入到所有信息位当中, 并产生全新的变化。信号白噪声可以表现为一般特性。实际解码的工作也相对比较简单, 能够在接收端序列之中被复制下来, 通过对两种序列之间畸形对比, 就能够获得原本复出的所有信号的估值情况。可以通过以下公式进行表示:Sign (s’/n) =m’。

虽然, 在系统的功能性方面可以满足实际需要, 但是在出现噪声的情况下, 则进行信号检测过程中将可能造成一定的信息检测缺陷。这种缺陷产生于嵌入信号在进行估值阶段形成的问题, 也可能是因为传输信道出现问题造成的。单纯运用嵌入信号样本之中形成的符号变更展现信息, 则其中树脂最终都将会回归到0附近。

为了能够有效提升针对信号方便的实际检测性能, 则需要借助SSIS技术调制方案。通过这种技术手段, 可以有效改善调制值方面产生的最小欧式距离。这样就能够使得数据估值发生明显的改变。调制技术也将会形成在一定区间范围内的随机性的序列。通过对随机序列进行非典型变换, 将可以掌握其中形成的最小距离。最终对改善检测效果将起到重要作用。

结束语:综上所述, 本研究中这对信息隐藏技术进行了深入性研究, 并对高频嵌入信息所具有的不可感知性等问题进行了分析。低频嵌入所存在的问题方面也被详细分析与论述。通过这对低频信号嵌入到相关文件之中阐述, 可以进一步对技术研究提供借鉴和帮助, 并对目前阶段技术进步具有重要实践意义。

摘要：随着信息技术的高速发展, 加强信息安全保护与多媒体信号处理成为媒体信息安全范畴内的重要问题。目前在信息安全处理领域中信息隐藏方法成为一种新型、有效的科学方法, 具有不可感知性、密钥与安全性、自恢复性等明显特征。就信息隐藏方法中不可感知性与鲁棒性之间的问题研究, 是目前信息隐藏中的热点问题, 主要扩频通信技术来解决该矛盾, 并提升系统整体安全性。本文将就扩频通信技术进行分析, 对其在图像信息隐藏中的具体应用进行详细分析, 为促进信息隐藏技术及扩频通信技术广泛应用提供参考意义。

关键词：信息隐藏技术,扩频通信技术,鲁棒性,系统分析

参考文献

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