时间:2023-02-02 05:35:19
导语:在编码技术论文的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
关键词:图像压缩,奇异值分解,压缩率,峰值信噪比
1.前言
图像压缩是数字图像压缩的简称,图像压缩又称为图像压缩编码或图像编码。在数字图像的存储、处理和传送过程中,采用高效的图像压缩技术可以节省传输资源、降低传输时间、提高传输效率。科技论文。图像压缩要解决的问题是尽量减少表示数字图像时需要的数据量[1]。科技论文。论文参考。
目前应用较为广泛的图像压缩方法有统计编码、预测编码、变换编码、分形图像压缩编码、利用神经网络的图像编码等。近年来,奇异值分解方法在图像压缩编码上的应用得到了重视[2-3]。本文在介绍奇异值分解原理的基础上,以512×512的Lena图像为例,给出了算法的Matlab程序,并对算法进行了评价。
2.奇异值分解的图像压缩原理
矩阵A的奇异值定义如下[4]:设(r>0),且AHA的特征值为
(1)
则称(i=1,2,…,n)为A的奇异值。
设Σ=diag(σ1,σ2,…,σr),由式(1)可知,σi(i=1,2,…,r)为A的非零奇异值。科技论文。U为m阶酉矩阵,V为n阶酉矩阵,若满足
(2)
则称式(2)为A的奇异值分解[4]。若U写成U =[u1,u2,…,um]的形式,V写成V=[v1,v2,…,vn]的形式,则式(2)可写成如下形式:
(3)
由于大的奇异值对图像的贡献大,小的奇异值对图像的贡献小,所以可以从r个奇异值生成矩阵中选取前k个(k<r)近似表示图像A,即取:
(4)
近似表示图像A。
存储图像A需要mn个数值,存储图像Ak需(m+n+1)k个数值,若取
(5)
则可达到压缩图像的目的,比率
(6)
称为压缩率。论文参考。论文参考。
3.奇异值分解图像压缩的Matlab实现
Lena的图像矩阵共有512个非零奇异值,其奇异值特征曲线如图1所示,随着i的增加,σi迅速减小。σ1=64519,当i≥36时,σi<1000。
图1 图像Lena的奇异值特征曲线(512×512)
采用奇异值分解对该图像进行压缩,Matlab代码如下:
infile='Lena.bmp';
outfile='Lena2.bmp';
k=40;
A=imread(infile);
A=double(A);
[u,s,v] = svds(A,k);
im = uint8(u * s* v');
imwrite(im,outfile);
figure;imshow(im);
原始图像的文件名为Lena.bmp,将压缩后的图像命名为Lena2.bmp,程序的第6行计算矩阵A的最大k个奇异值与相关的奇异向量,得到u=[u1,u2,…,uk],s=diag(σ1,σ2,…,σk),v=[v1,v2,…,vk]。在使用svds函数时,需要先将A的数据类型转换为double型(程序第5行),这里k取40(程序第3行)。程序第7行对应公式(4),变量im存放压缩后的图像A40,程序第8行将A40保存为文件Lena2.bmp.
4.结果与讨论
在公式(4)中,k的取值不同时,矩阵Ak表示的图像效果有所不同,如图2所示(a)为原始图像,(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别为A40、A80、A120、A160、A200所表示的图像。从图(2)可知,k的取值越大,压缩后的图像效果越好,但同时压缩率越小。对图像Lena而言,k取80时,压缩后的图像A80已非常接近原图像。
(a)(b)(c)
(d)(e)(f)
图2 k取值不同时图像Lena基于奇异值分解压缩的效果
不同的k值下,Lena图像的压缩率和峰值信噪比(dB)如表1所示:
表1 不同k值时Lena图像的压缩率和峰值信噪比(dB)
1.1LDPC码编码算法
传统的规则LDPC码的编码主要可以分为四步,分别如下。其框图如图1所示,编码步骤如下:(1)明确规则LDPC码的H矩阵的列重和行重。(2)构造LDPC码的H矩阵。(3)将校验矩阵H转换成系统形式。(4)根据线性分组码系统形式的校验矩阵与生成矩阵之间的关系得到相应的生成矩阵G,编码生成的码字为C=uG。
1.2LDPC码的译码算法
LDPC码有很多种译码方式,常见的译码方式主要有:加权比特翻转译码、比特翻转译码、大数逻辑译码、后验概率译码以及和积算法译码等。本论文简要介绍和积算法。所谓和积算法,就是一种迭代译码算法,它的传播是基于置信度的。下一次迭代的输入,是上一次译码结束时可靠度量度的计算结果。直到达到了某个特定的条件后,译码的迭代过程才会停止,进而系统会作出硬判决。
2我国的LDPC码在将来地空通信中的应用
地空通信具有许多特点,比如信号的能量衰减比较严重,信息的传输延时比较大等等。因此必须采取特殊的方法,才能够保证信息传输时的可靠性。地空通信信道对于信道编码是一种理想的信道。(1)地空通信信道和无记忆的高斯信道很相似,都是Shannon编码理论的信道模型。(2)地空通信信道可以使用很低的频带利用率的编码和二进制调制方案,因为地空通信信道具有很丰富的带宽。(3)由于地空通信中传输距离非常远,信号的能量衰减比较多,所以采用的都是低码速率通信。以前地空通信使用的都是Turbo码。Turbo码具有很多优点,比如误码性能很好,但是仍然存在着误码平台。相对于Turbo码,LDPC码更适合作为地空通信的信道编码,这是因为LDPC码具有很低的译码复杂度、更低的误码平台以及更大的吞吐量。要想设计出更加适合于地空通信的LDPC码,还需要考虑到功耗效率、编码器和译码器的结构以及复杂度等等。作为一种重要的信道编码,LDPC码必将会在地空通信中发挥重要的作用。
3总结
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份证号码(发放稿费需要)。
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“摘要”应概述研究的目的、材料、方法、结果和主要结论。“关键词”应选用能反映文章特征内容,较为通用的规范性州汇。
内文的格式,请参照本刊近期发表的文章。前言应概述研究背景和本研究的目的。“材料与方法”应写明试验材料、时问、地点、重复次数、取样数量、方法。“结果与分析”应简明扼要,层次分明,试验数据须进行必要的统计分析。“讨论”应结合前人的工作着重论述本文的创新点,避免太远的推论。
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期刊:[序号]作者。篇名[J].期刊名,年份,卷(期):起止页。
专著:[序号]作者。书名[M]。版次(1版不写)。出版地:出版者,出版年:起止页。
论文集:[序号]作者。篇名[c]./主编。论文集名。出版地:出版者,出版年:起止页。
学位论文:[序号]作者。篇名[D].保存地点:保存单位,年份。
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由於在现今资讯流通普遍的社会中,影像的需求量越来越大,影像的数位化是必然的趋势。然而在数位化过的影像所占的资料量又相当庞大,在传输与处理上皆有所不便。将资料压缩是最好的方法。如今有一新的模式,在压缩率及还原度皆有不错的表现,为其尚未有一标准的格式,故在应用上尚未普及。但在不久的未来,其潜力不可限量。而影像之於印刷有密不可分的关系。故以此篇文章介绍小波(WAVELET)转换的历史渊源。小波转换的基础原理。现今的发展对印刷业界的冲击。影像压缩的未来的发展。
壹、前言
由於科技日新月异,印刷已由传统印刷走向数位印刷。在数位化的过程中,影像的资料一直有档案过大的问题,占用记忆体过多,使资料在传输上、处理上都相当的费时,现今个人拥有TrueColor的视讯卡、24-bit的全彩印表机与扫描器已不再是天方夜谭了,而使用者对影像图形的要求,不仅要色彩繁多、真实自然,更要搭配多媒体或动画。但是相对的高画质视觉享受,所要付出的代价是大量的储存空间,使用者往往只能眼睁睁地看着体积庞大的图档占掉硬碟、磁带和光碟片的空间;美丽的图档在亲朋好友之间互通有无,是天经地义的事,但是用网路传个640X480TrueColor图形得花3分多钟,常使人哈欠连连,大家不禁心生疑虑,难道图档不能压缩得更小些吗?如此报业在传版时也可更快速。所以一种好的压缩格式是不可或缺的,可以使影像所占的记忆体更小、更容易处理。但是目前市场上所用的压缩模式,在压缩的比率上并不理想,失去压缩的意义。不然就是压缩比例过大而造成影像失真,即使数学家与资讯理论学者日以继夜,卯尽全力地为lossless编码法找出更快速、更精彩的演算法,都无可避免一个尴尬的事实:压缩率还是不够好。再说用来印刷的话就造成影像模糊不清,或是影像出现锯齿状的现象。皆会造成印刷输出的问题。影像压缩技术是否真的穷途末路?请相信人类解决难题的潜力是无限的。既然旧有编码法不够管用,山不转路转,科学家便将注意力移转到WAVELET转换法,结果不但发现了满意的解答,还开拓出一条光明的坦途。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论。小波分析,无论是作为数学理论的连续小波变换,还是作为分析工具和方法的离散小波变换,仍有许多可被研究的地方,它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶(Fourier)分析的重要发展,他保留了傅氏理论的优点,又能克服其不足之处。可达到完全不失真,压缩的比率也令人可以接受。由於其数学理论早在1960年代中叶就有人提出了,而到现在才有人将其应用於实际上,其理论仍有相当大的发展空间,而其实际运用也属刚起步,其後续发展可说是不可限量。故研究的动机便由此而生。
贰、WAVELET的历史起源
WAVELET源起於JosephFourier的热力学公式。傅利叶方程式在十九世纪初期由JosephFourier(1768-1830)所提出,为现代信号分析奠定了基础。在十九到二十世纪的基础数学研究领域也占了极重要的地位。Fourier提出了任一方程式,甚至是画出不连续图形的方程式,都可以有一单纯的分析式来表示。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论为傅利叶方程式的延伸。
小波分析方法的提出可追溯到1910年Haar提出的小波规范正交基。其後1984年,法国地球物理学J.Morlet在分析地震波的局部性质时,发现传统的傅利叶转换,难以达到其要求,因此引进小波概念於信号分析中,对信号进行分解。随後理论物理学家A.Grossman对Morlet的这种信号根据一个确定函数的伸缩,平移系{a-1/2Ψ[(x-b)/a];a,b?R,a≠0}展开的可行性进行了研究,为小波分析的形成开了先河。
1986年,Y.Meyer建构出具有一定衰减性的光滑函数Ψj,k(x),其二进制伸缩与平移系{Ψj,k(x)=√2jΨ(2jx-k);j,k?Z}构成L2(R)的规范正交基。1987年,Mallat巧妙的将多分辨分析的思想引入到小波分析中,建构了小波函数的构造及信号按小波转换的分解及重构。1988年Daubechies建构了具有正交性(Orthonormal)及紧支集(CompactlySupported);及只有在一有限区域中是非零的小波,如此,小波分析的系统理论得到了初步建立。
三、WAVELET影像压缩简介及基础理论介绍
一、WAVELET的压缩概念
WAVELET架在三个主要的基础理论之上,分别是阶层式边码(pyramidcoding)、滤波器组理论(filterbanktheory)、以及次旁带编码(subbandcoding),可以说wavelettransform统合了此三项技术。小波转换能将各种交织在一起的不同频率组成的信号,分解成不相同频率的信号,因此能有效的应用於编码、解码、检测边缘、压缩数据,及将非线性问题线性化。良好的分析局部的时间区域与频率区域的信号,弥补傅利叶转换中的缺失,也因此小波转换被誉为数学显微镜。
WAVELET并不会保留所有的原始资料,而是选择性的保留了必要的部份,以便经由数学公式推算出其原始资料,可能不是非常完整,但是可以非常接近原始资料。至於影像中什度要保留,什麽要舍弃,端看能量的大小储存(跟波长与频率有关)。以较少的资料代替原来的资料,达到压缩资料的目的,这种经由取舍资料而达到压缩目地的作法,是近代数位影像编码技术的一项突破。即是WAVELET的概念引入编码技术中。
WAVELET转换在数位影像转换技术上算是新秀,然而在太空科技早已行之有年,像探测卫星和哈柏望远镜传输影像回地球,和医学上的光纤影像,早就开始用WAVELET的原理压缩/还原影像资料,而且有压缩率极佳与原影重现的效果。
以往lossless的编码法只着重压缩演算法的表现,将数位化的影像资料一丝不漏的送去压缩,所以还原回来的资料和原始资料分毫无差,但是此种压缩法的压缩率不佳。将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态,控制解码後影像的品质,选择适当的编码法,而且还在撷取图形资料时,先帮资料「减肥。如此才是WAVELET编码法主要的观念。
二、影像压缩过程
原始图形资料色彩模式转换&n
bsp;DCT转换量化器编码器编码结束
三、编码的基本要素有三点
(一)一种压缩/还原的转换可表现在影像上的。
(二)其转换的系数是可以量化的。
(三)其量化的系数是可以用函数编码的。
四、现有WAVELET影像压缩工具主要的部份
(一)WaveletTransform(WAVELET转换):将图形均衡的分割成任何大小,最少压缩二分之一。
(二)Filters(滤镜):这部份包含WaveletTransform,和一些着名的压缩方法。
(三)Quantizers(量化器):包含两种格式的量化,一种是平均量化,一种是内插量化,对编码的架构有一定的影响。
(四)EntropyCoding(熵编码器):有两种格式,一种是使其减少,一种为内插。
(五)ArithmeticCoder(数学公式):这是建立在AlistairMoffat''''slineartimecodinghistogram的基础上。
(六)BitAllocation(资料分布):这个过程是用整除法有效率的分配任何一种量化。
肆、WAVELET影像压缩未来的发展趋势
一、在其结构上加强完备性。
二、修改程式,使其可以处理不同模式比率的影像。
三、支援更多的色彩。可以处理RGB的色彩,像是YIQ、HUV的色彩定义都可以分别的处理。
四、加强运算的能力,使其可支援更多的影像格式。
五、使用WAVELET转换藉由消除高频率资料增加速率。
六、增加多种的WAVELET。如:离散、零元树等。
七、修改其数学编码器,使资料能在数学公式和电脑的位元之间转换。
八、增加8X8格的DCT模式,使其能做JPEG的压缩。
九、增加8X8格的DCT模式,使其能重叠。
十、增加trelliscoding。
十一、增加零元树。
现今已有由中研院委托国内学术单位研究,也有不少的研究所的硕士。国外更是如火如荼的展开研究。相信实际应用於实务上的日子指日可待。
伍、影像压缩研究的方向
1.输入装置如何捕捉真实的影像而将其数位化。
2.如何将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态。
3.如何控制解码影像的品质。
4.如何选择适当的编码法。
5.人的视觉系统对影像的反应机制。
小波分析,无论是作为数学理论的连续小波变换,还是作为分析工具和方法的离散小波变换,仍有许多可被研究的地方,它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶(Fourier)分析的重要发展,他保留了傅氏理论的优点,又能克服其不足之处。
陆、在印刷输出的应用
WAVELET影像压缩格式尚未成熟的情况下,作为印刷输出还嫌太早。但是後续发展潜力无穷,尤其在网路出版方面,其利用价值更高,WAVELET的出现就犹如当时的JPEG出现,在影像的领域中掀起一股旋风,但是WAVELET却有JPEG没有的优点,JPEG乃是失真压缩,且解码後复原程度有限,能在网路应用,乃是由於电脑的解析度并不需要太高,就可辨识其图形。而印刷所需的解析度却需一定的程度。WAVELET虽然也是失真压缩,但是解码後却可以还原资料到几乎完整还原,如此的压缩才有存在的价值。
有一点必须要提出的就是,并不是只要资料还原就可以用在印刷上,还需要有解读其档案的RIP,才能用於数位印刷上。等到WAVELET的应用成熟,再发展其适用的RIP,又是一段时间以後的事了。
在网路出版上已经有浏览器可以外挂读取WAVELET档案的软体了,不过还是测试版,可是以後会在网路上大量使用,应该是未来的趋势。对於网路出版应该是一阵不小的冲击。
图像压缩的好处是在於资料传输快速,减少网路的使用费用,增加企业的利润,由於传版的时间减少,也使印刷品在当地印刷的可能性增高,减少运费,减少开支,提高时效性,创造新的商机。
柒、结论
WAVELET的理论并不是相当完备,但是据现有的研究报告显现,到普及应用的阶段,还有一段距离。但小波分析在信号处理、影像处理、量子物理及非线性科学领域上,均有其应用价值。国内已有正式论文研究此一压缩模式。但有许多名词尚未有正式的翻译,各自有各自的翻译,故研究起来倍感辛苦。但相信不久即会有正式的定名出现。这也显示国内的研究速度,远落在外国的後面,国外已成立不少相关的网站,国内仅有少数的相关论文。如此一来国内要使这种压缩模式普及还有的等。正式使用於印刷业更是要相当时间。不过对於网路出版仍是有相当大的契机,国内仍是可以朝这一方面发展的。站在一个使用其成果的角度,印刷业界也许并不需要去了解其高深的数理理论。但是在运用上,为了要使用方便,和预估其发展趋势,影像压缩的基本概念却不能没有。本篇文章单纯的介绍其中的一种影像压缩模式,目的在为了使後进者有一参考的依据,也许在不久的将来此一模式会成为主流,到时才不会手足无措。
参考文献:
1.Geoff&nb
sp;Davis,1997,WaveletImageCompressionConstructionKit,。
2.张维谷.小宇宙工作室,初版1994,影像档宝典.WINDOWS实作(上),峰资讯股份有限公司。
3.张维谷.小宇宙工作室,初版1994,影像档宝典.WINDOWS实作(下),峰资讯股份有限公司。
4.施威铭研究室,1994,PC影像处理技术(二)图档压缩续篇,旗标出版有限公司。
5.卢永成,民八十七年,使用小波转换及其在影像与视讯编码之应用,私立中原大学电机工程学系硕士学位论文。
6.江俊明,民八十六年,小波分析简介,私立淡江大学物理学系硕士论文。
7.曾泓瑜、陈曜州,民八十三年,最新数位讯号处理技术(语音、影像处理实务),全欣资讯图书。
附录:
嵌入式零元树小波转换、阶层式嵌入式零元树小波转换、阶层式影像传送及渐进式影像传送
目前网路最常用的静态影像压缩模式为JPEG格式或是GIF格式等。但是利用这些格式编码完成的影像,其资料量是不变的,其接受端必须完整地接受所有的资料量後才可以显示出编码端所传送的完整影像。这个现象最常发生在利用网路连结WWW网站时,我们常常都是先接收到文字後,其网页上的图形才,慢慢的一小部份一小部份显示出来,有时网路严重塞车,图形只显示一点点後就要再等非常久的时间才再有一点点显示出来,甚至可能断线了,使得使用者完全不知道在接收什麽图案的图形,无形中造成网路资源的浪费。此缺点之改善,可以使用嵌入式零元树小波转换(EZW)来完成。
阶层式影像传送系统的主要功能为允许不同规格之显示装置或解码器可以从同一编码器中获得符合其要求之讯号,如此不需要对於不同的解码器设计不同的编码器配合利用之,进而增加了其应用的范围,及减低了所架设系统的复杂度,也可以节省更多的设备费用。利用Shapiro所提出的嵌入式零元树小波转换(EZW)技术来设计阶层式影像传送系统时,其编码的效果不是很好。主要的原因是,利用(EZW)技术所设计的编码器是根据影像的全解析度来加以编码的,这使得拥有不同解析度与码率要求的解码器,无法同时分享由编码器所送出来的位元流。虽然可以利用同时播放(Simulcast)技术来加以克服之,但是该技术对於同一影像以不同解析度独立编码时,将使得共同的低通次频带(LowpassSubband)被重复的编码与传送,而产生了相当高的累赘(Redundancy)。
基於上述情况,有人将嵌入式零元树小波转换(EZW)技术加以修改之,完成了一个新式的阶层式影像传送系统。该技术为阶层式嵌入的零元树小波转换(LayeredEmbeddedZerotreeWavelet,简称LEZW技术。这个技术使我们所设计出来的阶层式影像传送系统,可以在编码传送前预先指定图层数目、每层影像的解析度与码率。
LEZW技术是将EZW技术中的连续近似量化(SAQ)加以延伸应用之,而EZW传统的做法是将SAQ应用於全部的小波转换系数上。然而在LEZW技术中,从基层(BaseLayer)开始SAQ一次仅用於一个图层(Layer)的编码,直到最高阶析度的图层为止。当编码的那一图层码率利用完时,即表示该图层编码完毕可以再往下一图层编码之。为了改善LEZW的效率,在较低图层的SAQ结果应用於较高图层的SAQ过程中,基於这种编码的程序,LEZW演算法则可以在每一图层平均码率的限制下,重建出不同解析度的影像。因此,LEZW非常适合用於设计阶层式影像传送系统。
LEZW技术也可以应用於渐进式传送,对於一个渐进式影像传送系统而言,控制其解析度将可以改善重建影像的视觉品质。而常用的渐进式传送方法有使用向量量化器或零元树资料结构编码演算法则。但是向量量化器需要较大的记忆体及对与传送中的错误敏威,而利用EZW技术所设计的渐进式影像传送系统,可以改善这些缺点,所以享有较好的效能。但是它也有缺点就是,应用於渐进式传送时是根据全解析度来做编码及传送,因此在低码率的限制之下时,若用全解析度来显示影像将使得影像模糊不清。所以在低码率传送时的影像以较低的解析度来显示时,则可以使影像的清晰度有所改善。
由於在现今资讯流通普遍的社会中,影像的需求量越来越大,影像的数位化是必然的趋势。然而在数位化过的影像所占的资料量又相当庞大,在传输与处理上皆有所不便。将资料压缩是最好的方法。如今有一新的模式,在压缩率及还原度皆有不错的表现,为其尚未有一标准的格式,故在应用上尚未普及。但在不久的未来,其潜力不可限量。而影像之於印刷有密不可分的关系。故以此篇文章介绍小波(WAVELET)转换的历史渊源。小波转换的基础原理。现今的发展对印刷业界的冲击。影像压缩的未来的发展。
壹、前言
由於科技日新月异,印刷已由传统印刷走向数位印刷。在数位化的过程中,影像的资料一直有档案过大的问题,占用记忆体过多,使资料在传输上、处理上都相当的费时,现今个人拥有TrueColor的视讯卡、24-bit的全彩印表机与扫描器已不再是天方夜谭了,而使用者对影像图形的要求,不仅要色彩繁多、真实自然,更要搭配多媒体或动画。但是相对的高画质视觉享受,所要付出的代价是大量的储存空间,使用者往往只能眼睁睁地看着体积庞大的图档占掉硬碟、磁带和光碟片的空间;美丽的图档在亲朋好友之间互通有无,是天经地义的事,但是用网路传个640X480TrueColor图形得花3分多钟,常使人哈欠连连,大家不禁心生疑虑,难道图档不能压缩得更小些吗?如此报业在传版时也可更快速。所以一种好的压缩格式是不可或缺的,可以使影像所占的记忆体更小、更容易处理。但是目前市场上所用的压缩模式,在压缩的比率上并不理想,失去压缩的意义。不然就是压缩比例过大而造成影像失真,即使数学家与资讯理论学者日以继夜,卯尽全力地为lossless编码法找出更快速、更精彩的演算法,都无可避免一个尴尬的事实:压缩率还是不够好。再说用来印刷的话就造成影像模糊不清,或是影像出现锯齿状的现象。皆会造成印刷输出的问题。影像压缩技术是否真的穷途末路?请相信人类解决难题的潜力是无限的。既然旧有编码法不够管用,山不转路转,科学家便将注意力移转到WAVELET转换法,结果不但发现了满意的解答,还开拓出一条光明的坦途。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论。小波分析,无论是作为数学理论的连续小波变换,还是作为分析工具和方法的离散小波变换,仍有许多可被研究的地方,它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶(Fourier)分析的重要发展,他保留了傅氏理论的优点,又能克服其不足之处。可达到完全不失真,压缩的比率也令人可以接受。由於其数学理论早在1960年代中叶就有人提出了,而到现在才有人将其应用於实际上,其理论仍有相当大的发展空间,而其实际运用也属刚起步,其後续发展可说是不可限量。故研究的动机便由此而生。
贰、WAVELET的历史起源
WAVELET源起於JosephFourier的热力学公式。傅利叶方程式在十九世纪初期由JosephFourier(1768-1830)所提出,为现代信号分析奠定了基础。在十九到二十世纪的基础数学研究领域也占了极重要的地位。Fourier提出了任一方程式,甚至是画出不连续图形的方程式,都可以有一单纯的分析式来表示。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论为傅利叶方程式的延伸。
小波分析方法的提出可追溯到1910年Haar提出的小波规范正交基。其後1984年,法国地球物理学J.Morlet在分析地震波的局部性质时,发现传统的傅利叶转换,难以达到其要求,因此引进小波概念於信号分析中,对信号进行分解。随後理论物理学家A.Grossman对Morlet的这种信号根据一个确定函数的伸缩,平移系{a-1/2Ψ[(x-b)/a];a,b?R,a≠0}展开的可行性进行了研究,为小波分析的形成开了先河。
1986年,Y.Meyer建构出具有一定衰减性的光滑函数Ψj,k(x),其二进制伸缩与平移系{Ψj,k(x)=√2jΨ(2jx-k);j,k?Z}构成L2(R)的规范正交基。1987年,Mallat巧妙的将多分辨分析的思想引入到小波分析中,建构了小波函数的构造及信号按小波转换的分解及重构。1988年Daubechies建构了具有正交性(Orthonormal)及紧支集(CompactlySupported);及只有在一有限区域中是非零的小波,如此,小波分析的系统理论得到了初步建立。
三、WAVELET影像压缩简介及基础理论介绍
一、WAVELET的压缩概念
WAVELET架在三个主要的基础理论之上,分别是阶层式边码(pyramidcoding)、滤波器组理论(filterbanktheory)、以及次旁带编码(subbandcoding),可以说wavelettransform统合了此三项技术。小波转换能将各种交织在一起的不同频率组成的信号,分解成不相同频率的信号,因此能有效的应用於编码、解码、检测边缘、压缩数据,及将非线性问题线性化。良好的分析局部的时间区域与频率区域的信号,弥补傅利叶转换中的缺失,也因此小波转换被誉为数学显微镜。
WAVELET并不会保留所有的原始资料,而是选择性的保留了必要的部份,以便经由数学公式推算出其原始资料,可能不是非常完整,但是可以非常接近原始资料。至於影像中什度要保留,什麽要舍弃,端看能量的大小储存(跟波长与频率有关)。以较少的资料代替原来的资料,达到压缩资料的目的,这种经由取舍资料而达到压缩目地的作法,是近代数位影像编码技术的一项突破。即是WAVELET的概念引入编码技术中。
WAVELET转换在数位影像转换技术上算是新秀,然而在太空科技早已行之有年,像探测卫星和哈柏望远镜传输影像回地球,和医学上的光纤影像,早就开始用WAVELET的原理压缩/还原影像资料,而且有压缩率极佳与原影重现的效果。
以往lossless的编码法只着重压缩演算法的表现,将数位化的影像资料一丝不漏的送去压缩,所以还原回来的资料和原始资料分毫无差,但是此种压缩法的压缩率不佳。将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态,控制解码後影像的品质,选择适当的编码法,而且还在撷取图形资料时,先帮资料「减肥。如此才是WAVELET编码法主要的观念。
二、影像压缩过程
原始图形资料色彩模式转换DCT转换量化器编码器编码结束
三、编码的基本要素有三点
(一)一种压缩/还原的转换可表现在影像上的。
(二)其转换的系数是可以量化的。
(三)其量化的系数是可以用函数编码的。
四、现有WAVELET影像压缩工具主要的部份
(一)WaveletTransform(WAVELET转换):将图形均衡的分割成任何大小,最少压缩二分之一。
(二)Filters(滤镜):这部份包含WaveletTransform,和一些着名的压缩方法。
(三)Quantizers(量化器):包含两种格式的量化,一种是平均量化,一种是内插量化,对编码的架构有一定的影响。
(四)EntropyCoding(熵编码器):有两种格式,一种是使其减少,一种为内插。
(五)ArithmeticCoder(数学公式):这是建立在AlistairMoffat''''slineartimecodinghistogram的基础上。
(六)BitAllocation(资料分布):这个过程是用整除法有效率的分配任何一种量化。
肆、WAVELET影像压缩未来的发展趋势
一、在其结构上加强完备性。
二、修改程式,使其可以处理不同模式比率的影像。
三、支援更多的色彩。可以处理RGB的色彩,像是YIQ、HUV的色彩定义都可以分别的处理。
四、加强运算的能力,使其可支援更多的影像格式。
五、使用WAVELET转换藉由消除高频率资料增加速率。
六、增加多种的WAVELET。如:离散、零元树等。
七、修改其数学编码器,使资料能在数学公式和电脑的位元之间转换。
八、增加8X8格的DCT模式,使其能做JPEG的压缩。
九、增加8X8格的DCT模式,使其能重叠。
十、增加trelliscoding。
十一、增加零元树。
现今已有由中研院委托国内学术单位研究,也有不少的研究所的硕士。国外更是如火如荼的展开研究。相信实际应用於实务上的日子指日可待。
伍、影像压缩研究的方向
1.输入装置如何捕捉真实的影像而将其数位化。
2.如何将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态。
3.如何控制解码影像的品质。
4.如何选择适当的编码法。
5.人的视觉系统对影像的反应机制。
小波分析,无论是作为数学理论的连续小波变换,还是作为分析工具和方法的离散小波变换,仍有许多可被研究的地方,它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶(Fourier)分析的重要发展,他保留了傅氏理论的优点,又能克服其不足之处。
陆、在印刷输出的应用
WAVELET影像压缩格式尚未成熟的情况下,作为印刷输出还嫌太早。但是後续发展潜力无穷,尤其在网路出版方面,其利用价值更高,WAVELET的出现就犹如当时的JPEG出现,在影像的领域中掀起一股旋风,但是WAVELET却有JPEG没有的优点,JPEG乃是失真压缩,且解码後复原程度有限,能在网路应用,乃是由於电脑的解析度并不需要太高,就可辨识其图形。而印刷所需的解析度却需一定的程度。WAVELET虽然也是失真压缩,但是解码後却可以还原资料到几乎完整还原,如此的压缩才有存在的价值。
有一点必须要提出的就是,并不是只要资料还原就可以用在印刷上,还需要有解读其档案的RIP,才能用於数位印刷上。等到WAVELET的应用成熟,再发展其适用的RIP,又是一段时间以後的事了。
在网路出版上已经有浏览器可以外挂读取WAVELET档案的软体了,不过还是测试版,可是以後会在网路上大量使用,应该是未来的趋势。对於网路出版应该是一阵不小的冲击。
图像压缩的好处是在於资料传输快速,减少网路的使用费用,增加企业的利润,由於传版的时间减少,也使印刷品在当地印刷的可能性增高,减少运费,减少开支,提高时效性,创造新的商机。
柒、结论
WAVELET的理论并不是相当完备,但是据现有的研究报告显现,到普及应用的阶段,还有一段距离。但小波分析在信号处理、影像处理、量子物理及非线性科学领域上,均有其应用价值。国内已有正式论文研究此一压缩模式。但有许多名词尚未有正式的翻译,各自有各自的翻译,故研究起来倍感辛苦。但相信不久即会有正式的定名出现。这也显示国内的研究速度,远落在外国的後面,国外已成立不少相关的网站,国内仅有少数的相关论文。如此一来国内要使这种压缩模式普及还有的等。正式使用於印刷业更是要相当时间。不过对於网路出版仍是有相当大的契机,国内仍是可以朝这一方面发展的。站在一个使用其成果的角度,印刷业界也许并不需要去了解其高深的数理理论。但是在运用上,为了要使用方便,和预估其发展趋势,影像压缩的基本概念却不能没有。本篇文章单纯的介绍其中的一种影像压缩模式,目的在为了使後进者有一参考的依据,也许在不久的将来此一模式会成为主流,到时才不会手足无措。
参考文献:
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2.张维谷.小宇宙工作室,初版1994,影像档宝典.WINDOWS实作(上),峰资讯股份有限公司。
3.张维谷.小宇宙工作室,初版1994,影像档宝典.WINDOWS实作(下),峰资讯股份有限公司。
4.施威铭研究室,1994,PC影像处理技术(二)图档压缩续篇,旗标出版有限公司。
5.卢永成,民八十七年,使用小波转换及其在影像与视讯编码之应用,私立中原大学电机工程学系硕士学位论文。
【关键词】多输入多输出 空间复用编码 最大相关性 线性检测
1 MIMO技术的发展
多输入多输出技术的核心在于空间复用编码,空间复用系统中独立的数据流是由不同的天线在同一时间发送,信道容量直接因为发送天线的增加而线性增加。本论文主要讨论空间复用编码及其相关检波技术,具体比较了线性检测、非线性检测和树查找三种检波算法。
2 系统模型
通常的MIMO系统2×2、2×4或4×4的天线系统,一般设定Nr大于或等于Ns。这样做的目的是第i个数据流xi在第i根天线上发送时,接收到的信号向量r=Hx+n,这样Ns×1的发送数据流列向量右乘Nr×NS的信道传输矩阵H,加上Ns×1的信道噪音列向量。设定传送的数据系列x服从(0,σ2)的高斯分布,为了简化系统仿真中直接在接收端导入信道传输矩阵H,噪音为高斯白噪。
3 空间复用和检波技术
OFDM系统发展到今天,加入时空编码成为在不增加现有带宽基础上稳定提高传输速率的最好手段。包括线性递推法和树查找法的接收器检波技术实践中用来移除信道的干扰,恢复被频选信道干扰的信号的正交性等,但是其计算太繁琐。因此陆续的出现球形译码算法和QRD-M算法既继承了最大相似性算法的优势又减少了计算量,节约了处理芯片功耗。
3.1 ZF接收器
ZERO-FORCING接收器在接收天线数大于或等于发送天线数的条件下,使信号传输方程:
成立的向量解并不唯一,因此需要找最小方差的发送信号向量,利用微分找到最小方差值为:
从上面公式可以看出,在信号的解调基本是信道传输函数的线性运算,因此ZF接收器在信道情况良好的情况下就会非常方便和快捷,利用线性矩阵运算可以很简单地建立运算函数,如图1所示。
3.2 V-BLAST译码
虽然线性的接收器非常容易实现,但是因为增加了信道传输函数阶数且需要的信道良好条件在实际高楼密集的城市中很难实现,贝尔实验室在1996年提出了一种无线通信中多天线的空间结构,称为D-BLAST,进而在1998年,P. Wolniansky联合Goschini和 Golden在D-BLAST的时空编码中实现高传输率的垂直-BLAST,即V-BLAST,V-BLAST在信元调制中使其时空编码先正交,这样每次减少一个发送的信元的同时减少信道传输函数的阶数,即将最初的r×t,依次减少到r×1,也就是SIC算法。利用ZF或是MMSE矩阵来调制信元xi,从而使得接收信号在接收端通过ZF或是MMSE相同的矩阵运算后只留下xi的信号成分,从而提取出发送的信元xi,再将提取出的成分反馈回接收器线性元素之后,再重复步骤提取xi+1。
3.3 利用QR分解法分解信道矩阵
利用QR分解法将r×t的信道传输函数矩阵H分解为与转秩相逆的矩阵Q和上对角矩阵R,即QTQ=E,接收到的信号为:
基本所有的多输入多输出正交频分多路复用都会在检测算法中或多或少使用到QR分解法,当QR分解之后的信道响应不仅能保证信号的正交而且还能够简化信号的解调处理。因为信道的传输函数H分解为了上三角矩阵R,各信号分量矩阵间的相互关联也被简化为上三角矩阵中各信号单独的向量调制,从而简化接收端同步检测器的设计复杂度,如图2所示。
3.4 树搜索同步技术
最大似然法利用已知的模型来推导未知的参数,在MIMO-OFDM系统中使用的最大似然法利用树搜索,每一个搜索树节点作为信元的可能解码。下面将对两类常用的搜索树的优缺点继续比对
3.4.1 球形解码
MIMO接收端天线数量的增加会使算法的复杂度成指数增加,很难在大阵列和高调制数的情况下物理实现解码器。球形解码算法利用合理的译码半径R从而判定接收好译码的路径d,约束搜索半径R的公式一般写为:
球型解码器由前端运算部件和后面的树搜索部件构成。
5 结论
该论文中讨论了多输入多输出信道模型下的多个解码算法,通过MATLAB仿真软件讨论各算法下不同的信噪比和算法复杂度。通过MATLAB所生成的图形,我们可以明显看到因为零点逼近算法采用的放大滤波器在放大有效信号的同时也相应地放大了噪音信号,因此其在信噪比一定的情况下比其他算法所产生的误码率高。采用递推算法的垂直-BLAST解码算法对比零点逼近算法来说其误码率有所改进,但是其改进的地方在于采用了QR算法来分解信道矩阵,因此其对于零点逼近算法的改进基本取决于QR分解算法的阶数。最接近于最大近似算法的误码率,且比最大近似算法更为简单的球型算法作为现代MIMO-OFDM信道解码的主流算法存在很高的可操作性和理想的低误码率。
参考文献
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[3]P.Wolniansky,G.J.Foschini,G “V-BLAST”,URSI Inter-national Symposium on Signals,Systems and Electronics,1998.
[4]Gentle,J.E.,“QR分子”,1998.
[5]Vikalo,H.,B.Hassibi,“球型约束下频选信道的最大似然检波器”,IEEE vol.54 2006.
作者简介
梁金(1982-),女,四川省自贡市人。大学本科学历。现为四川工商学院讲师。研究方向为数字信号处理、信号编码。
一、稿件内容
本刊特稿:国内外职教领域重大活动的深度报道、国家及各地区职教发展状况专题研究、相关法律法规政策解析、专家访谈等。
理论与应用研究:职业教育与培训基础理论与应用理论研究、职教发展宏观问题研究、相关研究课题成果、其他重要选题研究综述等。
高职专论:高等职业教育发展问题及对策研究、高职院校教育教学专题研究、其他有关高职的选题研究等。
中职教育:中等职业教育发展问题及对策研究、中等职业技术学校教育教学专题研究、其他有关中职的选题研究等。
师资培养:职教教师队伍建设理论及实际问题研究、职教教师成长问题研究、教师教学能力问题研究、其他有关职教教师培养培训方面的选题研究等。
职教管理:中、高等职业院校教育教学管理理论及实际问题研究(包括行政管理、教学管理、科研管理、学生管理、学校经营等)、管理理念与管理策略研究、管理方式方法研究、管理队伍建设研究、其他有关管理问题的探讨研究等。
职业咨询:职业分析与职业指导、职业院校毕业生就业与创业指导、个人职业生涯规划与设计、其他相关热点焦点问题的专家透视等。
基础教学研究:中、高等职业技术院校基础课程教材、教法研究。
专业教学研究:中、高等职业技术院校专业课程教材、教法研究。
问题探讨:职业教育与培训及相关领域微观问题研究、问题争鸣与讨论及个人主张。
经验交流:具体经验做法介绍与体会交流。
实验实训:中、高等职业技术院校实验课程、实习课程等实践性教学环节中的训练方法研究与探讨。
教育技术:计算机技术、多媒体技术、网络技术等现代教育技术手段在职业教育与培训领域的应用研究与实践探讨。
海外职业教育:国外及港、澳、台地区目前职业教育与培训领域的管理体系、政策法规、措施方法、特点特色、发展趋势、相关案例等内容的研究与评介。
职业教育史料:中外职业教育发展史上思想、思潮、人物、事件等相关内容的研究与评介。
二、稿件要求
内容字数:来稿要求论点鲜明、论据充分、论证严谨、数据准确、文字精练,具有创新性和较高的学术价值;篇幅一般不超过6000字。
论文题目:论文题目应简明、具体、确切,一般不超过20个汉字。
作者署名:来稿请注明作者姓名、作者工作单位全称、单位所在地和邮政编码。(格式请参照本刊已发论文)
论文摘要:要用第三人称概括全文主旨,主要包括目的、方法、结果、结论等,不加评论,也不使用“本人”、“作者”、“我们”等作为文摘陈述的主语,字数在100字左右。
关键词:论文应有3~6个反映文章最主要内容的术语作为关键词。关键词应简练、准确。
章节体例:文内章节层次标题应简练、明确。一级标题不编号,黑体居中,题末不加标点符号;二级标题分别以汉语数字外加圆括号顺次编号,题末不加标点符号;三级标题不编号,用楷体放在相应的文字段首,题末不加标点符号,正文空两字格接排;四级标题分别用阿拉伯数字外加圆括号顺次编号,标题及正文接排不分段。如果文章层次较少,标题可跳级使用。
专用符号:来稿必须采用法定计量单位,专业名词、术语、数字、单位、符号等,必须符合国家标准;外文人名、地名和术语需译成中文,并符合国家标准;容易混淆的外文字母、符号必须书写清楚,要分清大小写;上下角标的字母、数码、符号位置必须明显准确。
图表格式:文中插图与表格放在相应正文之后,分别按出现次序顺次编号。插图的序号、标题及注释居中放置在图的下方;表格的序号及标题置于表格上方,表注置于表格下方。全文只有一个图或表时,图题或表题只标注“图”或“表”而不标序号。(格式请参照本刊已发论文)
正文注释:采用尾注形式置于正文之后、参考文献之前,正文内顺次编号,并将注释号①、②、③等标在相应正文之后的右上角。
参考文献:参考文献置于全文正文之后,分别用阿拉伯数字外加方括号顺次编号。(格式请参照本刊已发论文)
作者简介:内容包括作者出生年、性别、籍贯、职务、职称、学位和主要研究方向,少数民族作者须注明民族。
基金项目:属于基金项目或立项课题的来稿,请注明项目或课题全称和编号,名称和编号必须真实准确。
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关键词:摄影测量;数字;测量系统;计算机
中图分类号: J4 文献标识码: A
引言
数字工业摄影测量技术是随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的发展而形成的新兴技术,是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。数字工业摄影测量技术融合了数字近景摄影测量的基本原理、计算机视觉的相关理论、计算机技术、数字图像处理技术、模式识别等学科的理论和方法,利用数字像机获取被测目标的数字影像来得到物体的形态、位置、姿态和运动从而完成对物体的测量。由于该技术利用计算机处理信息,属于非接触性测量技术。具有危险性低、信息容量高、信息易存储、可重复使用、精度高、速度快等优点。因此广泛应用于国民经济、科技研究和国防建设等领域。随着科技的不断向前发展,研究的进一步深入,数字工业摄影测量将向实时近景摄影测量发展,它将成为对非地形目标进行测量的主要手段,并且实时性、全自动源数据获取及仿真虚拟手段的研究将成为应用研究的趋势。
一、数字工业摄影测量技术的发展历程
(一)国外发展历程
早在上世纪60年代,国外就开始了数字工业摄影测量的研究。将摄影测量的相关理论、算法及软硬件逐步应用到工业测量领域,促进了工业的发展。数字工业摄影测量技术快速发展阶段始于90年代,随着计算机技术的快速发展和日益普及,同时工业对高精度摄影测量技术的要求越来越高,工业摄影测量技术逐步进入数字化时代。目前,数字工业摄影测量理论趋于完善,技术趋于成熟。
国外已经有多家公司推出了自己的数字工业摄影测量系统:美国大地测量公司的“V-STARS系统”、挪威Metronor公司的“Metronor系统”和德国Aicon3D公司的“DPA-Pro系统”等。
(二)国内发展历程
国内对数字工业摄影测量的研究开始于70年代。当时,一些研究机构就开始着力于摄影测量技术在工业领域的应用。由于知识的落后和生产水平的限制,该技术仍处于起步阶段,发展较为缓慢。90年代初,随着高精度摄影测量技术的进步,工业摄影测量技术大量应用在冶金、机械、车辆和采矿等工业领域,并且取得了显著的成效。同时,高校及研究机构对有关工业摄影测量技术的国内外相关理论及工程实践进行了研究,并针对数字工业摄影测量技术如何应用在工业测量领域提出了一系列创新理论,形成了一套新的。该阶段为初步发展阶段。数字工业摄影测量技术在理论和应用方面都有新的发展。目前,数字工业摄影测量技术已经进入快速发展阶段。随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的快速发展以及国内工业的飞速发展,许多研究机构引进国外的先进摄影测量技术、吸收新的工业摄影测量理念。 在数字工业摄影测量方面进行了很多的研究及应用工作。
目前,国内数字工业摄影测量产品主要有:天津大学研制的“汽车车轮定位参数激光视觉测量系统”、西安交通大学研制的“大型复杂曲面产品的反求和三维快速检测系统”和武汉大学研究的“Lensphoto”等。
二、数字工业摄影测量的关键技术
数字工业摄影测量技术是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。它属于高精度、大尺度三维坐标测量。为满足以上要求,需要解决以下关键性技术问题。
(一) 高质量影像的获取
获取高质量数字图像是高精度测量的基础之一。数字工业摄影测量技术需要对测量中使用的人工标志及其属性、光源特性、数字像机的设置和与成像质量有关的技术和设备等进行研究。
(二)摄影测量的人工标志
数字工业摄影测量技术使用人工标志作为测量的特征点。工业部件表面通常缺乏丰富、明显的纹理信息,在摄影测量过程中产生的图像,往往缺乏足够的、准确的特征点。为了避免这一不足,数字工业摄影测量中,采用设置人工标志点的方式产生足够数量且对比明显的特征点。发光二极管、投影激光、回光反射标志等均为人工标志点。
(三)圆形人工标志偏心差
在高精度工业摄影测量中,标志中心点定位偏心差是影响测量精度的因素。确定偏心差数学模型以及模型矫正工作有利于提高测量精度。
人工编码标志
使用人工编码标志可以加快测量速度,实现测量的自动化。每个编码标志对应一个唯一的编码,因此能够利用数字图像处理技术进行自动识别。设计编码标志应遵循以下原则:具有足够的编码容量、尺寸不宜过大、有唯一定位点和易于自动、准确识别。在数字工业摄影测量中,常用的编码标志有同心圆环型编码标志和点分布编码标志。同心圆环型编码标志采用二进制编码原理,具有原理简单、易于识别等优点。点分布编码标志由一组圆形标志点按照一定规则排列而成。
数字工业摄影测量技术发展趋势
现阶段,数字工业摄影测量技术在理论研究和工业实践方面都日趋完善。经过几十年的发展,该技术逐步走向产品化、实用化和高效化。从数字工业摄影测量技术的发展历程和现状,可以预测其发展趋势。
相机呈多样化、专业化
数字工业摄影测量常用的传感器主要是数码单反相机、红外相机、工业摄像头等。数码单反相机的价格低廉且成像性能强大,成为摄影测量的常用传感器。研究者也对单反相机进行了专业改进,使其更加适用于摄影测量。
测量精度、自动化程度不断提高
工业部件制造精度、表面复杂程度不断提高,数字工业摄影测量技术也必然向着高精度、超高精度和高度自动化方向发展。
三维数据分析软件专业化、精细化
获取三维坐标信息是数字工业摄影测量的基本功能。获取的三维坐标信息需要处理分析,才可以应用到所需的领域。多样性和复杂性的应用领域需要我们针对不同用户开发各种专用的、精细的数据分析软件。
结语
数字工业摄影测量技术是随着摄影测量技术、计算机技术和遥感技术的发展而形成的新兴技术,是指对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。数字工业摄影测量技术随着科技的不断进步、研究的不断深入,数字工业摄影测量将向实时近景摄影测量发展,它将成为对非地形目标进行测量的主要手段。
参考文献
关键词:学前教育研究;研究方法;思辨方法;实证方法;文献方法;混合方法
中图分类号:g642.0 文献标志码:a 文章编号:1674-9324(2013)30-0262-03
近年来,随着社会对学前教育重视程度的提高,越来越多的人加入到学前教育研究的行列,学前教育作为一门独立的学科也取得了一定的进步。学前教育学科的发展离不开学前教育研究方法的进步。本研究从不同的视角对学前教育研究方法进行分析,将《学前教育研究》所刊载的论文作为研究样本,试图利用《学前教育研究》的特点,如作者群和读者群来源广、创刊早、权威性大等,从一个侧面反应出我国学前教育不同来源的研究者对研究方法的运用状况,促进各个层面的研究者在研究方法上的创新,提高《学前教育研究》所载论文的质量。
一、学前教育研究方法的分类
要对学前教育研究方法进行研究,首先要对其进行归类。通过查阅各类文献,我国学前教育研究方法的归类还没有一个比较清晰、明确的标准。传统的观点将学前教育研究方法分为理论方法、实证方法、实验研究方法及历史研究方法。王彩凤、庄建东等将学前教育研究方法分为文献研究法、观察研究法、调查研究法、实验研究法、实物研究法、个案研究法、质的研究法以及行动研究法。刘晶波等将学前教育研究方法归为文献方法、思辨方法、质的方法、量的方法、行动研究法、混合方法等6种方法。也有学者根据刘良华对教育研究的分类,将学前教育研究方法分为实证研究法、理论研究法及应用研究法。通过反复分析本次研究的327篇论文,同时结合学前教育学科的特色,本文主要将研究方法分为思辨方法、实证方法、文献方法及混合方法四大类。思辨方法是指用经验总结、哲学思辨及逻辑分析的方法进行相关研究,其主要是基于形而上学的思辨传统,所以和“思辨”相关联。[1]实证方法包括观察、调查等,是通过问卷、访谈、观察以及测验等手段收集资料来验证假设或回答有关现实研究的问题。[2]文献方法就是从所要研究对象的历史出发,搜集和该课题有关的文献资料,从中抽取出有规律性的东西,并在此基础上作进一步的调查或者比较分析,展开深层次的研究。[3]混合方法是指研究者在同一研究中综合运用或者混合定量和质性研究的技术、方法、手段、概念或语言的研究方法。[4]本研究最后的分类结果如下:实证方法包括观察法、调查法、个案研究法、行动研究法、质的研究法、实验研究法和内容分析法。其中观察法包括取样观察法和叙述性观察法,而调查研究法包括问卷调查、访谈调查和测验调查。思辨方法,包括经验总结、哲学思辨和逻辑推理。
二、样本选择和研究方法
本文所要研究的对象是《学前教育研究》里刊发的论文所采用的研究方法。首先是样本的选择,笔者在cnki中文期刊数据库中进行检索,在刊名中输入学前教育研究,时间限定在“2002-2011年”得出论文篇数为2732。经过初步阅读,删除了非学术类文章,分别对每期选好的论文进行编号,用spss17.0随机从每期论文中抽取3篇,最终得出本研究的有效样本总数为327篇。运用内容分析法对样本进行解读,将学前教育研究方法的最终分类结果作为本研究的类目,分析单元为抽取的文章。通过仔细阅读每篇文章来确定研究者所采用的研究方法并进行分类统计。明确学前教育研究方法的分类后,对选好的3名编码员进行培训,然后让他们对20篇样本进行编码,在他们熟悉并基本统一了编码方法后,再分别对另外46篇研究论文进行编码。当编码员有疑问的时候,随时与笔者以及其他编码员进行讨论以达到认识上的一致。
三、结果与分析
1.通过不断地对抽取的327篇样本进行逐篇分析,并按年份进行分类统计,《学前教育研究》所刊论文的研究方法中思辨方法和实证方法占主导地位,所占比例分别为76.1%和65.1%。采用了混合方法的论文有103篇,其比例为31.5%。文献方法所占的比例最低为13.8%,远远
低于思辨方法和实证方法的使用频次。思辨方法中的具体方法类别依次按经验总结法、哲学思辨方法及逻辑推理法的优先顺序来归类,其他类型的方法,只要在文章中运用到,论文的篇数相应增加。“思辨方法”中有一半以上采用了经验总结法,其比例为54.6%。其次是哲学思辨方法,其比例为30.9%,而逻辑推理只占到14.5%。“实证方法”研究方法中所包含的具体类别比“思辨方法”多,从统计的数据可以看出,量的方法在“实证方法”中所占的比例最大,达到了33.3%。其次是调查法,其所占的比例达到了28.2%。我们可以看到,个案研究法、观察法、质的方法、行动研究法、实验研究法和内容分析法这六类方法所占比例依次为12.2%、11.3%、6.1%、3.3%、3.3%、0.9%。个案研究法和观察法使用的频次相差不大。质的方法、行动研究法、实验研究法及内容分析法使用的频次都很低,不到10%,内容分析法的使用频次甚至1%都未达到。
2.本研究将混合方法的种类进行划分,主要依据是混合方法中所包含的研究方法的种类数目。分为两元混合方法、三元混合方法、四元混合方法、六元混合方法。其中有47篇论文是二元混合方法,其他种类混合方法的论文篇数依次为39、16、1。