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1、DigitalVideoTechnology数字视频技术信息工程学院信息工程学院Introductiontovideo视觉是人类获取信息的主要来源，据统计，视觉信息占75%以上，具有直观、具体、生动等特点。图像是3维场景在二维平面上的影像，具有以下特点：二维性。抽象性。图像信息难以用语言完全表达，它表达了更多的信息。降维性。3维2维。视频是一组在时间轴上有序排列的图像，是二维图像在一维时间轴上构成的图像序列，又称为动态图像、活动图像或者运动图像。Overview数字视频优点优点：存储方便图像质量好便于进行特殊编辑、处理缺点缺点：信息量大，需要大存储量和宽带进行存储和传输。数字视频处理：利用数字
2、技术对视频进行去除噪声、增强、复原、特征提取、识别等处理的理论、方法和技术。Overview视频处理的目的：改善图像质量：去噪声、改变Y、C、变换。提取某些特征或特殊信息：频域特性、灰度/颜色特性、边界/区域特性、纹理特性、形状/拓扑特性，用作计算机视觉、模式识别等。进行压缩编码：压缩视频数据，便于存储和传输。视频处理内容：Imageacquisition,representationandpresentation(获取、表示和表现):包括摄取、光电转换和数字化。Imagerestoration(图像复原)：分析图像质量下降的原因，建立模型进行校正。Imageenhancement(图像增强)
3、：突出某些特征，改善视感。如电视中采用的轮廓增强、颜色变换等。Imagesegmentation(图像分割)：把图像分成子区域的过程即图像分割。可以对图像中的多个对象进行分离。需要采用知识处理技术。例如人能将复杂视场中的特定个体进行分析识别。Imageanalysis(图像分析)：指对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，便于分类、识别、理解。Imagereconstruction(图像重建)：数据图像。Imagecompressionandcoding：数字视频相关学科：色度学：配色、视觉特性、三基色原理。电视原理：视频信号的产生、频谱特性、显示原理。高速数字信号处理：编码方法、快速算法
4、及实现。信号系统：采样、频谱变换。Overview数字视频应用：数字视频应用：广播电视：数字电视更新换代。多媒体网络：IPTV、网络视频直播、视频聊天等。机器人视觉：进行三维景物的识别和理解。通信：3G、电视电话会议。遥感：航空遥感和卫星遥感，如资源探测、月球探测。医疗检测：B超、CT、可视化手术。工业生产与日常生活：产品无损检测、生产监视、交通监控、可视化门铃等。电子商务：身份认证、产品防伪、水印技术等。国防：军事目标侦查识别、警戒系统、指纹辨识。Overview本课学习内容：本课学习内容：数字视频基础（1章）视频编码基础（4章）数字视频编码技术（2、5章）数字视频编码标准（6章）数字视频应
5、用(颜色识别与跟踪)本课学习要求：本课学习要求：复习相关知识复习相关知识做好笔记和课后复习做好笔记和课后复习网上查阅相关文献资料网上查阅相关文献资料成绩确定：成绩确定：平时成绩平时成绩+中期作业成绩中期作业成绩+期末考核成绩期末考核成绩Overview参考资料参考资料：一一参考参考书书数字视频处理，黎洪松，北京邮电大学出版社数字视频处理，黎洪松，北京邮电大学出版社Digital Digital Video Video Processing,Processing,A.A.Murat Murat TekalpTekalp,1998,1998,清清华华大大学学出版社。出版社。数字视频处理数字视频处理
6、 ，A.MURAT TEKALPA.MURAT TEKALP，崔之祜译，崔之祜译，电子工业出版，电子工业出版社社 Video Processing and Video Processing and communications,Yaocommunications,Yao Wang,Wang,J.Ostermann,ZhangJ.Ostermann,Zhang YaYa-Qin.-Qin.电子工业出版社。电子工业出版社。二二期刊期刊PatternRecognitionIEEETransonPatternAnalysisandMachineIntelligenceImageandVisionCom
7、putingIEEETransonImageProcessingIEEETransonSystem,ManandCybernetics电子学报电子学报 软件学报软件学报 自动化学报自动化学报 模式识别与人工智能模式识别与人工智能中国图像图形学报中国图像图形学报 红外与毫米波学报红外与毫米波学报 计算机学报计算机学报目录目录ReviewFundamentalknowledgeofvideoColortelevisionsignalsReview1.1936年，年，blackandwhitetelevision2.1953年，年，colourtelevision。3.数字信号处理技术的发展。数字信
8、号处理技术的发展。4.微电子与集成电路技术的发展。微电子与集成电路技术的发展。4.From:Digitaltelevisionnetworks.IEEPROC,Vol.129,Pt.A,No.7,SEPTEMBER19824.SectionBasicknowledgeofvideo1.1Fundamentalknowledgeforcolorimetry1.1.1LightandColor光分为单色光与复合光。光分为单色光与复合光。太阳光是复合光，其随波长由长到短所呈现的颜色依此为：太阳光是复合光，其随波长由长到短所呈现的颜色依此为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。不能
9、以颜色来判断所含光谱的分布。一定的光谱分布决定不能以颜色来判断所含光谱的分布。一定的光谱分布决定该光波的颜色，但相同的颜色则可由不同光谱分布而获得。该光波的颜色，但相同的颜色则可由不同光谱分布而获得。1.1.2Visualcharacteristics1.相对视敏曲线相对视敏曲线对于相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉是不同的对于相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉是不同的明视觉明视觉LuminositycurvefortheStandard0bserverAt555nm,oneWisequivalentto680lumens(fromWintringham).DigitalCodingo
10、fColorVideoSignals-AReview2.Visualbrightness人眼的亮度感觉人眼的亮度感觉眼睛在观察景物时所得到的亮度感觉称为眼睛在观察景物时所得到的亮度感觉称为视亮度视亮度，它并不，它并不直接由景物的亮度决定，还与周围环境亮度有关直接由景物的亮度决定，还与周围环境亮度有关。人眼的视觉范围很宽，约为人眼的视觉范围很宽，约为10-2 106cd/m2,因为眼睛的感因为眼睛的感光作用会随外界光的强弱而自动调节，这称为眼睛的光作用会随外界光的强弱而自动调节，这称为眼睛的适应性适应性；另一方面当环境亮度一定时，眼睛的视觉范围又很小，例如白另一方面当环境亮度一定时，眼睛的视觉范
11、围又很小，例如白天的视觉范围是天的视觉范围是200 20000cd/m2,而在傍晚的视觉范围是而在傍晚的视觉范围是1 200cd/m2，故我们说眼睛的明暗感觉是相对的。，故我们说眼睛的明暗感觉是相对的。3.PhotopicvisionandScotopicvision明暗视觉明暗视觉在白天正常光照下人眼对不同波长光的敏感程度，称为明在白天正常光照下人眼对不同波长光的敏感程度，称为明视觉响应，它主要由锥壮细胞起作用，既产生明暗感又产生彩视觉响应，它主要由锥壮细胞起作用，既产生明暗感又产生彩色感。当光线暗到一定程度时，只有杆状细胞起作用，分辨不色感。当光线暗到一定程度时，只有杆状细胞起作用，分辨不
12、出颜色，只能反映出明暗程度。出颜色，只能反映出明暗程度。4.Colourthree-element彩色光通常可由亮度、色调、及饱和度三个物理彩色光通常可由亮度、色调、及饱和度三个物理量来描述，这三个量被称为彩色三要素。量来描述，这三个量被称为彩色三要素。5.Threeprimarycolours自然界中绝大多数彩色可用三种不同颜色的单色自然界中绝大多数彩色可用三种不同颜色的单色光按一定比例混合得到，那么这三种颜色就称为三基光按一定比例混合得到，那么这三种颜色就称为三基色。色。6.Colorvisualcharacteristic人眼的锥状细胞由红、绿、蓝三种感光细胞组成，人眼的锥状细胞由红、绿
13、、蓝三种感光细胞组成，不同颜色的光对三种细胞的刺激量是不同的，它们的不同颜色的光对三种细胞的刺激量是不同的，它们的合成效果产生彩色视觉，从而使人眼分辨出五光十色合成效果产生彩色视觉，从而使人眼分辨出五光十色的世界；另一方面，不同的光谱成分，只要三种细胞的世界；另一方面，不同的光谱成分，只要三种细胞所引起的响应相同，则会形成相同的彩色感。所引起的响应相同，则会形成相同的彩色感。1.1.3Tricolortheory1.Tricolortheory彩色视觉特性告诉我们，相同的彩色感可以来自不同的光谱成彩色视觉特性告诉我们，相同的彩色感可以来自不同的光谱成分，因此我们可以适当选择三种基色来合成彩色图
14、象。分，因此我们可以适当选择三种基色来合成彩色图象。三基色原理：三基色原理：选择三种独立的基色，例如红、绿、蓝，将它们选择三种独立的基色，例如红、绿、蓝，将它们按不同的比例混合，就可以得到不同的彩色；反之，任何彩色，也按不同的比例混合，就可以得到不同的彩色；反之，任何彩色，也能分解为三种基色，它包含以下含义：能分解为三种基色，它包含以下含义：（1）.三基色是独立的。三基色是独立的。（2）.合成彩色光的亮度由三基色的大小决定。合成彩色光的亮度由三基色的大小决定。（3）.合成彩色光的色调由三基色的比例决定。合成彩色光的色调由三基色的比例决定。2.混色法混色法空间混色法空间混色法时间混色法时间混色法
15、生理混色法生理混色法3.3.配色结果配色结果1.1.4彩色图像摄取与重现彩色图像摄取与重现彩条图像的三基色图像与信号：彩条图像的三基色图像与信号：彩色图像重现1.1.5视觉特性基本概念1.眼睛适应性眼睛适应性眼睛的感光作用会随外界光的强弱而自动调节，这眼睛的感光作用会随外界光的强弱而自动调节，这称为眼睛的称为眼睛的适应性适应性，分为暗适应和亮适应。，分为暗适应和亮适应。2.视觉掩盖效应视觉掩盖效应实验表明，眼睛察觉亮度变化的能力是有限的，实验表明，眼睛察觉亮度变化的能力是有限的，在在一定的环境亮度一定的环境亮度L下，眼睛可分辨的最小亮度差别下，眼睛可分辨的最小亮度差别Lmin称为可见度阈值。称
16、为可见度阈值。当背景亮度随时空变化而变化时，可见度阈值当背景亮度随时空变化而变化时，可见度阈值Lmin将会增大，这种现象称为视觉掩盖效应。将会增大，这种现象称为视觉掩盖效应。视觉掩盖效应影响量化器设计和信号编码。视觉掩盖效应影响量化器设计和信号编码。3.韦勃韦勃费赫涅尔定律费赫涅尔定律相对对比度灵敏度阀：相对对比度灵敏度阀：在一定的亮度在一定的亮度L下，人眼可察觉的最小相下，人眼可察觉的最小相对亮度变化对亮度变化 Lmin/L近似为一常数，称为相对对比度灵敏度阀或费近似为一常数，称为相对对比度灵敏度阀或费赫涅尔系数。赫涅尔系数。=Lmin/L（一般为（一般为0.005 0.02）韦勃韦勃费赫涅
17、尔定律（费赫涅尔定律（WeberFeehnerLaw）：人眼亮度感觉：人眼亮度感觉S与实与实际亮度际亮度L的对数成线性关系，即：的对数成线性关系，即：S=klgL+k0实验表明实验表明:眼睛在适应于某一平均亮度时，黑白感觉对应的亮眼睛在适应于某一平均亮度时，黑白感觉对应的亮度范围较小，这种特性给景物的传送和重现带来了方便；一方面，度范围较小，这种特性给景物的传送和重现带来了方便；一方面，重现景物的亮度无须等于景物的实际亮度，只需保持对比度重现景物的亮度无须等于景物的实际亮度，只需保持对比度C=Lmax/Lmin不变；另一方面，人眼不能辨别的亮度差别无须传送；不变；另一方面，人眼不能辨别的亮度差
18、别无须传送；综合上述，应做到综合上述，应做到对比度与亮度层次相同。对比度与亮度层次相同。4.色调对比效应色调对比效应眼睛对同一彩色光在眼睛对同一彩色光在不同彩色背景下会产生彩不同彩色背景下会产生彩色视觉偏差，这种现象称色视觉偏差，这种现象称为色调对比效应。为色调对比效应。5.视觉惰性视觉惰性眼睛的亮度感滞后眼睛的亮度感滞后于光信号变化的现象称于光信号变化的现象称为视觉惰性。为视觉惰性。不引起闪烁感觉的不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率，光脉冲最低重复频率，称为称为临界闪烁频率临界闪烁频率。6.分辨力分辨力分辨力或视觉锐度分辨力或视觉锐度：人眼对被观察物体上能分辨的相邻最近两点的：人眼对被观察物
19、体上能分辨的相邻最近两点的视角视角的倒数。的倒数。=d/D57.360=3438d/D影响分辨力的因素：影响分辨力的因素：（1）.与照明强度有关与照明强度有关（2）.与景物相对对比度与景物相对对比度Cr有关有关Cr=(L-L0)/L0 100（3）.与物体的运动速度有关与物体的运动速度有关正常视力的人，观察静止图象时，正常视力的人，观察静止图象时，约为约为1 1.57.彩色细节分辨力彩色细节分辨力实验表明，人眼分辨景物彩色细节的能力很差。因此，彩实验表明，人眼分辨景物彩色细节的能力很差。因此，彩色电视系统在传送彩色图象时，细节部分可以只传送黑白图象，色电视系统在传送彩色图象时，细节部分可以只传
20、送黑白图象，这就是利用大面积着色原理节省传输频带的依据。这就是利用大面积着色原理节省传输频带的依据。实验还表明，人眼分辨彩色色调变化的能力也较差，且随实验还表明，人眼分辨彩色色调变化的能力也较差，且随波长改变，在波长改变，在500nm区域分辨能力较强，而在红色末端区域分辨区域分辨能力较强，而在红色末端区域分辨力较差。力较差。细节细节色别色别黑白黑白黑黑绿绿黑红黑红 黑蓝黑蓝 绿红绿红 红蓝红蓝 绿蓝绿蓝分辨分辨力力100%94%90%26%40%23%19%8.彩色色调分辨阈彩色色调分辨阈眼睛能分辨出色调差别的最小波长变化称为色调分眼睛能分辨出色调差别的最小波长变化称为色调分辨阈，其数值随波长
21、而改变。辨阈，其数值随波长而改变。实验表明，人眼对实验表明，人眼对480nm640nm区间色光的色调区间色光的色调分辨力较高，其中对分辨力较高，其中对500nm(青绿色青绿色)和和600nm(橙黄色橙黄色)两个波长来说，只要波长变化两个波长来说，只要波长变化1nm，便可分辨出色调变，便可分辨出色调变化。化。9.彩色饱和度分辨力。彩色饱和度分辨力。实验表明，人眼分辨彩色饱和度的能力随波长而实验表明，人眼分辨彩色饱和度的能力随波长而变变,在黄色区，人眼只能分辨出四级饱和度，而在红色在黄色区，人眼只能分辨出四级饱和度，而在红色和兰色区，灵敏度较高，可以分辨出和兰色区，灵敏度较高，可以分辨出25个等级
22、。个等级。1.1.6系统分解力与图像清晰度1.垂直分解力垂直分解力图像垂直分解力取决于系统沿垂直方图像垂直分解力取决于系统沿垂直方向所能分解的黑白相间的条纹数。向所能分解的黑白相间的条纹数。M=K*Z2.水平分解力水平分解力沿水平方向电视系统所能分解的黑白沿水平方向电视系统所能分解的黑白相间的条纹数。相间的条纹数。N=K*M12TransmissionandScanningofimage1.2.1图象的表示图象的表示根据三基色原理，彩色光需要用三个基本参量来描述，即亮度根据三基色原理，彩色光需要用三个基本参量来描述，即亮度L(Lightness)、色调、色调H(Hue)和饱和度和饱和度S(Sa
23、turation),此外景物的形状需用空间坐此外景物的形状需用空间坐标标x、y、z表示，并且若是活动图象还是时间表示，并且若是活动图象还是时间t的函数，即的函数，即L、H、S都是四维函都是四维函数，因此任何图象都可用下列方程组表示：数，因此任何图象都可用下列方程组表示：L=fL(x,y,z,t)H=fH(x,y,z,t)S=fS(x,y,z,t)若传送的是二维图象，则变为：若传送的是二维图象，则变为：L=fL(x,y,t)H=fH(x,y,t)S=fS(x,y,t)讨论最简单的黑白图象，则只有亮度方程：讨论最简单的黑白图象，则只有亮度方程：L=fL(x,y,t)像素顺序扫描示意图像素顺序扫描示
24、意图1.2.2photo-electricconversionandelectro-opticconversion显象管显象管CRT结构示意图结构示意图:新型平板新型平板显示技术：显示技术：1.LCD2.PDP3.OLED4.FED5.LED1.2.3electronic-scanningprinciple1.progressivescanning2.interlacedscanninghorizontalinterlacedimage扫描电流与重现图像关系扫描电流与重现图像关系a)a)线性扫描，图像无失真线性扫描，图像无失真b)b)行扫描非线性失真，产生左伸、右缩的非线性失真行扫描非线性失真
25、，产生左伸、右缩的非线性失真c)c)场扫描非线性失真，产生上拉、下压的非线性失真场扫描非线性失真，产生上拉、下压的非线性失真1.3Monochromecompositevideosignal(黑白复合视频信号黑白复合视频信号)1.3.1Mainsignal：imagesignal1.图像信号基本参数图像信号基本参数2.图像信号与特征图像信号与特征信号电平的高低与像素的亮度成比例（正或反比例）。信号电平的高低与像素的亮度成比例（正或反比例）。1.3.2Auxiliarysignals辅助信号辅助信号1.SYNC(复合同步信号复合同步信号)2.Compositeblankingsignal(复合消
26、隐信号复合消隐信号)3.槽脉冲与均衡脉冲槽脉冲与均衡脉冲复合同步与消隐信号复合同步与消隐信号无均衡脉冲及其对应积分器输出无均衡脉冲及其对应积分器输出有均衡脉冲及其对应积分器输出有均衡脉冲及其对应积分器输出1.3.3黑白复合视频信号黑白复合视频信号1.复合视频信号波形复合视频信号波形黑白复合视频信号包括黑白复合视频信号包括3 3部分：图像信部分：图像信号、复合同步信号、复合消隐信号。号、复合同步信号、复合消隐信号。负极性信号要求如下：负极性信号要求如下：同步信号幅值电平：同步信号幅值电平：100%100%黑色电平（消隐电平幅度）：黑色电平（消隐电平幅度）：75%75%白色电平：白色电平：1010
27、12.5%12.5%图像信号电平介于白色与黑色电平之间图像信号电平介于白色与黑色电平之间黑白全电视信号黑白全电视信号SectionColourTVsystemandColorTVsignals彩色制式：指对彩色电视信号加工处理和传输的特定方式，即NTSC、PAL、SECAM。2.1 2.1 兼容制传送方式兼容制传送方式2.1.1 2.1.1 兼容的必要条件兼容的必要条件1 所传送的电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。2 彩色电视信号通道的频率特性应与黑白电视通道频率特性基本一致。3 3 彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫彩色电视与黑白电视应有相同的扫描方式及扫描频率。描频率。4 4
28、应尽可能减小黑白电视收看彩色节目时的彩色应尽可能减小黑白电视收看彩色节目时的彩色干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。干扰。2.1.2大面积着色原理大面积着色原理当重现彩色图像时，对面积较大的各种颜色较为当重现彩色图像时，对面积较大的各种颜色较为敏感，而对彩色的细节部分辨识能力较差。敏感，而对彩色的细节部分辨识能力较差。因此，彩色图像的细节部分在一定距离上观看，因此，彩色图像的细节部分在一定距离上观看，所表现为亮度上的差别，而无颜色的差别。所表现为亮度上的差别，而无颜色的差别。那么在传送彩色图像时，只有大面积部分需要在那么在传送彩色图像时，只有大
29、面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色度信息。而彩传送其亮度信息的同时还必须传送其色度信息。而彩色的细节部分，则可以用亮度信息来取代，例如红色：色的细节部分，则可以用亮度信息来取代，例如红色：2.2亮度信号与色差信号亮度信号与色差信号Y=0.3R+0.59G+0.11B在Y、R、G、B共4个变量中，只有3个变量时独立的。因此，只要传送Y与三个基色中的任意两个，既满足兼容需要，又可以满足传送亮度与色度信息的需要。在色度信息时，通常选择传送不反映亮度信息色度信息，即色差信息：（R-Y）、（G-Y）、（B-Y）红色差 绿色差 蓝色差2.2.1亮度、色差与亮度、色差与RGB关系关系亮度关系式
30、：Y=0.3R+0.59G+0.11B色差关系式：(R-Y)=0.7R-0.59G-0.11B(B-Y)=-0.3R-0.59G+0.89B(G-Y)=-0.3R+0.41G-0.11B通常选取(R-Y)与(B-Y)作为传送对象。那么(G-Y)为：(G-Y)=-0.51(R-Y)-0.19(B-Y)将色差信号与Y信号相减即为三基色信号。记住记住在传送黑白信号时，其色度信号为零，此时在传送黑白信号时，其色度信号为零，此时R=G=B=E，Y=0.3E+0.59E+0.11E=ER-Y=E-E=0B-Y=E-E=0若若R、G、B不相等，且不为零，此时被传送的不相等，且不为零，此时被传送的彩色为非饱和
31、色。只有其中一个或两个为零，则所彩色为非饱和色。只有其中一个或两个为零，则所传送色彩色为饱和色。传送色彩色为饱和色。注意：色差信号并不对应某一个颜色，即红色注意：色差信号并不对应某一个颜色，即红色差信号并不表示红色；蓝色差信号并不表示蓝色。差信号并不表示红色；蓝色差信号并不表示蓝色。恒定亮度原理恒定亮度原理在不计在不计失真及传输系统非线性的条件下，色差失真及传输系统非线性的条件下，色差信号受到干扰时，将不会影响亮度信号。传送后的电信号受到干扰时，将不会影响亮度信号。传送后的电视信号视信号：Yt、(R-Y)t、(B-Y)t，显示端的信号为显示端的信号为：Rd=(R-Y)t+YtBd=(B-Y)t
32、+YtGd=-0.5(R-Y)t-0.19(B-Y)t+Yt所以显示的亮度为所以显示的亮度为Yd为为：Yd=0.3Rd+0.59Gd+0.11Bd=Yt对于黑白电视机而言，接收彩色信号时会产生亮对于黑白电视机而言，接收彩色信号时会产生亮度误差，只有接收黑白图像时，亮度误差才为零。度误差，只有接收黑白图像时，亮度误差才为零。2.2.2标准彩条亮度与色标准彩条亮度与色差信号的波形与特点差信号的波形与特点100%幅度，100%饱和度彩条信号。三基色电压亮度信号：含直流、单极性。色差信号：奇对称、交流、不含直流成分。2.3色度信号与色同步信号色度信号与色同步信号2.3.1色度信号形成色度信号：将两个色
33、差信号分别对正交的两个副载波进行平衡调幅而得到的信号。1.1.平衡调幅：平衡调幅：即抑制载波的一种调制方式，调制信号为:u=Ucost载波信号为：usc=Usccossct所以：平衡调幅平衡调幅平衡调幅的过程就是将调制信号与载波信号相乘。平衡调幅的特点：平衡调幅的特点：1.1.平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。值成正比。2.2.调幅信号为正值时，平横调幅波与载波同调幅信号为正值时，平横调幅波与载波同相；调幅信号为负值时，平横调幅波与载波反相。相；调幅信号为负值时，平横调幅波与载波反相。平衡调幅的优点：平衡调幅的优点：由于抑制了载波，可使传送同样信
34、息能量所需由于抑制了载波，可使传送同样信息能量所需功率大为减少；功率大为减少；减少副载波对亮度过信号的干扰。减少副载波对亮度过信号的干扰。2正交调幅正交调幅将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90度的两个正交载波进行调幅，然后再将着两个调幅信号进行矢量相加，即可得到正交调幅信号:如果两个调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号：3色度信号的形成色度信号的形成将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行将两个色差信号分别对两个正交的副载波进行平衡调幅之前，先要进行压缩：平衡调幅之前，先要进行压缩：U=0.493(B-Y)V=0.877(R-Y)然后然后U、V分别对两
35、个正交副载波进行调制分别对两个正交副载波进行调制：FU=Usinsct,FV=VcossctF=FU+FV=Usinsct+Vcossct色度信号的振幅和相角分别为色度信号的振幅和相角分别为：正交平衡调幅色度信号形成框图正交平衡调幅色度信号形成框图副载波发大副载波发大U平衡调幅平衡调幅V平衡调幅平衡调幅90度移相度移相UVsinsctsinsctcossctFvFu2.3.2色同步脉冲色同步脉冲在同步解调过成中，需要一个与发送端同频、在同步解调过成中，需要一个与发送端同频、同相的副载波。因此需要在发送端发送彩色全电同相的副载波。因此需要在发送端发送彩色全电视信号的同时发出一个能反映发送端副载波
36、频率视信号的同时发出一个能反映发送端副载波频率与相位信息的信号，即色同步信号。与相位信息的信号，即色同步信号。2.3.3彩条对应的信彩条对应的信号波形及矢量图号波形及矢量图未压缩彩条信号：未压缩彩条信号：如果彩条信号未压缩，则会造成蓝、红条彩条信号幅度高于同步脉冲幅度，破坏同步。黄条、青条信号低于白色电平，甚至小于0，可使发射机产生过调制，造成图像失真，伴音中断。彩条矢量图彩条矢量图彩条矢量图：1.它以矢量方位表示色调；2.以矢量大小表示饱和度。2.4NTSC制色差信号及制色差信号及编码、解码过程编码、解码过程考虑到电视兼容及其原黑白制式的特性，其传送的色差信号为I、Q信号。具体要求及表示如下
37、：I信号带宽为：-1.50.5MHz；Q信号带宽为：-0.50.5MHz。I、Q信号与U、V信号之间的关系为：NTSC制频带分配谱图制频带分配谱图-1.250fsc4.5MHz伴音载频伴音载频图像载频图像载频QI2.4.3NTSC制主要参数及性能制主要参数及性能fv=60Hz；fH=15734Hz；每帧525行；图像信号带宽为4.2MHz；伴音与图像载频之差为4.5MHz；fsc=3.579MHz。I信号带宽为：-1.50.5MHz；Q信号带宽为：-0.50.5MHz。NTSC制的特点1 NTSC制采用1/2行间置，使亮度信号与色度信号频谱以最大距离错开。2 信号组成方式简单。3 色度信号每行
38、均以同一方式传送。4 I信号谱上边带为压缩边带。5 不足之处在于存在相位敏感性。2.5PAL制制PAL制色度信号Fv分量逐行倒相，其规律是：如果第n行的色度信号为：F=FU+FV=Usinsct+Vcossct则第n+1行色度信号为：F=FU-FV=Usinsct-Vcossct所以PAL制色度信号的表达式为：F=FUFV=UsinsctVcossct逐行倒相色度信号矢量图逐行倒相色度信号矢量图-FvFn+1FvUVFnFV逐行倒相实现框图逐行倒相实现框图U平衡调幅器V平衡调幅器90度移相180度倒相UUcossct+VcossctV+cossctPAL开关-cossctcossct半行频方波
39、psinsctsinsct12行频与副载频之间关系行频与副载频之间关系副载频与整数行频有1/4fH的频差，称之为为1/4行间置。对于PAL制来说，fH=15625Hz，fv=50Hz，带宽为6MHz，根据fsc尽量高的原则，取n=284，所以fsc为：fsc=(284-1/4)*15625+25Hz=4.43361875MHz式中25Hz是为使色度信号与亮度信号副谱线之间的间距增大，减少亮色干扰。记住记住色同步信号色同步信号PAL制彩色电视机在解调色度信号时，需要对PAL行送-cossct副载波，而对NTSC行送cossct副载波。因此需要一个识别PAL行与NTSC行的识别信息。这个识别信息是
40、寄存在每一行的色同步信号相位中，即表现为相邻两行色同步信号的相位不同。PAL色同步信号矢量图色同步信号矢量图V路色同步矢量V路色同步矢量U路色同步矢量NTSC行色同步矢量PAL行色同步矢量VFbv(n+1)Fbv(n)Fbv(n)Fbv(n+1)Fbv+13513545+45UPAL制编、解码过程制编、解码过程PAL解码器及各点波形解码器及各点波形亮、色信号分离亮、色信号分离梳状滤波器梳状滤波器为了使梳状滤波器能有效地分离两个色度信号，延迟线的延迟时间要有准确的数值，即延迟后色度信号的副载波相位要与延迟前相同或相反，以实现相邻两行色度信号相减或相加时能分别输出两色度分量。而延迟时间d应选择非常
41、接近于行周期64s。63.943s延迟线+FfvfuPAL制的主要性能特点制的主要性能特点1克服NTSC制相位敏感的缺点；2PAL制采用1/4间置，实现了亮度与色度信号的频谱交错；3梳状滤波器在分离色度信号的同时，使亮度串色的幅度也下降了3dB；4由于采用1/4间置，在实现亮色分离技术上较NTSC难；5存在行顺序效应。2.6SECAM制编码制及编、解码过程制编码制及编、解码过程2.6.1SECAM制的主要特点1 SECAM制中两个色度信号采用顺序传送方式；2 发送端对(R-Y)、(B-Y)两个色差信号采用轮换调频的方式。在接收端要对每一行色差信号使用两次；3 对两个副载波信号采用强迫定位方式；
42、4 由于逐行轮换传送色差信号，使彩色垂直清晰度下降。模拟视频总结模拟视频总结1.电视扫描图像由像素构成2.彩色电视传送信号亮度和两个色差信号:Y,R-Y,B-Y3.视频信号的格式S-video信号信号：是亮度和色度信号分离的一种电视信号，介于复合视频信号和分量视频信号之间的一种折中方案。分量视频信号（分量视频信号（componentvideosignal）:由基色信号或亮度色差信号直接构成：RGB或YIQ或YUV复合视频信号（复合视频信号（compositvideosignal）:由亮度信号和色度信号复合而成，又称为全电视信号。3.1视频信号数字化原理视频信号数字化原理视频数字化方法视频数字化
43、方法：将模拟视频信号经过取样、量化和编码转换成数字视频信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录。一般采用分量数字化，即对彩色空间的每一个分量进行数字化。如RGB、YUV、YIQ.3.1.1模拟视频数字化模型模拟视频数字化模型模拟视频信号的A/D转换一般采用脉冲编码调制(PCM:Pulsecodemodulation),包括抽样、量化和编码，合起来称为编码器(Encoder);D/A转换是对PCM信号的解调，又称为解码器(Decoder)，包括解码和低通滤波。Section数字视频基础数字视频基础a.PCM编码框图；b.原始模拟信号；c.抽样后的离散样点序列；d.原始模拟信号频谱；e.离散
44、信号频谱；f.量化后抽样值；g.复原信号；h.后置低通滤波频率特性3.1.2视频信号取样视频信号取样1.一维取样一维取样取样取样：在一系列离散点上对连续模拟信号抽取样值的过程。取样：在一系列离散点上对连续模拟信号抽取样值的过程。取样序列序列fT(t)可表示为原模拟信号可表示为原模拟信号f(t)与取样脉冲与取样脉冲sT(t)的乘积：的乘积：fT(t)=f(t)sT(t)一维取样定理一维取样定理：若模拟信号的频率为：若模拟信号的频率为ffm，则当取样频率满足，则当取样频率满足fs 2fm时，则时，则f(t)可以由取样信号唯一确定。可以由取样信号唯一确定。频谱变化频谱变化：fT(t)的频谱是原模拟信
45、号的频谱是原模拟信号f(t)频谱的周期性变化，当频谱的周期性变化，当满足满足fs 2fm时，时，fT(t)中的原频谱互不重叠，可从取样信号中无中的原频谱互不重叠，可从取样信号中无失真恢复原信号。失真恢复原信号。2.二维取样二维取样二维取样定理二维取样定理：若二维连续信号：若二维连续信号f(x,y)的空间频率的空间频率u和和v分别限分别限制在制在uUm、vVm,Um、Vm为最高空间频率，则只要取样周为最高空间频率，则只要取样周期期x、y满足满足x1/(2Um)、y 1/(2Vm),就可以准确地由取样信号就可以准确地由取样信号恢复原始信号。恢复原始信号。二维取样函数二维取样函数：常用的有：正方形、
46、菱形和六边形网格。：常用的有：正方形、菱形和六边形网格。用狄拉克函数表示的正方形和菱形网格取样函数为：用狄拉克函数表示的正方形和菱形网格取样函数为：式中式中x、y分别表示水平和垂直方向的取样间隔。分别表示水平和垂直方向的取样间隔。二维取样频谱二维取样频谱：设二维模拟信号为设二维模拟信号为f(x,y)，其中，其中x0,X,y0,Y，取样间隔取样间隔为为x、y，则取样后得到离散的取样信号，则取样后得到离散的取样信号f(mx,ny)，这里，这里m0,M,n0,N，M=X/x,N=Y/y。以正方形网格取样函数为例，以正方形网格取样函数为例，取样信号取样信号为：为：为求得为求得f(x,y)的频谱需要用到
47、二维的频谱需要用到二维FourierTransform。二维二维FourierTransform(FT)：与一维与一维FT类似，对二维模拟信号类似，对二维模拟信号f(x,y)，(x,y)R2，只要其，只要其满足绝对可积条件，则其对应的满足绝对可积条件，则其对应的2D-FT为：为：式中式中(u,v)R2。对应的二维。对应的二维FT逆变换为：逆变换为：由上可得二维正方形网格取样函数的由上可得二维正方形网格取样函数的FT为：为：令u=2/x,v=2/y,则根据取样定义和傅立叶变换卷积定理有：展开有：展开有：结论：结论：连续图像信号经矩形网格采样后，其频谱是将原连续信号频谱在二维频率平面上进行复制。(
48、a)连续图像的FT区域(b)采样网格(c)被采样图像的频谱讨论讨论(图像重构图像重构)：图像空间采样愈密（x、y愈小）则在频率域上重复周期愈大。若取样周期x、y满足x1/(2Um)和y1/(2Vm)，就可以使用一个理想低通滤波器准确地由取样信号fs(x,y)无失真地恢复出原信号f(x,y)。理想低通滤波器的传输函数为：重构：重构：条件是：原始的连续图像是带限的，且x和y均根据奈奎斯持准则来选择。重构滤波器3.1.3图像量化图像量化1.分类分类标量量化与矢量量化标量量化：标量量化：对一个取样点进行编码表示。均匀量化与非均匀量化矢量量化：矢量量化：对k个样点组(矢量)进行编码表示。2.彩色图像分量
49、数字化彩色图像分量数字化YUV像素数字化包括像素数字化包括：空间位置的数字化和像素点图像灰度的数字化。亮度信号对取样频率要求：（1）满足奈奎斯特定理（2）保证产生足够小的混叠噪声，即取样频率是信号带宽的2.22.7倍。（2.2*6=13.2M）（3）正交取样结构，取样频率是行频的整数倍。fs=nfH(4)实现PAL和NTSC兼容，Y的取样频率为：2.25*6=13.5M视频采样为3维采样，即：时基采样+垂直采样+水平采样对一帧图像，若每行像素为M，每列像素为N，则图像大小为MN。若帧频为f，则数码率为：MNfn(量化位数)因此采样频率和量化位数对速率有重要影响，同时也对图像质量有重要影响。一般
50、采样频率由图像信号的最高频率决定；而量化通常采用8位位均匀量化，即量化级数为256级级。不同采样点数对图像质量的影响不同采样点数对图像质量的影响（a）原始图像(256256)；（b）采样图像1(128128)；（c）采样图像2(6464)；（d）采样图像3(3232)；（e）采样图像4(1616)；（f）采样图像5(88)不同量化级别对图像质量的影响不同量化级别对图像质量的影响（a）原始图像(256色)；（b）量化图像1(64色)；（c）量化图像2(32色)；（d）量化图像3(16色)；（e）量化图像4(4色)；（f）量化图像5(2色)3.数字图像类型根据图像特性进行分类。静态图像分为：a.矢