圖像信息原理教學(xué)課件第二章4

1、第二章 電視傳像基本原理(4) 2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼 2.5.1 電視信號(hào)數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn) 2.5.2 數(shù)字電視信號(hào)的產(chǎn)生和復(fù)原 2.5.3 分量編碼2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼2.5.1 電視信號(hào)數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn)模擬電視信號(hào) 模擬電視系統(tǒng)在電視信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、接收、處理、記錄過(guò)程中使用的都是在時(shí)間和幅度上連續(xù)的模擬信號(hào)。 由于器件水平的限制和模擬信號(hào)在傳輸和處理上存在的缺陷，使電視系統(tǒng)存在著很多不盡人意的地方。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼電視信

2、號(hào)的數(shù)字處理 數(shù)字電視信號(hào)是使用兩種物理狀態(tài)（例如高、低電平）傳遞信息的二值信號(hào)。它的抗干擾性、抗非線性失真能力遠(yuǎn)比模擬信號(hào)的強(qiáng)。 可以實(shí)現(xiàn)的多種信號(hào)處理：較復(fù)雜的時(shí)基處理 、空間幾何變換、 三維濾波等 2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼數(shù)字電視信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)： 數(shù)字電視設(shè)備元器件少 易于調(diào)整 質(zhì)量、體積小 功耗低 壽命高 可靠性高2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼2.5.2 數(shù)字電視信號(hào)的產(chǎn)生和復(fù)原 電視信號(hào)數(shù)字處理設(shè)備的簡(jiǎn)要方框圖 2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼a/

3、d轉(zhuǎn)換器： 將模擬電視信號(hào)在時(shí)間上和幅度上離散化，轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字電視信號(hào)，使模擬電視信號(hào)能夠以數(shù)字方式處理。d/a轉(zhuǎn)換器： 將數(shù)字電視信號(hào)復(fù)原為模擬電視信號(hào)，使信號(hào)在完成數(shù)字處理之后能在模擬器件上顯示、記錄或進(jìn)一步處理。 2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼 a/d轉(zhuǎn)換器又稱為編碼器，一般采用脈碼調(diào)制（pcm），包括抽樣、量化和編碼。 d/a轉(zhuǎn)換器又稱為解碼器，是對(duì) pcm 信號(hào)的解調(diào)，包括解碼和低通濾波。v pcm 編解碼方框圖如下：2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼qa/d轉(zhuǎn)換 抽樣： 使時(shí)間上連續(xù)的模擬電

4、視信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。 抽樣過(guò)程圖： 2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼 量化（均勻量化、非均勻量化） 使幅度連續(xù)的抽樣值進(jìn)一步在幅度上離散化的過(guò)程。目的是為了能用有限字長(zhǎng)的數(shù)碼來(lái)表示每個(gè)抽樣點(diǎn)的幅度。 相鄰量化等級(jí)的中點(diǎn)是量化判決電平。 相鄰量化等級(jí)之間的距離稱為量化間隔。 在分析量化誤差對(duì)信號(hào)的影響時(shí)，一般將它等效為隨機(jī)雜波，稱為量化噪波或量化噪聲。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼 當(dāng)信號(hào)在各量化電平上出現(xiàn)的概率相等時(shí)，滿量化范圍的單極性信號(hào)的量化信噪比（snr）表示為信號(hào)的峰峰值與量化噪聲的均方根

5、之比： 量化位數(shù)n越大，量化信噪比就越大，再生圖像的質(zhì)量就越高。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼 編碼 將樣點(diǎn)幅度的量化值編成二進(jìn)制數(shù)碼。qd/a轉(zhuǎn)換 pcm解碼 將依次接收到的數(shù)碼轉(zhuǎn)化成平頂化（零階保持）的 pam 脈沖序列。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼 低通濾波 將解碼后的脈沖序列再生復(fù)原為模擬信號(hào)。零階保持對(duì)再生模擬信號(hào)有高頻衰減的作用，因此后置低通濾波器應(yīng)該具有高頻提升特性以補(bǔ)償這種衰減。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼2.5.3 分量編碼 在對(duì)彩色信

6、號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理和傳輸時(shí)，一種常用的方式是對(duì)其3個(gè)分量（y、ry、by或3個(gè)基色信號(hào)）進(jìn)行數(shù)字化和編碼，這就是分量編碼。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼1、抽樣頻率 ccir于1982年確定了電視演播室分量編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： y/(ry)/(by)的抽樣頻率為13.5mhz/6.75mhz/6.75mhz，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)稱為4：2：2標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)色差信號(hào)的每行樣點(diǎn)數(shù)均為亮度信號(hào)的1/2。在每一行中，兩個(gè)色差信號(hào)的樣點(diǎn)為空間同位（即在同一時(shí)刻抽樣），色差信號(hào)與亮度信號(hào)的奇數(shù)樣點(diǎn)空間同位。2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視

7、頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼 4：2：2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了亮度和兩個(gè)色差信號(hào)每幀有效抽樣行數(shù)。 下圖示出了625行制的數(shù)字有效行2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼4：4：2標(biāo)準(zhǔn)/625行制4：2：0標(biāo)準(zhǔn)/625行制4：1：1標(biāo)準(zhǔn)/625行制4：2：2標(biāo)準(zhǔn)/525行制4：2：0標(biāo)準(zhǔn)/525行制4：1：1標(biāo)準(zhǔn)/525行制每幀有效行數(shù)亮度 576 576 576 480 480 480色度 576 288 576 480 240 480 每行有效像素亮度 720 720 720 720 720 720色度 360 360 180 360 360 180 幀頻/hz

8、25 25 25 30 30 30 幅型比 4：3 4：3 4：3 4：3 4：3 4：3 表25 分量編碼抽樣標(biāo)準(zhǔn)2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼y0.299r+0.587g+0.114b()0.5000.4190.081()0.1690.3310.500rrbbckryrgbckbyrgb 2、量化等級(jí)it u-r bt.601-a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定紅、藍(lán)色差信號(hào)的壓縮系數(shù)分別為kr0.5/0.701、kb=0.5/0.886,得到一組壓縮后的信號(hào)表達(dá)式如下：2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼 亮度信號(hào)的編碼采用自然二進(jìn)制碼，它的黑電平和白電平分別對(duì)應(yīng)第16量化級(jí)和第235量化級(jí)，其余量化級(jí)形成過(guò)載保護(hù)帶。 色差信號(hào)采用偏移二進(jìn)制碼，即信號(hào)的零電平對(duì)應(yīng)于第128量化級(jí)的自然二進(jìn)制碼，色差信號(hào)在底部和頂部各留16個(gè)量化級(jí)作為過(guò)載保護(hù)帶。 具體情況見下圖：2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼2.5 2.5 視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編視頻圖像信號(hào)的數(shù)字化與分量編碼碼3、數(shù)字分量視頻信號(hào)的接口 為了便于分量編碼的數(shù)字電視設(shè)備互連