图像信息原理教学课件第二章4

1、第二章 电视传像基本原理(4) 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码 2.5.1 电视信号数字处理的优点 2.5.2 数字电视信号的产生和复原 2.5.3 分量编码2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码2.5.1 电视信号数字处理的优点模拟电视信号 模拟电视系统在电视信号的产生、传输、接收、处理、记录过程中使用的都是在时间和幅度上连续的模拟信号。 由于器件水平的限制和模拟信号在传输和处理上存在的缺陷，使电视系统存在着很多不尽人意的地方。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码电视信

2、号的数字处理 数字电视信号是使用两种物理状态（例如高、低电平）传递信息的二值信号。它的抗干扰性、抗非线性失真能力远比模拟信号的强。 可以实现的多种信号处理：较复杂的时基处理 、空间几何变换、 三维滤波等 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码数字电视信号的优点： 数字电视设备元器件少 易于调整 质量、体积小 功耗低 寿命高 可靠性高2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码2.5.2 数字电视信号的产生和复原 电视信号数字处理设备的简要方框图 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码a/

3、d转换器： 将模拟电视信号在时间上和幅度上离散化，转化为离散的数字电视信号，使模拟电视信号能够以数字方式处理。d/a转换器： 将数字电视信号复原为模拟电视信号，使信号在完成数字处理之后能在模拟器件上显示、记录或进一步处理。 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码 a/d转换器又称为编码器，一般采用脉码调制（pcm），包括抽样、量化和编码。 d/a转换器又称为解码器，是对 pcm 信号的解调，包括解码和低通滤波。v pcm 编解码方框图如下：2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码qa/d转换 抽样： 使时间上连续的模拟电

4、视信号变成时间上离散的信号。 抽样过程图： 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码 量化（均匀量化、非均匀量化） 使幅度连续的抽样值进一步在幅度上离散化的过程。目的是为了能用有限字长的数码来表示每个抽样点的幅度。 相邻量化等级的中点是量化判决电平。 相邻量化等级之间的距离称为量化间隔。 在分析量化误差对信号的影响时，一般将它等效为随机杂波，称为量化噪波或量化噪声。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码 当信号在各量化电平上出现的概率相等时，满量化范围的单极性信号的量化信噪比（snr）表示为信号的峰峰值与量化噪声的均方根

5、之比： 量化位数n越大，量化信噪比就越大，再生图像的质量就越高。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码 编码 将样点幅度的量化值编成二进制数码。qd/a转换 pcm解码 将依次接收到的数码转化成平顶化（零阶保持）的 pam 脉冲序列。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码 低通滤波 将解码后的脉冲序列再生复原为模拟信号。零阶保持对再生模拟信号有高频衰减的作用，因此后置低通滤波器应该具有高频提升特性以补偿这种衰减。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码2.5.3 分量编码 在对彩色信

6、号进行数字化处理和传输时，一种常用的方式是对其3个分量（y、ry、by或3个基色信号）进行数字化和编码，这就是分量编码。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码1、抽样频率 ccir于1982年确定了电视演播室分量编码的国际标准，标准规定： y/(ry)/(by)的抽样频率为13.5mhz/6.75mhz/6.75mhz，这个标准简称为4：2：2标准。 根据这个标准，两个色差信号的每行样点数均为亮度信号的1/2。在每一行中，两个色差信号的样点为空间同位（即在同一时刻抽样），色差信号与亮度信号的奇数样点空间同位。2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视

7、频图像信号的数字化与分量编码 4：2：2标准规定了亮度和两个色差信号每帧有效抽样行数。 下图示出了625行制的数字有效行2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码4：4：2标准/625行制4：2：0标准/625行制4：1：1标准/625行制4：2：2标准/525行制4：2：0标准/525行制4：1：1标准/525行制每帧有效行数亮度 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 帧频/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 分量编码抽样标准2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码y0.299r+0.587g+0.114b()0.5000.4190.081()0.1690.3310.500rrbbckryrgbckbyrgb 2、量化等级it u-r bt.601-a标准规定红、蓝色差信号的压缩系数分别为kr0.5/0.701、kb=0.5/0.886,得到一组压缩后的信号表达式如下：2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码 亮度信号的编码采用自然二进制码，它的黑电平和白电平分别对应第16量化级和第235量化级，其余量化级形成过载保护带。 色差信号采用偏移二进制码，即信号的零电平对应于第128量化级的自然二进制码，色差信号在底部和顶部各留16个量化级作为过载保护带。 具体情况见下图：2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编码视频图像信号的数字化与分量编码2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码3、数字分量视频信号的接口 为了便于分量编码的数字电视设备互连