第一章多媒体通信技术概述第二章音频技术基础第三章图像

第一章多媒体通信技术概述第二章音频技术基础第三章图像内容摘要：

如果图像信号为有限带宽的信号，那么根据上式可以 看出，抽样后的图像信号 fp(x,y)的 频谱 是原频谱 F(μ,ν) 沿 μ轴和 ν轴分别以 Δ u， Δ v为间隔无限地周期重复的结 果 .如图 37（ c）所示。 从图中可以看出， 只要 Δ u2Um， Δ v2Vm ，抽样后的 图像信号频谱就不会出现混叠。 因此通常在进行取样之 前，图像信号首先经过一个低通滤波器，使其成为一个带 宽受限信号。 当以满足上述条件的取样间隔进行取样时， 取样后的图像频谱不会出现混叠的现象，这样可以利用一 个低通滤波器将原图像频谱滤出，从而可无失真地重建原 图像，这就是 二维取样定理 ，也称为 二维奈奎斯特取样定 理。 亚取样 当 取样频率 小于 奈奎斯特取样频率 时，通常 称其为亚 抽样。 这就向人们提出了新的课题，即如何在亚取样情况 下，减少频谱混叠而引起失真。 在自然景物图像中，由于垂 直和水平的物体、线条、运动等比在其他方向上多，因此反 映在频谱中，就是 水平和垂直方向的频谱分量多于其他方 向 ，即自然景物图像的频谱主要分布在以原点为中心的菱形 范围内，如图 38（ b）中心阴影区域所示。 相应的二维空 间取样点分布如图 38（ a）所示，沿水平和垂直方向上的 取样间隔分别为 2Δ x和 2Δ y。 如何在亚取样情况下，减少频谱混叠而引起失真。 —— 菱形亚取样 图 38 菱形亚取样及其频谱分布 量化与量化信噪比 经过取样后所获得的图像是由一系列空间上离散的样值序 列构成，每个样值是一个有无穷多个取值的连续变量。 量化 是 指将具有无限多个取值的样值用有限个离散值来表示的过程， 并且可以赋予不同的码字，从而成为真正意义上的数字图像。 均匀量化 ：将样本连续灰度等间隔分层量化方式称为均匀量化 非均匀量化 ：不等间隔分层量化方式称为非均匀量化。 量化与编码 量化既然以有限个离散值来近似表示无限多个连续量， 就一定会产生误差，这就是所谓的 量化误差。 由此产生的失 真叫量化失真或 量化噪声 ，对均匀量化来讲，量化分层越 多，量化误差越小，但编码时占用比特数就越多。 在一定比 特数下，为了减少量化误差，往往要用非均匀量化，如按图 像灰度值出现的概率大小不同进行非均匀量化，即对灰度值 经常出现的区域进行细量化，反之进行粗量化。 编码 通过计算可知，编码位长每增加 /减小 1bit，就使量化 信噪比增加 /减小约 6dB，因此，取样值的编码比特数 n，直 接决定图像的质量。 通常 : 广播电视、视频通信 8bit 高质量静止图像、遥感图像等 =10bit 取样、量化对图像质量的影响 实际取样脉冲宽度的影响 由于实际取样脉冲不是理想的 δ 函数，而是具有 τ 宽 度，因此会存在取样值误差，从而引起高频失真。 量化误差的影响 量化误差所造成图像质量下降的主要原因有斜率过载、 颗粒噪声、边缘忙乱和伪轮廓四种： 斜率过载 发生在 图像灰度急剧变化的边界 ，正是由于 此处灰度变化太大，即使使用最大的量化值，仍无法反映 期间的变化，因此使图像轮廓变得模糊。 图 310 实际取样脉冲的频谱 颗粒噪声 出现在 图像灰度变化很小的区域 ，这时最小的量化 间隔仍不足以反映其缓慢的变化过程，因此可能会在两个最 小量化电平之间出现来回振荡的局面，造成解码后所恢复的 图像中其灰度平坦区域出现颗粒状的细斑。 边缘忙乱 是指 在变化不太快的边缘出现闪烁不定的现象。 这 是由于原始图像中存在噪声，它造成不同图像帧之间在同一 像素位置产生的量化噪声不同，从而引起缓慢变化的边缘出 现这种不确定的现象。 伪轮廓 发生在 图像亮度缓慢变化的区域 ，此时预测误差较 小，但实际系统中所采用量化间隔过大，则会在图像亮度缓 慢增加或减小的区域，出现这种伪轮廓的现象。 34 电视技术基础 电视系统的组成 电视是利用光电和电光转换原理，将光学图像转换为电 信号进行远距离传输，然后再还原为光图像的一门技术， 其 系统结构 如图 311所示。 在发送端首先经过摄像设备，如摄像机，将景物进行 图像分解，完成空时、光电变换（在后面介绍），然后送 至信道进行图像信息的传送。 在接收端再由显像设备，如 显示器，对接收信号进行图像复合，还原成原图像，而其 中的同步系统，则负责发送与接收数据之间的同步关系， 这只是初略的划分，一般来说， 整个 电视系统 主要由 成像、电视信号形成、信号处理、传输系统、电视信号接收与显示 等部分组成。 图 311 电视系统基本组成 电视制式 所谓电视制式， 实际上是一种电视显示的标准。 不同的制式，对视频信号的解码方式、色彩处理的方式以及屏幕扫描频率的要求都有所不同，因此如果计算机系统处理的视频信号的制式与连接的视频设备的制式不同，在播放时，图像的效果就会有明显下降，甚至根本无法播放。 目前 国际上三大模拟彩色电视制式 ： PAL、 NTSC、 SECAM PAL制式 PAL是 phase Alternate Line的缩写，译为相位逐行交换。 它是前联邦德国 1962年制定的一种电视制式。 它规定 每秒 25帧 ， 每帧 625行 ，水平分辨率为 240~400个像素点， 隔行扫描 ， 扫描频率50Hz， 宽高比例 4:3。 我国和西欧大部分国家都使用这种制式。 NTSC制式 NTSC是 Notional Television System Committe的缩 写，译为国家电视制式委员会。 它是 1953年美国研制成功的 一种兼容的彩色电视制式。 它规定 每秒 30帧 ， 每帧 526行 ， 水平分辨率为 240~400个像素点， 隔行扫描 ， 扫描频率 60Hz， 宽高比例 4:3。 北美、日本等一些国家使用这种制式。 SECAM制式 SECAM是 Sequential Color Memory System的缩写， 译为顺序传送彩色存储。 它是法国于 1965年提出的一种标准。 它规定每秒 25帧，每帧 625行，隔行扫描，扫描频率为 50Hz，宽高比例 4:3。 上述 指标均与 PAL制式相同，不同点主 要在于色度信号的处理上。 法国、俄罗斯、非洲地区使用这种 制式。 彩色电视信号的形成与传送原理 电视信号的形成。