第二章 視覺特性與圖像制式

1、第二章第二章視覺特性與圖像制式視覺特性與圖像制式 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 管張均管張均2.1 圖像的表示圖像的表示圖像信號：圖像是一種可視化的信息，圖像信號：圖像是一種可視化的信息， 圖像信號圖像信號是圖像信息的理論描述方法。是圖像信息的理論描述方法。圖像圖像 景物在某種成像介質(zhì)上再現(xiàn)的視覺信息景物在某種成像介質(zhì)上再現(xiàn)的視覺信息v圖：物體透射或反射光的分布圖：物體透射或反射光的分布v像：人的視覺系統(tǒng)對圖的接收并在大腦形成的印象或認(rèn)識像：人的視覺系統(tǒng)對圖的接收并在大腦形成的印象或認(rèn)識 具有明暗和色彩變化的許多單個像素信息的集合，具有明暗和色彩變化的許多單個像素信息的集合，以及接收者的感覺和心理

2、狀態(tài)以及接收者的感覺和心理狀態(tài)圖形？圖像？視頻？圖形？圖像？視頻？ 圖形是用幾何要素和操作過程（點、線、長圖形是用幾何要素和操作過程（點、線、長方、橢圓、指定點填充等等）描述的圖，即由計方、橢圓、指定點填充等等）描述的圖，即由計算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。 圖像是掃描儀、攝像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉實圖像是掃描儀、攝像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉實際畫面產(chǎn)生的，用具有一定灰度級的點陣描述際畫面產(chǎn)生的，用具有一定灰度級的點陣描述的圖。靜止圖像是與時間無關(guān)的相片圖像。的圖。靜止圖像是與時間無關(guān)的相片圖像。 運動圖像指的是人們所能見到的活動圖像運動圖像指的是人們所能見

3、到的活動圖像（如電視、電影、錄像等）。由于要使圖像運（如電視、電影、錄像等）。由于要使圖像運動起來，需要每秒鐘內(nèi)有足夠多的幀數(shù)（如動起來，需要每秒鐘內(nèi)有足夠多的幀數(shù)（如PAL制式電視每秒制式電視每秒25幀，電影每秒幀，電影每秒24幀）。每幀）。每一幀就是一幅單獨的靜止圖像。一幀就是一幅單獨的靜止圖像。 圖形：圖形： 物理單元：點、直線、曲線等基本的幾何對象物理單元：點、直線、曲線等基本的幾何對象 屬性：線寬、填充色、填充模式、對象間的空域關(guān)系等屬性：線寬、填充色、填充模式、對象間的空域關(guān)系等 文件格式文件格式：PHIGS、GKS、IDS 、EPS等等圖像：圖像： 物理單元：像素物理單元：像素

4、屬性：屬性： 編碼屬性編碼屬性 - - 像素深度像素深度（pixel depth） 顯示屬性顯示屬性 - - 分辨率、尺寸等分辨率、尺寸等 文件格式：文件格式：GIF、TIFF、BMP、JPEG、PNG等等視頻：視頻： 物理單元：像素（物理單元：像素（pixelpixel）、幀）、幀（frame） 屬性：屬性： 編碼屬性編碼屬性 - - 像素深度像素深度 顯示屬性顯示屬性 - - 分辨率、尺寸、幀率等分辨率、尺寸、幀率等 文件格式：文件格式：M-JPEG、MPEG、WMV、ASF、AVI等等2.2 圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化q 傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中，所傳送的信息一般是以模擬形式出傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信系

5、統(tǒng)中，所傳送的信息一般是以模擬形式出現(xiàn)的，表現(xiàn)為一種時間連續(xù)的信號。而在計算機(jī)通信中，信現(xiàn)的，表現(xiàn)為一種時間連續(xù)的信號。而在計算機(jī)通信中，信號的傳送方式采用數(shù)字方式，把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為號的傳送方式采用數(shù)字方式，把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號。離散的數(shù)字信號。q 信號的數(shù)字化主要包括取樣、量化和編碼三大部分。數(shù)字化信號的數(shù)字化主要包括取樣、量化和編碼三大部分。數(shù)字化后的信號一般稱為后的信號一般稱為PCM信號（脈沖編碼調(diào)制）。信號（脈沖編碼調(diào)制）。q 取樣是實現(xiàn)空間上的離散化。取樣是實現(xiàn)空間上的離散化。q 量化是實現(xiàn)幅度上的離散化。量化是實現(xiàn)幅度上的離散化。q 編碼是實現(xiàn)把離散化

6、了的幅度用二進(jìn)制碼型表示。編碼是實現(xiàn)把離散化了的幅度用二進(jìn)制碼型表示。圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 電視信號的數(shù)字化和復(fù)原電視信號的數(shù)字化和復(fù)原（a）A/D變換變換 （b）D/A變換變換 量化PCM信號模擬電視信號取樣脈沖PCM信號模擬電視信號取樣編碼解碼插入濾波(a)(b)又稱抽樣或取樣，它把時間上連續(xù)的模擬信號變成時又稱抽樣或取樣，它把時間上連續(xù)的模擬信號變成時間上離散的有限個樣值的信號。這是模擬信號數(shù)字化間上離散的有限個樣值的信號。這是模擬信號數(shù)字化過程中的第一步處理措施。過程中的第一步處理措施。采采 樣樣采樣定理采樣定理q根據(jù)傅立葉變換原理，在一定條件下，一個時間根據(jù)傅立葉變換原理，在一定

7、條件下，一個時間函數(shù)函數(shù)f(t)可以變換成一個相應(yīng)的頻率函數(shù)可以變換成一個相應(yīng)的頻率函數(shù)F(w)。采。采樣定理是選擇采樣頻率的理論依據(jù)。樣定理是選擇采樣頻率的理論依據(jù)。q其主要內(nèi)容為：對于一個最高頻率為其主要內(nèi)容為：對于一個最高頻率為f0的模擬信的模擬信號號，當(dāng)選擇的取樣頻率當(dāng)選擇的取樣頻率fs滿足滿足fs = 2f0時時，經(jīng)過取經(jīng)過取樣后的離散信號能夠包含原模擬信號的全部信息。樣后的離散信號能夠包含原模擬信號的全部信息。并且，經(jīng)過低通濾波和反變換，可以不失真地回并且，經(jīng)過低通濾波和反變換，可以不失真地回復(fù)出原模擬信號。復(fù)出原模擬信號。圖像的采樣圖像的采樣將物理圖像按行列掃描劃分后，每個小塊區(qū)

8、域稱為像素將物理圖像按行列掃描劃分后，每個小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。）。測量每個像素位置上的值就稱為采樣。測量每個像素位置上的值就稱為采樣。二維采樣定理二維采樣定理q 圖像在采樣時，必須滿足二維采樣定理，確保無失真或有圖像在采樣時，必須滿足二維采樣定理，確保無失真或有限失真地恢復(fù)原圖像。限失真地恢復(fù)原圖像。q 如果二維圖像信號如果二維圖像信號f (x, y)的頻譜的頻譜F(u,v) 滿足滿足其中其中Uc和和Vc 為頻域最高截止頻率。則采樣圖像的頻譜為為頻域最高截止頻率。則采樣圖像的頻譜為1( , )(,)smnmnF u vF uvx yxy ( , ),( , )0,ccccF u v

9、uUvVF u vuUvV二維采樣定理二維采樣定理q 當(dāng)采樣周期當(dāng)采樣周期x和和y滿足滿足通過采樣信號通過采樣信號f (mx, ny)能唯一地恢復(fù)原圖像信號能唯一地恢復(fù)原圖像信號f (x, y) ，且有，且有1212scscuUxvVy mnynyyynyyxmxxxmxxynxmfyxf)()(sin)()(sin),(),(二維采樣定理二維采樣定理（a）原圖像的頻譜）原圖像的頻譜 （b）采樣信號的頻譜）采樣信號的頻譜采樣信號的頻譜采樣信號的頻譜量化量化 在時間軸上已變?yōu)殡x散的樣值脈沖，在幅度軸上仍會在在時間軸上已變?yōu)殡x散的樣值脈沖，在幅度軸上仍會在動態(tài)范圍內(nèi)有連續(xù)值，即在幅度軸上仍是模擬信

10、號的性質(zhì)，動態(tài)范圍內(nèi)有連續(xù)值，即在幅度軸上仍是模擬信號的性質(zhì)，故還必須用有限個電平等級來代表實際量值。故還必須用有限個電平等級來代表實際量值。 量化是幅度上把連續(xù)值的模擬信號變?yōu)殡x散值的數(shù)字信量化是幅度上把連續(xù)值的模擬信號變?yōu)殡x散值的數(shù)字信號，也就是對每個樣點值數(shù)字化，使其和有限個可能電平中號，也就是對每個樣點值數(shù)字化，使其和有限個可能電平中的一個對應(yīng)。的一個對應(yīng)。 另外，人的耳朵或眼睛都不可能辨別出微小的信號變化，另外，人的耳朵或眼睛都不可能辨別出微小的信號變化，所以也沒有必要對很小的幅度差別如實地傳送。這就是說，所以也沒有必要對很小的幅度差別如實地傳送。這就是說，量化對于實現(xiàn)數(shù)字化不僅是必

11、要的，而且也是可能的。量化對于實現(xiàn)數(shù)字化不僅是必要的，而且也是可能的。 目標(biāo)：當(dāng)幅值的概率分布目標(biāo)：當(dāng)幅值的概率分布為為p(z)，量化值為，量化值為qi時，總誤時，總誤差平方為最小時失真最小。差平方為最小時失真最小。 dzzpqzkizziii)()(10221圖像的量化圖像的量化 量化可分為兩種：量化可分為兩種：v均勻量化均勻量化v非均勻量化非均勻量化 在輸入信號的動態(tài)范圍內(nèi)，量化間距處處相等的量化稱在輸入信號的動態(tài)范圍內(nèi)，量化間距處處相等的量化稱為均勻量化或線性量化。為均勻量化或線性量化。 均勻量化時信噪比隨輸入信號動態(tài)幅度的增加而增加。均勻量化時信噪比隨輸入信號動態(tài)幅度的增加而增加。采用

12、均勻量化，在強(qiáng)信號時固然可把噪聲淹沒掉，但在弱信號采用均勻量化，在強(qiáng)信號時固然可把噪聲淹沒掉，但在弱信號時，噪聲的干擾就十分顯著。時，噪聲的干擾就十分顯著。 為改善弱信號時的信噪比，量化間距應(yīng)隨輸入信號幅度為改善弱信號時的信噪比，量化間距應(yīng)隨輸入信號幅度而變化，大信號時進(jìn)行粗量化，小信號時進(jìn)行細(xì)量化，也就是而變化，大信號時進(jìn)行粗量化，小信號時進(jìn)行細(xì)量化，也就是采用非均勻量化。采用非均勻量化。 q 如圖所示，設(shè)信號的整個動態(tài)變化范圍為如圖所示，設(shè)信號的整個動態(tài)變化范圍為A，共分為，共分為M個量化等級；每個個量化等級；每個量化層距為量化層距為 A，采用均勻量化，則有：，采用均勻量化，則有：AA/M

13、。q 量化等級通常用二進(jìn)制的位數(shù)量化等級通常用二進(jìn)制的位數(shù)b表示，它與十進(jìn)制數(shù)表示，它與十進(jìn)制數(shù)M之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：M2b或或blog2M。q b通常稱為量化位數(shù)。例如，對于通常稱為量化位數(shù)。例如，對于8位量化，相應(yīng)的十進(jìn)制量化等級位量化，相應(yīng)的十進(jìn)制量化等級M為：為：M2b256。MA A123均勻量化均勻量化q 將將z z0 0,z zk k) 均分均分成成k個個子子區(qū)間后，每個區(qū)間的區(qū)間后，每個區(qū)間的長度長度q 各各子區(qū)間以它的中心位置作為量化值子區(qū)間以它的中心位置作為量化值 q 當(dāng)待量化值在當(dāng)待量化值在 z z0 0, ,z zk k) )區(qū)間內(nèi)均勻分布時區(qū)間內(nèi)均勻分布時kz

14、zLk/ )(02/ )(1iiizzqkLzp/1)(22/12Lq 主要思想：主要思想：l p(z) 不等于常數(shù)，使總誤差平方最??；不等于常數(shù)，使總誤差平方最小；l 樣本值在某個取值范圍內(nèi)較頻繁出現(xiàn)，而在另外一些范圍內(nèi)出現(xiàn)不多；樣本值在某個取值范圍內(nèi)較頻繁出現(xiàn)，而在另外一些范圍內(nèi)出現(xiàn)不多；l 可對樣本值較頻繁出現(xiàn)的取值范圍采用較小的量化區(qū)間，而在其它地方用可對樣本值較頻繁出現(xiàn)的取值范圍采用較小的量化區(qū)間，而在其它地方用較大的量化區(qū)間；較大的量化區(qū)間；l 這樣就可在不增加量化級數(shù)這樣就可在不增加量化級數(shù)k k的條件下，降低平均誤差，減少量化噪聲。的條件下，降低平均誤差，減少量化噪聲。非均勻量

15、化非均勻量化為使總誤差最小，令其對為使總誤差最小，令其對z zi i和和q qi i的偏導(dǎo)數(shù)為的偏導(dǎo)數(shù)為0 0，可得，可得1z2iiiqq11( )( )iiiizzizzz p z dzqp z dzq 步驟：步驟：l初始化所有的量化電平初始化所有的量化電平qi；l更新所有的判決電平更新所有的判決電平zi，并計算總誤差的初始值；，并計算總誤差的初始值；l更新所有的量化電平更新所有的量化電平qi；l再次計算總誤差的值；再次計算總誤差的值；l如果兩次計算的總誤差之差小于某個閾值，則算法停止，否如果兩次計算的總誤差之差小于某個閾值，則算法停止，否則轉(zhuǎn)入第則轉(zhuǎn)入第2步。步。Lloyd Max量化器量

16、化器Max量化器在誤差平方和最小的意義上是最優(yōu)的。量化器在誤差平方和最小的意義上是最優(yōu)的。取樣點數(shù)和量化級數(shù)的選取取樣點數(shù)和量化級數(shù)的選取 假定一幅圖像取假定一幅圖像取MN個采樣點，對樣點值進(jìn)行個采樣點，對樣點值進(jìn)行Q級分檔取整。那么對級分檔取整。那么對M、 N和和Q如何取值呢？如何取值呢？q 首先，首先， Q一般總是取一般總是取2的整數(shù)次冪，如的整數(shù)次冪，如Q = 2b，b為正整數(shù)，通常稱為對圖為正整數(shù)，通常稱為對圖像進(jìn)行像進(jìn)行b比特量化。比特量化。q M、N可以相等，也可以不等。若取相等，則圖像距陣為方陣，分析運算可以相等，也可以不等。若取相等，則圖像距陣為方陣，分析運算方便一些。方便一些

17、。 q 其次，量化過程相當(dāng)于由輸入值找到它所在的區(qū)間號，反量化過程相當(dāng)于其次，量化過程相當(dāng)于由輸入值找到它所在的區(qū)間號，反量化過程相當(dāng)于由量化區(qū)間號得到對應(yīng)的量化電平值。量化處理是把一批輸入量化到一個由量化區(qū)間號得到對應(yīng)的量化電平值。量化處理是把一批輸入量化到一個輸出級上，量化區(qū)間總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入值的總數(shù)，所以量化能實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓輸出級上，量化區(qū)間總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入值的總數(shù)，所以量化能實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。很明顯，反量化后并不能保證得到原來的值，因此量化過程是一個不縮。很明顯，反量化后并不能保證得到原來的值，因此量化過程是一個不可逆過程，用量化的方法來進(jìn)行壓縮編碼是一種非信息保持型編碼。通?？赡孢^程，用量化

18、的方法來進(jìn)行壓縮編碼是一種非信息保持型編碼。通常這兩個過程均可用查表法實現(xiàn)。對這兩個過程均可用查表法實現(xiàn)。對b來講，取值越大，量化區(qū)間總數(shù)越接來講，取值越大，量化區(qū)間總數(shù)越接近于輸入值總數(shù)，所引起的量化失真就越小。近于輸入值總數(shù)，所引起的量化失真就越小。q 在實際應(yīng)用中，如果圖像的總比特數(shù)在實際應(yīng)用中，如果圖像的總比特數(shù)MNb給定，對給定，對MN和和b的分配往往是根據(jù)圖像的內(nèi)容和應(yīng)用要求以及的分配往往是根據(jù)圖像的內(nèi)容和應(yīng)用要求以及系統(tǒng)本身的技術(shù)指標(biāo)來選定的。例如，若圖像中有大面積系統(tǒng)本身的技術(shù)指標(biāo)來選定的。例如，若圖像中有大面積灰度變化緩慢的平滑區(qū)域（如人的特寫照片等），則灰度變化緩慢的平滑區(qū)

19、域（如人的特寫照片等），則MN取樣點可以少些，而量化比特數(shù)取樣點可以少些，而量化比特數(shù)b多些，這樣可使多些，這樣可使重建圖像灰度層次多些。若重建圖像灰度層次多些。若b太少，在圖像平滑區(qū)往往會太少，在圖像平滑區(qū)往往會出現(xiàn)出現(xiàn)“假輪廓假輪廓”。q 反之，對于復(fù)雜景物圖像，如群眾場面的照片等，量化比反之，對于復(fù)雜景物圖像，如群眾場面的照片等，量化比特數(shù)特數(shù)b可以少些，而取樣點數(shù)可以少些，而取樣點數(shù)MN要多些，這樣就不會要多些，這樣就不會丟失圖像的細(xì)節(jié)。究竟丟失圖像的細(xì)節(jié)。究竟MN和和b如何組合才能獲得滿意如何組合才能獲得滿意的結(jié)果很難講出一個統(tǒng)一的方案。的結(jié)果很難講出一個統(tǒng)一的方案。 不同采樣點數(shù)對

20、圖像質(zhì)量的影響不同采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量的影響（a）256256 （b）128128 （c）6464（d）3232 （e）1616 （f）88不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響（a）256色色 （b）64色色 （c）32色色（d）16色色 （e）4色色 （f）2色色q 圖像處理時要考慮三個因素：分辨率、圖像深度和顯示圖像處理時要考慮三個因素：分辨率、圖像深度和顯示深度。深度。q 分辨率指圖像的清晰度。有屏幕分辨率、圖像分辨率和分辨率指圖像的清晰度。有屏幕分辨率、圖像分辨率和像素分辨率。像素分辨率。屏幕分辨率屏幕分辨率：指計算機(jī)顯示器屏幕顯示圖像的最大顯示區(qū)，指計算機(jī)顯示器屏幕

21、顯示圖像的最大顯示區(qū)，以水平和垂直像素點表示。以水平和垂直像素點表示。圖像分辨率：指數(shù)字化的圖像的大小，以水平和垂直像素圖像分辨率：指數(shù)字化的圖像的大小，以水平和垂直像素點個數(shù)表示。例如：在點個數(shù)表示。例如：在640480屏幕上顯示屏幕上顯示320240個像個像素點的圖像。素點的圖像。 像素分辨率：指像素的寬高比，一般為像素分辨率：指像素的寬高比，一般為1：1。2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性q 圖像深度（顏色深度）：表示數(shù)字位圖圖像中每個像圖像深度（顏色深度）：表示數(shù)字位圖圖像中每個像素上用于表示顏色的二進(jìn)制數(shù)字位數(shù)。目前黑白圖像素上用于表示顏色的二進(jìn)

22、制數(shù)字位數(shù)。目前黑白圖像為為8比特，彩色為比特，彩色為24比特。比特。q 顯示深度：表示顯示器上每個點用于顯示顏色的二進(jìn)顯示深度：表示顯示器上每個點用于顯示顏色的二進(jìn)制數(shù)字位數(shù)。若顯示深度小于圖像深度，則圖像失真。制數(shù)字位數(shù)。若顯示深度小于圖像深度，則圖像失真。圖像文件大小的計算（圖像文件大小的計算（Byte）：）：圖像數(shù)據(jù)量大小圖像數(shù)據(jù)量大小=像素總數(shù)像素總數(shù)圖像深度圖像深度8例如：一幅例如：一幅640480的的256色圖像為：色圖像為： 64048088=307200 Bytes2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性q 真彩（真彩（True color） 彩色圖像直接采用包含彩色圖像直接采用

23、包含R、G、B三基色分量的像素值。三基色分量的像素值。q 偽彩（偽彩（Pseudo color） Color look-up table，原圖像的灰度值按一定的數(shù)學(xué)關(guān)系同各種顏色，原圖像的灰度值按一定的數(shù)學(xué)關(guān)系同各種顏色對應(yīng)起來獲得彩色圖像的色調(diào)對應(yīng)起來獲得彩色圖像的色調(diào) 。q 直接色直接色 每個像素值分為每個像素值分為R、G、B分量，這些分量再作為單獨索引值，通過分量，這些分量再作為單獨索引值，通過相應(yīng)的彩色變換表找出基本色調(diào)。這樣產(chǎn)生的相應(yīng)的彩色變換表找出基本色調(diào)。這樣產(chǎn)生的RGB強(qiáng)度值構(gòu)成的彩強(qiáng)度值構(gòu)成的彩色稱為直接色。用這種系統(tǒng)產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處色稱為直接色。用這種系統(tǒng)

24、產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用是都采用RGB分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是后者的基色強(qiáng)度直接分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是后者的基色強(qiáng)度直接用用RGB決定，而前者的基色強(qiáng)度由決定，而前者的基色強(qiáng)度由RGB經(jīng)變換后決定。因而這兩種經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來更真實自然。顯示的彩色圖像看起來更真實自然。2.4 數(shù)字圖像種類數(shù)字圖像種類q 表達(dá)方法表達(dá)方法 矢量圖（矢量圖（vector graphics）（圖形）（圖形） 點陣圖（點陣圖（bit mapped g

25、raphics） （圖像）（圖像）v 利用點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等描述；采用利用點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等描述；采用 數(shù)學(xué)計算方式數(shù)學(xué)計算方式，通過計算機(jī)語言編程表達(dá)，通過計算機(jī)語言編程表達(dá)v 簡單、小塊圖像時有效，適合做各種變換簡單、小塊圖像時有效，適合做各種變換v 用像素表示用像素表示v 像素具有顏色、亮度像素具有顏色、亮度 和屬性和屬性v 掃描儀、攝像機(jī)、錄像掃描儀、攝像機(jī)、錄像 機(jī)、激光視盤、視頻機(jī)、激光視盤、視頻 信號數(shù)字卡等獲得信號數(shù)字卡等獲得 優(yōu)點：適合表現(xiàn)大量的優(yōu)點：適合表現(xiàn)大量的圖像細(xì)節(jié)，可以很好的反圖像細(xì)節(jié)，可以很好的反映明暗的變化、復(fù)雜的場映明暗的變化、復(fù)雜

26、的場景和顏色，表現(xiàn)逼真的圖景和顏色，表現(xiàn)逼真的圖像效果。像效果。 缺點：文件比較大，放缺點：文件比較大，放大時清晰度會降低并出現(xiàn)大時清晰度會降低并出現(xiàn)鋸齒。鋸齒。 通過數(shù)學(xué)公式計算獲得通過數(shù)學(xué)公式計算獲得描述圖形的直線和曲線，描述圖形的直線和曲線，文件一般較小，例如文字、文件一般較小，例如文字、線條。線條。 優(yōu)點：無論放大、縮小優(yōu)點：無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會失真?；蛐D(zhuǎn)等都不會失真。 缺點：難以表現(xiàn)色彩層缺點：難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果，次豐富的逼真圖像效果，而且顯示矢量圖也需要花而且顯示矢量圖也需要花費一些時間。費一些時間。矢量圖矢量圖點陣圖點陣圖q亮度等級亮度等級v二值圖像二值

27、圖像v灰度圖像灰度圖像q色調(diào)等級色調(diào)等級v黑白圖像黑白圖像v彩色圖像彩色圖像q空間的維數(shù)空間的維數(shù)v平面二維圖像平面二維圖像v立體三維圖像立體三維圖像 2.4 數(shù)字圖像種類數(shù)字圖像種類q 灰度圖（灰度圖（gray-scale image） 256級灰度圖，每級灰度圖，每個像素個像素1Byte二值二值圖，每個像圖，每個像素素1bit256色彩色圖及其轉(zhuǎn)換的色彩色圖及其轉(zhuǎn)換的256級灰度圖級灰度圖2424位真彩色圖及其轉(zhuǎn)換位真彩色圖及其轉(zhuǎn)換的的256256級灰度圖級灰度圖q 彩色圖（彩色圖（color image）2.5 彩色圖像信號的表示和編碼彩色圖像信號的表示和編碼彩色的三參量（彩色的三參量（

28、HIS）q 是視覺系統(tǒng)對一個區(qū)域呈現(xiàn)的顏是視覺系統(tǒng)對一個區(qū)域呈現(xiàn)的顏色的感覺，即對物體輻射或者反色的感覺，即對物體輻射或者反射的光波波長的感覺。射的光波波長的感覺。q 有一千萬種以上，顏色專業(yè)人士有一千萬種以上，顏色專業(yè)人士可辨認(rèn)出三百至四百種顏色?？杀嬲J(rèn)出三百至四百種顏色。q 混合相鄰顏色時，可以獲得在這混合相鄰顏色時，可以獲得在這兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。色調(diào)（色調(diào)（hue）：表征各顏色（具有不同頻率或波長）：表征各顏色（具有不同頻率或波長）q飽和度是指色彩的鮮艷程度，飽和度是指色彩的鮮艷程度，即顏色的純潔性。即顏色的純潔性。q當(dāng)一種顏色滲入其它光（比如當(dāng)一種

29、顏色滲入其它光（比如白光）成分愈多時，顏色愈不白光）成分愈多時，顏色愈不飽和。飽和。q飽和度為零時，圖像變成一灰飽和度為零時，圖像變成一灰度圖像。度圖像。飽和度（飽和度（saturation）：表征顏色的濃度）：表征顏色的濃度q亮度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻亮度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。射或者發(fā)光多少的感知屬性。 亮度是主觀感覺，例如，一根亮度是主觀感覺，例如，一根點燃的蠟燭在黑暗中看起來要點燃的蠟燭在黑暗中看起來要比白熾光下亮。亮度的單位是比白熾光下亮。亮度的單位是坎德拉坎德拉/平方米（平方米（cd/m2）q亮度是用反映視覺特性的光譜亮度是用反映視覺特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之

30、后得到的輻射敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率。功率。亮度（亮度（intensity或或brightness ）：表征總能量，明暗效果，）：表征總能量，明暗效果，與顏色無關(guān)。與顏色無關(guān)。另外一個常見概念另外一個常見概念 對比度對比度q 對比度指不同顏色之間的差異，對比度越大，兩種顏對比度指不同顏色之間的差異，對比度越大，兩種顏色之間的反差就越大。比如對一幅灰度圖像，提高對色之間的反差就越大。比如對一幅灰度圖像，提高對比度會更加黑白分明，反之，則得到一幅灰色的圖像。比度會更加黑白分明，反之，則得到一幅灰色的圖像。HIS顏色圓錐空間模型顏色圓錐空間模型2.5.1 彩色圖像信號的分量表示彩色圖像信號的分

31、量表示q 黑白圖像信號（灰度級，黑白圖像信號（灰度級，8比特，人眼對灰度的最大分辨比特，人眼對灰度的最大分辨力為力為26。）。） q 彩色視頻信號（彩色的三基色原理，彩色視頻信號（彩色的三基色原理，RGB混合而成，混合而成，24比比特，特， 不便于傳輸和存儲。）不便于傳輸和存儲。）q 利用人的視覺特性降低彩色圖像的數(shù)據(jù)量，將利用人的視覺特性降低彩色圖像的數(shù)據(jù)量，將RGB轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到別的彩色空間，別的彩色空間， 轉(zhuǎn)換后每一種彩色都產(chǎn)生一個亮度分量和轉(zhuǎn)換后每一種彩色都產(chǎn)生一個亮度分量和兩個色度分量信號。兩個色度分量信號。 RGB YUV，YIQ，YCbCr顏色空間（彩色空間）顏色空間（彩色空間）

32、RGB型型/計算機(jī)圖形顏色空間計算機(jī)圖形顏色空間電視機(jī)和計算機(jī)的顏色顯示系統(tǒng)電視機(jī)和計算機(jī)的顏色顯示系統(tǒng) CMY型型/彩色印刷及打印模型彩色印刷及打印模型與與RGB三基色互補(bǔ)三基色互補(bǔ) YUV型型/電視系統(tǒng)顏色空間（電視系統(tǒng)顏色空間（Luminance and chrominance）廣播電視需求，以壓縮色度信息有效傳輸電視圖像廣播電視需求，以壓縮色度信息有效傳輸電視圖像 YCbCr（數(shù)字電視采用的顏色空間）數(shù)字電視采用的顏色空間） XYZ型型/CIE顏色空間顏色空間國際照明委員會定義的國際性顏色空間標(biāo)準(zhǔn)，是國際照明委員會定義的國際性顏色空間標(biāo)準(zhǔn)，是YUV的前身的前身RGB彩色空間q在多媒體計

33、算機(jī)中，用得最多的是在多媒體計算機(jī)中，用得最多的是RGB彩色空間表彩色空間表示，因為顯示器的輸入需要示，因為顯示器的輸入需要RGB三個彩色分量。三個彩色分量。q不管多媒體系統(tǒng)中使用什么彩色空間，最后輸出一不管多媒體系統(tǒng)中使用什么彩色空間，最后輸出一定要轉(zhuǎn)換為定要轉(zhuǎn)換為RGB。配色方程：配色方程：F=rR+gG+bB，r、g、b為三色系數(shù)。為三色系數(shù)。白光的白光的亮度公式：亮度公式：PAL，Y=0.22R+0.707G+0.071B NTSC，Y=0.299R+0.587G+0.114B系數(shù)不同是因為三基色波長選擇不同。系數(shù)不同是因為三基色波長選擇不同。RGB彩色空間彩色空間彩色圖像描述示例彩色

34、圖像描述示例 00255800255240240255R 02550160255255801600G 25525525524000160800BRGB彩色空間彩色空間q自然界中任何一種光都可由自然界中任何一種光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基色分量都為色分量都為0（最弱）時混合為黑色光，當(dāng)（最弱）時混合為黑色光，當(dāng)三基色分量都為三基色分量都為k（最強(qiáng)）時混合為白色光。（最強(qiáng)）時混合為白色光。p任一顏色任一顏色F是這個三維坐標(biāo)中的一點，調(diào)整三色系數(shù)是這個三維坐標(biāo)中的一點，調(diào)整三色系數(shù)r、g、b中的任一系數(shù)都會改變中的任一系數(shù)都會改變F的

35、坐標(biāo)值，也即改變了的坐標(biāo)值，也即改變了F的的色值。色值。pRGB顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視楚，適合彩色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視覺特點，因而產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。覺特點，因而產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。 RGB圖像圖像q亮度信號亮度信號Y和色差信號和色差信號U、Vq亮度信號表示了單位面積上反射光線的強(qiáng)度亮度信號表示了單位面積上反射光線的強(qiáng)度q色差信號（所謂色差信號，就是指基色信號中的色差信號（所謂色差信號，就是指基色信號中的三個分量信號三個分量信號R、G、B

36、與亮度信號之差）決定了與亮度信號之差）決定了彩色圖像信號的色調(diào)。彩色圖像信號的色調(diào)。q最后發(fā)送端將最后發(fā)送端將Y、U、V三個信號進(jìn)行編碼，用同三個信號進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去，這就是在一信道發(fā)送出去，這就是在PAL（德、英、中、（德、英、中、朝朝 ）彩色電視制式中使用的）彩色電視制式中使用的YUV彩色空間。彩色空間。YUV彩色空間彩色空間BGRVUY100. 0515. 0615. 0436. 0289. 0147. 0114. 0587. 0299. 0YUV與與RGB彩色空間變換彩色空間變換Y=0.299R+0.587G+0.114BqY和和U、V相互獨立。即黑白灰度圖與單色圖是相互獨

37、相互獨立。即黑白灰度圖與單色圖是相互獨立的，因此可以對這些單色圖分別進(jìn)行編碼。這也解決立的，因此可以對這些單色圖分別進(jìn)行編碼。這也解決了彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題。了彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題。q降低數(shù)字彩色圖像數(shù)據(jù)量。利用人眼視覺特性可把幾個降低數(shù)字彩色圖像數(shù)據(jù)量。利用人眼視覺特性可把幾個相鄰像素不同的色彩值當(dāng)做相同的色彩值來處理（即大相鄰像素不同的色彩值當(dāng)做相同的色彩值來處理（即大面積著色原理），從而減少了所需的數(shù)據(jù)量。面積著色原理），從而減少了所需的數(shù)據(jù)量。q在在PAL彩色電視制式中，亮度信號的帶寬為彩色電視制式中，亮度信號的帶寬為4.43MHz， 用以保證足夠的清晰度，而把

38、色差信號的帶寬壓縮為用以保證足夠的清晰度，而把色差信號的帶寬壓縮為1.3MHz，達(dá)到了減少帶寬的目的。，達(dá)到了減少帶寬的目的。 優(yōu)點優(yōu)點視頻采集卡得到的圖像視頻采集卡得到的圖像qY和和U、V分別采用不同的采樣頻率。分別采用不同的采樣頻率。q目前常用的目前常用的Y、U、V采樣頻率的比例有采樣頻率的比例有4 4 4、4 2 2、4：1：1、4：2：0。q如要存儲如要存儲RGB彩色圖像，每分量用彩色圖像，每分量用8個比特表示，個比特表示， 圖圖像的大小為像的大小為640480像素，像素， 那么所需要的存儲容量那么所需要的存儲容量為為64048038/8921600字節(jié)；字節(jié)；q如果用如果用Y U V

39、4 1 1來表示，對于來表示，對于Y每個像素每個像素仍用仍用8比特表示，而對于色差信號比特表示，而對于色差信號U、V，每，每4個像素個像素用用8比特表示，則存儲量變?yōu)楸忍乇硎荆瑒t存儲量變?yōu)?40480(8+2+2)/8460800字節(jié)。盡管數(shù)據(jù)量減少了一半，但人眼察覺不字節(jié)。盡管數(shù)據(jù)量減少了一半，但人眼察覺不出有明顯變化。出有明顯變化。 YUV圖像圖像q在在NTSC彩色電視制式中選用彩色電視制式中選用YIQ彩色空間，其彩色空間，其中中Y表示亮度，表示亮度，I、Q是兩個彩色分量。是兩個彩色分量。q I、Q與與U、V是不相同的。人眼的彩色視覺特性是不相同的。人眼的彩色視覺特性表明，人眼對紅、黃之間

40、顏色變化的分辨能力最表明，人眼對紅、黃之間顏色變化的分辨能力最強(qiáng)；而對藍(lán)、紫之間顏色變化的分辨能力最弱。強(qiáng)；而對藍(lán)、紫之間顏色變化的分辨能力最弱。所以把相角為所以把相角為123度的橙色（紅黃之間的顏色）及度的橙色（紅黃之間的顏色）及其相反相角其相反相角303度的青色定義為度的青色定義為I軸。與軸。與I正交的色正交的色度信號軸叫度信號軸叫Q軸。即色彩信號軸。即色彩信號I表示人眼最敏感的表示人眼最敏感的色軸，色軸，Q表示人眼最不敏感的色軸。表示人眼最不敏感的色軸。 YIQ彩色空間彩色空間BGRQIY311. 0523. 0212. 0321. 0275. 0596. 0114. 0587. 029

41、9. 0YIQ與與RGB彩色空間變換的對應(yīng)關(guān)系：彩色空間變換的對應(yīng)關(guān)系： q在在NTSC制式（美、加）中，傳送人眼分辨能力較制式（美、加）中，傳送人眼分辨能力較強(qiáng)的強(qiáng)的I信號時，用較寬的頻帶（信號時，用較寬的頻帶（1.31.5 MHz）；而傳）；而傳送人眼分辨能力較弱的送人眼分辨能力較弱的Q信號時，用較窄的頻帶（信號時，用較窄的頻帶（0.5 MHz）。）。Y分量的帶寬是分量的帶寬是4.2MHz。qYCbCr彩色空間是由彩色空間是由ITU-R（國際電聯(lián)無線標(biāo)準(zhǔn)（國際電聯(lián)無線標(biāo)準(zhǔn)部，原國際無線電咨詢委員會部，原國際無線電咨詢委員會CCIR）制定的彩）制定的彩色空間。色空間。q 按照按照CCIR60

42、1-2標(biāo)準(zhǔn)，將非線性的標(biāo)準(zhǔn)，將非線性的RGB信號編碼信號編碼成（數(shù)字化）成（數(shù)字化）YCbCr，編碼過程開始是先采用符，編碼過程開始是先采用符合合SMPTE-CRGB（它定義了三種熒光粉，即一（它定義了三種熒光粉，即一種參考白光，應(yīng)用于演播室監(jiān)視器及電視接收機(jī)種參考白光，應(yīng)用于演播室監(jiān)視器及電視接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的RGB）的基色作為）的基色作為r校正信號。校正信號。 YCbCr彩色空間彩色空間q YCbCr與與RGB彩色空間變換的對應(yīng)關(guān)系如下所示。彩色空間變換的對應(yīng)關(guān)系如下所示。 YCbCr是針對數(shù)字圖像壓縮提出的彩色空間是針對數(shù)字圖像壓縮提出的彩色空間 。q 實際上很多時候，我們是把實際上很多

43、時候，我們是把YUV和和YIQ / YCrCb模型混為模型混為一談的。一談的。q YUV模型用于模型用于PAL制式的電視系統(tǒng)，制式的電視系統(tǒng)，Y表示亮度，表示亮度，UV并并非任何單詞的縮寫。非任何單詞的縮寫。q YIQ模型與模型與YUV模型類似，用于模型類似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。制式的電視系統(tǒng)。YIQ顏色空間中的顏色空間中的I和和Q分量相當(dāng)于將分量相當(dāng)于將YUV空間中的空間中的UV分分量做了一個量做了一個33度的旋轉(zhuǎn)。度的旋轉(zhuǎn)。q YCbCr顏色空間是由顏色空間是由YUV顏色空間派生的一種顏色空間，顏色空間派生的一種顏色空間，主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)中。從主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)中。從RGB到

44、到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換中，的轉(zhuǎn)換中，輸入、輸出都是輸入、輸出都是8位二進(jìn)制格式。位二進(jìn)制格式。BG081. 0419. 0500. 0500. 0331. 0169. 0114. 0587. 0299. 0RCCYrb1281280CMY顏色空間顏色空間 q彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的三基色是青（料的三基色是青（Cyan）、品紅（）、品紅（Magenta）和黃）

45、和黃（Yellow），簡稱為），簡稱為CMY。青色對應(yīng)藍(lán)綠色，品。青色對應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對應(yīng)紫紅色。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的紅對應(yīng)紫紅色。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱為這種顏色表示方法稱為CMY顏色空間表示法。彩顏色空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。顏色空間。 CMY顏色空間顏色空間q相減混色：它減少了為視覺系相減混色：它減少了為視覺系統(tǒng)識別顏色所需要的反射光。統(tǒng)識別顏色所需要的反射光。在在CMY相減混色中，三基色相減混色中，三基色

46、等量相減時得到黑色；等量黃等量相減時得到黑色；等量黃色（色（Y）和品紅（）和品紅（M）相減而）相減而青色（青色（C）為）為0時，得到紅色時，得到紅色（R）；等量青色（）；等量青色（C）和品）和品紅（紅（M）相減而黃色（）相減而黃色（Y）為）為0時，得到藍(lán)色（時，得到藍(lán)色（B）；等量黃）；等量黃色（色（Y）和青色（）和青色（C）相減而）相減而品紅（品紅（M）為）為0時，得到綠色時，得到綠色（G）。）。RGB空間與空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系空間的互補(bǔ)關(guān)系qCMY空間正好與空間正好與RGB空間互補(bǔ)，也即用白色空間互補(bǔ)，也即用白色減去減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色空間中的某一顏色值就等于同

47、樣顏色在在CMY空間中的值?？臻g中的值。 2.5.2 彩色圖像信號編碼彩色圖像信號編碼q 對于彩色圖像信號數(shù)字壓縮編碼，可以采用兩種不對于彩色圖像信號數(shù)字壓縮編碼，可以采用兩種不同的編解碼方案：同的編解碼方案： 一種是復(fù)合編碼，一種是復(fù)合編碼， 它直接對復(fù)合圖像信號進(jìn)行采樣、它直接對復(fù)合圖像信號進(jìn)行采樣、 編編碼和傳輸；碼和傳輸； 另一種是分量編碼，另一種是分量編碼， 它首先把復(fù)合圖像中的亮度和色度它首先把復(fù)合圖像中的亮度和色度信號分離出來，信號分離出來， 然后分別進(jìn)行取樣、然后分別進(jìn)行取樣、 編碼和傳輸。分量編碼和傳輸。分量編碼是圖像信號壓縮編碼的主流編碼是圖像信號壓縮編碼的主流 （圖像壓縮

48、國際標(biāo)準(zhǔn)）。（圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)）。Q：什么是彩色的三參量，什么是彩色的三基色，：什么是彩色的三參量，什么是彩色的三基色，RGB、YUV、YIQ、CMY等彩色空間那些實現(xiàn)了亮色分離？等彩色空間那些實現(xiàn)了亮色分離？彩色圖像信號分量編碼系統(tǒng)的基本框圖彩色圖像信號分量編碼系統(tǒng)的基本框圖 復(fù)合視頻信號RBG編 碼數(shù) 據(jù) 流亮色分離YVUA/D變 換A/D變 換A/D變 換映射變換量化編碼 為了便于國際節(jié)目的交換及數(shù)字設(shè)備的互操作，為了便于國際節(jié)目的交換及數(shù)字設(shè)備的互操作，CCIR（ITUR）頒布了分量電視信號數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)）頒布了分量電視信號數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.601（CCIR 601）（俗稱）

49、（俗稱D1，標(biāo)清）。，標(biāo)清）。 組成：亮度、色差信號組成：亮度、色差信號 8比特均勻量化比特均勻量化 采樣頻率采樣頻率13.5MHZvPAL：fs = 625（行（行/幀）幀） 25（幀（幀/s） 864（樣點（樣點數(shù)數(shù)/行）行）vNTSC：fs = 525 29.97 858 v每一行有效樣本數(shù)均為每一行有效樣本數(shù)均為720個個2.6 數(shù)字視頻的分量傳輸數(shù)字視頻的分量傳輸ITU-R BT.601推薦亮度采樣結(jié)構(gòu)推薦亮度采樣結(jié)構(gòu)2.6.1 圖像子采樣圖像子采樣q4：2：2 （ITU-R BT.601推薦）推薦）Y：Cb：Cr：取樣點的位置：取樣點的位置：525行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： M=720，N=

50、480，60Hz刷新頻率刷新頻率 Y=720 480，Cb=Cr=360 480625行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： M=720，N=576，50Hz刷新頻率刷新頻率 Y=720 576， Cb=Cr=360 576 1 2 3 4 5 M 水平水平像素像素123N垂直垂直像素像素像素像素p 電視演播室應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)電視演播室應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)q4：2：0 123N垂直像素 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 M M 水平像素水平像素像素像素與與4:2:2具有相同亮度分辨率，色度分辨率降低為前者一半具有相同亮度分辨率，色度分辨率降低為前者一半隔行掃描隔行掃描用于數(shù)字廣播電視用于數(shù)字廣播電視525行系統(tǒng)：行系

51、統(tǒng)：Y=720 480， Cb=Cr=360 240625行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： Y=720 576， Cb=Cr=360 288問題：這兩種采樣格式下，彩色電問題：這兩種采樣格式下，彩色電視信號數(shù)字化后，存儲每幀所需的視信號數(shù)字化后，存儲每幀所需的存儲容量及存儲容量及1小時電視小時電視/電影所需的電影所需的存儲容量？存儲容量？q SIF（源中間格式）（源中間格式） 水平和垂直分辨率為水平和垂直分辨率為4:2:0格式的一半（亞取樣）格式的一半（亞取樣） 刷新速率（時間分辨率）減半：刷新速率（時間分辨率）減半：30/25Hz 接收時進(jìn)行插值計算接收時進(jìn)行插值計算 主要用于存儲主要用于存儲q CIF（通

52、用中間格式（通用中間格式 ） 結(jié)合結(jié)合625行系統(tǒng)的空間分辨率、行系統(tǒng)的空間分辨率、525行系統(tǒng)的時間分辨率行系統(tǒng)的時間分辨率 Y =352 288，Cb =Cr = 176 144，30Hz 取樣點與取樣點與SIF同同 主要用于電視會議主要用于電視會議v為轉(zhuǎn)換到為轉(zhuǎn)換到CIF格式，則格式，則525行系統(tǒng)需要行頻轉(zhuǎn)換器，而行系統(tǒng)需要行頻轉(zhuǎn)換器，而625行系行系統(tǒng)需要幀頻轉(zhuǎn)換器。統(tǒng)需要幀頻轉(zhuǎn)換器。q QCIF（四分之一通用中間格式（四分之一通用中間格式 ） 水平和垂直分辨率為水平和垂直分辨率為CIF的的1/2 時間分辨率為時間分辨率為CIF的的1/2或或1/4 Y =176 144，Cb =Cr

53、 = 88 72，15Hz/7.5Hz 用于可視電話用于可視電話q S-QCIF （標(biāo)準(zhǔn)四分之一通用中間格式）（標(biāo)準(zhǔn)四分之一通用中間格式） 更低分辨率更低分辨率 用于調(diào)制解調(diào)器和用于調(diào)制解調(diào)器和PSTN提供的信道提供的信道 Y =128 96，Cb =Cr = 64 48 2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維連續(xù)傅里葉變換二維連續(xù)傅里葉變換q 定義：設(shè)定義：設(shè) f (x, y) 是獨立變量是獨立變量x和和y的函數(shù)，且在的函數(shù)，且在上絕對上絕對可積，則定義積分可積，則定義積分 為二維連續(xù)函數(shù)為二維連續(xù)函數(shù) f (x, y) 的傅里葉變換，并定義的傅里葉變換，并定義 為為F (u, v) 的逆變換

54、。的逆變換。 f (x, y) 和和F (u, v)為傅里葉變換對為傅里葉變換對。2.7 圖像信號變換圖像信號變換 2 () F( , )( , )d djux vyu vf x y ex y j2() ( , )( , )ed dux vyf x yF u vu v2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維離散傅里葉變換二維離散傅里葉變換q 尺寸為尺寸為MN的離散圖像函數(shù)的離散圖像函數(shù)f(x,y)的的DFT q 反變換可以通過對反變換可以通過對F(u,v) 求求IDFT獲得獲得 1010)/(2),(1),(MxNyNvyMuxjeyxfMNvuF1010)/(2),(),(MuNvNvyMuxj

55、evuFyxf2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維離散傅里葉變換二維離散傅里葉變換 q F(u, v)即為即為f (x, y)的頻譜，通常是復(fù)數(shù)：的頻譜，通常是復(fù)數(shù)：( , )( , )j ( , )F u vR u vI u v221/2|( , )| ( , )( , )F u vR u vIu v( , )( , )arctan( , )I u vu vR u v幅度譜幅度譜 相位譜相位譜 2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換幅度譜的特點幅度譜的特點 頻譜的直流成分為頻譜的直流成分為 ，說明在頻譜原點說明在頻譜原點的傅里葉變換的傅里葉變換F(0, 0)等于圖像的平均灰度級。等于圖像的平均灰度

56、級。 幅度譜幅度譜|F(u, v)|關(guān)于原點對稱，即關(guān)于原點對稱，即 。 圖像圖像f (x, y)平移后，幅度譜不發(fā)生變化，僅有相位平移后，幅度譜不發(fā)生變化，僅有相位發(fā)生變化。發(fā)生變化。112001(0,0)( , )NNxyFf x yN|( , )| |(,)|F u vFuv2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換 （a）原始圖像）原始圖像 （b）圖像的頻譜圖）圖像的頻譜圖 （c）中心化的頻譜圖）中心化的頻譜圖傅里葉變換傅里葉變換2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換 一維離散余弦變換一維離散余弦變換 保證變換基的規(guī)范正交性，引入常量保證變換基的規(guī)范正交性，引入常量C(k) ，定義：，定義：其中其

57、中DCT逆變換為逆變換為 1112(21)( )(0)( ) ( )cos2Nunuf nFC u F uNNN102(21)()()( ) cos()2NnnkF kC kfnNN1,0()21,11kC kkN2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換 二維離散余弦變換二維離散余弦變換 q正變換：正變換：q逆變換：逆變換：1100211( , )( ) ( )( , )coscos22MNxyF u vC u C vf x yu xv yMNMN1100211( , )( ) ( ) ( , )cos() cos()22MNuvf x yC u C v F u vu xv yMNMN11( )

58、( ) ( , )cos() cos()22C u C v F u vu xv yMN線性組合線性組合2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換二維離散余弦變換二維離散余弦變換 （a）wpeppers2圖像圖像 （b）wpeppers2圖像的圖像的DCT系數(shù)系數(shù) 離散余弦變換離散余弦變換 2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q 哈達(dá)瑪矩陣：元素僅由哈達(dá)瑪矩陣：元素僅由1和和1組成的正交方陣。組成的正交方陣。q 正交方陣：指它的任意兩行（或兩列）都彼此正交，正交方陣：指它的任意兩行（或兩列）都彼此正交，或者說它們對應(yīng)元素之和為零?；蛘哒f它們對應(yīng)元素之和為零。q 哈達(dá)瑪變換要求圖像的大小為哈

59、達(dá)瑪變換要求圖像的大小為N2n 。q 一維哈達(dá)瑪變換核為一維哈達(dá)瑪變換核為 其中，其中， bk(z) 代表代表z的二進(jìn)制表示的第的二進(jìn)制表示的第k位值。位值。10)()() 1(1),(niiiubxbNuxg2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q一維哈達(dá)瑪正變換一維哈達(dá)瑪正變換 q一維哈達(dá)瑪逆變換一維哈達(dá)瑪逆變換q二維哈達(dá)瑪正變換二維哈達(dá)瑪正變換q二維哈達(dá)瑪逆變換二維哈達(dá)瑪逆變換10)()(10) 1)(1)(nxubxbniiixfNuH10)()(10) 1)()(nuubxbniiiuHxf1010)()()()(10) 1)(,(1),(NxNyvbybubxbniiii

60、iyxfNvuH1010)()()()(10) 1)(,(1),(NuNvvbybubxbniiiiivuHNyxf2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q正反變換都可通過兩個一維變換實現(xiàn)。正反變換都可通過兩個一維變換實現(xiàn)。q高階哈達(dá)瑪矩陣可以通過如下遞推公式求得：高階哈達(dá)瑪矩陣可以通過如下遞推公式求得：N8的哈達(dá)瑪矩陣為的哈達(dá)瑪矩陣為 2222NNNNNHHHHH5261437011111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112218H2.8.1 基本統(tǒng)計分析量基本統(tǒng)計分析量2.8 圖像的統(tǒng)計特性圖像的