數(shù)字視頻信號(hào)

數(shù)字信號(hào)定制

:審核

:實(shí)施日期:視訊產(chǎn)品線-

網(wǎng)絡(luò)部:

.com通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，您將能夠：數(shù)字 信號(hào)數(shù)字 理論適用對(duì)象：對(duì)數(shù)字

感

的人數(shù)字 概念采樣和量化彩色空間數(shù)據(jù) 常用接口數(shù)字 信號(hào)處理質(zhì)量評(píng)估數(shù)字概念數(shù)字 的優(yōu)越性失真小，噪聲低、質(zhì)量高。易處理、易校正?？山换バ詮?qiáng)數(shù)字概念將輸入的模擬

信號(hào)變成輸出的數(shù)字

信號(hào)需要采樣、量化，編碼三個(gè)步驟。信號(hào)的采樣分兩種時(shí)間采樣空間采樣時(shí)間采樣。我國(guó)PAL制25幀。美日NTSC是30幀。幀、場(chǎng)。空間采樣以YUV420為例，標(biāo)清圖像亮度分量每個(gè)采樣值為8bit，即256個(gè)級(jí)。或 清有用

8到14bit來(lái)量化一個(gè)采樣值。色彩空間一詞源于英文的“Color

Space”，色彩學(xué)中，人們建立了多種色彩模型，以一維、二維、三維甚至 空間坐標(biāo)來(lái)表示某 彩，這種用坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)定義的色彩范圍即色彩空間。例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上顯示顏色的時(shí)候，通常使用RGB（紅色、綠色、藍(lán) 彩空間定義，紅色、綠色、藍(lán)色被當(dāng)作

X、Y

和

Z坐標(biāo)軸。另外一個(gè)生成同樣顏色的方法是使用色相（X

軸）、飽和度（Y

軸）和明度（Z軸）表示，這種方法稱為HSB色彩空間。另外還有許多其它的色彩空間，它們可以按照這種方法用三來(lái)表示（X、Y、Z）。我們經(jīng)常用到的色彩空間主要有RGB、YUV,CMYK,HSB,HSL等等，其中YUV和RGB是視訊通信領(lǐng)域用的較多的二種色彩空間。因?yàn)樯士臻g不一樣并且在不同色彩空間轉(zhuǎn)換有誤差。所以在數(shù)字圖像中有色差。淘寶店主常說(shuō)

“親，注意可能有色差！”RGBRGB是從顏色的原理來(lái)設(shè)計(jì)定的，它的顏色混合方式就 紅、綠、 盞燈，當(dāng)它們的光相互疊合的時(shí)候，色彩相混，亮度等于兩者亮度之總和，即加法混合。屏幕上的不同顏色，都由這紅色，綠色，藍(lán)色三種基本色光按照不同的比例（權(quán)重）混合而成的。一組紅色綠色藍(lán)色就是一個(gè)最小的顯示單位。屏幕上的任何一個(gè)顏色都可以由一組RGB值來(lái)記錄和表達(dá)。因此這紅色綠色藍(lán)色又稱為三原色光，用英文表示就是R(red)、G(green)、B(blue)。RGB的所謂“多少”就是指亮度，并使用整數(shù)來(lái)表示。在用8位表示時(shí)，RGB各有256級(jí)亮度，用數(shù)字量化表示為從0、1、2...直到255。注意雖然數(shù)字最高是255，但0也是數(shù)值之一，因此共256級(jí)。RGBYUV色彩空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。如果只有Y信號(hào)分量而沒(méi)有U、V分量，那么這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。

彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號(hào)Y解決

彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問(wèn)題，使黑白電視機(jī)也能接收彩色電視信號(hào)。YCbCr不是一種絕對(duì)色彩空間，是一種針對(duì)

RGB所做的編碼,是YUV壓縮和偏移的版本,其中Y與YUV中的Y含義一致,Cb,Cr同樣都指色彩，只是在表示方法上不同而已，Cb，Cr是差值。在 通信系統(tǒng)中（特別是

編 ）的“YUV”圖像就是YCbCr。在科達(dá)的工作交流中，所稱的YUV也是YCbCr。Y

=

Kry

·

R

+

Kgy·

G

+

Kby·

B(R,G,B代表RGB色彩空間的紅色，綠色，藍(lán)色)Cb=

B

–

YCr=

R–

Y（Cb是差值）（Cr是差值）Kry+Kgy+Kby=1 K是比值或稱權(quán)重，BT.601,BT.709,BT.2020中的權(quán)重是不同的。BT.6011982年CCIR(International

RadioConsultative

Committee國(guó)際無(wú)線電咨詢)制定了彩 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR

601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-R

BT.601標(biāo)準(zhǔn)（601-4:1994.7.

/601-5:1995.10）。ITU-R

BT。ITU

=

Internationalmunication

Union(

)國(guó)際電信聯(lián)盟，R

= munication

Sector無(wú)線電部，BT

=

Broadcasting

service

(

evision)廣播服務(wù)(電視)。BT.6011982年CCIR(International

RadioConsultative

Committee國(guó)際無(wú)線電咨詢)制定了彩 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR

601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-R

BT.601標(biāo)準(zhǔn)（601-4:1994.7.

/601-5:1995.10）。科達(dá)目前代碼里基本都是使用BT.601ITU-R

BT。ITU=

Internationalmunication

Union( )國(guó)際電信聯(lián)盟，R

= munication

Sector無(wú)線電部，BT

=

Broadcasting

service

(

evision)廣播服務(wù)(電視)。BT.709BT.709為 數(shù)字電視的ITU標(biāo)準(zhǔn)。1990年，ITU

11A工作組重開(kāi)有關(guān)HDTV的會(huì)議，

1080p/50與1080p/60兩種逐行掃描系統(tǒng)成為討論的基礎(chǔ)。然而，在HDTV是否應(yīng)包含隔行掃描這一問(wèn)題上，歐洲代表再次遇到了疑惑。按照ITU之前的定義，HDTV必須提供比SDTV更高的運(yùn)動(dòng)效果，而SDTV的場(chǎng)頻已經(jīng)是50

Hz與60Hz，因此采用這種場(chǎng)頻的HDTV不能提供比SDTV更好的質(zhì)量，也就不屬于真正的HDTV。BT.709不過(guò)，考慮到隔行系統(tǒng)較為現(xiàn)實(shí)，ITU會(huì)議最終達(dá)成了一致，即接受50

Hz/60

Hz兩種場(chǎng)頻和幀頻、一種圖像格式（1920×1080）及一種數(shù)據(jù)率，NHK也隨著提交了一份ITU-R

BT.709建議的行業(yè)嶄露頭角。的誕生過(guò)程，新草案。2年后，HDTV開(kāi)始在作為一個(gè)全球合作項(xiàng)目，709是智慧的結(jié)晶，也是妥協(xié)的產(chǎn)物。BT.20202012年下半年，國(guó)際電信無(wú)線電通信部門(mén)(ITU-R)頒布了面向新一代清UHD(Ultra-highdefinition) 制作與顯示系統(tǒng)的BT.2020標(biāo)準(zhǔn)。4K電視顯示標(biāo)準(zhǔn)BT.2020在色彩方面的提升：BT.2020標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于BT.709標(biāo)準(zhǔn)，大幅度提升了 信號(hào)的性能規(guī)范。例如色彩深度方面，就由BT.709標(biāo)準(zhǔn)的8bit提升至10bit或12bit，其中10bit針對(duì)的是4K系統(tǒng)，12bit則針對(duì)8K系統(tǒng)。而色域范圍的面積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于BT.709標(biāo)準(zhǔn)，能夠顯示更加豐富的色彩，只是相對(duì)應(yīng)來(lái)說(shuō)，越廣的色域?qū)τ陲@示設(shè)備的性能要求就越高，根據(jù)目前4K 清投影機(jī)的情況，往往需要采用新一代的激光或LED固態(tài)光源的機(jī)型才能達(dá)到。BT.2020BT.2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ultra-high

definition

清圖像的顯示分辨率為3840×2160與7680×4320，畫(huà)面顯示比例為16:9，支持的刷新率包括120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p。

重要的是，在BT.2020標(biāo)準(zhǔn)中取消了隔行掃描，所有 清標(biāo)準(zhǔn)下的影像都是基于逐行掃描的，無(wú)疑是歷史性的突破，進(jìn)一步提升了 清影像的細(xì)膩度與流暢感。BT.2020色彩空間轉(zhuǎn)換ITU-R

BT.601色彩空間轉(zhuǎn)換ITU-R

BT.709DVIDVI–Digital

Visual

Interface（數(shù)字圖像接口）DVI晰度多

接口High

Definition

Multimedia

Interface是一種數(shù)字化 /音頻接

術(shù)，是適合影像傳輸?shù)?型數(shù)字化接口，其可同時(shí)傳送音頻和影像信號(hào)，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為2.25GB/s。 可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(hù)（HDCP），以防止具有著作權(quán)的影音內(nèi)容遭到

的

。VS

DVIDVI接口考慮的對(duì)象是PC，對(duì)于平板電視的兼容能力一般。DVI接口對(duì)影像 保護(hù)缺乏支持。DVI接口只支持8bit的RGB信號(hào)傳輸.DVI接口只能傳輸圖像信號(hào)，對(duì)于數(shù)字音頻信號(hào)的支持完全沒(méi)有考慮。接口的體積比DVI更小。DisplayPortDisplayPort也是一種數(shù)字顯示接口標(biāo)準(zhǔn)，可以連接電腦和顯示器，也可以連接電腦和家庭影院。2006年5月， 電子標(biāo)準(zhǔn)

(VESA)確定了1.0版標(biāo)準(zhǔn)，并在半年后升級(jí)到1.1版。

作為和UDI的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和DVI的潛在繼任者，DisplayPort贏得了AMD、In 、NVIDIA、戴爾、惠普、聯(lián)想、飛利浦、三星等業(yè)界巨頭的支持，而且它是免費(fèi)使用的。DisplayPort接口可以完美支持HDCP數(shù)字內(nèi)容保護(hù)協(xié)議，并且可以同時(shí)傳輸音頻與。DisplayPort最先是面向CRT而制定的規(guī)格，無(wú)論是還是其“孿生兄弟”UDI(實(shí)質(zhì)是去掉的音頻傳輸功能)，兩者都繼承了DVI的 技術(shù)TMDS，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)仍然是DVI的擴(kuò)展。DVI、、UDI的

內(nèi)容都以即時(shí)、專線方式進(jìn)行傳輸，這可以保證 流量大時(shí)不會(huì)發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。而DisplayPort一開(kāi)始則面向液晶顯示器開(kāi)發(fā)，采用“Micro-Packet

Architecture(微封包架構(gòu))”傳輸架構(gòu)， 內(nèi)容以封包方式傳送，這一點(diǎn)同DVI、

等

傳輸技術(shù)有著明顯區(qū)別。也就是說(shuō)， 的出現(xiàn)取代了模擬信號(hào) ，而DisplayPort的出現(xiàn)則取代的是DVI和VGA接口。DisplayPortDisplayPort定義了兩種接頭，全尺寸(FullSize)和迷你(Mini)。兩種接頭都有20針，但迷你接頭的寬度大約是全尺寸的一半，它們的尺寸分別為7.5mm

x

4.5mm與16mm

x

4.8mm。其中MiniDisplayport是由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的，因?yàn)樘O(píng)果一直需要小的接口來(lái)適應(yīng)一貫輕薄的產(chǎn)品。插值(Interpolation)，也稱圖像升采降樣。最近像素插值算法雙線性插值算法雙三次插值算法平常我們說(shuō)的數(shù)字變焦就是算法插值。光學(xué)變焦是物理上的。最近像素插值算法（Nearest

NeighbourInterpolation）是最簡(jiǎn)單的一種插值算法，當(dāng)圖片放大時(shí)，缺少的像素通過(guò)直接使用與之最接近的原有的像素的顏色生成，也就是說(shuō)照搬旁邊的像素，這樣做的結(jié)果是產(chǎn)生了明顯可見(jiàn)的鋸齒。雙線性插值算法（Bilinear

Interpolation）輸出的圖像的每個(gè)像素都是原圖中周?chē)袼剡\(yùn)算的結(jié)果，這種算法極大地消除了鋸齒現(xiàn)象。雙三次插值算法（Bicubic

Interpolation）是上一種算法的改進(jìn)算法，它輸出圖像的每個(gè)像素都是原圖16個(gè)像素（16×16）運(yùn)算的結(jié)果。這種算法是一種很常見(jiàn)的算法，普遍用在圖像編輯

、驅(qū)動(dòng)和數(shù)碼相機(jī)上。伽馬校正CRT顯示設(shè)備和許多電子照相機(jī)的光電轉(zhuǎn)換特性都是非線性的。這些非線性部件的輸出與輸入之間的關(guān)系（如輸出電壓與場(chǎng)景中光強(qiáng)度的關(guān)系）可以用一個(gè)冪函數(shù)來(lái)表示，它的一般形式是：輸出=(輸入)γ式中的γ(gamma)是冪函數(shù)的指數(shù)，它用來(lái)衡量非線性部件的轉(zhuǎn)換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉(zhuǎn)換特性。按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。對(duì)于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數(shù)關(guān)系，從而找出γ值。。白平衡由于人眼具有獨(dú)特的適應(yīng)性，使我們有的時(shí)候不能發(fā)現(xiàn)色溫的變化。比如在鎢絲燈下呆久了，并不會(huì)覺(jué)得鎢絲燈下的白紙偏紅，如果突然把冷色系日光燈改為鎢絲燈照明，就會(huì)覺(jué)查到白紙的顏色偏紅了，但這種感覺(jué)也只能夠持續(xù)一會(huì)兒。機(jī)的CCD并不能像人眼那樣具有適應(yīng)性，所以如果機(jī)的色彩調(diào)整同景物照明的色溫不一致就會(huì)發(fā)生偏色。那么白平衡呢？白平衡就是針對(duì)不同色溫條件下，通過(guò)調(diào)整機(jī)的色彩電路使拍攝出來(lái)的影像抵消偏色，更接近人眼的視覺(jué)。白平衡可以簡(jiǎn)單地理解為在任意色溫條件下，機(jī)鏡頭所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)白色經(jīng)過(guò)電路的調(diào)整，使之成像后仍然為白色?？沼?yàn)V波及濾波器的定義：使用空域模板進(jìn)行的圖像處理，被稱為空域?yàn)V波，模板本身被稱為空域?yàn)V波器。 處理除空濾波還有頻域?yàn)V波?？沼?yàn)V波器可分線性濾波器高通，低通，帶通非線性濾波器最大值，最小值，中值本次僅介紹線性濾波。低通濾波器主要用途：鈍化圖像、去除噪音高通濾波器主要用途：邊緣增強(qiáng)、邊緣提取帶通濾波器主要用途：刪除特定頻率、增強(qiáng)中很少用定義:線性濾波器是線性系統(tǒng)和頻域?yàn)V波概念在空域的自然延伸。其特征是結(jié)果像素值的計(jì)算由下列公式定義：R

=

w1z1+

w2z2+

…

+

wnzn其中：wi i=1,2,…,n

是模板的系數(shù)zi i=1,2,…,n

是被計(jì)算像素及其鄰域像素的值模板尺寸越大，圖像越模糊，圖像細(xì)節(jié)丟失越多，低通濾波在去除噪音的同時(shí)也鈍化了邊和 的細(xì)節(jié)。低通濾波器平滑模糊中值濾波器非線性濾波器，它的原理是僅僅計(jì)算這組數(shù)的中值，并用中值替換當(dāng)前的像素值。因此對(duì)于去除椒鹽噪點(diǎn)非常有用。在去除噪音的同時(shí)，可以比較好地保留邊的銳度和圖像的細(xì)節(jié)。高通濾波在增強(qiáng)了邊的同時(shí)，丟失了圖像的層次和亮度常數(shù)或變化平緩的區(qū)域，結(jié)果為0或很小，圖像很暗，亮度被降低了,在暗的背景上邊緣被增強(qiáng)了圖像的整體對(duì)比度降低了計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，歸0處理為常見(jiàn)。頻域?yàn)V波頻域?yàn)V波器頻域?yàn)V波理想低通濾波器和 效應(yīng)。頻域?yàn)V波低通濾波器圖象灰度分布的空間信息，無(wú)法解決目標(biāo)形狀問(wèn)題。直方圖的

規(guī)則就是“左黑右白”，左邊代