第一章多媒體通信技術(shù)概述第二章音頻技術(shù)基礎(chǔ)第三章圖像

1、第一章第一章 多媒體通信技術(shù)概述多媒體通信技術(shù)概述第二章第二章 音頻技術(shù)基礎(chǔ)音頻技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 圖像技術(shù)基礎(chǔ)圖像技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 視頻信息壓縮與處理視頻信息壓縮與處理 第五章第五章 多媒體通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)多媒體通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù) 第六章第六章 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 第七章第七章 多媒體數(shù)據(jù)的分布式處理多媒體數(shù)據(jù)的分布式處理 第八章第八章 多媒體通信應(yīng)用系統(tǒng)多媒體通信應(yīng)用系統(tǒng) 本書(shū)章節(jié)本書(shū)章節(jié)3.1 視覺(jué)特性視覺(jué)特性 3.2 圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià) 3.3 圖像信號(hào)數(shù)字化圖像信號(hào)數(shù)字化3.4 電視技術(shù)基礎(chǔ)電視技術(shù)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第第3章章 圖像技

2、術(shù)基礎(chǔ)圖像技術(shù)基礎(chǔ) 無(wú)論是電視系統(tǒng)，還是電影，其最終的目的都是為接收無(wú)論是電視系統(tǒng)，還是電影，其最終的目的都是為接收者提供視覺(jué)圖像，因此圖像質(zhì)量與人眼的視覺(jué)特性有關(guān)。為者提供視覺(jué)圖像，因此圖像質(zhì)量與人眼的視覺(jué)特性有關(guān)。為了能夠掌握?qǐng)D像通信的基礎(chǔ)理論，因此本章將對(duì)人眼的視覺(jué)了能夠掌握?qǐng)D像通信的基礎(chǔ)理論，因此本章將對(duì)人眼的視覺(jué)特性、圖像的數(shù)字化過(guò)程、電視技術(shù)基礎(chǔ)以及圖像質(zhì)量的評(píng)特性、圖像的數(shù)字化過(guò)程、電視技術(shù)基礎(chǔ)以及圖像質(zhì)量的評(píng)估等問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的介紹。估等問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 圖像能夠以各種各樣的形式出現(xiàn)，例如，可視的和不可圖像能夠以各種各樣的形式出現(xiàn)，例如，可視的和不可視的，抽象的和實(shí)際的，適于

3、計(jì)算機(jī)處理的和不適于計(jì)算機(jī)視的，抽象的和實(shí)際的，適于計(jì)算機(jī)處理的和不適于計(jì)算機(jī)處理的。就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，可以將圖像分為兩大類：處理的。就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，可以將圖像分為兩大類：模擬圖像模擬圖像和和數(shù)字圖像數(shù)字圖像。將模擬圖像信號(hào)經(jīng)。將模擬圖像信號(hào)經(jīng)A/D變換后就得到數(shù)字圖像變換后就得到數(shù)字圖像信號(hào)，數(shù)字圖像信號(hào)便于進(jìn)行各種處理。信號(hào)，數(shù)字圖像信號(hào)便于進(jìn)行各種處理。圖像信號(hào)圖像信號(hào)按其內(nèi)容變化與時(shí)間的關(guān)系分類按其內(nèi)容變化與時(shí)間的關(guān)系分類，主要包括，主要包括靜態(tài)圖靜態(tài)圖 像像和和動(dòng)態(tài)圖像動(dòng)態(tài)圖像兩種；兩種；圖像信號(hào)圖像信號(hào)按其亮度等級(jí)的不同按其亮度等級(jí)的不同可分為可分為二值圖像二值圖像和和灰度圖像灰度圖像；

4、圖像信號(hào)圖像信號(hào)按其色調(diào)的不同按其色調(diào)的不同可分為可分為黑白圖像黑白圖像和和彩色圖像彩色圖像；圖像信號(hào)圖像信號(hào)按其所占空間的維數(shù)不同按其所占空間的維數(shù)不同可分為平面的可分為平面的二維圖像二維圖像和和 立體的立體的三維圖像三維圖像等等。等等。 發(fā)光物體發(fā)光物體呈現(xiàn)的顏色是由物體呈現(xiàn)的顏色是由物體本身發(fā)出不同波長(zhǎng)的光本身發(fā)出不同波長(zhǎng)的光所造成；所造成；不發(fā)光物體不發(fā)光物體呈現(xiàn)的顏色是光照射物體時(shí)呈現(xiàn)的顏色是光照射物體時(shí)被物體反射出的光被物體反射出的光所具所具 有的。有的。3.1 視覺(jué)特性視覺(jué)特性視覺(jué)靈敏度視覺(jué)靈敏度 人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光所呈現(xiàn)的視覺(jué)感知是不光所呈現(xiàn)的視覺(jué)感知是不同的，

5、而且因人而異。為同的，而且因人而異。為了了解人眼的視覺(jué)特性，了了解人眼的視覺(jué)特性，因此國(guó)際照明委員會(huì)因此國(guó)際照明委員會(huì)（CIECIE）特推薦標(biāo)準(zhǔn)視度）特推薦標(biāo)準(zhǔn)視度曲線（人眼視覺(jué)光譜靈敏曲線（人眼視覺(jué)光譜靈敏度曲線）度曲線）圖圖3-1 3-1 光譜靈敏度曲線光譜靈敏度曲線三基色原理三基色原理 紅、綠、藍(lán)三色光可以混合成自然界的全部色彩，紅、綠、藍(lán)三色光可以混合成自然界的全部色彩，而這三色光本身相互獨(dú)立，所以人們常常將而這三色光本身相互獨(dú)立，所以人們常常將紅、綠、藍(lán)紅、綠、藍(lán)稱為色光稱為色光三原色三原色。從生理學(xué)上講：人們眼睛的視網(wǎng)膜上。從生理學(xué)上講：人們眼睛的視網(wǎng)膜上存在著三種不同類型的錐體細(xì)

6、胞，它們分別對(duì)紅、綠、存在著三種不同類型的錐體細(xì)胞，它們分別對(duì)紅、綠、藍(lán)有很高的靈敏度（對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的靈敏度），物藍(lán)有很高的靈敏度（對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的靈敏度），物體反射光進(jìn)入人眼睛以后，在三種錐體細(xì)胞的作用下，體反射光進(jìn)入人眼睛以后，在三種錐體細(xì)胞的作用下，產(chǎn)生不同顏色的光感。這就是三刺激理論，又稱三色學(xué)產(chǎn)生不同顏色的光感。這就是三刺激理論，又稱三色學(xué)說(shuō)理論。說(shuō)理論。 2、光度測(cè)量參數(shù)、光度測(cè)量參數(shù) 當(dāng)描述光源的照明效果時(shí)，由于無(wú)法直接用輻射光功率當(dāng)描述光源的照明效果時(shí)，由于無(wú)法直接用輻射光功率來(lái)描述，因此實(shí)際中是使用兩套參數(shù)來(lái)分別描述輻射光和照來(lái)描述，因此實(shí)際中是使用兩套參數(shù)來(lái)分別描述輻

7、射光和照明光。前者與人眼的視覺(jué)特性無(wú)關(guān)，而后者則考慮了人眼的明光。前者與人眼的視覺(jué)特性無(wú)關(guān)，而后者則考慮了人眼的視覺(jué)特性視覺(jué)特性. 常用光度量單位常用光度量單位：光通量光通量：光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的光能量，其單位是流明：光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的光能量，其單位是流明（lm).lm).輻射功率輻射功率P P：是指輻射體在單位時(shí)間內(nèi)所輻射出的總能量，是指輻射體在單位時(shí)間內(nèi)所輻射出的總能量，其與輻射的功率頻譜分布有關(guān)。其與輻射的功率頻譜分布有關(guān)。輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度I I是指點(diǎn)輻射源沿單位立體角所輻射出的功率。是指點(diǎn)輻射源沿單位立體角所輻射出的功率。發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度：點(diǎn)光源在單位面積內(nèi)輻射出的光通量稱為

8、發(fā)光強(qiáng)度。：點(diǎn)光源在單位面積內(nèi)輻射出的光通量稱為發(fā)光強(qiáng)度。亮度亮度表示了單位面積上發(fā)射光或反射光的強(qiáng)度。亮度具有方向表示了單位面積上發(fā)射光或反射光的強(qiáng)度。亮度具有方向 性。性。照度照度是指被照表面單位面積上所接收到的入射光功率?？梢?jiàn)，是指被照表面單位面積上所接收到的入射光功率?？梢?jiàn)， 照度照度是針對(duì)是針對(duì)入射光入射光進(jìn)行度量的單位，而進(jìn)行度量的單位，而亮度亮度則是對(duì)則是對(duì)射出射出 光光的度量。的度量。3、彩色視覺(jué)和立體視覺(jué)、彩色視覺(jué)和立體視覺(jué)（1）彩色的概念）彩色的概念 在自然界中，當(dāng)陽(yáng)光照射到不同的景物上時(shí)，所呈現(xiàn)在自然界中，當(dāng)陽(yáng)光照射到不同的景物上時(shí)，所呈現(xiàn)的色彩不同，這是因?yàn)椴煌木拔镌?/p>

9、太陽(yáng)光的照射下，的色彩不同，這是因?yàn)椴煌木拔镌谔?yáng)光的照射下，反射（或透射）了可見(jiàn)光譜中的不同成分而吸收了其余反射（或透射）了可見(jiàn)光譜中的不同成分而吸收了其余部分，從而引起人眼的不同彩色視覺(jué)。部分，從而引起人眼的不同彩色視覺(jué)。 （2）彩色視覺(jué)）彩色視覺(jué) 從視覺(jué)的角度描述彩色的過(guò)程中會(huì)用到從視覺(jué)的角度描述彩色的過(guò)程中會(huì)用到亮度亮度、色度色度和和飽飽和度和度三個(gè)術(shù)語(yǔ)。三個(gè)術(shù)語(yǔ)。亮度亮度表示光的強(qiáng)弱；表示光的強(qiáng)弱；色度色度是指彩色的類別，是指彩色的類別，如黃色、綠色、藍(lán)色等；如黃色、綠色、藍(lán)色等；飽和度飽和度則代表顏色的深淺程度，如則代表顏色的深淺程度，如淺紫色、粉紅色。淺紫色、粉紅色。色調(diào)與飽和

10、度色調(diào)與飽和度又合稱為色度，可見(jiàn)它既表又合稱為色度，可見(jiàn)它既表示彩色光的顏色類別，又表示顏色的深淺程度。示彩色光的顏色類別，又表示顏色的深淺程度。 盡管不同波長(zhǎng)的光波所呈現(xiàn)的顏色不同，但我們會(huì)經(jīng)常盡管不同波長(zhǎng)的光波所呈現(xiàn)的顏色不同，但我們會(huì)經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象。由適當(dāng)比例的紅光和綠光混合起來(lái)，可觀察到這樣的現(xiàn)象。由適當(dāng)比例的紅光和綠光混合起來(lái)，可以產(chǎn)生與黃單色光相同的彩色視覺(jué)效果。又如日光也可以由以產(chǎn)生與黃單色光相同的彩色視覺(jué)效果。又如日光也可以由紅、綠、藍(lán)三種不同波長(zhǎng)的單色光以適當(dāng)?shù)谋壤M合而成。紅、綠、藍(lán)三種不同波長(zhǎng)的單色光以適當(dāng)?shù)谋壤M合而成。實(shí)際上自然界中的任何一種顏色都能由這三種單色

11、光混合而實(shí)際上自然界中的任何一種顏色都能由這三種單色光混合而成，因而人們稱成，因而人們稱紅、綠、藍(lán)紅、綠、藍(lán)為三基色為三基色。圖圖3-3 三種錐狀細(xì)胞的光譜靈敏度曲線三種錐狀細(xì)胞的光譜靈敏度曲線注意：波長(zhǎng)為注意：波長(zhǎng)為580nm580nm的黃光對(duì)的黃光對(duì)應(yīng)的靈敏度曲線應(yīng)的靈敏度曲線有兩條有兩條（3）立體視覺(jué)）立體視覺(jué) 自然界中的景物都是立體的，具有自然界中的景物都是立體的，具有高度高度、寬帶寬帶和和深度深度。立體視覺(jué)一般分為立體視覺(jué)一般分為雙眼視覺(jué)雙眼視覺(jué)和和單眼視覺(jué)單眼視覺(jué)。雙眼視覺(jué)雙眼視覺(jué)是指雙眼同時(shí)觀看一個(gè)空間景物時(shí)所形成的立體視是指雙眼同時(shí)觀看一個(gè)空間景物時(shí)所形成的立體視 覺(jué)；覺(jué)；單眼

12、視覺(jué)單眼視覺(jué)是指單眼觀看景物時(shí)所產(chǎn)生的立體感覺(jué)。是指單眼觀看景物時(shí)所產(chǎn)生的立體感覺(jué)。4、人眼的分辨力與空間頻率、人眼的分辨力與空間頻率 人眼的分辨力究竟有多高，可用何種方法對(duì)其進(jìn)行描述，人眼的分辨力究竟有多高，可用何種方法對(duì)其進(jìn)行描述，一直是人們非常關(guān)注的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，將人眼一直是人們非常關(guān)注的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，將人眼等效為一個(gè)等效為一個(gè)空間頻率濾波器空間頻率濾波器，這樣在考慮到分辨力與照度、，這樣在考慮到分辨力與照度、對(duì)比度和噪音等方面影響的同時(shí)，便可以利用濾波器的頻率對(duì)比度和噪音等方面影響的同時(shí)，便可以利用濾波器的頻率特性來(lái)表示人眼的分辨力。可見(jiàn)空間頻率的概念在圖像技術(shù)

13、特性來(lái)表示人眼的分辨力?？梢?jiàn)空間頻率的概念在圖像技術(shù)中具有很重要的地位。中具有很重要的地位。（1）空間頻率）空間頻率 時(shí)間頻率時(shí)間頻率是用單位時(shí)間內(nèi)的某物理量（如電壓、電流）是用單位時(shí)間內(nèi)的某物理量（如電壓、電流）周期性變化的次數(shù)來(lái)定義的，單位為周周期性變化的次數(shù)來(lái)定義的，單位為周/ /秒，其自變量為時(shí)秒，其自變量為時(shí)間。而間。而空間頻率空間頻率則是某物理量（如亮度、發(fā)光強(qiáng)度）在單則是某物理量（如亮度、發(fā)光強(qiáng)度）在單位空間距離內(nèi)周期性變化的次數(shù)，單位為周位空間距離內(nèi)周期性變化的次數(shù)，單位為周/ /米。米。 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，人眼對(duì)不同空間細(xì)節(jié)的分辨力是變化的，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，人眼對(duì)不同空間細(xì)節(jié)的分辨

14、力是變化的，可用視覺(jué)空間頻率響應(yīng)曲線表示，如圖可用視覺(jué)空間頻率響應(yīng)曲線表示，如圖3-43-4所示。圖中所示。圖中橫坐標(biāo)為空間頻率，即單位視角（橫坐標(biāo)為空間頻率，即單位視角（1 1）內(nèi)所含黑白條數(shù)，）內(nèi)所含黑白條數(shù)，而縱坐標(biāo)則表示空間頻率的傳輸特性（而縱坐標(biāo)則表示空間頻率的傳輸特性（MTFMTF）。）。0.1 0.3 1 3 10 30 1.00.3空間頻率空間頻率(線線/mm)MTF（2 2）人眼的空間頻率響應(yīng)）人眼的空間頻率響應(yīng)圖圖3-4 3-4 人眼的空間頻率響應(yīng)人眼的空間頻率響應(yīng)圖中虛線表圖中虛線表示彩色，實(shí)示彩色，實(shí)線表示亮度線表示亮度 從圖中可以看出，人眼對(duì)從圖中可以看出，人眼對(duì)彩色

15、細(xì)節(jié)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對(duì)的分辨能力遠(yuǎn)比對(duì)亮度細(xì)節(jié)亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低。例如原有黑白相同的條紋，當(dāng)它的分辨能力低。例如原有黑白相同的條紋，當(dāng)它們距人眼一定距離時(shí)，仍能分辨出其黑白間的差別，但如們距人眼一定距離時(shí)，仍能分辨出其黑白間的差別，但如果仍保持其條紋間的距離，只是將黑白條紋換成彩色條果仍保持其條紋間的距離，只是將黑白條紋換成彩色條紋，此時(shí)便無(wú)法做出分辨。紋，此時(shí)便無(wú)法做出分辨。 據(jù)資料顯示，人眼分辨景物彩色細(xì)節(jié)的能力很差。因據(jù)資料顯示，人眼分辨景物彩色細(xì)節(jié)的能力很差。因此彩色電視系統(tǒng)在傳輸彩色圖像時(shí)，細(xì)節(jié)部分可以不傳此彩色電視系統(tǒng)在傳輸彩色圖像時(shí)，細(xì)節(jié)部分可以不傳送彩色信息，而只傳送黑

16、白信息，以此來(lái)節(jié)約傳輸頻帶送彩色信息，而只傳送黑白信息，以此來(lái)節(jié)約傳輸頻帶資源。資源。圖圖3-5 3-5 色調(diào)和飽和度分辨閾與波長(zhǎng)的關(guān)系色調(diào)和飽和度分辨閾與波長(zhǎng)的關(guān)系色調(diào)分辨閾色調(diào)分辨閾：人眼分辨出色調(diào)差別的最小波長(zhǎng)變化值。：人眼分辨出色調(diào)差別的最小波長(zhǎng)變化值。 從圖中可知，人眼對(duì)從圖中可知，人眼對(duì)480640nm區(qū)間的色調(diào)分辨力較區(qū)間的色調(diào)分辨力較高，對(duì)大于高，對(duì)大于655nm和小于和小于430nm的可見(jiàn)光的色調(diào)變化不敏感。的可見(jiàn)光的色調(diào)變化不敏感。當(dāng)飽和度減小時(shí)，人眼的色調(diào)分辨力也將隨之下降。當(dāng)飽和度減小時(shí)，人眼的色調(diào)分辨力也將隨之下降。5、人眼的對(duì)比度特性、人眼的對(duì)比度特性（1）圖像的對(duì)

17、比度與灰度）圖像的對(duì)比度與灰度對(duì)比度對(duì)比度是指景物或重現(xiàn)圖像的最大亮度是指景物或重現(xiàn)圖像的最大亮度LmaxLmax與最小亮度與最小亮度LminLmin之比，用符號(hào)之比，用符號(hào)C C表示，即表示，即而畫(huà)面的最大亮度與最小亮度之間所能分辨的亮度感覺(jué)級(jí)而畫(huà)面的最大亮度與最小亮度之間所能分辨的亮度感覺(jué)級(jí)數(shù)稱為數(shù)稱為亮度層次亮度層次，也稱為，也稱為灰度灰度。由于人眼的亮度感覺(jué)是相對(duì)的，即同一亮度在不同的環(huán)境由于人眼的亮度感覺(jué)是相對(duì)的，即同一亮度在不同的環(huán)境亮度下給人的亮度感覺(jué)是不同的，因此當(dāng)人們看電視時(shí)，亮度下給人的亮度感覺(jué)是不同的，因此當(dāng)人們看電視時(shí)，在考慮到環(huán)境亮度后，在考慮到環(huán)境亮度后，電視圖像的

18、對(duì)比度電視圖像的對(duì)比度為為其中其中 為環(huán)境亮度。為環(huán)境亮度。minmaxLLC LLLLCminmaxL（2）人眼的對(duì)比度靈敏度特性）人眼的對(duì)比度靈敏度特性亮度感覺(jué)亮度感覺(jué) 在定義亮度時(shí)雖然考慮了人眼的光譜靈敏在定義亮度時(shí)雖然考慮了人眼的光譜靈敏度，但實(shí)際觀察景物時(shí)所獲得的亮度感覺(jué)，并不度，但實(shí)際觀察景物時(shí)所獲得的亮度感覺(jué)，并不僅由景物的亮度決定，而且與其所處的周圍環(huán)境僅由景物的亮度決定，而且與其所處的周圍環(huán)境亮度有關(guān)。亮度有關(guān)。 亮度感覺(jué)亮度感覺(jué)是指能分辨出不同的亮度層次。是指能分辨出不同的亮度層次。人眼視覺(jué)的對(duì)比度靈敏度人眼視覺(jué)的對(duì)比度靈敏度 人眼區(qū)分某一給定空間頻率的正弦光柵（如圖人眼區(qū)

19、分某一給定空間頻率的正弦光柵（如圖3-6所示）明暗差別所需的最低對(duì)比度，稱為分辨這一空所示）明暗差別所需的最低對(duì)比度，稱為分辨這一空間頻率的間頻率的臨界對(duì)比度臨界對(duì)比度，用，用Cr表示。臨界對(duì)比度的倒數(shù)表示。臨界對(duì)比度的倒數(shù)1/Cr被稱為人眼對(duì)于這一空間頻率被稱為人眼對(duì)于這一空間頻率對(duì)比度靈敏度對(duì)比度靈敏度。 由以上定義可知，由以上定義可知，臨界對(duì)比度臨界對(duì)比度表示人眼在給定的表示人眼在給定的亮度環(huán)境下所能區(qū)分景物的最小亮度差別，通常稱這亮度環(huán)境下所能區(qū)分景物的最小亮度差別，通常稱這一最小亮度差別為一個(gè)亮度級(jí)（或灰度級(jí)）。一最小亮度差別為一個(gè)亮度級(jí)（或灰度級(jí)）。圖圖3-6 定義臨界對(duì)比度的正弦

20、光柵定義臨界對(duì)比度的正弦光柵6、視覺(jué)惰性與閃爍的概念、視覺(jué)惰性與閃爍的概念視覺(jué)惰性視覺(jué)惰性 當(dāng)一個(gè)景物突然出現(xiàn)在眼前時(shí)，需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間當(dāng)一個(gè)景物突然出現(xiàn)在眼前時(shí)，需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能形成一個(gè)穩(wěn)定的主觀亮度感覺(jué)；同樣當(dāng)一個(gè)實(shí)際景才能形成一個(gè)穩(wěn)定的主觀亮度感覺(jué)；同樣當(dāng)一個(gè)實(shí)際景物從眼前消失后，所看到的印象都不會(huì)立即消失，還會(huì)物從眼前消失后，所看到的印象都不會(huì)立即消失，還會(huì)暫留一段時(shí)間，由此可見(jiàn)暫留一段時(shí)間，由此可見(jiàn)人眼亮度感覺(jué)的建立與消失都人眼亮度感覺(jué)的建立與消失都滯后于實(shí)際的光刺激，而且此過(guò)程是逐步的，這種現(xiàn)象滯后于實(shí)際的光刺激，而且此過(guò)程是逐步的，這種現(xiàn)象就是就是視覺(jué)惰性視覺(jué)惰性。閃爍閃爍

21、如果觀察者觀察到一個(gè)具有周期性的光脈沖，當(dāng)其重如果觀察者觀察到一個(gè)具有周期性的光脈沖，當(dāng)其重復(fù)頻率不夠高時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一明一暗的感覺(jué)，復(fù)頻率不夠高時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一明一暗的感覺(jué)，這種感覺(jué)就這種感覺(jué)就是閃爍是閃爍，但當(dāng)重復(fù)頻率足夠高時(shí)，閃爍感覺(jué)將消失，隨之，但當(dāng)重復(fù)頻率足夠高時(shí)，閃爍感覺(jué)將消失，隨之看到的是一個(gè)恒定的亮點(diǎn)?？吹降氖且粋€(gè)恒定的亮點(diǎn)。 臨界閃爍頻率臨界閃爍頻率就是指閃爍感覺(jué)剛剛消失時(shí)的頻率。它就是指閃爍感覺(jué)剛剛消失時(shí)的頻率。它與脈沖亮度有關(guān)，脈沖的亮度越高，臨界閃爍頻率也相應(yīng)與脈沖亮度有關(guān)，脈沖的亮度越高，臨界閃爍頻率也相應(yīng)地增高。地增高。3.2 圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià) 圖像質(zhì)量的評(píng)

22、價(jià)方法有兩種，即圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法有兩種，即主觀評(píng)價(jià)主觀評(píng)價(jià)和和客觀評(píng)價(jià)客觀評(píng)價(jià) 影響圖像質(zhì)量的基本因素影響圖像質(zhì)量的基本因素 發(fā)送環(huán)境發(fā)送環(huán)境：照度和閃爍：照度和閃爍 接收環(huán)境接收環(huán)境：室內(nèi)照明、顯示器、視距：室內(nèi)照明、顯示器、視距 圖像傳輸與處理系統(tǒng)圖像傳輸與處理系統(tǒng)： 模擬圖像通信：模擬圖像通信：隨機(jī)噪聲、周期噪聲、衰減失真、時(shí)延失真等隨機(jī)噪聲、周期噪聲、衰減失真、時(shí)延失真等 數(shù)字圖像通信數(shù)字圖像通信：顆粒噪聲、邊緣閃爍、傳輸抖動(dòng)、誤碼等：顆粒噪聲、邊緣閃爍、傳輸抖動(dòng)、誤碼等圖像編碼過(guò)程中變換與反變換圖像編碼過(guò)程中變換與反變換：清晰度、對(duì)比度、亮度等。：清晰度、對(duì)比度、亮度等。圖像質(zhì)量的

23、主觀評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)主觀評(píng)價(jià)是指觀察者依據(jù)自己的感覺(jué)對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)主觀評(píng)價(jià)是指觀察者依據(jù)自己的感覺(jué)對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種最直觀、最可靠的評(píng)價(jià)方法。價(jià)，是一種最直觀、最可靠的評(píng)價(jià)方法。受人的感覺(jué)和心理狀態(tài)的影響，即圖像質(zhì)量的最終評(píng)價(jià)受人的感覺(jué)和心理狀態(tài)的影響，即圖像質(zhì)量的最終評(píng)價(jià)與觀察者心理因素有關(guān)與觀察者心理因素有關(guān)圖像的客觀評(píng)價(jià)圖像的客觀評(píng)價(jià)又稱為圖像逼真度計(jì)量法（數(shù)學(xué)公式）又稱為圖像逼真度計(jì)量法（數(shù)學(xué)公式）會(huì)議電視系統(tǒng)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)會(huì)議電視系統(tǒng)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)因素：圖像清晰度、幀速率、唇音同步、延時(shí)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)因素：圖像清晰度、幀速率、唇音同步、延時(shí)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?。償?shù)取?.3 3.3

24、 圖像信號(hào)數(shù)字化圖像信號(hào)數(shù)字化3.3.1 3.3.1 圖像信號(hào)的表述圖像信號(hào)的表述1 1、圖像信號(hào)的時(shí)域分析、圖像信號(hào)的時(shí)域分析 由于人眼所感覺(jué)的景物是連續(xù)的，所形成的圖像為連續(xù)由于人眼所感覺(jué)的景物是連續(xù)的，所形成的圖像為連續(xù)圖像，而連續(xù)圖像信號(hào)是無(wú)法直接在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)傳輸或圖像，而連續(xù)圖像信號(hào)是無(wú)法直接在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)傳輸或存儲(chǔ)的，因此需要將連續(xù)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號(hào)。通存儲(chǔ)的，因此需要將連續(xù)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號(hào)。通常我們稱此過(guò)程為常我們稱此過(guò)程為圖像信號(hào)的數(shù)字化圖像信號(hào)的數(shù)字化。包括三大部分，即包括三大部分，即取樣、量化和編碼取樣、量化和編碼。取樣取樣又稱為又稱為抽樣抽樣，它是

25、指圖像信號(hào)空間離散化的過(guò)程。這，它是指圖像信號(hào)空間離散化的過(guò)程。這時(shí)所選取的點(diǎn)就是取樣點(diǎn)、抽樣點(diǎn)或樣點(diǎn)，也被稱為像素。時(shí)所選取的點(diǎn)就是取樣點(diǎn)、抽樣點(diǎn)或樣點(diǎn)，也被稱為像素。由此可見(jiàn)，一幅圖像是由許多大小有限的像素組成，而且由此可見(jiàn)，一幅圖像是由許多大小有限的像素組成，而且每個(gè)像素既是時(shí)間、空間的函數(shù)，同時(shí)又有其光學(xué)特性每個(gè)像素既是時(shí)間、空間的函數(shù)，同時(shí)又有其光學(xué)特性圖像中的任何一個(gè)像素圖像中的任何一個(gè)像素P P通?？捎猛ǔ？捎? 8個(gè)物理量表示，即個(gè)物理量表示，即其中其中（x,y,zx,y,z）表示像素的）表示像素的空間變量空間變量; ;L,H,SL,H,S分別代表像素的分別代表像素的亮度亮度、

26、色調(diào)色調(diào)和和飽和度飽和度; ;R R則表示圖像的則表示圖像的分辨率分辨率（即每一個(gè)像素面積在圖像總面積中（即每一個(gè)像素面積在圖像總面積中 的比例的比例; ;t t是該像素產(chǎn)生上述物理量的是該像素產(chǎn)生上述物理量的時(shí)間時(shí)間。),(tRSHLzyxfP2 2、（二維）圖像信號(hào)的頻譜、（二維）圖像信號(hào)的頻譜 圖像通信系統(tǒng)是一個(gè)二維信息系統(tǒng)，因此可以進(jìn)行類圖像通信系統(tǒng)是一個(gè)二維信息系統(tǒng)，因此可以進(jìn)行類似的定義，二維函數(shù)似的定義，二維函數(shù)f f（x,yx,y）與其頻譜）與其頻譜F(,F(,) )的關(guān)系：的關(guān)系：dxdyeyxfFyxj )(2),(21),( ddeFyxfvyxj)(2),(21),(

27、據(jù)分析顯示，圖像中景物的復(fù)雜程度是有限的。通常其據(jù)分析顯示，圖像中景物的復(fù)雜程度是有限的。通常其中的大部分區(qū)域內(nèi)的內(nèi)容變化不大，而且人眼對(duì)空間頻率上中的大部分區(qū)域內(nèi)的內(nèi)容變化不大，而且人眼對(duì)空間頻率上的復(fù)雜程度（頻率）的分辨能力有一定的局限性，因而從頻的復(fù)雜程度（頻率）的分辨能力有一定的局限性，因而從頻率域上來(lái)觀察圖像時(shí)，大多數(shù)情況下其頻譜多局限在一定的率域上來(lái)觀察圖像時(shí)，大多數(shù)情況下其頻譜多局限在一定的范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。圖圖3-7 取樣圖像的頻譜取樣圖像的頻譜如圖如圖3-73-7所示，其中錐形區(qū)域代表二維圖像信號(hào)所示，其中錐形區(qū)域代表二維圖像信號(hào)f(x,yf(x,y) )在頻在頻率域上的有

28、效成分，率域上的有效成分，Um, VmUm, Vm分別代表水平和垂直方向上的分別代表水平和垂直方向上的最大空間頻率，可見(jiàn)最大空間頻率，可見(jiàn)F(,F(,) )所表示的是二維圖像信號(hào)與所表示的是二維圖像信號(hào)與空間頻率之間的關(guān)系，這種關(guān)系對(duì)圖像的數(shù)字化以及數(shù)字空間頻率之間的關(guān)系，這種關(guān)系對(duì)圖像的數(shù)字化以及數(shù)字處理具有非常重要的意義。處理具有非常重要的意義。1、二維取樣定理、二維取樣定理 一個(gè)模擬信號(hào)一個(gè)模擬信號(hào)f f（x, yx, y）的傅氏頻譜為）的傅氏頻譜為F(,F(,),),如如果其水平方向的截止頻率為果其水平方向的截止頻率為Um,Um,而垂直方向的截止頻率而垂直方向的截止頻率為為VmVm，那

29、么只要水平和垂直方向的取樣頻率分別為，那么只要水平和垂直方向的取樣頻率分別為U02UmU02Um和和V02VmV02Vm（水平間隔（水平間隔x1/(2Um),x1/(2Um),垂直間隔垂直間隔y1/(2Vm),y1/(2Vm),就可以精確地恢復(fù)出原圖像，就可以精確地恢復(fù)出原圖像，這就是二這就是二維取樣定理維取樣定理。3.3.2 取樣與二維取樣定理取樣與二維取樣定理 ijpyjxiFyxyxfF),(1),( ijjiFyx),(1x1y1其中其中 如果圖像信號(hào)為有限帶寬的信號(hào)，那么根據(jù)上式可以如果圖像信號(hào)為有限帶寬的信號(hào)，那么根據(jù)上式可以看出，抽樣后的圖像信號(hào)看出，抽樣后的圖像信號(hào)fp(x,y

30、)的的頻譜頻譜是原頻譜是原頻譜F(,)沿沿軸和軸和軸分別以軸分別以u(píng) u，v v為間隔無(wú)限地周期重復(fù)的結(jié)為間隔無(wú)限地周期重復(fù)的結(jié)果果.如圖如圖3-7（c）所示。）所示。 從圖中可以看出，從圖中可以看出，只要只要u2Umu2Um，v2Vmv2Vm ，抽樣后的，抽樣后的圖像信號(hào)頻譜就不會(huì)出現(xiàn)混疊圖像信號(hào)頻譜就不會(huì)出現(xiàn)混疊。因此通常在進(jìn)行取樣之。因此通常在進(jìn)行取樣之前，圖像信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，使其成為一個(gè)帶前，圖像信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，使其成為一個(gè)帶寬受限信號(hào)。當(dāng)以滿足上述條件的取樣間隔進(jìn)行取樣時(shí)，寬受限信號(hào)。當(dāng)以滿足上述條件的取樣間隔進(jìn)行取樣時(shí)，取樣后的圖像頻譜不會(huì)出現(xiàn)混疊的現(xiàn)象，這

31、樣可以利用一取樣后的圖像頻譜不會(huì)出現(xiàn)混疊的現(xiàn)象，這樣可以利用一個(gè)低通濾波器將原圖像頻譜濾出，從而可無(wú)失真地重建原個(gè)低通濾波器將原圖像頻譜濾出，從而可無(wú)失真地重建原圖像，這就是圖像，這就是二維取樣定理二維取樣定理，也稱為，也稱為二維奈奎斯特取樣定二維奈奎斯特取樣定理理。2、亞取樣、亞取樣 當(dāng)當(dāng)取樣頻率取樣頻率小于小于奈奎斯特取樣頻率奈奎斯特取樣頻率時(shí)，通常時(shí)，通常稱其為亞稱其為亞抽樣抽樣。這就向人們提出了新的課題，即如何在亞取樣情況。這就向人們提出了新的課題，即如何在亞取樣情況下，減少頻譜混疊而引起失真。在自然景物圖像中，由于垂下，減少頻譜混疊而引起失真。在自然景物圖像中，由于垂直和水平的物體、

32、線條、運(yùn)動(dòng)等比在其他方向上多，因此反直和水平的物體、線條、運(yùn)動(dòng)等比在其他方向上多，因此反映在頻譜中，就是映在頻譜中，就是水平和垂直方向的頻譜分量多于其他方水平和垂直方向的頻譜分量多于其他方向向，即自然景物圖像的頻譜主要分布在以原點(diǎn)為中心的菱形，即自然景物圖像的頻譜主要分布在以原點(diǎn)為中心的菱形范圍內(nèi)，如圖范圍內(nèi)，如圖3-8（b）中心陰影區(qū)域所示。相應(yīng)的二維空）中心陰影區(qū)域所示。相應(yīng)的二維空間取樣點(diǎn)分布如圖間取樣點(diǎn)分布如圖3-8（a）所示，沿水平和垂直方向上的）所示，沿水平和垂直方向上的取樣間隔分別為取樣間隔分別為22x x和和22y y。如何在亞取樣情況下，減少頻譜混疊而引起失真？如何在亞取樣情

33、況下，減少頻譜混疊而引起失真？ 菱形亞取樣菱形亞取樣圖圖3-8 菱形亞取樣及其頻譜分布菱形亞取樣及其頻譜分布 1、量化與量化信噪比、量化與量化信噪比 經(jīng)過(guò)取樣后所獲得的圖像是由一系列空間上離散的樣值序經(jīng)過(guò)取樣后所獲得的圖像是由一系列空間上離散的樣值序列構(gòu)成，每個(gè)樣值是一個(gè)有無(wú)窮多個(gè)取值的連續(xù)變量。列構(gòu)成，每個(gè)樣值是一個(gè)有無(wú)窮多個(gè)取值的連續(xù)變量。量化量化是是指將具有無(wú)限多個(gè)取值的樣值用有限個(gè)離散值來(lái)表示的過(guò)程，指將具有無(wú)限多個(gè)取值的樣值用有限個(gè)離散值來(lái)表示的過(guò)程，并且可以賦予不同的碼字，從而成為真正意義上的數(shù)字圖像。并且可以賦予不同的碼字，從而成為真正意義上的數(shù)字圖像。均勻量化均勻量化：將樣本連

34、續(xù)灰度等間隔分層量化方式稱為均勻量化：將樣本連續(xù)灰度等間隔分層量化方式稱為均勻量化非均勻量化非均勻量化：不等間隔分層量化方式稱為非均勻量化。：不等間隔分層量化方式稱為非均勻量化。3.3.3 量化與編碼量化與編碼 量化既然以有限個(gè)離散值來(lái)近似表示無(wú)限多個(gè)連續(xù)量，量化既然以有限個(gè)離散值來(lái)近似表示無(wú)限多個(gè)連續(xù)量，就一定會(huì)產(chǎn)生誤差，這就是所謂的就一定會(huì)產(chǎn)生誤差，這就是所謂的量化誤差量化誤差。由此產(chǎn)生的失。由此產(chǎn)生的失真叫量化失真或真叫量化失真或量化噪聲量化噪聲，對(duì)均勻量化來(lái)講，量化分層越，對(duì)均勻量化來(lái)講，量化分層越多，量化誤差越小，但編碼時(shí)占用比特?cái)?shù)就越多。在一定比多，量化誤差越小，但編碼時(shí)占用比特?cái)?shù)

35、就越多。在一定比特?cái)?shù)下，為了減少量化誤差，往往要用非均勻量化，如按圖特?cái)?shù)下，為了減少量化誤差，往往要用非均勻量化，如按圖像灰度值出現(xiàn)的概率大小不同進(jìn)行非均勻量化，即對(duì)灰度值像灰度值出現(xiàn)的概率大小不同進(jìn)行非均勻量化，即對(duì)灰度值經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行細(xì)量化，反之進(jìn)行粗量化。經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行細(xì)量化，反之進(jìn)行粗量化。2、編碼、編碼 通過(guò)計(jì)算可知，編碼位長(zhǎng)每增加通過(guò)計(jì)算可知，編碼位長(zhǎng)每增加/ /減小減小1bit1bit，就使量化，就使量化信噪比增加信噪比增加/ /減小約減小約6dB6dB，因此，取樣值的編碼比特?cái)?shù)，因此，取樣值的編碼比特?cái)?shù)n n，直，直接決定圖像的質(zhì)量。接決定圖像的質(zhì)量。 通常通常: :

36、廣播電視、視頻通信廣播電視、視頻通信 8bit8bit 高質(zhì)量靜止圖像、遙感圖像等高質(zhì)量靜止圖像、遙感圖像等 =10bit=10bit3.3.4 取樣、量化對(duì)圖像質(zhì)量的影響取樣、量化對(duì)圖像質(zhì)量的影響1、實(shí)際取樣脈沖寬度的影響、實(shí)際取樣脈沖寬度的影響 由于實(shí)際取樣脈沖不是理想的由于實(shí)際取樣脈沖不是理想的函數(shù)，而是具有函數(shù)，而是具有寬寬度，因此會(huì)存在取樣值誤差，從而引起高頻失真。度，因此會(huì)存在取樣值誤差，從而引起高頻失真。2、量化誤差的影響、量化誤差的影響 量化誤差所造成圖像質(zhì)量下降的主要原因有斜率過(guò)載、量化誤差所造成圖像質(zhì)量下降的主要原因有斜率過(guò)載、顆粒噪聲、邊緣忙亂和偽輪廓四種：顆粒噪聲、邊緣

37、忙亂和偽輪廓四種： 斜率過(guò)載斜率過(guò)載發(fā)生在發(fā)生在圖像灰度急劇變化的邊界圖像灰度急劇變化的邊界，正是由于，正是由于此處灰度變化太大，即使使用最大的量化值，仍無(wú)法反映此處灰度變化太大，即使使用最大的量化值，仍無(wú)法反映期間的變化，因此使圖像輪廓變得模糊。期間的變化，因此使圖像輪廓變得模糊。圖圖3-10 實(shí)際取樣脈沖的頻譜實(shí)際取樣脈沖的頻譜顆粒噪聲顆粒噪聲出現(xiàn)在出現(xiàn)在圖像灰度變化很小的區(qū)域圖像灰度變化很小的區(qū)域，這時(shí)最小的量化，這時(shí)最小的量化間隔仍不足以反映其緩慢的變化過(guò)程，因此可能會(huì)在兩個(gè)最間隔仍不足以反映其緩慢的變化過(guò)程，因此可能會(huì)在兩個(gè)最小量化電平之間出現(xiàn)來(lái)回振蕩的局面，造成解碼后所恢復(fù)的小量化

38、電平之間出現(xiàn)來(lái)回振蕩的局面，造成解碼后所恢復(fù)的圖像中其灰度平坦區(qū)域出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑。圖像中其灰度平坦區(qū)域出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑。邊緣忙亂邊緣忙亂是指是指在變化不太快的邊緣出現(xiàn)閃爍不定的現(xiàn)象在變化不太快的邊緣出現(xiàn)閃爍不定的現(xiàn)象。這。這是由于原始圖像中存在噪聲，它造成不同圖像幀之間在同一是由于原始圖像中存在噪聲，它造成不同圖像幀之間在同一像素位置產(chǎn)生的量化噪聲不同，從而引起緩慢變化的邊緣出像素位置產(chǎn)生的量化噪聲不同，從而引起緩慢變化的邊緣出現(xiàn)這種不確定的現(xiàn)象?，F(xiàn)這種不確定的現(xiàn)象。偽輪廓偽輪廓發(fā)生在發(fā)生在圖像亮度緩慢變化的區(qū)域圖像亮度緩慢變化的區(qū)域，此時(shí)預(yù)測(cè)誤差較，此時(shí)預(yù)測(cè)誤差較小，但實(shí)際系統(tǒng)中所采用量化

39、間隔過(guò)大，則會(huì)在圖像亮度緩小，但實(shí)際系統(tǒng)中所采用量化間隔過(guò)大，則會(huì)在圖像亮度緩慢增加或減小的區(qū)域，出現(xiàn)這種偽輪廓的現(xiàn)象。慢增加或減小的區(qū)域，出現(xiàn)這種偽輪廓的現(xiàn)象。3-4 電視技術(shù)基礎(chǔ)電視技術(shù)基礎(chǔ) 3.4.1 電視系統(tǒng)的組成電視系統(tǒng)的組成 電視是利用光電和電光轉(zhuǎn)換原理，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電電視是利用光電和電光轉(zhuǎn)換原理，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，然后再還原為光圖像的一門技術(shù)，信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，然后再還原為光圖像的一門技術(shù)，其其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖如圖3-113-11所示。所示。 在發(fā)送端首先經(jīng)過(guò)攝像設(shè)備，如攝像機(jī)，將景物進(jìn)行在發(fā)送端首先經(jīng)過(guò)攝像設(shè)備，如攝像機(jī)，將景物進(jìn)行圖像分解，完成空

40、時(shí)、光電變換（在后面介紹），然后送圖像分解，完成空時(shí)、光電變換（在后面介紹），然后送至信道進(jìn)行圖像信息的傳送。在接收端再由顯像設(shè)備，如至信道進(jìn)行圖像信息的傳送。在接收端再由顯像設(shè)備，如顯示器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行圖像復(fù)合，還原成原圖像，而其顯示器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行圖像復(fù)合，還原成原圖像，而其中的同步系統(tǒng)，則負(fù)責(zé)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)之間的同步關(guān)系，中的同步系統(tǒng)，則負(fù)責(zé)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)之間的同步關(guān)系，這只是初略的劃分，一般來(lái)說(shuō)，這只是初略的劃分，一般來(lái)說(shuō)， 整個(gè)整個(gè)電視系統(tǒng)電視系統(tǒng)主要由主要由成像、電視信號(hào)形成、信號(hào)處理、成像、電視信號(hào)形成、信號(hào)處理、傳輸系統(tǒng)、電視信號(hào)接收與顯示傳輸系統(tǒng)、電視信號(hào)接收與顯示等部分

41、組成。等部分組成。圖圖3-11 電視系統(tǒng)基本組成電視系統(tǒng)基本組成電視制式電視制式 所謂電視制式，所謂電視制式，實(shí)際上是一種電視顯示的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是一種電視顯示的標(biāo)準(zhǔn)。不同的制式，對(duì)視頻信號(hào)的解碼方式、色彩處理的不同的制式，對(duì)視頻信號(hào)的解碼方式、色彩處理的方式以及屏幕掃描頻率的要求都有所不同，因此如方式以及屏幕掃描頻率的要求都有所不同，因此如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理的視頻信號(hào)的制式與連接的視頻果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理的視頻信號(hào)的制式與連接的視頻設(shè)備的制式不同，在播放時(shí)，圖像的效果就會(huì)有明設(shè)備的制式不同，在播放時(shí)，圖像的效果就會(huì)有明顯下降，甚至根本無(wú)法播放顯下降，甚至根本無(wú)法播放 。 目前目前國(guó)際上三大模擬彩色電視

42、制式國(guó)際上三大模擬彩色電視制式： PAL、NTSC、SECAMPALPAL制式制式 PAL是是phase Alternate Line的縮寫(xiě)，譯為相的縮寫(xiě)，譯為相位逐行交換。它是前聯(lián)邦德國(guó)位逐行交換。它是前聯(lián)邦德國(guó)1962年制定的一種年制定的一種電視制式。它規(guī)定電視制式。它規(guī)定每秒每秒25幀幀，每幀每幀625行行，水平分，水平分辨率為辨率為240400個(gè)像素點(diǎn)，個(gè)像素點(diǎn)，隔行掃描隔行掃描，掃描頻率掃描頻率50Hz，寬高比例寬高比例4:3。我國(guó)和西歐大部分國(guó)家都使。我國(guó)和西歐大部分國(guó)家都使用這種制式。用這種制式。NTSCNTSC制式制式 NTSC是是Notional Television Sys

43、tem Committe的縮的縮寫(xiě)，譯為國(guó)家電視制式委員會(huì)。它是寫(xiě)，譯為國(guó)家電視制式委員會(huì)。它是1953年美國(guó)研制成功的年美國(guó)研制成功的一種兼容的彩色電視制式。它規(guī)定一種兼容的彩色電視制式。它規(guī)定每秒每秒30幀幀，每幀每幀526行行，水平分辨率為水平分辨率為240400個(gè)像素點(diǎn)，個(gè)像素點(diǎn)，隔行掃描隔行掃描，掃描頻率掃描頻率60Hz，寬高比例寬高比例4:3。北美、日本等一些國(guó)家使用這種制式。北美、日本等一些國(guó)家使用這種制式。SECAM制式制式 SECAM是是Sequential Color Memory System的縮寫(xiě)，的縮寫(xiě)，譯為順序傳送彩色存儲(chǔ)。它是法國(guó)于譯為順序傳送彩色存儲(chǔ)。它是法國(guó)于

44、1965年提出的一種標(biāo)準(zhǔn)。年提出的一種標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定每秒它規(guī)定每秒25幀，每幀幀，每幀625行，隔行掃描，掃描頻率為行，隔行掃描，掃描頻率為50Hz，寬高比例，寬高比例4:3。上述。上述指標(biāo)均與指標(biāo)均與PAL制式相同，不同點(diǎn)主制式相同，不同點(diǎn)主要在于色度信號(hào)的處理上要在于色度信號(hào)的處理上。法國(guó)、俄羅斯、非洲地區(qū)使用這種。法國(guó)、俄羅斯、非洲地區(qū)使用這種制式。制式。 3.4.2 彩色電視信號(hào)的形成與傳送原理彩色電視信號(hào)的形成與傳送原理1 1、電視信號(hào)的形成、電視信號(hào)的形成 在實(shí)用電視系統(tǒng)中是在實(shí)用電視系統(tǒng)中是采用掃描采用掃描的方式來(lái)完成圖像的分解的方式來(lái)完成圖像的分解與變換，即用時(shí)間的一維函數(shù)來(lái)代表

45、像素信息的物理量，與變換，即用時(shí)間的一維函數(shù)來(lái)代表像素信息的物理量，完完成掃描功能的設(shè)備就是攝像機(jī)成掃描功能的設(shè)備就是攝像機(jī)，如圖，如圖3-11所示。所示。 在目前的電視系統(tǒng)中普遍使用電真空攝像器件，以此通在目前的電視系統(tǒng)中普遍使用電真空攝像器件，以此通過(guò)電子束掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，但隨著過(guò)電子束掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，但隨著CCD攝像機(jī)的不斷投攝像機(jī)的不斷投入使用，也可以利用各種脈沖數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。入使用，也可以利用各種脈沖數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。2 2、電視系統(tǒng)的亮度方程、電視系統(tǒng)的亮度方程 彩色電視系統(tǒng)是按照彩色電視系統(tǒng)是按照三基色的原理三基色的原理而設(shè)計(jì)的，三基色而設(shè)計(jì)的，三基色原理

46、告訴我們?nèi)魏我环N彩色都可以由另外的三種彩色按不原理告訴我們?nèi)魏我环N彩色都可以由另外的三種彩色按不同的比例混合而成。通常選擇紅、綠、藍(lán)為標(biāo)準(zhǔn)的三基同的比例混合而成。通常選擇紅、綠、藍(lán)為標(biāo)準(zhǔn)的三基色，用這三個(gè)攝像管分別提取景物光學(xué)圖像中的這三種彩色，用這三個(gè)攝像管分別提取景物光學(xué)圖像中的這三種彩色分量，以此來(lái)模仿人眼中的色分量，以此來(lái)模仿人眼中的三種錐形細(xì)胞三種錐形細(xì)胞的視覺(jué)效果。的視覺(jué)效果。這樣便形成了彩色電視系統(tǒng)中的紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量。這樣便形成了彩色電視系統(tǒng)中的紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量。 由于彩色電視系統(tǒng)是在黑白電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上由于彩色電視系統(tǒng)是在黑白電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以當(dāng)時(shí)彩

47、色電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮發(fā)展起來(lái)的，所以當(dāng)時(shí)彩色電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到與已有的黑白電視系統(tǒng)的兼容問(wèn)題，因此在彩色到與已有的黑白電視系統(tǒng)的兼容問(wèn)題，因此在彩色電視系統(tǒng)中所傳輸?shù)牟皇羌t、綠、藍(lán)三個(gè)基色分電視系統(tǒng)中所傳輸?shù)牟皇羌t、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量，而是量，而是傳輸傳輸1個(gè)亮度分量和個(gè)亮度分量和2個(gè)色差分量個(gè)色差分量。它們。它們與與紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量（紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量（R,G,B）呈矩陣變換關(guān)）呈矩陣變換關(guān)系，因而在系統(tǒng)的發(fā)射端要利用變換矩陣將紅、綠、系，因而在系統(tǒng)的發(fā)射端要利用變換矩陣將紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色分量變換為藍(lán)三個(gè)基色分量變換為1個(gè)亮度分量和個(gè)亮度分量和2個(gè)色差分個(gè)色差分量，然后進(jìn)行

48、信息的傳送。量，然后進(jìn)行信息的傳送。 在彩色電視系統(tǒng)中由在彩色電視系統(tǒng)中由3種基色分量種基色分量R、G、B構(gòu)成的亮度構(gòu)成的亮度信號(hào)的比例關(guān)系為：信號(hào)的比例關(guān)系為：BGRY114. 0587. 0299. 0上式就是上式就是電視系統(tǒng)的亮度方程電視系統(tǒng)的亮度方程。 另外還有另外還有2 2個(gè)色差信號(hào)個(gè)色差信號(hào)U U和和V V，U U表示所傳輸?shù)乃{(lán)基表示所傳輸?shù)乃{(lán)基色分量與亮度分量的差值信號(hào)，而色分量與亮度分量的差值信號(hào)，而V V表示所傳送的紅基表示所傳送的紅基色分量與亮度分量的差值信號(hào)，它們存在下述關(guān)系：色分量與亮度分量的差值信號(hào)，它們存在下述關(guān)系：)(1YBkU)(2YRkV 其中其中k1,k2為

49、加權(quán)系數(shù)，系統(tǒng)中所選擇的加權(quán)系數(shù)不為加權(quán)系數(shù)，系統(tǒng)中所選擇的加權(quán)系數(shù)不同，那么在相同亮度信號(hào)下，所得到的色差信號(hào)也不同。同，那么在相同亮度信號(hào)下，所得到的色差信號(hào)也不同。 如果系統(tǒng)是如果系統(tǒng)是黑白電視系統(tǒng)黑白電視系統(tǒng)，R=G=B=0,可以得出這樣可以得出這樣的結(jié)論，即的結(jié)論，即U=V=0. 如果系統(tǒng)是如果系統(tǒng)是彩色電視系統(tǒng)彩色電視系統(tǒng)，除了亮度之外，圖像的色，除了亮度之外，圖像的色調(diào)和飽和度都是表示圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，它們與調(diào)和飽和度都是表示圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，它們與U、V的的關(guān)系如下：關(guān)系如下： 圖像的色調(diào)圖像的色調(diào)= 圖像的飽和度圖像的飽和度=VU22VU 以上我們介紹了亮度方程及亮度信號(hào)

50、以上我們介紹了亮度方程及亮度信號(hào)Y Y與與2 2個(gè)色差信號(hào)個(gè)色差信號(hào)U U、V V之間的關(guān)系和圖像色調(diào)、圖像飽和度與之間的關(guān)系和圖像色調(diào)、圖像飽和度與U U、V V的關(guān)系。的關(guān)系。在此過(guò)程中人們不禁會(huì)問(wèn)為什么彩色電視系統(tǒng)不直接傳送在此過(guò)程中人們不禁會(huì)問(wèn)為什么彩色電視系統(tǒng)不直接傳送R R、G G、B B信號(hào)，而傳送信號(hào)，而傳送Y Y、U U、V V信號(hào)？信號(hào)？ 消除了相關(guān)性，減少數(shù)據(jù)量消除了相關(guān)性，減少數(shù)據(jù)量 兼容性（彩色與黑白電視）兼容性（彩色與黑白電視）彩色電視制式彩色電視制式：PALPAL、NTSCNTSC、SECAMSECAM3 3、掃描、掃描空間頻率與時(shí)間頻率的轉(zhuǎn)換空間頻率與時(shí)間頻率的

51、轉(zhuǎn)換 在攝像管和顯像管中，電子束都是以某種周期規(guī)律在光在攝像管和顯像管中，電子束都是以某種周期規(guī)律在光電導(dǎo)層和熒光屏上作來(lái)回地運(yùn)動(dòng)。電導(dǎo)層和熒光屏上作來(lái)回地運(yùn)動(dòng)。這一過(guò)程就是電子掃描這一過(guò)程就是電子掃描。從而完成由空間分布的像素變?yōu)殡S時(shí)間而變化的電信號(hào)，同從而完成由空間分布的像素變?yōu)殡S時(shí)間而變化的電信號(hào)，同時(shí)顯示器也利用電子掃描把所接收的隨時(shí)間變化的電信號(hào)變時(shí)顯示器也利用電子掃描把所接收的隨時(shí)間變化的電信號(hào)變換成空間分布的像素（與發(fā)送時(shí)的空間排列規(guī)律相同），從換成空間分布的像素（與發(fā)送時(shí)的空間排列規(guī)律相同），從而復(fù)合成一幅完整的光圖像。而復(fù)合成一幅完整的光圖像。 根據(jù)掃描的路徑來(lái)區(qū)分，電子束的

52、掃描可分為根據(jù)掃描的路徑來(lái)區(qū)分，電子束的掃描可分為逐行掃描逐行掃描和和隔行掃描隔行掃描兩種方式。兩種方式。逐行掃描逐行掃描 逐行掃描逐行掃描是指電子束按一行接一行的規(guī)律，是指電子束按一行接一行的規(guī)律，從上到下從上到下（稱為垂直掃描或（稱為垂直掃描或場(chǎng)掃描場(chǎng)掃描）的對(duì)整個(gè)一幅（幀）畫(huà)面進(jìn)行）的對(duì)整個(gè)一幅（幀）畫(huà)面進(jìn)行掃描的方式。掃描的方式。而而從左到右掃描從左到右掃描稱為水平掃描，也叫稱為水平掃描，也叫行掃描行掃描。 逐行掃描中逐行掃描中幀和場(chǎng)是一個(gè)概念，幀和場(chǎng)是一個(gè)概念，幀頻幀頻=場(chǎng)頻場(chǎng)頻。 人們將一個(gè)正程（從屏幕的最左端掃描到最右端）人們將一個(gè)正程（從屏幕的最左端掃描到最右端）和逆程所用的時(shí)

53、間稱為和逆程所用的時(shí)間稱為掃描周期掃描周期，用，用T TH H表示，由此可表示，由此可以得出以得出行掃描頻率行掃描頻率（行頻）（行頻）f fH H：HHTf1可見(jiàn)行掃描頻率（行頻）可見(jiàn)行掃描頻率（行頻）f fH H是行周期的倒數(shù)。是行周期的倒數(shù)。 場(chǎng)掃描過(guò)程也可分為場(chǎng)正程和場(chǎng)逆程。場(chǎng)正程是指電場(chǎng)掃描過(guò)程也可分為場(chǎng)正程和場(chǎng)逆程。場(chǎng)正程是指電子束均勻地從屏幕的最上方掃描道最下方的過(guò)程。場(chǎng)逆程子束均勻地從屏幕的最上方掃描道最下方的過(guò)程。場(chǎng)逆程則是指從屏幕的下方又返回到最上方的過(guò)程，可見(jiàn)整個(gè)場(chǎng)則是指從屏幕的下方又返回到最上方的過(guò)程，可見(jiàn)整個(gè)場(chǎng)掃描所用的時(shí)間包括場(chǎng)正程和場(chǎng)逆程的時(shí)間。通常用掃描所用的時(shí)間

54、包括場(chǎng)正程和場(chǎng)逆程的時(shí)間。通常用T TV V表表示，如圖示，如圖3-123-12所示，要求逆程所用的時(shí)間少。所示，要求逆程所用的時(shí)間少。場(chǎng)掃描頻率（場(chǎng)頻）場(chǎng)掃描頻率（場(chǎng)頻）可見(jiàn)場(chǎng)掃描頻率是場(chǎng)掃描周期的倒數(shù)?？梢?jiàn)場(chǎng)掃描頻率是場(chǎng)掃描周期的倒數(shù)。在逐行掃描過(guò)程中要求一場(chǎng)的掃描行數(shù)必須是整數(shù)，在逐行掃描過(guò)程中要求一場(chǎng)的掃描行數(shù)必須是整數(shù)，即即 其中其中n n為整數(shù)，代表每場(chǎng)中所包含的掃描行數(shù)，由此我們?yōu)檎麛?shù)，代表每場(chǎng)中所包含的掃描行數(shù)，由此我們可以得到可以得到場(chǎng)頻與行頻之間的關(guān)系場(chǎng)頻與行頻之間的關(guān)系：vvTf1HVnTT HVnff場(chǎng)掃描頻率（場(chǎng)頻）：場(chǎng)頻與行頻之間的關(guān)系：vvTf1HVnff 圖圖3

55、-12 逐行掃描過(guò)程逐行掃描過(guò)程2、隔行掃描、隔行掃描 為了使人眼在觀看連續(xù)圖像時(shí)，無(wú)閃爍感覺(jué)，則要求為了使人眼在觀看連續(xù)圖像時(shí)，無(wú)閃爍感覺(jué)，則要求場(chǎng)掃描頻率高于臨界閃爍頻率，同時(shí)又能達(dá)到人眼對(duì)圖像場(chǎng)掃描頻率高于臨界閃爍頻率，同時(shí)又能達(dá)到人眼對(duì)圖像清晰度的要求，這就要求掃描行應(yīng)在清晰度的要求，這就要求掃描行應(yīng)在500500行以上，這樣需為行以上，這樣需為其提供其提供10MHz10MHz以上的頻帶?？梢?jiàn)無(wú)論信道的利用率，還是設(shè)以上的頻帶。可見(jiàn)無(wú)論信道的利用率，還是設(shè)備的復(fù)雜程度都要求很高。為了減小圖像信號(hào)所占用的帶備的復(fù)雜程度都要求很高。為了減小圖像信號(hào)所占用的帶寬，可以通過(guò)降低場(chǎng)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，但隨

56、之又會(huì)帶來(lái)閃爍的問(wèn)寬，可以通過(guò)降低場(chǎng)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，但隨之又會(huì)帶來(lái)閃爍的問(wèn)題，而降低掃描行數(shù)，又會(huì)使圖像的清晰度下降。為了解題，而降低掃描行數(shù)，又會(huì)使圖像的清晰度下降。為了解決這一矛盾，人們采用隔行掃描方式。決這一矛盾，人們采用隔行掃描方式。 奇數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)、偶數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng) 隔行掃描是指將一幅（幀）圖像分成兩場(chǎng)進(jìn)行隔行掃描是指將一幅（幀）圖像分成兩場(chǎng)進(jìn)行掃描，第一場(chǎng)掃描掃描，第一場(chǎng)掃描1 1，3 3，5 5，7 7等奇數(shù)行，通常稱等奇數(shù)行，通常稱為為奇數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)，然后再掃描，然后再掃描2 2，4 4，6 6，8 8等偶數(shù)行，故等偶數(shù)行，故而稱為而稱為偶數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)。可見(jiàn)兩場(chǎng)疊加起來(lái)就是一幅完整的。可見(jiàn)兩場(chǎng)

57、疊加起來(lái)就是一幅完整的圖像。如圖圖像。如圖3-133-13所示。所示。圖圖3-13 隔行掃描隔行掃描隔行掃描中隔行掃描中 幀頻和場(chǎng)頻是不同的，幀頻是每秒傳送圖像的幀數(shù)，由于一幀幀頻和場(chǎng)頻是不同的，幀頻是每秒傳送圖像的幀數(shù)，由于一幀被分為奇、偶兩場(chǎng)，因此，被分為奇、偶兩場(chǎng)，因此，幀頻是場(chǎng)頻的一半幀頻是場(chǎng)頻的一半。我國(guó)。我國(guó)PAL電視標(biāo)準(zhǔn)中，場(chǎng)電視標(biāo)準(zhǔn)中，場(chǎng)頻為頻為50Hz，幀頻為，幀頻為25Hz。4 4、電視信號(hào)的頻譜特點(diǎn)與頻道分配策略、電視信號(hào)的頻譜特點(diǎn)與頻道分配策略( (自學(xué)）自學(xué)）（1 1）靜止圖像和活動(dòng)圖像頻譜）靜止圖像和活動(dòng)圖像頻譜 靜止圖像靜止圖像的頻譜是由行頻正弦波及其各次諧波構(gòu)成

58、的的頻譜是由行頻正弦波及其各次諧波構(gòu)成的離散型線狀譜，其頻率成分可以用離散型線狀譜，其頻率成分可以用f fn n=nf=nfh hmfmfv v來(lái)表示，即來(lái)表示，即行頻及其諧波是以行頻及其諧波是以f fH H為間隔分布的，而且諧波次數(shù)越高，其為間隔分布的，而且諧波次數(shù)越高，其振幅也越小。場(chǎng)頻及其諧波則以振幅也越小。場(chǎng)頻及其諧波則以f fV V為間隔對(duì)稱地分布在行頻為間隔對(duì)稱地分布在行頻及其諧波的兩側(cè)，幅度也隨諧波次數(shù)的增加而減少，而且及其諧波的兩側(cè)，幅度也隨諧波次數(shù)的增加而減少，而且場(chǎng)頻各次諧波幅度的衰減速度還更快。可見(jiàn)場(chǎng)頻各次諧波幅度的衰減速度還更快?？梢?jiàn)圖像信號(hào)的能圖像信號(hào)的能量主要集中在

59、行頻及其諧波的兩側(cè)很窄的一個(gè)頻帶內(nèi)量主要集中在行頻及其諧波的兩側(cè)很窄的一個(gè)頻帶內(nèi)。 對(duì)于對(duì)于活動(dòng)圖像活動(dòng)圖像，由于行與行、場(chǎng)與場(chǎng)之間存在一定的相，由于行與行、場(chǎng)與場(chǎng)之間存在一定的相關(guān)性（相鄰行、相鄰場(chǎng)的內(nèi)容變化不大），所以活動(dòng)圖像關(guān)性（相鄰行、相鄰場(chǎng)的內(nèi)容變化不大），所以活動(dòng)圖像具有準(zhǔn)周期性，其頻譜分布結(jié)構(gòu)基本不變，只是行頻及其具有準(zhǔn)周期性，其頻譜分布結(jié)構(gòu)基本不變，只是行頻及其諧波兩側(cè)的譜線更密。諧波兩側(cè)的譜線更密。圖圖3-14 隔行掃描靜止圖像頻譜隔行掃描靜止圖像頻譜（2）頻譜交錯(cuò)原理和平衡正交調(diào)制）頻譜交錯(cuò)原理和平衡正交調(diào)制a.a.頻譜交錯(cuò)原理頻譜交錯(cuò)原理 由上述分析可知，電視信號(hào)的頻譜是

60、以行頻、場(chǎng)頻或幀由上述分析可知，電視信號(hào)的頻譜是以行頻、場(chǎng)頻或幀頻按一定的規(guī)律排列而成的離散型線狀譜，而且譜線中間存頻按一定的規(guī)律排列而成的離散型線狀譜，而且譜線中間存在很大的空間。另外在很大的空間。另外U,VU,V色差信號(hào)是由色差信號(hào)是由R,G,BR,G,B的線性組合，因的線性組合，因而其頻譜分布具有相同的規(guī)律，因此在彩色電視中，正是而其頻譜分布具有相同的規(guī)律，因此在彩色電視中，正是利利用電視信號(hào)的這一特性用電視信號(hào)的這一特性，可將色差信號(hào)插入到這些空隙之可將色差信號(hào)插入到這些空隙之中中. .具體方法是：具體方法是： 選擇副載波選擇副載波f fSCSC, ,它是半行頻的奇數(shù)倍，即它是半行頻的