視頻信號(hào)處理基本知識(shí)

第四章視頻信號(hào)處理4．1視頻信號(hào)概述 4．1．1視頻信號(hào)的表示（種類、屬性） 4．1．2視頻信號(hào)的編碼和譯碼 4．1．3圖象的顏色模型 4．1．4電視信號(hào)概述 4．1．5圖象的文件格式4．2基本的圖像編碼技術(shù)4．2．1行程編碼4．2．2哈夫曼編碼4．2．3LZW編碼4．2．4二維預(yù)測(cè)編碼4．2．5變換編碼4．3靜態(tài)圖像的JPEG技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 4．3．1JPEG的基本內(nèi)容 4．3．2編碼算法 4．3．3源圖像數(shù)據(jù) 4．3．4壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式4．4動(dòng)態(tài)圖像的處理 4．4．1動(dòng)態(tài)圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù) 4．4．2H．261標(biāo)準(zhǔn) 4．4．3MPEG動(dòng)態(tài)圖像標(biāo)準(zhǔn)2021/10/10星期日14．1視頻信號(hào)概述4．1．1視頻信號(hào)的表示

一、視頻信號(hào)的形式提到視頻信號(hào)，人們首先想到的是電視信號(hào)，這是一種動(dòng)態(tài)視頻圖像信號(hào)；還有靜態(tài)圖像信號(hào)。其它如可視電話的圖像信號(hào)也屬于視頻信號(hào)。

二、圖像的屬性圖像的屬性主要有：分辨率、像素深度、真/偽彩色、圖像的表示法和種類等。各種圖像信號(hào)有黑白和彩色；也有模擬和數(shù)字之分。圖像信號(hào)的根源都是模擬的。

屬性一：分辨率我們經(jīng)常遇到的分辨率有兩種：顯示分辨率和圖像分辨率。1.顯示分辨率2.圖像分辨率

屬性二：像素深度和圖象深度屬性三：真彩色、偽彩色與直接色

2021/10/10星期日2精品資料2021/10/10星期日3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒(méi)有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒(méi)有學(xué)問(wèn)無(wú)顏見(jiàn)爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥(niǎo)說(shuō)早早早……”2021/10/10星期日42021/10/10星期日5三、圖像的種類在計(jì)算機(jī)中，有兩種類型的圖：矢量圖(vectorgraphics)和位映像圖(bitmappedgraphics)。矢量圖是用數(shù)學(xué)方法描述的一系列點(diǎn)、線、弧和其他幾何形狀，如圖4-2(a)所示。因此存放這種圖使用的格式稱為矢量圖格式，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要是繪制圖形的數(shù)學(xué)描述；位映像圖(bitmappedgraphics)也稱光柵圖(rastergraphics)，這種圖就像電視圖像一樣，由像點(diǎn)組成的，如圖4-2(b)，因此存放這種圖使用的格式稱為位映像圖格式，經(jīng)常簡(jiǎn)稱為位圖格式，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是描述像素的數(shù)值。

2021/10/10星期日64．1．2視頻信號(hào)的編碼和譯碼

彩色視頻信號(hào)的編碼過(guò)程框圖如圖4-2-1所示。圖中假設(shè)視頻信號(hào)源提供的是模擬的三基色R、G、B信號(hào)。該信號(hào)在彩色坐標(biāo)變換中，實(shí)現(xiàn)式（4-2-1）所示的變換。先將R、G、B信號(hào)變換為亮度和二個(gè)色差信號(hào)（Y、U、V）。而后，對(duì)Y、U、V三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行采樣并進(jìn)行A/D變換。后面的工作主要是對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，以保證在一定質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)上最大限度地減少數(shù)據(jù)量。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)壓縮的彩色視頻信號(hào)可用于傳遞（無(wú)線、光纖等），也可用磁盤（或磁帶等媒體）存貯起來(lái)或用光盤將其記錄下來(lái)。有關(guān)問(wèn)題的細(xì)節(jié)，是本章后面要闡述的主要內(nèi)容。

2021/10/10星期日7圖4-2-1彩色視頻信號(hào)的編碼過(guò)程框圖當(dāng)視頻信號(hào)傳送到接收端（或存貯于不同媒體的視頻信號(hào)回放）時(shí)，視頻信號(hào)要經(jīng)過(guò)譯碼來(lái)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，譯碼過(guò)程框圖如圖4-2-2所示。

彩色信息源坐標(biāo)變換映射變換量化編碼A/D變換A/D變換A/D變換RGBYUV2021/10/10星期日8解碼坐標(biāo)變換彩色輸出設(shè)備D/A變換D/A變換D/A變換傳送回放

圖4-2-2視頻信號(hào)譯碼過(guò)程框圖

已壓縮的視頻信號(hào)經(jīng)解碼器進(jìn)行解壓縮，再由D/A變換器恢復(fù)亮度和二個(gè)色差信號(hào)（Y、U、V）。這三個(gè)信號(hào)（Y、U、V）經(jīng)變換可恢復(fù)原始的R、G、B三基色信號(hào)。R、G、B加到輸出設(shè)備上（最常見(jiàn)的輸出設(shè)備就是電視機(jī)、監(jiān)視器或彩色打印機(jī)等）供用戶觀察。

以上就是以彩色視頻信號(hào)為例，說(shuō)明其編碼和譯碼的簡(jiǎn)單過(guò)程。

RGB2021/10/10星期日94．1．3圖象的顏色模型4．1．3．1視角系統(tǒng)對(duì)顏色的感知 顏色是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)光的感知結(jié)果?？梢?jiàn)光是波長(zhǎng)在380nm～780nm之間的電磁波，我們看到的大多數(shù)光不是一種波長(zhǎng)的光，而是由許多不同波長(zhǎng)的光組合成的。研究表明，人的視網(wǎng)膜有對(duì)紅、綠、藍(lán)顏色敏感程度不同的三種錐體細(xì)胞，另外還有一種在光功率極端低的條件下才起作用的桿狀體細(xì)胞，因此顏色只存在于眼睛和大腦。在計(jì)算機(jī)圖像處理中，桿狀細(xì)胞還沒(méi)有扮演什么角色。人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色的感知可歸納出如下幾個(gè)特性：1、眼睛本質(zhì)上是一個(gè)照相機(jī)。人的視網(wǎng)膜(humanretina)通過(guò)神經(jīng)元來(lái)感知外部世界的顏色，每個(gè)神經(jīng)元或者是一個(gè)對(duì)顏色敏感的錐體(cone)，或者是一個(gè)對(duì)顏色不敏感的桿狀體(rod)。2、紅、綠和藍(lán)三種錐體細(xì)胞對(duì)不同頻率的光的感知程度不同，對(duì)不同亮度的感知程度也不同，如圖4-03所示。這就意味著，人們可以使用數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)降低數(shù)據(jù)率而不使人感到圖像質(zhì)量明顯下降。2021/10/10星期日10圖4-03視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性[1][3]圖4-03視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性[1][3

2021/10/10星期日114．1．3．2圖像的顏色模型

一個(gè)能發(fā)出光波的物體稱為有源物體，它的顏色由該物體發(fā)出的光波決定，使用RGB相加混色模型；一個(gè)不發(fā)光波的物體稱為無(wú)源物體，它的顏色由該物體吸收或者反射哪些光波決定，用CMY相減混色模型。1、顯示彩色圖像用RGB相加混色模型電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器使用的陰極射線管(cathoderaytube，CRT)是一個(gè)有源物體。CRT使用3個(gè)電子槍分別產(chǎn)生紅(Red)、綠(Green)和藍(lán)(Blue)三種波長(zhǎng)的光，并以各種不同的相對(duì)強(qiáng)度綜合起來(lái)產(chǎn)生顏色，如圖4-05所示。組合這三種光波以產(chǎn)生特定顏色稱為相加混色，稱為RGB相加模型。相加混色是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中定義顏色的基本方法。2021/10/10星期日12顏色＝R(紅色的百分比)＋G(綠色的百分比)＋B(藍(lán)色的百分比)當(dāng)三基色等量相加時(shí)，得到白色；等量的紅綠相加而藍(lán)為0值時(shí)得到黃色；等量的紅藍(lán)相加而綠為0時(shí)得到品紅色；等量的綠藍(lán)相加而紅為0時(shí)得到青色。這些三基色相加的結(jié)果如圖4-06所示。

圖4-05彩色顯像管產(chǎn)生顏色的原理

2021/10/10星期日13圖4-06相加混色

在多媒體計(jì)算機(jī)中，除用RGB來(lái)表示圖像之外，還用色調(diào)-飽和度-亮度(hue-saturation-lightness，HSL)顏色模型在HSL模型中，H定義顏色的波長(zhǎng)，稱為色調(diào)；S定義顏色的強(qiáng)度(intensity)，表示顏色的深淺程度，稱為飽和度；L定義摻入的白光量，稱為亮度。用HSL表示顏色的重要性，是因?yàn)樗容^容易為畫(huà)家所理解。若把S和L的值設(shè)置為1，當(dāng)改變H時(shí)就是選擇不同的純顏色；減小飽和度S時(shí)，就可體現(xiàn)摻入白光的效果；降低亮度時(shí)，顏色就暗，相當(dāng)于摻入黑色。因此在Windows中也用了HSL表示法，16色VGA調(diào)色板的值也表示在表5-02中。2021/10/10星期日14表4-0216色VGA調(diào)色板的值代碼RGBHSL顏色000016000黑(Black)10012816024060藍(lán)(Blue)2012808024060綠(Green)3012812812024060青(Cyan)412800024060紅(Red)2021/10/10星期日152、打印彩色圖像用CMY相減混色模型用彩色墨水或顏料進(jìn)行混合，這樣得到的顏色稱為相減色。在理論上說(shuō)，任何一種顏色都可以用三種基本顏料按一定比例混合得到。這三種顏色是青色(Cyan)、品紅(Magenta)和黃色(Yellow)，通常寫(xiě)成CMY，稱為CMY模型。用這種方法產(chǎn)生的顏色之所以稱為相減色，是因?yàn)樗鼫p少了為視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。在相減混色中，當(dāng)三基色等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時(shí)，得到綠色(G)。這些三基色相減結(jié)果如圖4-07所示。2021/10/10星期日16圖4-07相減混色

彩色打印機(jī)采用的就是這種原理，印刷彩色圖片也是采用這種原理。按每個(gè)像素每種顏色用1位表示，相減法產(chǎn)生的8種顏色如表4-03所示。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色(blackink)，所以CMY又寫(xiě)成CMYK。2021/10/10星期日17青色品紅黃色相減色000白001黃010品紅011紅100青101綠110藍(lán)111黑表4-03相減色2021/10/10星期日18表4-04相加色與相減色的關(guān)系相加混色相減混色生成的顏色RGBCMY

000111黑001110藍(lán)010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白2021/10/10星期日19RGB彩色空間和CMY彩色空間也可以使用圖4-08所示的立方體來(lái)表示。圖4-08RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法

2021/10/10星期日204．1．3．3彩色空間的線性變換標(biāo)準(zhǔn)為了使用人的視角特性以降低數(shù)據(jù)量，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到其他彩色空間。目前采用的彩色空間變換有三種：YIQ,YUV和YCrCb。每一種彩色空間都產(chǎn)生一種亮度分量信號(hào)和兩種色度分量信號(hào)，而每一種變換使用的參數(shù)都是為了適應(yīng)某種類型的顯示設(shè)備。其中，YIQ適用于NTSC彩色電視制式，YUV適用于PAL和SECAM彩色電視制式，而YCrCb適用于計(jì)算機(jī)用的顯示器。1、YUV與YIQ模型在彩色電視制式中，使用YUV和YIQ模型來(lái)表示彩色圖像。在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，其中的YUV不是那幾個(gè)英文單詞的組合詞，而是符號(hào)，Y表示亮度，UV用來(lái)表示色差，U、V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量；在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。

2021/10/10星期日21YUV的優(yōu)點(diǎn)：1、YUV表示法的重要性是它的亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(U、V)是相互獨(dú)立的。2、YUV表示法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以利用人眼的特性來(lái)降低數(shù)字彩色圖像所需要的存儲(chǔ)容量。

2YUV與RGB彩色空間變換在考慮人的視覺(jué)系統(tǒng)和陰極射線管(CRT)的非線性特性之后，RGB和YUV的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以近似地用下面的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B2021/10/10星期日223YIQ與RGB彩色空間變換RGB和YIQ的對(duì)應(yīng)關(guān)系用下面的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B或者寫(xiě)成矩陣的形式，2021/10/10星期日234YCrCb與RGB彩色空間變換數(shù)字域中的彩色空間變換與模擬域的彩色空間變換不同。它們的分量使用Y、Cr和Cb來(lái)表示，與RGB空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：Y＝0.299R＋0.578G＋0.114BCr＝(0.500R－0.4187G－0.0813B)＋128Cb=(-0.1687R－0.3313G＋0.500B)＋128或者寫(xiě)成矩陣的形式，

2021/10/10星期日244.1.4.1彩色電視制式1、簡(jiǎn)介三種彩色電視制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。這里不包括高清晰度彩色電視HDTV(High-Definitiontelevision)。NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee)彩色電視制是1952年美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為正交平衡調(diào)幅制。美國(guó)、加拿大等大部分西半球國(guó)家，以及日本、韓國(guó)、菲律賓等國(guó)和中國(guó)的臺(tái)灣采用這種制式。由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺點(diǎn)，因此德國(guó)(當(dāng)時(shí)的西德)于1962年制定了PAL(Phase-AlternativeLine)制彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。德國(guó)、英國(guó)等一些西歐國(guó)家，以及中國(guó)、朝鮮等國(guó)家采用這種制式。法國(guó)制定了SECAM(法文：SequentialColeur

AvecMemoire)彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為順序傳送彩色與存儲(chǔ)制。法國(guó)、蘇聯(lián)及東歐國(guó)家采用這種制式。世界上約有65個(gè)地區(qū)和國(guó)家試驗(yàn)這種制式。NTSC制、PAL制和SECAM制都是兼容制制式

2021/10/10星期日252、電視掃描和同步掃描有隔行掃描(interlacedscanning)和非隔行掃描之分。非隔行掃描也稱逐行掃描，圖4-08表示了這兩種掃描方式的差別。黑白電視和彩色電視都用隔行掃描，而計(jì)算機(jī)顯示圖像時(shí)一般都采用非隔行掃描。(a)逐行掃描(b)隔行掃描

每秒鐘掃描多少行稱為行頻fH；每秒鐘掃描多少場(chǎng)稱為場(chǎng)頻ff；每秒掃描多少幀稱幀頻fF。ff和fF是兩個(gè)不同的概念。2021/10/10星期日261.PAL制電視的掃描特性PAL電視制的主要掃描特性是：(1)625行(掃描線)/幀，25幀/秒(40ms/幀)(2)高寬比(aspectratio)：4:3(3)隔行掃描，2場(chǎng)/幀，312.5行/場(chǎng)(4)顏色模型：YUV

2.NTSC制的掃描特性NTSC彩色電視制的主要特性是：(1)525行/幀,30幀/秒(29.97fps,33.37ms/frame)(2)高寬比：電視畫(huà)面的長(zhǎng)寬比(電視為4:3；電影為3:2；高清晰度電視為16:9)(3)隔行掃描，一幀分成2場(chǎng)(field)，262.5線/場(chǎng)(4)在每場(chǎng)的開(kāi)始部分保留20掃描線作為控制信息，因此只有485條線的可視數(shù)據(jù)。Laserdisc約~420線，S-VHS約~320線(5)每行63.5微秒，水平回掃時(shí)間10微秒(包含5微秒的水平同步脈沖)，所以顯示時(shí)間是53.5微秒。(6)顏色模型：YIQ2021/10/10星期日273、彩色電視在彩色電視中，用Y、C1,C2彩色表示法分別表示亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，C1，C2的含義與具體的應(yīng)用有關(guān)。在NTSC彩色電視制中，C1，C2分別表示I、Q兩個(gè)色差信號(hào)；在PAL彩色電視制中，C1，C2分別表示U、V兩個(gè)色差信號(hào)；在CCIR601數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，C1，C2分別表示Cr，Cb兩個(gè)色差信號(hào)。所謂色差是指基色信號(hào)中的三個(gè)分量信號(hào)(即R、G、B)與亮度信號(hào)之差。在彩色電視中，使用Y、C1，C2有兩個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：①Y和C1，C2是獨(dú)立的，因此彩色電視和黑白電視可以同時(shí)使用，Y分量可由黑白電視接收機(jī)直接使用而不需做任何進(jìn)一步的處理；②可以利用人的視覺(jué)特性來(lái)節(jié)省信號(hào)的帶寬和功率，通過(guò)選擇合適的顏色模型，可以使C1，C2的帶寬明顯低于Y的帶寬，而又不明顯影響重顯彩色圖像的觀看。因此，為了滿足兼容性的要求，彩色電視系統(tǒng)選擇了一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，而不直接選擇三個(gè)基色信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收。2021/10/10星期日284.1.4.2彩色電視信號(hào)的類型1、復(fù)合電視信號(hào)包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)信號(hào)的單一信號(hào)叫做復(fù)合電視信號(hào)(compositevideosignal)，或者稱為全電視信號(hào)。2、分量電視信號(hào)分量電視信號(hào)(componentvideosignal)是指每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的電視信號(hào)。每個(gè)基色既可以分別用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量電視信號(hào)是表示顏色的最好方法，但需要比較寬的帶寬和同步信號(hào)。3、S-Video信號(hào)分離電視信號(hào)S-Video(Separatedvideo-VHS)是亮度和色差分離的一種電視信號(hào)，是分量模擬電視信號(hào)和復(fù)合模擬電視信號(hào)的一種折中方案。使用S-Video有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)減少亮度信號(hào)和色差信號(hào)之間的交叉干擾。(2)不須要使用梳狀濾波器來(lái)分離亮度信號(hào)和色差信號(hào)，這樣可提高亮度信號(hào)的帶寬。2021/10/10星期日294．1．4．3電視圖像數(shù)字化1、數(shù)字化的方法在大多數(shù)情況下，數(shù)字電視系統(tǒng)都希望用彩色分量來(lái)表示圖像數(shù)據(jù)，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色分量。因此，電視圖像數(shù)字化常用“分量初始化(componentdigitization)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，它表示對(duì)彩色空間的每一個(gè)分量進(jìn)行初始化。電視圖像數(shù)字化常用的方法有兩種：先從復(fù)合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化。我們現(xiàn)在接觸到的大多數(shù)電視信號(hào)源都是彩色全電視信號(hào)，如來(lái)自錄像帶、激光視盤、攝像機(jī)等的電視信號(hào)。對(duì)這類信號(hào)的數(shù)字化，通常的做法是首先把模擬的全彩色電視信號(hào)分離成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)，然后用三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)它們數(shù)字化。2.首先用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。2、數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)早在20世紀(jì)80年代初，國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)CCIR(InternationalRadioConsultativeCommittee)就制定了彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，RGB和YCbCr(或者寫(xiě)成YCBCR)兩個(gè)彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等。

2021/10/10星期日301.彩色空間之間的轉(zhuǎn)換在數(shù)字域而不是模擬域中RGB和YCbCr兩個(gè)彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系用下式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BCr=(0.500R-0.4187G-0.0813B)+128Cb=(-0.1687R-0.3313G+0.500B)+1282.采樣頻率CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率。這個(gè)采樣頻率也用于遠(yuǎn)程圖像通信網(wǎng)絡(luò)中的電視圖像信號(hào)采樣。對(duì)PAL制、SECAM制，采樣頻率fs為fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz,N=864，其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。對(duì)NTSC制，采樣頻率fs為

fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,N=858，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。

3.有效顯示分辨率對(duì)PAL制和SECAM制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣864個(gè)樣本；對(duì)NTSC制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣858個(gè)樣本。對(duì)所有的制式，每一掃描行的有效樣本數(shù)均為720個(gè)。

2021/10/10星期日314.ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)摘要ITU-RBT.601用于對(duì)隔行掃描電視圖像進(jìn)行數(shù)字化，對(duì)NTSC和PAL制彩色電視的采樣頻率和有效顯示分辨率都作了規(guī)定。下表給出了ITU-RBT.601推薦的采樣格式、編碼參數(shù)和采樣頻率。ITU-RBT.601推薦使用4∶2∶2的彩色電視圖像采樣格式。使用這種采樣格式時(shí)，Y用13.5MHz的采樣頻率，Cr，Cb用6.75MHz的采樣頻率。采樣時(shí)，采樣頻率信號(hào)要與場(chǎng)同步和行同步信號(hào)同步。

2021/10/10星期日32采樣格式信號(hào)形式采樣頻率樣本數(shù)/掃描行數(shù)字信號(hào)取值

(MHz)NTSCPAL范圍(A/D)

Y13.5858(720)864(720)220級(jí)(16～235)4:2:2Cr6.75429(360)432(360)225級(jí)(16～240)

Cb6.75429(360)432(360)(128±112)

Y13.5858(720)864(720)220級(jí)(16～235)4:4:4Cr13.5858(720)864(720)225級(jí)(16～240)

Cb13.5858(720)864(720)(128±112)彩色電視數(shù)字化參數(shù)摘要

2021/10/10星期日335.CIF、QCIF和SQCIF為了既可用625行的電視圖像又可用525行的電視圖像，CCITT規(guī)定了稱為公用中分辨率格式CIF(CommonIntermediateFormat)，1/4公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和(Sub-QuarterCommonIntermediateFormat，SQCIF)格式，具體規(guī)格如下表所示。CIF格式具有如下特性：(1)電視圖像的空間分辨率為家用錄像系統(tǒng)(VideoHomeSystem，VHS)的分辨率，即352×288。(2)使用非隔行掃描(non-interlacedscan)。(3)使用NTSC幀速率，電視圖像的最大幀速率為30000/1001≈29.97幅/秒。(4)使用1/2的PAL水平分辨率，即288線。(5)對(duì)亮度和兩個(gè)色差信號(hào)(Y、Cb和Cr)分量分別進(jìn)行編碼，它們的取值范圍同ITU-RBT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。2021/10/10星期日34

CIFQCIFSQCIF

行數(shù)/幀像素/行行數(shù)/幀像素/行行數(shù)/幀像素/行亮度(Y)288360(352)144180(176)96128色度(Cb)144180(176)7290(88)4864色度(Cr)144180(176)7290(88)4864CIF和QCIF圖像格式參數(shù)2021/10/10星期日354.1.4.4圖像子采樣1、圖像子采樣概要對(duì)彩色電視圖像進(jìn)行采樣時(shí)，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對(duì)圖像的亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行采樣，另一種是對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣。如果對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。這種壓縮方法的基本根據(jù)是人的視覺(jué)系統(tǒng)所具有的兩條特性，一、是人眼對(duì)色度信號(hào)的敏感程度比對(duì)亮度信號(hào)的敏感程度低，利用這個(gè)特性可以把圖像中表達(dá)顏色的信號(hào)去掉一些而使人不察覺(jué)；二、是人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限度，利用這個(gè)特性可以把圖像中的高頻信號(hào)去掉而使人不易察覺(jué)。子采樣也就是利用人的視覺(jué)系統(tǒng)這兩個(gè)特性來(lái)達(dá)到壓縮彩色電視信號(hào)。

2021/10/10星期日36目前使用的子采樣格式有如下幾種：(1)4:4:4這種采樣格式不是子采樣格式，它是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、4個(gè)紅色差Cr樣本和4個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，這就相當(dāng)于每個(gè)像素用3個(gè)樣本表示。(2)4:2:2這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用2個(gè)樣本表示。(3)4:1:1這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。(4)4:2:0這種子采樣格式是指在水平和垂直方向上每2個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。2021/10/10星期日374:4:4子采樣格式

4:2:2子采樣格式

4:1:1子采樣格式

MPEG-1使用的4:2:0子采樣格式MPEG-2的空間樣本位置2021/10/10星期日384．2基本的圖像編碼技術(shù)4.2.1行程編碼現(xiàn)實(shí)中有許多這樣的圖像，在一幅圖像中具有許多顏色相同的圖塊。在這些圖塊中，許多行上都具有相同的顏色，或者在一行上有許多連續(xù)的象素都具有相同的顏色值。在這種情況下就不需要存儲(chǔ)每一個(gè)象素的顏色值，而僅僅存儲(chǔ)一個(gè)象素的顏色值，以及具有相同顏色的象素?cái)?shù)目就可以，或者存儲(chǔ)一個(gè)象素的顏色值，以及具有相同顏色值的行數(shù)。這種壓縮編碼稱為行程編碼，常用(runlengthencoding，RLE)表示，具有相同顏色并且是連續(xù)的象素?cái)?shù)目稱為行程長(zhǎng)度。為了敘述方便，假定一幅灰度圖像，第n行的象素值為：RLE編碼的概念

2021/10/10星期日39用RLE編碼方法得到的代碼為：80315084180。代碼中用黑體表示的數(shù)字是行程長(zhǎng)度，黑體字后面的數(shù)字代表象素的顏色值。例如黑體字50代表有連續(xù)50個(gè)象素具有相同的顏色值，它的顏色值是8。RLE所能獲得的壓縮比有多大，這主要是取決于圖像本身的特點(diǎn)。如果圖像中具有相同顏色的圖像塊越大，圖像塊數(shù)目越少，獲得的壓縮比就越高。反之，壓縮比就越小。譯碼時(shí)按照與編碼時(shí)采用的相同規(guī)則進(jìn)行，還原后得到的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)完全相同。因此，RLE是無(wú)損壓縮技術(shù)。2021/10/10星期日404.2.2LZW(Lempel_Ziv_Welch)編碼1:LZW壓縮算法LZW壓縮算法是圍繞著串表來(lái)進(jìn)行的,串表具有前綴性。用符號(hào)表示，假若wK是由串w和字符K構(gòu)成并且在串表中，則w也肯定在在串表中。編碼過(guò)程：

1: 初始化串表，使之包括所有的單個(gè)字符

2: 讀取第一個(gè)輸入字符，作為前綴w

STEP3: 讀取下一個(gè)字符到K（直到輸入字符流為空）

4: 如果wK在串表中：w=wK，GOTOSTEP3 5：如果wK不在串表中：輸出w的編碼 將wK追加到串表中

w=K

；GOTOSTEP3 2021/10/10星期日41舉例說(shuō)明1：輸入字符串包括：a,b,c三個(gè)字符2:輸入符號(hào)ababcbababaaaaaaaa輸出碼字12435811011代碼前綴1a2b3c4ab5ba6abc7cb8bab9baba10aa11aaa12aaaa4：說(shuō)明：1:w=a2:K=b,wK=ab,不在串表中，輸出a的編碼1,‘a(chǎn)b’追加到串表中，w=b.3:K=