视频信号数字化处理后所带来的信号损伤和畸变的种类及特点.
数字电视-2
1.实现普通电视的数字化，利用 MPEG-1 的国际标准，将数码率压
缩到 2.048 Mb/s ( VCD质量 )； 2.按 MPEG-2 标准中的主级标准，将数码率压缩到 8.448 Mb/s , 其图
像质量可达现有电视演播室的质量 ( DVD质量 ) ；
3.按 MPEG-2 的高级标准，将数码率压缩到 20 Mb/s 左右，其图像 质量可达 HDTV 的质量。
第2 章
数字电视的基本概念
② 对于U、V 信号，如按Y∶U∶V = 4∶2∶2，
一行有效样点数=864×η= 864×0.83 = 720 (η为水平回扫率，该式即表示去掉行消隐后的有效样点数)
一帧有效行数=625-50=575 (取576，即表示去掉场消隐后的有效行数)
一帧图像样点数=720×576=414 720 Y： 720×576×8 bit×25 Hz=82.944 Mb/s
13.5×8=108 Mb/s
两个色差信号U、V 抽样频率均为6.75 MHz ( 3/2倍彩色 副载波频率 ) ，每样品值经 8 bit 量化后，数码率为：
6.75×8 = 54 Mb/s
所以，在不采用任何压缩措施时，总的数码率为：
108+54+54= 216 Mb/s。
第2 章
数字电视的基本概念
式下的像素数为800×600，PAL制下VCD的最高像素数为
视频信号详解及测试
•视频噪声注入比
同步测量
H 同步抖动 行同步功能是用来正确地规定每一图像显示行的位 置。在理想情况下，从一个H同步脉冲到下一个H同 步脉冲的时间应当是恒定的。如果H同步定时发生 变化，那么在一帧中的图像部分就会发生水平位移。 这种同步定时的变化称为抖动。对于一些重要的内 容，漂移0.02％的图像宽度就会被察觉。 VSIS规定H同步抖动的最大峰峰值为像素周期的30 ％。这就是说，对于800×600格式，H 同步抖动的 最大峰峰值为图像宽度的0.038％，而对于2048 × 1536 格式，其值为图像宽度的0.015％。
视频信号详解及测试
2008/05/15
主要内容
ARGB概述 ARGB概述 ARGB信号传输 ARGB信号传输 VESA介绍 VESA介绍 ARGB信号特征 ARGB信号特征 VESA测试内容 VESA测试内容 什么参数对用户最重要？ 什么参数对用户最重要？
概述
生活中常用设备如个人电脑、视频游戏机 和家庭影院等都具有视频输出，输出信号可 分为模拟信号和数字信号。
H Right Border = 0.000; // (usec) = 0 Pixels H Front Porch = 1.0; // (usec) = 40 Pixels Hor Sync Time = 3.2; // (usec) = 128 Pixels H Back Porch = 2.2; // (usec) = 88 Pixels H Left Border = 0.000; // (usec) = 0 Pixels
模拟视频与数字视频的区别(最全的)
模拟视频与数字视频的区别
视频信号可分为模拟视频信号和数字视频信号两大类。
模拟视频是指每一帧图像是实时获取的自然景物的真实图像信号。我们在日常生活中看到的电视、电影都属于模拟视频的范畴。模拟视频信号具有成本低和还原性好等优点，视频画面往往会给人一种身临其境的感觉。但它的最大缺点是不论被记录的图像信号有多好，经过长时间的存放之后，信号和画面的质量将大大的降低；或者经过多次复制之后，画面的失真就会很明显。
数字视频信号是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准的视频信息，数字视频与模拟视频相比有以下特点：
（1）数字视频可以可以不失真的进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。
（2）模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而数字视频便于长时间的存放。
（3）可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加特技效果等。
（4）数字视频数据量大，在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。
随着数字视频应用范围不断发展，它的功效也越来越明显。
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模拟摄像机
模拟摄像机所输出的信号形式为标准的模拟量视频信号，需要配专用的图像采集卡才能转化为计算机可以处理的数字信息。模拟摄像机一般用于电视摄像和监控领域，具有通用性好、成本低的特点，但一般分辨率较低、采集速度慢，而且在图像传输中容易受到噪声干扰，导致图像质量下降，所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。常用的摄像机输出信号格式有：
数字视频信号的传输
数字视频信号的传输
刘怀林
数字视音频的大潮已经向我们涌来。数字小岛、数字视音频中心、数字转播车已陆续在我国不少电视台出现。甚至数字播出与发射已不再是纸上谈兵。数字化及计算机化将引起电视技术领域的极大变革。本文将从一个非常小的侧面谈一下这个数字大潮。因为数字视频信号的传输在系统设计与安装中是不可缺少的一环。
目前，设备间、系统间的数字视频信号的传输多使用串行信号。其接口为SDI（Serial Digital Interface）。这是因为该方式较简单易行。传送距离较远。因此本文所谈的数字信号的传输实质上就是串行数字视频信号的传输。
数字视频信号的传输在某种意义上讲与模拟信号相似。分为同轴电缆传送，三同轴传送和光纤传送三种。
但由于两者信号有着本质的不同。所以其处理手法上有着很大的区别。
一、同轴电缆传送
在数字环境中，设备间、系统之间的数字视频信号的传送多采用同轴电缆，其接口为SDI。它由三部分组成。如图1所示。
1、串行数据发送：
串行数据发送电路的主要功能是：将数字视频并行信号变成串行信号，通过扰频（scrambler）和NRZI（NonreturntoZeroInverfed）编码，可限制信号的直流成份，前者还有利于接收端回收时钟信号。图2是其示意图：
我们知道，数字分量并行数据率为27MB/秒，10比特。当变成串行数据时，27MHZ10倍频成为270MHZ时钟。在并──串移位寄存器的输出端就变成了270Mb/s的串行数据。
2、电缆和连接器
目前模拟环境下使用的高质量视频电缆可以运行于数字系统。模拟环境下的视频电缆从直流到10MHZ都呈现很低的阻抗。这在数字领域也是需要的。但由于串行数字信号频率很高，这种电缆传输对数字视频信号将有明显的衰减。由于SDI接收端设有自动电缆均衡，另外串行数字信号对这种衰减不敏感。因此现在使用的优质电缆原则上可用于数字环境。为了更好地传输数字视频信号。电缆厂家已生产出专门为串行数字信号设计的新的低耗泡沫介质电缆。比目前电缆更细、更柔软，并且对数字信号有更好的电特性。如Belden1505A。有关连接器，直至目前，视频电缆采用BNC连接器。阻抗为50欧姆。而同轴电缆阻抗为75欧姆。这种看上去不合理的现象为什么能保持至今呢？其主要原因是在视频信号所涉及的频率率上。这种失配并不产生什么问题。但在数字视频信号频率很高的情况下会不会引起脉冲畸变或比特率误差呢？经测试表明，只要接收端输入阻抗看上去为75欧姆。这种50
高清电视节目和电影在标清电视播放的下变换技术
高清电视节目和电影在标清电视播放的下变换技术
摘要：我国电视节目播出正处在从标清向高清过渡阶段，但在短时期内要使节目播出和接收完全高清化是不现实的，所以，为了保证兼容，高标清变换技术的应用将会存在相当长的时间。同时，电影频道播放电影也是常见应用，也需要经过变换才能正常播放。高清节目和电影在标清电视机上的播放，如果没有合适的解决方案、科学的技术手段，播放时将会出现图像变形、缺损、画面梳状锯齿、抖动、闪烁以及音调畸变、声画失步等现象。本文介绍的即是解决此问题的重要手段：下变换。
关键词：高清电影标清下变换
如何实现高清节目和电影节目在标清电视上的播放，下面分别浅析其变换过程：
高清到标清信号的变换，称为下变换（上变换本文不叙述）。要使用到下变换器（Down Converter）。根据我国现行的电视标准，高清信号1080i/50下变换到标清信号576i/50时，由于场频不变，只需要变换行频和宽高比。其过程是：先把高清隔行扫描信号转换成逐行扫描信号，然后再运用内插技术完成像素的变换，最后通过隔行处理变换成576i/50格式的隔行扫描信号。
下变换后，图像具有更好的锐度、色彩饱和度和清晰度，画面更为细腻柔和。但是，对于一些特殊画面如比较细的横或竖条纹，从高清转换成标清时，往往产生闪烁现象，其原因在于画面从1080行变换到576行的过程中，由于取样频率降低，需要滤除信号中的高频分量，如果信号中的高频成分滤除不完全，就会产生混叠失真，从而产生闪烁。为防止这种失真，一般在录制前适当调整下变换器的行场滤波器以改善此现象。
视频信号数字化带来的信号损伤和畸变
视频信号数字化带来的信号损伤和畸变
鲍 雪 晶
Fra Baidu bibliotek
（ 安徽 电子信息职业技术学院， 安徽
蚌埠 ２３ ３ ） ３ ００
［ 摘 要］ 视频信号数字化过程 中， 由于采样、 量化 、 编码过程 中的设备和应 用环境的限制 ， 可能使信号失真。 文分析 了在 本 视频信号数字化过程 中产生失真的原 因。 ［ 关键词 】 视频信号；数字化 ；信号损伤 ； 信号畸变；失真 ［ 中图分类号 ］ Ｎ １． Ｔ ９１ ７ ［ 文献标识码 ］ Ｂ
号， 量化 的过 程则 是进 行 幅度 上 的 离散 化处理 。因此在 时 间轴的 任意 一点上 量化 后 的信 号 电平 与原模 拟信 号 电平 之 间在 大 多数 情况 下 总是存在 有 一定 的误 差 ，量 化所 引 入 的误 差是不 可避 免 的 同时也是 不可逆 的 ， 由于信 号的 随机 性这 种误 差大 小也 是随机 的 ，这种表 现 类似 于随机 噪声效果 ， 具有相 当宽度的频谱 ， 因此我们又把量化误差 称为量化噪声。 但量化误差与噪声是有本质的区别的， 因 为任 一 时刻量 化误 差是 可 以从 输入 信 号求 出的 ，而 噪声 与信 号之 间则没 有这种 关系 。 降低 量 化误 差 的方 法最直接 的就 是增 加量 化级 数减 小最 小量 化 间隔 ，但 由此带来 码率 的增 加从 而要 求更 大 的处 理 带宽 ， 一般 现在 的 视频信 号均采 用８ 比特 、０ １ 比特 ， 在 信 号质 量要 求较 高 的情况 下采用 １ 比特 量 化。为 了减 ２ 小量 化误 差我 们还 要正 确 的选 择量 化方 式。量 化有 两种 量化 方 式 ， 一种是 取整 时 只舍不入 ， 时产生 的量化 误 差 此 总是 负 的 ，最 大量 化误 差等于 两个 相邻 量化 级 的间 隔ｄ ； 另 一种 是取 整 时有 舍有入 ， 时量化误 差有 正有 负 ， 此 量化 误差的绝对值最大为ｌ ｄ ／ 。因此为了减少量化误差， ２ 应该 采 用 有舍 有入量化 方 式。
HD-SDI信号质量标准与测试诊断方法
1. SDI信号质量标准与测试诊断方法
2014-10-16 15:12:18 编辑：烦高来源：数字音视工程网
在高速SDI信号的传输和转换过程中，由于硬件设备的性能及安装水平的不同，导致SDI信号质量下降，造成高清视频信号接收错误。通常需要对SDI信号进行测试，并根...
在高速SDI信号的传输和转换过程中，由于硬件设备的性能及安装水平的不同，导致SDI信号质量下降，造成高清视频信号接收错误。通常需要对SDI信号进行测试，并根据测试结果判断可能出现问题的原因，从而保证高清系统中每条链路的性能。
在SDI信号出现之前，高清视频信号采用模拟信号进行传输。模拟信号在传输和转换过程中非常容易出现质量下降，通常采用高速示波器进行波形采样测试。通常需要测试的指标有色条幅度、同步振幅和时间、噪声、频率响应、多波群、非线性度、通道延时、瞬时特性等。
图1 模拟视频信号测试波形
而SDI信号采用模数转换和高速串行编码技术，使用一根同轴电缆即可传输所有数字视频及音频信息。
图2 SDI信号生成原理简图
由于SDI为数字信号，信号的生成原理和特性不同于模拟视频信号，因此SDI信号测试内容的关注点和模拟视频信号测试基本不同。如下所示为SDI信号的几个关键特性：电平幅度、抖动、上升/下降时间、单元间隔(周期)。
图3 SDI数字信号特性
按照SMPTE 259M、SMPTE 292M、SMPTE424M的规定，SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI信号质量标准(包含幅度、过冲、上升/下降时间、抖动时间、抖动排列等)各不相同。而且，HD-SDI和3G-SDI高速信号对上升/下降时间的要求达到了几十到几百ps量级。
各类信号衰落的特点
各类信号衰落的特点
不同类型的信号衰落具有不同的特点。以下是一些常见类型的信号衰落特点：
1. 多径衰落：在无线通信中，信号往往通过多个路径传播到接收器。由于路径的不同长度和反射、折射、散射等现象的影响，各路径的信号会以不同的相位和幅度到达接收器，导致信号的多径衰落。多径衰落的特点包括多次反射、多普勒频移、相位反转等。
2. 大尺度衰落：大尺度衰落是指由于信号传播距离较大或障碍物较多而引起的信号衰减。在城市或山区等环境中，建筑物、山脉等障碍物会引起信号的大尺度衰落。大尺度衰落的特点是信号功率随距离变化而衰减，通常可以通过路径损耗模型进行建模。
3. 小尺度衰落：小尺度衰落是由于信号的传播路径或环境中的微小变化引起的短时域波动。这些波动通常由反射、散射、多普勒效应等引起，并且在时间和空间上具有快速变化的特点。小尺度衰落会导致信道的快速变化，给无线通信系统带来信号失真和传输误差。
4. 多普勒衰落：当信号的发射源或接收器相对于传输介质运动时，信号会产生多普勒频移。多普勒效应会导致信号频率发生变化，使得接收到的信号频率与理想频率不一致，从而引起信号的衰落。多普勒衰落的特点是信号频率的快速变化，可以通过多普勒频移模型进行建模。
以上是一些常见类型的信号衰落特点，不同衰落类型的特点会影响无线通信系统的传输性能和可靠性。
数字电视制式
国际电联在ITU-R BT.1201建议书中提出了超高清晰度成像 HRI(Hyperhigh Resolution Imaging)的若干标准， 其基本要 素是图像的最小分辨率为1920×1080， 传输速率为60帧／秒。 HRI 分 为 HRI0 ～ HRI3 四 个 等 级 , 其 空 间 分 辨 率 分 别 为 1920×1080、3840×2160、 5760×3240、7680×4320, 其量化 比特数分别为10、 10、 12、 12， 不压缩数据速率分别为2.5、 10、40、 72 Gb/s, 传输速率分别为60～80、 100～150、 150～ 600、150～600 Mb/s。目前按此建议研制的超高清晰度图像可 用于医疗、 印刷、 电影、 电视和计算机图形等领域。
在数字传输系统中，有时使用频带利用率和功率利用率来 度量信息传输的有效性和可靠性。
频带利用率是衡量数字传输系统有效性的一个重要指标。 它表示在单位时间、单位频带内传输信息的多少，即单位频带 内所能实现的数码率，单位为比特／秒赫兹，用符号b／(s·Hz) 表示。
一般来说，在相同信道频带宽度的条件下，系统的频带利 用率越高，信息传输速率就越高，系统的有效性就发挥得越好。 在二进制基带系统中，最高频带利用率p=2b／(s·Hz)。在多进 制基带系统中，频带利用率可以大于2b／(s·Hz)。在载波传输 系统中，不同的调制方式可能有不同的频带利用率，故一般常 用这个指标来衡Biblioteka Baidu调制方式的效率。
第6章 视频信息处理
– 亮度信号用宽带传送，色差信号用窄带传送
第六章 视频信息处理
• NTSC彩色电视制式的特点：
– 在没有信号失真的情况下，有较高的彩色水平 和垂直清晰度，具有较高的图像质量
– 有较好的兼容性，在三大彩色制式中最易于实 现信号处理
– 在彩色和黑白接收机屏幕的图像上没有明显的 “爬行”和亮度闪烁。 – 缺点：抗色度失真的能力比较差
第六章 视频信息处理 1.视频采集卡
• 视频采集卡的作用是将视频信号从设备源 采集到计算机中，可以捕获一段视频，也 可以捕获一幅画面，然后存到硬盘上方便 以后使用。
第六章 视频信息处理
视频采集卡的外观
第六章 视频信息处理
2. 视频压缩解压缩卡
• 主要是针对数据压缩标准JPEG、MPEG等 开发的，其功能就是用于将连续图像进行 数据压缩和解压缩。这类卡的价格较高， 常用于图像、文档数据库等特殊目的，普 通用户使用的不多。
正交结构，按行、场、帧重复，每行中的R-Y和BY取样与Y的奇次样值(1，3，5……)同位 13.5MHz 6.75MHz 亮度和色差信号都采用线性PCM，每个样值8或10 比特量化
720 360
第六章 视频信息处理
• 如果按照4:2:2格式取样，每一个取样点8bit 量化计算，则数字化后的数据率为： （13.5+6.75×2）×8=216Mbit/s • 如果按照4:2:2格式取样，每一个取样点 10bit量化计算，则数字化后的数据率为： （13.5+6.75×2）×10=270Mbit/s
基于模拟视频信号差分和射影畸变校正的图像系统
种基 于硬件 的模拟 差分处理 以及 射影畸变校正的 图像 系统 ， 通过像 素模 拟信 号的差分 实现边缘检测 ， 同时通过 查表校正 在摄像 头的像 平面与地面不平行时产生的 图像 射影畸 变， 便 于后 续的 图像 处理和模 式识 别。该 方法提 高 了信 号处理 的
实 时性 ， 减 轻 了视 觉 传 感 器对 处理 能 力 的依 赖 。
ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｌ ｏ ｏ ｋ ｕ ｐ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｉ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ －
信号处理各项指标
信号处理各项指标
一、信号强度
信号强度指的是信号的幅度大小，通常以电压或功率来表示。在信号处理中，信号强度是评价信号质量的重要指标之一，对于通信、音频、图像等领域尤为重要。
二、频率特性
频率特性描述了信号在不同频率下的表现形式。通过分析信号的频率特性，可以了解信号的频谱分布、带宽等信息，对于滤波、频域分析等操作具有重要意义。
三、动态范围
动态范围是指信号的最大值与最小值之间的比值，通常以分贝(dB)为单位表示。动态范围越大，表示信号的强度变化范围越广，能够传输的信息量也就越大。
四、信噪比
信噪比（SNR）是指信号功率与背景噪声功率之间的比值，用于衡量信号质量的好坏。信噪比越高，表示信号质量越好，能够更好地提取有用信息。
五、失真度
失真度是指信号经过处理或传输后，与原始信号相比的畸变程度。失真度越低，表示信号质量越好，能够更好地还原原始信息。失真度是评价音频、视频等领域信号质量的重要指标。
六、线性度
线性度是指处理设备或系统输入与输出之间的关系是否呈线性。线性度越高，表示设备或系统的性能越稳定，能够更好地处理各种信号。线性度对于模拟电路、数字电路等领域都非常重要。
七、分辨率
分辨率是指处理设备或系统能够分辨的最小信号变化量，通常以电压、电流、幅度等为单位表示。分辨率越高，表示设备或系统的精度越高，能够更好地处理各种微小信号变化。分辨率对于模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）等器件非常重要。
八、频谱分析
频谱分析是指将信号分解成不同频率的正弦波分量，通过分析各分量的幅度和相位来了解信号的频谱特性。频谱分析是通信、音频、图像等领域中常用的技术手段。
电视机信号接受和发射原理.docx
电视机是家庭必备的电器，尤其是过年时大家围在电视机前看春晚成为了很多人美好的回忆。
而且随着技术的发展，电视机从原来的黑白电视、到彩色电视、到现在的数字电视，电视机变得越来越智能了。
而电视机的更新换代，离不开电视机信号处理技术的进步。
今天，本文就来探讨电视机信号的接受和发射原理。
本文首先概述了什么是电视机和电视机信号，接着分析了电视机信号的接受原理，包括接收信号的基本作用、接受信号原理的分类和现代发展的趋势。
最后分析了电视机信号的发射原理，包括发射信号的基本作用、发射信号原理的分类和现代发展的趋势。
电视机；信号接受；信号发射1引言电视机在现在的生活中随处可见，可以说基本家家必备。
但你知道吗？电视机进入中国的历史才60年，进入人类历史的舞台也不过才短短的100多年。
在中国，电视机刚刚开始进入寻常百姓家的90年代，它还是奢侈品。
如果谁家有一台黑白电视那就会成为居住地附近的焦点，每到晚上相熟的人都要聚集在那一家等待电视节目的播出。
那时电视节目播出效果时好时坏，还需要不时调整室外的信号接收装置。
后来彩色电视问世，人们观看电视的视觉享受得到了进一步提升。
随着人均收入水平的提升及电视机相关技术的成熟，电视机开始进入千家万户。
电视机的快速发展衍生出越来越多的形态，如网络电视、3电视等，但要想掌握未来电视发展趋势，仍然需要从剖析电视机信号的接收和发射原理开始！2电视机和电视机信21电视机。
电视机是电视信号接收机的简称，利用电的方式，通过电子技术及电视信号发射器、接收机等设备实现动态视觉图像及音频的传送，并利用视觉残留效应使观看人形成连贯的画面，被广泛应用于信息的广播及视频通讯工具，对于民生、医疗、军事等各领域均有重要意义。
视频信息处理与传输课题研究报告
西南科技大学
课程研究报告
课程名称:视频信息处理与传输
班级：
姓名：
学号:
指导老师：
2016年11月日
课程学习目的：
《视频信息处理与传输》是数字媒体技术方向中的一门专业必选课，学习的目的是让我们系统地理解和掌握视频信息的采集、压缩编码视频信息传输等数字视频技术,并灵活应用。为我们补充TCP/IP，UDP,RTP等视频信息在网络中传输所必需的协议。老师为我们讲解了视频信息处理与传输概述，视频信息采集技术，以及传输协议。我将分别叙述我从中学习到的知识。
第一部分视频信息处理与传输概述
随着科学技术，视频信息处理与传输的技术也成了人们关注的一个热点.从采集到应用系统，每步都在提升.信息安全与信息垃圾就如人们的生活中的隐私与生活垃圾一样重要,如何维护信息的安全和如何处理信息垃圾已成为一个热点。
信息安全是指信息网络硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露。系统连续可靠正常地运行,信息服务不中断。信息安全主要包括以下五方面：保证信息的保密性、真实性、完整性、未受权拷贝和所寄生系统的安全性。信息安全的根本目的就是使内部信息不受外部威胁,因此信息通常要加密.为保障信息安全,要求有信息源认证、访问控制,不能有非法软件驻留，不能有非法操作。信息垃圾就是那些混在大量有用信息中的无用信息、有害信息，以及对人类社会的各个方面带来危害的信息.它对信息安全应用和转播构成了威胁.
这一部分就是老师讲的关于这个课程的一些概述，也没用从中获取太多的知识。
第二部分视频信息采集技术
从这一部分，我从中学到了视频是怎么样组成的，以及视频的采集技术. 我们所看到的视频信息都是由一帧一帧的静态图像构成的，再加上每一帧图像的时间信息，通过连续播放而成.。
北大医学数字图像处理1.1图像处理的分类与特点.
第 1章图像的数字表示
1. 1 图像处理的分类与特点
1. 1. 1 图像(image 的表述形式
♥函数形式图像 I(x,y,z,t
函数形式本身是图像的映射关系式(object to image ,函数形式图像维数并不受限制。
缺点:无图像的直观性
♥数字形式图像
计算机图像处理、图像远距离传输(有线或无线之基础。特点:传输和保存过程中抗干扰能力强,保真度高,维数不受限制。
缺点:无图像的直观性,只有计算机图像系统显示。
♥黑白、彩色图像
彩色图像(如两维、三维图像 :
真彩:图像与景物的色彩完全一致。
假彩:人为编制彩色序列与远景物特征量建立对应关系,彩色由映射产生。
1. 1. 2 成像
指各种形成图像的物理方法和工程技术
共同特点:需要信息载子(可传递物的特征———各种频段的电磁波,实物粒子(中子、质子、电子、离子等
1. 1. 3 图像处理
通过计算机或者光学的方法对原始图像进行处理
1. 1. 4 模拟图像处理 (Anolog Image Processing
♥ 光学模拟处理
建立在傅立叶光学基础上,进行光学滤波、频谱分析等处理,可实现图像像质改善、图像识别、图像的几何畸变校正、光度校正、光信息的编码和存储、图像的伪色彩化、三维图像显示、对非光学信号
进行光信号信息处理。
♥电子模拟处理
光强转成电讯号,用电子学方法,进行加减乘除、浓度分割、反差放大、彩色合成、光谱对比等处理。如传统的照相、广播电视等进行图像处理。
优点:速度快,几乎均实时处理,如透镜处理几乎以光速进行。电视图像是模拟信号处理,是活动图像(25帧 /秒。
摄像机的选择和主要参数
摄像机的选择和主要参数
在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件。
严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜
头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄象元件。是代替摄像管传感器的新型器件。
CCD的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。
CCD摄象机的选择和分类
CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造，市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD 可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。
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视频信号数字化处理后所带来的信号损伤和畸变的种类及特点
视频信号数字化处理后所带来的信号损伤和畸变的种类及特点
电视信号数字化处理需要三个步骤，即：取样、量化和编码，下面就各个步骤来分别介绍它们给视频信号带来的损伤。
一取样过程产生的信号损伤
在取样的过程中对信号造成的损伤主要有：孔阑效应、混叠效应、过冲和振铃。为了说明这些损伤所产生的原因，我们在以下叙述中给出分析结果。
取样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。根据奈奎斯特取样定理：对于最大频率为fm的信号f(t)，当取样频率fs不低于2fm时，由截止频率为fm矩形低通滤波器可以从取样信号中完全恢复原信号。但实际的物理过程与数字模型有不同的工程结果。
1. 孔阑效应
在数学模型的理想化状态下理想的取样脉冲宽度为无穷窄，取样情况及其频域情况如图一所示，但在实际设备中取样脉冲只能是有限宽度的脉冲，它的取样情况及其频域情况如图一所示，很显然具有不等于零的实际的有限宽度的取样脉冲所引起的孔阑效应会产生高频衰落。
由于信号的高频部分反映的是视频图象的细节，因此高频衰落会导致视频画面的细节模糊。针对这种情况实际工程中一般采用在将数字信号恢复成模拟信号以后通过提升高频的办法对这种失真进行补偿和校正。一般来讲,由于取样信号的频率fs必须满足fs>2fm,而为了减少孔阑效应要求取样脉冲的宽度τ尽量小,因此要满足τ远远小于取样信号的周期T,即取样信号的脉冲宽度要满足1/τ>>2fm。
2．混叠效应
在实际应用中，为满足奈奎斯特定理在取样之前应使用截止频率为取样频率一半的滤波器对原信号进行滤波，滤除可能产生频谱混叠的高频成分，以保证新处理的信号是一个有限带宽的处理信号。理想低通滤波器特性如图二所示，但实际的低通滤波器性能如图三所示，因此为了尽量滤除大于1/2fc的频率成分，就要选择多阶滤波器。如果滤波器的阶数不足以达到滤除1/2fc以上的高频分量，会引起恢复的信号中频谱混叠效应。混叠效应在视频图象上表现为一种被称为morie的涟漪状的干扰。
3．过冲和振铃
在保证有效的消除混叠效应时，在上述情况已建议采用多阶滤波器以满足滤波器的带外特性，但是取样前的低通滤波器如果阶数太大，会引起过冲和振铃从而造成恢复的视频信号过渡的边沿不清晰。
针对以上两种信号损伤造成的矛盾，主观上选用阶数少的滤波器会有利一些，因为频谱混叠效应只有在图象有超过二分之一取样频率以上分量时，特别是有单频分量时才会明显感觉到，因此是偶发事件。但过冲和振铃效应却是只要有过渡边沿就回出现的经常性现象。因此就主观感觉来说，减少过冲和振铃留有一些混叠相对来讲更有利一些。一般工程上出于平衡考虑取样频率选为fc=(2.2---2.5)fm。
另外为克服这一矛盾的方法是采用过抽样方式，即在抽样时用两倍抽样频率抽样，这时频谱按两倍抽样频率周期重复，重复频谱中心频率之间的间隔比正常情况大一倍，如图四所示。这时抽样前的滤波相对简单，可以用阶数少、频率特性缓降的无振铃滤波器，然后在数字域用线形相位滤波器进行二分之一抽取滤波器恢复到原抽样频率样值。另外，在此过程中，取样频率增加了一倍，因此取样脉冲的宽度只有原来的一半，从而也起到了减少孔阑效应的作用。
二量化误差所带来的信号损伤
取样过程是把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，量化的过程则是进行幅度上的离散化处理。因此在时间轴的任意一点上量化后的信号电平与原模拟信号电平之间在大多数情况下总是存在有一定的误差，量化所引入的误差是不可避免的同时也是不可逆的，由于信号的随机性这种误差大小也是随机的，这种表现类似于随机噪声效果，具有相当宽度的频谱，因此我们又把量化误差称为量化噪声。但量化误差与噪声是有本质的区别的，因为任一时刻量化误差是可以从输入信号求出的，而噪声与信号之间则没有这种关系。
降低量化误差的方法最直接的就是增加量化级数减小最小量化间隔，但由此带来码率的增加从而要求更大的处理带宽，一般现在的视频信号均采用8比特、10比特，在信号质量要求较高的情况下采用12比特量化。此外，我们在设计一套系统的时候，可以考虑在系统的不同环节采用不同的比特量化，使得在系统的各个环节的量化级相互错开，从而避免量化噪声累积效果所产生的台阶效应，这种均衡的效果可以改善整个系统的量化失真。一般量化比特高的环节应该放在系统的前端，这样可以使系统的前端对信号造成的不可恢复损伤减小到最低限度。
为了减小量化误差我们还要正确的选择量化方式。量化有两种量化方式，一种是取整时只舍不入，此时产生的量化误差总是负的，最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔d；另一种是取整时有舍有入，此时量化误差有正有负，量化误差的绝对值最大为1/2d。因此为了减少量化误差，应该采用有舍有入量化方式。
1．轮廓效应
如果信号两个相邻量化电平相差较大，若在图象面积较大的范围内，视频信号缓变区（如渐变的蓝天）能够看出不连续的跳变，即会在图象缓变区出现从一个量化电平到另一个量化电平之间的轮廓线，实际上就是图象的等量化电平线。这种轮廓线是原图象所没有的，所以又称为伪轮廓，即轮廓效应。
一种简单而有效的消除轮廓效应的方法是利用随机的高斯噪声信号发生器产生颤动信号，叠加到被量化的信号当中，当颤动信号的均方根值大于
1/3d时人们便觉察不到轮廓效应的存在。在数字电视中使用最多的颤动信号是重复频率为取样脉冲的一半，峰-峰幅度为1/2d的方波，具体步骤如图五所示。
图五高频颤动的效果
由图五比较可以看出，叠加颤动信号的效果等效于将量化间隔由d减小到1/2d，或者说将量化级数提高了一倍（比特数由n提高到n+1），从而改善了轮廓效应。顺便指出，由于模/数转换中的取样、量化都属于非线形过程，难以避免会出现差拍干扰，采用叠加颤动信号的方法对于消除图象中的差拍干扰也同样有效。同时由于颤动信号的幅度小，频率高，并未对图象细节造成显而易见的损伤。
2．颗粒杂波
如果最小量化电平不够小，则图象较弱信号的缓变区可能会出现在邻近的两个量化电平之间产生由于四舍五入法则而造成的跳变，使得图象在这个区域内出现颗粒状的杂波，而人的视觉对图象弱信号缓变区的噪声则是非常敏感的。
为了克服均匀量化时这种大信号时信噪比有余，而小信号时信噪比不足的特点，我们可以采用小信号时量化级间宽度小而大信号时量化级间宽度大些的非均匀量化，又叫非线形量化。值得说明一点，数字摄象机信号处理大多数采用非均匀量化方式，这是由于摄象机中的光-电转换至电视机显象管中的电-光转换在内的整个电视信道必须保持线形，但是实际的电视系统在没有校正之前是非线形的，因此为了使最终显示出来的光像保持良好的线形关系，在摄象机单元必须对它进行校正，即γ校正。而γ校正类似于非线形量化特性，因此我们可以在量化过程中采用非均匀量化方式，在提高小信号信噪比的同时也满足了γ校正的要求。
另外，由于在实际的信号中，弱信号出现的概率是很大的，为了改善弱信号时的的量化信噪比，可以采用压缩扩张的编解码方法。在量化之前，先利用非线形器件将信号电平高的部分进行压缩，然后对压缩过的信号进行量化，解码后复原出的模拟信号再通过非线形器件对大幅度信号进行扩张恢复没压缩之前的比例关系，这种方法相对扩大了小信号的动态范围，等效于对小信号采用量化间隔小的细量化而大信号采用粗量化，从而改善了弱信号的量化信噪比。
三压缩编码所带来的信号损伤
数字电视信号数码率太高,数据量非常大。如果直接存储和传输不但开销很大，而且有时设备也承受不了如此大的负荷。压缩编码以压缩信源数码率为目的，尽量减少信源各符号的相关性，使信源的传输效率提高。当然，它是以牺牲图像质量为前提。必定会对信号造成一定的损伤。
下面针对几种常用的图像压缩方式，来看一下他具体会对信号带来什么样的损伤呢？