数字视频信号处理技术

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U、V信号的分离
NTSC制U、V色度分量的分离原理
NTSC制色度信号表示式为 C = V cos ω sc t + U sin ω sc t 当采样率 f s = 4 f sc 时，在一个副载波 f sc 周期中，得到4个连续 的采样点，分别为
ω sc t = 0 的A点
ω sc t = π
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• 由于人眼对图像亮度细节的分辨能力远强于对彩色细节的 分辨能力，所以图像增强只能对亮度信号进行处理。
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数字式图像增强器框图
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水平细节提取电路
• 图像水平细节能量处于行频fH的高次谐波上，其能量集 中在亮度Y信号的高端； • 利用水平高通滤波器从Y频谱的高端提取图像水平细节， 再将它加到原来的Y信号中去，就能增强图像的水平细节。 • 水平细节提取电路 • 水平高通滤波器的传递函数为 其幅频特性为
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• PAL制的垂直细节提取电路
• 传递函数为 其幅频特性为
H L ( Z ) = − Z −1[ Z 1 + Z −1 − 2]
jω
H L (e ) = 2(1 − cos ωTH ) • 产生的垂直细节信号如图所示（东南P189图8.23）
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噪声抑制
• 电视图像经过远距离传输或多次转录之后，噪声、杂波 会严重影响图像质量； • 利用图像信号的帧间自相关性很强（相邻两帧的图像信 息约有80%是相同的），而噪声干扰是随机的特点，将 连续几帧的电视图像信号进行累积、平均，可以改善图 像的信噪比。
1 H X ( Z ) = Z −1 [1 − ( Z + Z −1 )] 2
H X (e jω ) = 2 sin 2 ωTs
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垂直细节提取电路
• 图像的垂直细节能量处于各个fH/2的奇次谐波附近，以场频间隔
分布； • NTSC制，fH/2的奇次谐波正好和色度C的谱线一致，其能量集中在 色度频谱的低端；所以，NTSC制通常从色度C频谱中用低通型垂直细 节提取电路提取垂直细节，再加到原来的Y信号中去，就能增强图像 的垂直细节。
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• 数字式噪声抑制器
• 传递函数为 H ( Z ) =
1− K 1 − KZ − N
其幅频特性为 H (e jω ) = L
1− K
1 + K 2 − 2 K cos(ωNTs )
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同步扫描的数字处理
数字式行同步电路原理框图
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数字式场同步电路原理框图
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伴音信号的数字化处理
伴音信号数字化处理原理框图
Z = e jω 将
H C ( e jω ) =
及 N = TH
1 − j 2 TH ω 1 e [1 − ( e − j 2TH ω 2 2 1 − j 2TH ω H C ( e jω ) = e (1 − cos 2TH ) 2
带入上式得 + e j 2T ω )] ，经展开得
H
取绝对值得到幅频关系。画出亮、色分离电路的幅频特性 如上图。可见Y分量对应着滤波器幅度波谷处，而色度信号 的U、V分量对应着滤波器幅度波峰处。这里的滤波器也像 梳状滤波器，所以，亮、色信号可以采用这种方式精确地 分离。
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视频信号的数字处理
亮度、色度信号的分离 U、V信号的分离 图像增强 噪声抑制
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亮度、色度信号的分离
NTSC制亮度、色度信号的频谱结构
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模拟电视的亮色分离原理
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NTSC制 数字式 亮、 色 分离 原理
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PAL制亮度、色度信号的频谱结构
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PAL制电视的数字式亮色分离原理
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1 1 1 1 H C ( Z ) = − ( Z − 2 N ⋅ Z − 2 N + 1) + Z − 2 N = Z − 2 N [1 − ( Z − 2 N + Z 2 N )] 2 2 2 2
• PAL制，可以用低通型垂直细节提取电路从Y信号中提取垂直 细节，再加到原来的Y信号中去，就能增强图像的垂直细节。
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• NTSC制的垂直细节提取电路
• 传递函数为
−1 其幅频特性为 H L ( Z ) = Z [1 +
1 2 ( Z + Z − 2 )] 2 jω H L (e ) = 1 + cos 2ωTs
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PAL制U、V色度分量的分离框图
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图像增强
图像增强概述 水平细节提取电路 垂直细节提取电路
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图像增强概述
• 电视图像增强（又称为图像轮廓校正）主要用来改善摄像 管、显像管的孔阑效应引起的电视图像模糊；
• 这里，通过数字信号处理，增强图像中的细节成分和线条 边界来增强图像轮廓，提高清晰度；
视频信号的数字处理
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主要内容
• 数字滤波器原理 • 视频信号的数字处理
– – – – 亮度、色度信号的分离 U、V信号的分离 图像增强 噪声抑制
• 同步扫描的数字处理 • 伴音信号的数字化处理
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数字滤波器原理
• 数字滤波器主要由延迟电路、数字乘法器和数字加法器 三种基本元件组成。 • 下图是数字滤波器原理框图
C A = +V
C B = +U
的B点
，与A点差一个采样时间 ，与B点差一个采样时间 ，与C点差一个采样时间
ω sc t = π 的C点
3 ω sc t = π 的D点
C C = −V
因此
2
C D = −U
1 (C B − C D ) 2
U =
V =
1 (C A − C C ) 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ11
NTSC制U、V色度分量的分离框图