數字信號定制

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:實施日期:視訊產品線-

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.com通過本課程的學習，您將能夠：數字 信號數字 理論適用對象：對數字

感

的人數字 概念采樣和量化彩色空間數據 常用接口數字 信號處理質量評估數字概念數字 的優越性失真小，噪聲低、質量高。易處理、易校正。可交互性強數字概念將輸入的模擬

信號變成輸出的數字

信號需要采樣、量化，編碼三個步驟。信號的采樣分兩種時間采樣空間采樣時間采樣。我國PAL制25幀。美日NTSC是30幀。幀、場。空間采樣以YUV420為例，標清圖像亮度分量每個采樣值為8bit，即256個級。或 清有用

8到14bit來量化一個采樣值。色彩空間一詞源于英文的“Color

Space”，色彩學中，人們建立了多種色彩模型，以一維、二維、三維甚至 空間坐標來表示某 彩，這種用坐標系統來定義的色彩范圍即色彩空間。例如計算機監視器上顯示顏色的時候，通常使用RGB（紅色、綠色、藍 彩空間定義，紅色、綠色、藍色被當作

X、Y

和

Z坐標軸。另外一個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表示（X、Y、Z）。我們經常用到的色彩空間主要有RGB、YUV,CMYK,HSB,HSL等等，其中YUV和RGB是視訊通信領域用的較多的二種色彩空間。因為色彩空間不一樣并且在不同色彩空間轉換有誤差。所以在數字圖像中有色差。淘寶店主常說

“親，注意可能有色差！”RGBRGB是從顏色的原理來設計定的，它的顏色混合方式就 紅、綠、 盞燈，當它們的光相互疊合的時候，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，藍色三種基本色光按照不同的比例（權重）混合而成的。一組紅色綠色藍色就是一個最小的顯示單位。屏幕上的任何一個顏色都可以由一組RGB值來記錄和表達。因此這紅色綠色藍色又稱為三原色光，用英文表示就是R(red)、G(green)、B(blue)。RGB的所謂“多少”就是指亮度，并使用整數來表示。在用8位表示時，RGB各有256級亮度，用數字量化表示為從0、1、2...直到255。注意雖然數字最高是255，但0也是數值之一，因此共256級。RGBYUV色彩空間的重要性是它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有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Y解決

彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色電視信號。YCbCr不是一種絕對色彩空間，是一種針對

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 通信系統中（特別是

編 ）的“YUV”圖像就是YCbCr。在科達的工作交流中，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是比值或稱權重，BT.601,BT.709,BT.2020中的權重是不同的。BT.6011982年CCIR(International

RadioConsultative

Committee國際無線電咨詢)制定了彩 數字化標準，稱為CCIR

601標準，現改為ITU-R

BT.601標準（601-4:1994.7.

/601-5:1995.10）。ITU-R

BT。ITU

=

Internationalmunication

Union(

)國際電信聯盟，R

= munication

Sector無線電部，BT

=

Broadcasting

service

(

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

RadioConsultative

Committee國際無線電咨詢)制定了彩 數字化標準，稱為CCIR

601標準，現改為ITU-R

BT.601標準（601-4:1994.7.

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

BT。ITU=

Internationalmunication

Union( )國際電信聯盟，R

= munication

Sector無線電部，BT

=

Broadcasting

service

(

evision)廣播服務(電視)。BT.709BT.709為 數字電視的ITU標準。1990年，ITU

11A工作組重開有關HDTV的會議，

1080p/50與1080p/60兩種逐行掃描系統成為討論的基礎。然而，在HDTV是否應包含隔行掃描這一問題上，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更高的運動效果，而SDTV的場頻已經是50

Hz與60Hz，因此采用這種場頻的HDTV不能提供比SDTV更好的質量，也就不屬于真正的HDTV。BT.709不過，考慮到隔行系統較為現實，ITU會議最終達成了一致，即接受50

Hz/60

Hz兩種場頻和幀頻、一種圖像格式（1920×1080）及一種數據率，NHK也隨著提交了一份ITU-R

BT.709建議的行業嶄露頭角。的誕生過程，新草案。2年后，HDTV開始在作為一個全球合作項目，709是智慧的結晶，也是妥協的產物。BT.20202012年下半年，國際電信無線電通信部門(ITU-R)頒布了面向新一代清UHD(Ultra-highdefinition) 制作與顯示系統的BT.2020標準。4K電視顯示標準BT.2020在色彩方面的提升：BT.2020標準相對于BT.709標準，大幅度提升了 信號的性能規范。例如色彩深度方面，就由BT.709標準的8bit提升至10bit或12bit，其中10bit針對的是4K系統，12bit則針對8K系統。而色域范圍的面積也遠遠大于BT.709標準，能夠顯示更加豐富的色彩，只是相對應來說，越廣的色域對于顯示設備的性能要求就越高，根據目前4K 清投影機的情況，往往需要采用新一代的激光或LED固態光源的機型才能達到。BT.2020BT.2020標準規定Ultra-high

definition

清圖像的顯示分辨率為3840×2160與7680×4320，畫面顯示比例為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標準中取消了隔行掃描，所有 清標準下的影像都是基于逐行掃描的，無疑是歷史性的突破，進一步提升了 清影像的細膩度與流暢感。BT.2020色彩空間轉換ITU-R

BT.601色彩空間轉換ITU-R

BT.709DVIDVI–Digital

Visual

Interface（數字圖像接口）DVI晰度多

接口High

Definition

Multimedia

Interface是一種數字化 /音頻接

術，是適合影像傳輸的 型數字化接口，其可同時傳送音頻和影像信號，最高數據傳輸速度為2.25GB/s。 可搭配寬帶數字內容保護（HDCP），以防止具有著作權的影音內容遭到

的

。VS

DVIDVI接口考慮的對象是PC，對于平板電視的兼容能力一般。DVI接口對影像 保護缺乏支持。DVI接口只支持8bit的RGB信號傳輸.DVI接口只能傳輸圖像信號，對于數字音頻信號的支持完全沒有考慮。接口的體積比DVI更小。DisplayPortDisplayPort也是一種數字顯示接口標準，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， 電子標準

(VESA)確定了1.0版標準，并在半年后升級到1.1版。

作為和UDI的競爭對手和DVI的潛在繼任者，DisplayPort贏得了AMD、In 、NVIDIA、戴爾、惠普、聯想、飛利浦、三星等業界巨頭的支持，而且它是免費使用的。DisplayPort接口可以完美支持HDCP數字內容保護協議，并且可以同時傳輸音頻與。DisplayPort最先是面向CRT而制定的規格，無論是還是其“孿生兄弟”UDI(實質是去掉的音頻傳輸功能)，兩者都繼承了DVI的 技術TMDS，從本質上來說仍然是DVI的擴展。DVI、、UDI的

內容都以即時、專線方式進行傳輸，這可以保證 流量大時不會發生堵塞的現象。而DisplayPort一開始則面向液晶顯示器開發，采用“Micro-Packet

Architecture(微封包架構)”傳輸架構， 內容以封包方式傳送，這一點同DVI、

等

傳輸技術有著明顯區別。也就是說， 的出現取代了模擬信號 ，而DisplayPort的出現則取代的是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是由蘋果公司開發出來的，因為蘋果一直需要小的接口來適應一貫輕薄的產品。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的數字變焦就是算法插值。光學變焦是物理上的。最近像素插值算法（Nearest

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

Interpolation）輸出的圖像的每個像素都是原圖中周圍像素運算的結果，這種算法極大地消除了鋸齒現象。雙三次插值算法（Bicubic

Interpolation）是上一種算法的改進算法，它輸出圖像的每個像素都是原圖16個像素（16×16）運算的結果。這種算法是一種很常見的算法，普遍用在圖像編輯

、驅動和數碼相機上。伽馬校正CRT顯示設備和許多電子照相機的光電轉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系（如輸出電壓與場景中光強度的關系）可以用一個冪函數來表示，它的一般形式是：輸出=(輸入)γ式中的γ(gamma)是冪函數的指數，它用來衡量非線性部件的轉換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉換特性。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。對于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數關系，從而找出γ值。。白平衡由于人眼具有獨特的適應性，使我們有的時候不能發現色溫的變化。比如在鎢絲燈下呆久了，并不會覺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，就會覺查到白紙的顏色偏紅了，但這種感覺也只能夠持續一會兒。機的CCD并不能像人眼那樣具有適應性，所以如果機的色彩調整同景物照明的色溫不一致就會發生偏色。那么白平衡呢？白平衡就是針對不同色溫條件下，通過調整機的色彩電路使拍攝出來的影像抵消偏色，更接近人眼的視覺。白平衡可以簡單地理解為在任意色溫條件下，機鏡頭所拍攝的標準白色經過電路的調整，使之成像后仍然為白色。空域濾波及濾波器的定義：使用空域模板進行的圖像處理，被稱為空域濾波，模板本身被稱為空域濾波器。 處理除空濾波還有頻域濾波。空域濾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、邊緣提取帶通濾波器主要用途：刪除特定頻率、增強中很少用定義:線性濾波器是線性系統和頻域濾波概念在空域的自然延伸。其特征是結果像素值的計算由下列公式定義：R

=

w1z1+

w2z2+

…

+

wnzn其中：wi i=1,2,…,n

是模板的系數zi i=1,2,…,n

是被計算像素及其鄰域像素的值模板尺寸越大，圖像越模糊，圖像細節丟失越多，低通濾波在去除噪音的同時也鈍化了邊和 的細節。低通濾波器平滑模糊中值濾波器非線性濾波器，它的原理是僅僅計算這組數的中值，并用中值替換當前的像素值。因此對于去除椒鹽噪點非常有用。在去除噪音的同時，可以比較好地保留邊的銳度和圖像的細節。高通濾波在增強了邊的同時，丟失了圖像的層次和亮度常數或變化平緩的區域，結果為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了圖像的整體對比度降低了計算時會出現負值，歸0處理為常見。頻域濾波頻域濾波器頻域濾波理想低通濾波器和 效應。頻域濾波低通濾波器圖象灰度分布的空間信息，無法解決目標形狀問題。直方圖的

規則就是“左黑右白”，左邊代