雷运发第5章视频信息处理

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1、第5章视频信息处理学习目标掌握模拟视频信号的特点及数字化的基本方法;理解运动图像压缩的国际标准MPEG-1和MPEG-2;了解视频信息获取的基本原理和方法;掌握视频编辑的基本步骤和方法。5.1数字视频原理5.1.1模拟电视信号1．黑白电视信号模拟视频图像扫描方式有隔行扫描和非隔行扫描之分。黑白电视和彩色电视都用隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描（逐行扫描）。非隔行扫描：电子束从显示屏的左上角一行接一行的扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。隔行扫描：电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，然后在第5、7、……行上扫，直到最后一行；奇数行扫完后接着扫偶数行

2、，这样就完成了一帧（frame）的扫描。隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场；另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。每秒钟扫描多少行称为行频fH；每秒钟扫描多少场称为场频ff；每秒扫描多少帧称帧频fF。采用隔行扫描的优点：所占用的信号传输带宽要减少一半；我国的电视画面传输率是每秒25帧、50场。25Hz的帧频能以最少的信号容量有效地满足人眼的视觉残留特性；隔行扫描使人眼不易觉察出闪烁，同时也解决了信号带宽的问题。由于我国的电网频率是50Hz，采用50Hz的场刷新率可以有效的去掉电网信号的干扰。全电视信号主要由图像信号（视频信号）、复合消隐信号

3、和复合同步信号组成。这两种信号加在一起称为全电视信号一个行周期的黑白电视信号中图像信号占52.2μs，其余11.8μs是扫描的逆程时间。逆程时间很短，而且逆程信号不能在屏幕上显示出来，因此逆程电平不能高于黑电平。对于一张黑白图像，我们可以画出一行的黑白电视信号示意图，如下图所示：在全电视信号中，把奇数场同步信号的前沿作为一场的起点，第1、2、3行是场同步信号，第4、5、6行是后均衡脉冲，7~22行还是场消隐信号，该场消隐信号从前场623行开始，因此，整个消隐信号是25行加一个行消隐时间。图像信号从23行起到309.5行止，共287.5行，这就是第一场或称奇数场。从309.5行开始又是下

4、一场的场消隐信号及前均衡脉冲，在312.5行出现下一个偶数场的场同步脉冲，奇数场到此结束。偶数场开始，图像信号及偶数场结束，如图2.7所示。奇数场加上偶数场称为一帧。电视的清晰度一般用垂直方向和水平方向的分解率来表示。我国电视图像的垂直分解率为575行或称575线。这是一个理论值。影响水平分解率的主要因素是电视系统的扫描电子束。一般认为应使水平方向与垂直方向的分解率相当时清晰度效果最好。由于电视屏幕的水平与垂直方向比例为4:3，故实际水平分解率设计成约540线。水平方向的分解率或像素数决定电视信号的上限频率。电视信号逐行扫描时的信号带宽约为10MHz，而隔行扫描时的信号带宽约为5MHz

5、。我国目前规定的电视图像信号的标称频带宽度为6MHz。伴音信号音频信号的频率范围一般为20Hz～20kHz，其频带比图像信号窄得多。电视的伴音要求与图像同步，而且不能混迭。因此一般把伴音信号放置在图像频带以外，放置的频率点称为声音载频。我国电视信号的声音载频为6.5MHz，伴音质量为单声道调频广播。2．彩色电视信号黑白电视只传送一个反映景物亮度的电信号就行了，而彩色电视除了传送亮度信号以外还要传送色度信号。为使电视台发射一种彩色电视信号，黑白和彩色电视都能正常工作，黑白电视与彩色电视的兼容是个重要问题。实现黑白和彩色信号兼容：1.必须使亮度和色度信号分开传送，以便使黑白电视和彩色电视能

6、够分别重现黑白和彩色图像；2.应尽量压缩彩色电视信号的频带宽度，使其与黑白电视信号的带宽相同；3.除了新设置的色同步信号以外，应采用与黑白电视信号完全一致的行、场扫描以及消隐、同步等控制信号。采用YUV空间还可以充分利用人眼对亮度细节敏感而对彩色细节迟钝的视觉特性，大大压缩色度信号的带宽。我国规定的亮度信号带宽为6MHz，而色度信号U、V的带宽分别仅为1.3MHz。在现代彩色电视系统中，通常采用YUV彩色空间或YIQ彩色空间，Y为亮度信号，它可以与黑白全电视信号兼容，而U、V是色差信号。为了解决信号频带的兼容问题，还必须采用间插的方法把两个1.3MHz的色度信号频谱插在亮度信号频谱的高

7、端，这是因为亮度信号的频谱高端信号较弱，而且间隔较大。这样既不增加6MHz的带宽，又不会引起亮度和色度信号的混乱。这种方式称为频谱的交错。为了与声音载频相区分，一般称色信号在亮度信号频谱高端的中心位置为彩色副载波或简称为副载波。我国彩色电视的副载波频率为4.43MHz。色度C信号的总带宽为2.6MHz，可以保证色度信号频谱都落在亮度带宽之内，如图。5.1.2模拟视频制式标准1．NTSC彩色电视制式具有如下的扫描特性：（1）525行/帧，30帧/