基于DSP的数码相机系统.pdf

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1、DSP系统设计与应用(8)2011/10/311数码相机系统设计1、数码系统应用2、系统组成2.1CCD/CMOS成像2.2A/D采集与控制2.3色彩处理技术2.4控制方法2.5压缩编码---JPEG/MPEG2.6显示3、课程总结2011/10/3121、应用•黑白相机•彩色相机•数码相机2011/10/3132、系统组成2011/10/314数码相机系统框图2011/10/3152.1CCD/CMOS成像•CCD/CMOS图像传感器•矽感光二极体（photodiode）进行光与电的转换•电压/电流型光谱强度收集•图像像素：R、G、B2011/10/3162.2

2、A/D采集与控制2011/10/3172.3色彩处理技术•白平衡﹑亮度调整﹑色调整﹑γ修正﹑锐利化﹑白点﹑热燥点补正﹑噪声处理﹑压缩等。2011/10/3182.4控制方法•光圈控制•快门控制•自动聚焦控制–获取图像的高频分量2011/10/3192.5压缩编码---JPEG/MPEG•编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，比如从信息论角度出发可分为两大类：–冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。–信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。

3、也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。2011/10/3110压缩编码算法原理上的分类:•无损压缩编码种类–哈夫曼编码–算术编码–行程编码•有损压缩编码种类–预测编码：DPCM，运动补偿–频率域方法：正交变换编码(如DCT)，子带编码–空间域方法：统计分块编码–模型方法：分形编码，模型基编码–基于重要性：滤波，子采样，比特分配，矢量量化•混合编码–JBIG，H261，H263,JPEG，JPEG2000，MPEG1,MPEG2,MPEG4,AVS等技术标准2011/10/3111压缩编码方法的评价:•压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍

4、；•压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易；•解压缩的图像质量要好,用峰值信躁比表示PSNR。2011/10/3112JPEG标准JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)是一个由ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个专家组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准，因此又称为JPEG标准。JPEG既可用于灰度图像又可用于彩色图像。JPEG专家组制定的JPEG标准开发了两种基本的压缩算法，一种是采用以离散余弦变换(DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基

5、础的无损压缩算法。使用有损压缩算法时，在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别，因此得到了广泛的应用。JPEG专家组制定了JPEG2000(简称JPEG2000)标准，这个标准中采用了小波变换(wavelet)算法。2011/10/3113JPEG压缩编码-解压缩算法:2011/10/3114JPEG算法的主要计算步骤1.正向离散余弦变换(FDCT)。2.量化(quantization)。3.Z字形扫描编码(zigzagscan)。4.使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数(DC)进行编码。5.使用行程

6、长度编码(run-lengthencoding，RLE)对交流系数(AC)进行编码。6.熵编码(entropycoding)。2011/10/3115正向离散余弦变换•对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8×8的图像块，如图所示，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。2•DCT变换使用下式计算，•它的逆变换使用下式计算，•上面两式中，12C(u),C(v)=,当u,v=0；C(u),C(v)=1,其他。f(i,j)经DCT变换之后，F(0，0)是直流系数，其他为交流系数。2011/10/3116两维的DCT变换变成

7、一维的DCT变换2011/10/3117一维DCT的快速算法2011/10/3118量化•量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。•对于有损压缩算法，JPEG算法使用均匀量化器进行量化，量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定。因为人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量化值和色差量化值。此外，由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，因此图中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。2011/10/3119•亮度量化值

8、表/色度量