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多媒体计算机技术 鲁宏伟 luhw@hust.edu.cn 第三章 数字图像处理技术 信号处理的基本术语 图像数据压缩基础 图像数据压缩算法 常用图形、图像文件的格式 静态图像压缩标准 动态图像压缩标准 H.261和H.263标准 信号处理的基本术语 采样与量化 DFT和IDFT 小波变换 采样和量化 信号的数字化处理包括两个步骤，一个是信号在时间上的离散化，即采样；另一个是幅度上的离散化，即量化。 采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔△t在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬时值。它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的 采样和量化 量化是对幅值进行离散化，即将振动幅值用二进制量化电平来表示。量化电平按级数变化，实际的幅度值是连续的物理量。具体幅度值用舍入法归到靠近的量化电平上。 对模拟信号采样首先要确定采样间隔。如何合理选择△t涉及到许多需要考虑的技术因素。 DFT和IDFT 傅立叶分析是将原始信号分解成不同频率成分的正弦波，将时域信号转变为频域信号的一种数学方法，在信号的分析和处理中有着十分重要的作用 对数字信号，需要采用相关的离散化方法，这就是由傅立叶分析得到的离散傅立叶变换DFT，其逆变换表示为IDFT。 DFT和IDFT 设是连续函数h(t)的N个采样值，则这N个点的宽度为N的DFT定义为 IDFT定义为 称为N点DFT的变换核函数 称为N点IDFT的变换核函数 小波变换 一个小波是一个在有限周期内的波形，它的平均值为零。 比较正弦波形和小波，正弦信号正是Fourier分析的基础，它没有限定的周期，它可以从负无穷扩展到正无穷，正弦信号是平滑并且是可预知的，小波信号是不规则的并且不对称。 小波变换 傅立叶分析是将信号分解为各种频率的正弦信号，类似地，小波分析是将信号分解为滑动的、与母系小波成比例的各种子波。 小波变换 小波变换可以使得信号的低频长时特性和高频短时特性同时得到处理，具有良好的局部化性质，能有效地克服傅氏变换在处理非平稳复杂信号时存在的局限性，具有极强的自适应性。 由于小波变换能够有效地解决方块效应和基本上解决蚊式噪声，所以小波变换已经成为当今图像压缩编码的主要研究方向。 图像数据压缩基础 色彩的基本概念 视觉系统对颜色的感知 彩色空间及其变换 RGB颜色模式 Lab颜色模式 HSB颜色模式 CMYK颜色模式 颜色模型的色域 彩色空间的线性变换标准 图像的种类 色彩的基本概念 从人的视觉系统看，色彩可用色调、饱和度和亮度来描述。人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果，这三个特性可以说是色彩的三要素，其中色调与光波的波长有直接关系，亮度和饱和度与光波的幅度有关。 图像深度与色彩类型 图像深度与显示深度 图像深度与色彩类型 图像深度是指位图中记录每个像素点所占的位数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。 每个像素点的图像深度的分配还与图像所用的色彩空间有关。以最常用的RGB色彩空间为例，图像深度与色彩的映射关系主要有真彩色、伪彩色和调配色。 真彩色 真彩色（true-color）是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。例如图像深度为24，用R：G：B＝8：8：8来表示色彩，则R、G、B各占用8位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为28＝256种。图像可容纳224＝16 M种色彩。这样得到的色彩可以反映原图的真实色彩，故称真彩色 伪彩色 伪彩色（pseudo-color）图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码，该代码值作为色彩查找表CLUT（Color Look-Up Table）中某一项的入口地址，根据该地址可查找出包含实际R、G、B的强度值。 用这种方式产生的色彩本身是真的，不过它不一定反映原图的色彩。在VGA显示系统中，调色板就相当于色彩查找表。从16色标准VGA调色板的定义可以看出这种伪彩色的工作方式 伪彩色一般用于65K色以下的显示方式中。标准的调色板是在256K色谱中按色调均匀地选取16种或256种色彩。一般应用中，有的图像往往偏向于某一种或几种色调，此时如果采用标准调色板，则色彩失真较多。因此，同一幅图像，采用不同的调色板显示可能会出现不同的色彩效果。 16色标准VGA调色板 采用不同的调色板显示同一幅图像的效果实例 调配色 调配色（direct-color）的获取是通过每个像素点的R、G、B分量分别作为单独的索引值进行变换，经相应的色彩变换表找出各自的基色强度，用变换后的R、G、B强度值产生的色彩。 调配色与伪彩色相比，相同之处是都采用查找表，不同之处是前者对R