视频信息获取和图像文件格式的转换.ppt

视频信息获取和图像文件格式的转换 人类感知客观世界有70%的信息是由视觉获取的。客观世界的原型应该是景物和图像, 语言和文字是对客观世界的一种描述。在日常生活中人们会发现, 有时用语言和文字难以表达的事物, 用一张简单的图就能够精辟而准确地表达。多少年来图像及视频和计算机一直没有太多的联系, 计算机输入输出的信息主要是数字和字符。80 年代末多媒体计算机技术的出现, 使计算机具有了综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力, 它以形象丰富的声、文、图信息和方便的交互性, 极大地改善了人机界面, 改变了使用计算机的方式, 从而为计算机进入人类生活和生产的各个领域打开了之门, 它为计算机产业开辟了非常广阔的市场。 彩色全电视信号 1 . 彩色空间表示及其转换 多媒体计算机处理图像和视频, 首先必须把连续的图像函数f ( x, y) 进行空间和幅值的离散化处理, 空间连续坐标( x, y) 的离散化, 叫做采样: f ( x, y) 颜色的离散化, 称之为量化。两种离散化结合在一起, 叫做数字化, 离散化的结果称为数字图像。 彩色空间表示及其转换 采样 对连续图像彩色函数f ( x , y) , 沿x 方向以等间隔Δx 采样, 采样点数为N, 沿y 方向以等间隔Δy 采样, 采样点数为N, 于是得到一个N× N 的离散样本阵列[ f ( m, n) ] N×N 。为了达到由离散样本阵列以最小失真重建原图的目的, 采样密度(间隔Δx 与Δy )必须满足惠特克-卡切尼柯夫-香农(Whit taker-Kot elnikov-Shannon)采样定理。 采样定理阐述了采样间隔与f ( x , y)频带之间的依存关系, 频带越窄, 相应的采样频率可以降低, 当采样频率是图像变化频率两倍时, 就能保证由离散图像数据无失真地重建原图。实际情况是空域图像f ( x, y)一般为有限函数, 那么它的频域带宽不可能有限, 卷积时混叠现象也不可避免, 因而用数字图像表示连续图像总会有些失真。 量化 采样是对图像函数f ( x, y)的空间坐标( x , y) 进行离散化处理, 而量化是对每个离散 点—像素的灰度或颜色样本进行数字化处理。具体说, 就是在样本幅值的动态范围内进 行分层、取整, 以正整数表示, 假如一幅黑白灰度图像, 在计算机中灰度级以2 的整数幂表 示, 即G= 2m , 当m= 8 , 7 , 6 , ? , 1 时, 其对应的灰度等级为256 , 128 , 64 , ? , 2。2 级灰度 构成二值图像, 画面只有黑白之分, 没有灰度层次, 通常的A/ D 变换设备产生256 级灰 度, 以保证有足够的灰度层次。而彩色幅度如何量化, 这要取决于所选用的彩色空间 表示。 颜色的基本概念 彩色可用亮度、色调和饱和度来描述, 人眼看到任一彩色光都是这三个特性的综合效果。 亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉, 它与被观察物体的发光强度有关。由于其强度不同, 看起来可能亮一些或暗一些, 显然, 如果彩色光的强度降到使人看不到了, 在亮度标尺上它应与黑色对应; 同样, 如果其强度变得很大, 那么亮度等级应与白色对应。 色调是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉, 它反映颜色的种类, 是决定颜色的基本特性。 饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度, 或者说是指颜色的深浅程度, 对于同一色调的彩色光, 饱和度越深颜色越鲜明或者说颜色越纯。 三基色(RGB) 原理应用 当白光的亮度用Y 来表示时, 它和红、绿、蓝三色的关系可用如下的方程描述: Y = 0 .299 R + 0 .587G + 0 .114 B ( 2 .1) 这就是常用的亮度公式, 它是根据美国国家电视制式委员会的NTSC 制式推导得到的, 如果采用PAL 电视制式时, 白光的亮度公式将作如下改动: Y = 0 .222 R + 0 .707G + 0 .071 B ( 2 .2) 在RGB 彩色空间中, 任意彩色光F, 其配色方程可写成: F = r[ R] + g[ G] + b[ B] ( 2 .3) YUV 和YIQ 彩色空间 在现代彩色电视系统中, 通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD 摄像机, 它把摄得的彩色图像信号, 经分色棱镜分成R0 G0 B0 三个分量的信号, 分别经放大和γ 校正得到RGB, 再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y 和B-Y , 最后发送端将Y、R-Y及B-Y 三个信号进行编码, 用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV 彩色空间, 采用YUV 彩色空间的好处如下。 ?? 亮度信号Y 解决了彩色电视机与黑白电视机的兼容问题; 大量实验表明, 人眼对彩色图像细节的分辨本领比对黑白图像的低得多, 因此对色度信号U、V , 可以采