【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如果圖像信號(hào)為有限帶寬的信號(hào)，那么根據(jù)上式可以 看出，抽樣后的圖像信號(hào) fp(x,y)的 頻譜 是原頻譜 F(μ,ν) 沿 μ軸和 ν軸分別以 Δ u， Δ v為間隔無(wú)限地周期重復(fù)的結(jié) 果 .如圖 37（ c）所示。 從圖中可以看出， 只要 Δ u2Um， Δ v2Vm ，抽樣后的 圖像信號(hào)頻譜就不會(huì)出現(xiàn)混疊 。因此通常在進(jìn)行取樣之 前，圖像信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，使其成為一個(gè)帶 寬受限信號(hào)。當(dāng)以滿(mǎn)足上述條件的取樣間隔進(jìn)行取樣時(shí)， 取樣后的圖像頻譜不會(huì)出現(xiàn)混疊的現(xiàn)象，這樣可以利用一 個(gè)低通濾波器將原圖像頻譜濾出，從而可無(wú)失真地重建原 圖像，這就是 二維取樣定理 ，也稱(chēng)為 二維奈奎斯特取樣定 理 。 亞取樣 當(dāng) 取樣頻率 小于 奈奎斯特取樣頻率 時(shí)，通常 稱(chēng)其為亞 抽樣 。這就向人們提出了新的課題，即如何在亞取樣情況 下，減少頻譜混疊而引起失真。在自然景物圖像中，由于垂 直和水平的物體、線(xiàn)條、運(yùn)動(dòng)等比在其他方向上多，因此反 映在頻譜中，就是 水平和垂直方向的頻譜分量多于其他方 向 ，即自然景物圖像的頻譜主要分布在以原點(diǎn)為中心的菱形 范圍內(nèi)，如圖 38（ b）中心陰影區(qū)域所示。相應(yīng)的二維空 間取樣點(diǎn)分布如圖 38（ a）所示，沿水平和垂直方向上的 取樣間隔分別為 2Δ x和 2Δ y。 如何在亞取樣情況下，減少頻譜混疊而引起失真？ —— 菱形亞取樣 圖 38 菱形亞取樣及其頻譜分布 量化與量化信噪比 經(jīng)過(guò)取樣后所獲得的圖像是由一系列空間上離散的樣值序 列構(gòu)成，每個(gè)樣值是一個(gè)有無(wú)窮多個(gè)取值的連續(xù)變量。 量化 是 指將具有無(wú)限多個(gè)取值的樣值用有限個(gè)離散值來(lái)表示的過(guò)程， 并且可以賦予不同的碼字，從而成為真正意義上的數(shù)字圖像。 均勻量化 ：將樣本連續(xù)灰度等間隔分層量化方式稱(chēng)為均勻量化 非均勻量化 ：不等間隔分層量化方式稱(chēng)為非均勻量化。 量化與編碼 量化既然以有限個(gè)離散值來(lái)近似表示無(wú)限多個(gè)連續(xù)量， 就一定會(huì)產(chǎn)生誤差，這就是所謂的 量化誤差 。由此產(chǎn)生的失 真叫量化失真或 量化噪聲 ，對(duì)均勻量化來(lái)講，量化分層越 多，量化誤差越小，但編碼時(shí)占用比特?cái)?shù)就越多。在一定比 特?cái)?shù)下，為了減少量化誤差，往往要用非均勻量化，如按圖 像灰度值出現(xiàn)的概率大小不同進(jìn)行非均勻量化，即對(duì)灰度值 經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行細(xì)量化，反之進(jìn)行粗量化。 編碼 通過(guò)計(jì)算可知，編碼位長(zhǎng)每增加 /減小 1bit，就使量化 信噪比增加 /減小約 6dB，因此，取樣值的編碼比特?cái)?shù) n，直 接決定圖像的質(zhì)量。 通常 : 廣播電視、視頻通信 8bit 高質(zhì)量靜止圖像、遙感圖像等 =10bit 取樣、量化對(duì)圖像質(zhì)量的影響 實(shí)際取樣脈沖寬度的影響 由于實(shí)際取樣脈沖不是理想的 δ 函數(shù)，而是具有 τ 寬 度，因此會(huì)存在取樣值誤差，從而引起高頻失真。 量化誤差的影響 量化誤差所造成圖像質(zhì)量下降的主要原因有斜率過(guò)載、 顆粒噪聲、邊緣忙亂和偽輪廓四種： 斜率過(guò)載 發(fā)生在 圖像灰度急劇變化的邊界 ，正是由于 此處灰度變化太大，即使使用最大的量化值，仍無(wú)法反映 期間的變化，因此使圖像輪廓變得模糊。 圖 310 實(shí)際取樣脈沖的頻譜 顆粒噪聲 出現(xiàn)在 圖像灰度變化很小的區(qū)域 ，這時(shí)最小的量化 間隔仍不足以反映其緩慢的變化過(guò)程，因此可能會(huì)在兩個(gè)最 小量化電平之間出現(xiàn)來(lái)回振蕩的局面，造成解碼后所恢復(fù)的 圖像中其灰度平坦區(qū)域出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑。 邊緣忙亂 是指 在變化不太快的邊緣出現(xiàn)閃爍不定的現(xiàn)象 。這 是由于原始圖像中存在噪聲，它造成不同圖像幀之間在同一 像素位置產(chǎn)生的量化噪聲不同，從而引起緩慢變化的邊緣出 現(xiàn)這種不確定的現(xiàn)象。 偽輪廓 發(fā)生在 圖像亮度緩慢變化的區(qū)域 ，此時(shí)預(yù)測(cè)誤差較 小，但實(shí)際系統(tǒng)中所采用量化間隔過(guò)大，則會(huì)在圖像亮度緩 慢增加或減小的區(qū)域，出現(xiàn)這種偽輪廓的現(xiàn)象。 34 電視技術(shù)基礎(chǔ) 電視系統(tǒng)的組成 電視是利用光電和電光轉(zhuǎn)換原理，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，然后再還原為光圖像的一門(mén)技術(shù)， 其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 311所示。 在發(fā)送端首先經(jīng)過(guò)攝像設(shè)備，如攝像機(jī)，將景物進(jìn)行 圖像分解，完成空時(shí)、光電變換（在后面介紹），然后送 至信道進(jìn)行圖像信息的傳送。在接收端再由顯像設(shè)備，如 顯示器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行圖像復(fù)合，還原成原圖像，而其 中的同步系統(tǒng)，則負(fù)責(zé)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)之間的同步關(guān)系， 這只是初略的劃分，一般來(lái)說(shuō)， 整個(gè) 電視系統(tǒng) 主要由 成像、電視信號(hào)形成、信號(hào)處理、傳輸系統(tǒng)、電視信號(hào)接收與顯示 等部分組成。 圖 311 電視系統(tǒng)基本組成 電視制式 所謂電視制式， 實(shí)際上是一種電視顯示的標(biāo)準(zhǔn) 。不同的制式，對(duì)視頻信號(hào)的解碼方式、色彩處理的方式以及屏幕掃描頻率的要求都有所不同，因此如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理的視頻信號(hào)的制式與連接的視頻設(shè)備的制式不同，在播放時(shí)，圖像的效果就會(huì)有明顯下降，甚至根本無(wú)法播放 。 目前 國(guó)際上三大模擬彩色電視制式 ： PAL、 NTSC、 SECAM PAL制式 PAL是 phase Alternate Line的縮寫(xiě)，譯為相位逐行交換。它是前聯(lián)邦德國(guó) 1962年制定的一種電視制式。它規(guī)定 每秒 25幀 ， 每幀 625行 ，水平分辨率為 240~400個(gè)像素點(diǎn)， 隔行掃描 ， 掃描頻率50Hz， 寬高比例 4:3。我國(guó)和西歐大部分國(guó)家都使用這種制式。 NTSC制式 NTSC是 Notional Television System Committe的縮 寫(xiě)，譯為國(guó)家電視制式委員會(huì)。它是 1953年美國(guó)研制成功的 一種兼容的彩色電視制式。它規(guī)定 每秒 30幀 ， 每幀 526行 ， 水平分辨率為 240~400個(gè)像素點(diǎn)， 隔行掃描 ， 掃描頻率 60Hz， 寬高比例 4:3。北美、日本等一些國(guó)家使用這種制式。 SECAM制式 SECAM是 Sequential Color Memory System的縮寫(xiě)， 譯為順序傳送彩色存儲(chǔ)。它是法國(guó)于 1965年提出的一種標(biāo)準(zhǔn)。 它規(guī)定每秒 25幀，每幀 625行，隔行掃描，掃描頻率為 50Hz，寬高比例 4:3。上述 指標(biāo)均與 PAL制式相同，不同點(diǎn)主 要在于色度信號(hào)的處理上 。法國(guó)、俄羅斯、非洲地區(qū)使用這種 制式。 彩色電視信號(hào)的形成與傳送原理 電視信號(hào)的形成