图像及图像通信课件

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1、中国矿业大学信电学院第一章 图像与数字图像通信主要内容l 1.1 图像及其特点图像及其特点l 1.2 图像的分类及表示方法图像的分类及表示方法l 1.3 图像通信系统的组成图像通信系统的组成l 1.4 图像处理系统图像处理系统l 1.5 人眼的视觉特性人眼的视觉特性l 1.6 图像质量的评估标准及方法图像质量的评估标准及方法l 1.7 图像通信的关键技术图像通信的关键技术l 1.8 色度学基础及颜色模型色度学基础及颜色模型1.1 图像及其特点图像及其特点n 图像定义图像定义 图像是当光辐射能量照在图像是当光辐射能量照在物体上，经过它的反射或物体上，经过它的反射或透射，或由发光物体本身透射，或由

2、发光物体本身发出的光能量，在人的视发出的光能量，在人的视觉器官中所重现出的物体觉器官中所重现出的物体的视觉信息。的视觉信息。n 大多数图像是源于自然景物，其原始形态是连大多数图像是源于自然景物，其原始形态是连 续变换的模拟量，是连续的模拟信号。续变换的模拟量，是连续的模拟信号。1.1 图像及其特点图像及其特点n 图像特点图像特点 信息量大信息量大。“百闻不如一见百闻不如一见”，一幅图像中，一幅图像中所蕴含的信息量巨大所蕴含的信息量巨大 直观性强直观性强。“耳听为虚，眼见为实耳听为虚，眼见为实”。一般。一般的自然景物图像，不需特别的学习即可理解的自然景物图像，不需特别的学习即可理解 图像信息具有

3、一定模糊性图像信息具有一定模糊性。同一幅图像，不。同一幅图像，不同人观看，或同一个人不同时刻观看会有不同的同人观看，或同一个人不同时刻观看会有不同的理解，即情感信息，无法用概率模型来表示。理解，即情感信息，无法用概率模型来表示。图像的实体化和形象化图像的实体化和形象化。比如传真、远程图。比如传真、远程图像监控、会议电视、像监控、会议电视、“千里眼千里眼”等。等。1.2 图像的分类及表示方法图像的分类及表示方法p按传输方式按传输方式模拟图像：空间和亮度上连续取值的图像模拟图像：空间和亮度上连续取值的图像数字图像：空间和亮度上离散的图像数字图像：空间和亮度上离散的图像p按光谱特性按光谱特性二值图像

4、：图像中像素的取值只有两种二值图像：图像中像素的取值只有两种灰度图像：图像中像素取值只有一个亮度值灰度图像：图像中像素取值只有一个亮度值彩色图像：多光谱图像，图像中每个像点有多彩色图像：多光谱图像，图像中每个像点有多 于一个的局部性质于一个的局部性质p按是否随时间变化按是否随时间变化活动图像：随时间变化的图像活动图像：随时间变化的图像静止图像：不随时间变化的图像静止图像：不随时间变化的图像图像的分类图像的分类n 数字图像数字图像 用计算机进行图像处理的前提是图像必须以数用计算机进行图像处理的前提是图像必须以数字格式存储，我们把以数字格式存放的图像称之为字格式存储，我们把以数字格式存放的图像称之

5、为数字图像。数字图像。数字图像的获取数字图像的获取:获取模拟图像获取模拟图像 数字图像数字图像(如扫描仪如扫描仪)抽样量化抽样量化直接获取数字图像直接获取数字图像(如数码相机，数码摄象机如数码相机，数码摄象机)l物理图像及对应的数字图像物理图像及对应的数字图像 数字图像数字图像是以像素是以像素 像素定义的，且像素定义的，且像素像素作为作为保存图像的最小单位，都保存图像的最小单位，都定义有一个灰度值定义有一个灰度值。一幅一幅M MN N个像素的数字图像，其像素灰度值可个像素的数字图像，其像素灰度值可以用以用M M行、行、N N列的矩阵列的矩阵G G表示：表示：MNMMNNgggggggggG21

6、2222111211同于书上第同于书上第3页的式（页的式（1-6）图图 数字图像数字图像灰度信息数字化数字化像素1124421112788721158558611685686116875421158416611483166112611111问题：每个像素的取值定义为？问题：每个像素的取值定义为？灰度灰度n 灰度灰度 表示光的强度的数量量表示光的强度的数量量度。度。强度大为白色，强度弱强度大为白色，强度弱为黑色，中间的强度表现为黑色，中间的强度表现为灰色。为灰色。光强量化到光强量化到256256级，级，0 0对对应黑色，应黑色，255255对应白色对应白色（归一化：（归一化：0 0对应黑色，对应

7、黑色，1 1对应白色）对应白色）灰度图像灰度图像：是指每个像素的信息由一个是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，量化的灰度级来描述的图像，无彩色信无彩色信息息，通常划分为，通常划分为0255共共256个级别，个级别，0最暗（全黑），最暗（全黑），255最亮（全白）。最亮（全白）。n 彩色彩色/灰度灰度/二值图像二值图像灰度图像描述示例灰度图像描述示例n 彩色彩色/灰度灰度/二值图像二值图像彩色图像彩色图像：是指每个像素的信息由是指每个像素的信息由RGB三原三原色构成的图像，其中色构成的图像，其中RGB三个分量是由不同三个分量是由不同的灰度级（人为地分为的灰度级（人为地分为0255共

8、共256个等级）个等级）来描述的。来描述的。RGBRGB各种不同的组合可以表示出各种不同的组合可以表示出256256*256256*256256（约（约16001600万）种颜色（真彩色）。万）种颜色（真彩色）。彩色图像描述示例彩色图像描述示例 00255800255240240255R 02550160255255801600G 25525525524000160800B二值图像二值图像：图像的每个像素只能是黑图像的每个像素只能是黑（像素值为（像素值为0）或者白（像素值为）或者白（像素值为1）。）。彩色图像彩色图像灰度图像灰度图像使用下面的转换公式：使用下面的转换公式：grayscale:I

9、=0.299IR+0.587IG+0.114IB 灰度图像灰度图像彩色图像彩色图像使用不同的颜色使用不同的颜色(different in hue)来表示灰度来表示灰度图像中不同的图像特征（图像中不同的图像特征（image features）。）。n 图像信号的数学表达式：图像信号的数学表达式：I=f(x,y,z,t)I表示空间某像素点灰度（亮度）表示空间某像素点灰度（亮度）I I为正值，且有界，为正值，且有界，0 0 I Imax (x,y,z)(x,y,z)表示成像目标的空间坐标表示成像目标的空间坐标 t 表示时间坐标表示时间坐标 表示光的波长表示光的波长当当z=z0 时，表示二维平面图像。

10、时，表示二维平面图像。当当t=t0 时，或时，或I与与t无关时，表示静态图像。无关时，表示静态图像。当当 为定值时，表示单色图像。为定值时，表示单色图像。1.2 图像的分类及表示方法图像的分类及表示方法1.2 图像的分类及表示方法图像的分类及表示方法p二维函数二维函数f(x,y)，用于表示单幅图片（静止图，用于表示单幅图片（静止图像），其中，像），其中，x,y是空间坐标，是空间坐标，f(x,y)是点（是点（x,y）的幅值的幅值p三维函数三维函数f(x,y,t)，用于表示多帧图片（动态图，用于表示多帧图片（动态图像），其中，像），其中，x,y是空间坐标，是空间坐标，t是时间，是时间，f(x,y,

11、t)是是t时刻点（时刻点（x,y）的幅值）的幅值l 灰度图像表示方法灰度图像表示方法（=0）根据三基色原理，根据三基色原理，彩色图像信号彩色图像信号为：为：I=IR+IG+IB式中：式中：IR=fR(x,y,z,R,t)IG=fG(x,y,z,G,t)IB=fB(x,y,z,B,t)其中其中 R R,G G ,B B 为为3 3基色波长基色波长。1.3 图像通信系统的组成图像通信系统的组成分为模拟系统和数字系统两种。分为模拟系统和数字系统两种。1.1.模拟图像通信系统的组成框图模拟图像通信系统的组成框图图像信息源图像信息源调制器调制器信道信道解调器解调器噪声噪声显示器显示器图像信源是以一定扫描

12、方式产生电信号。图像信源是以一定扫描方式产生电信号。2.2.数字图像通信系统的组成框图数字图像通信系统的组成框图图图像像信信息息源源信信源源编编码码器器信信道道编编码码器器调调制制器器信信道道解解调调器器信信道道解解码码器器信信源源解解码码器器显显示示器器预处理预处理噪声噪声后处理后处理信源编码器进行压缩编码，减少信息数据量。信道编信源编码器进行压缩编码，减少信息数据量。信道编码器是为了提高信息在信道上传输质量，减少误码率码器是为了提高信息在信道上传输质量，减少误码率而采用有冗余编码。而采用有冗余编码。数字图像通信系统的优点数字图像通信系统的优点l可以多次中继传输而不致引起噪声的严重积累可以多

13、次中继传输而不致引起噪声的严重积累l有利于采用压缩编码技术有利于采用压缩编码技术l易于与计算机技术结合，实现图像、声音、数易于与计算机技术结合，实现图像、声音、数据等多种信息内容的综合视听通信业务据等多种信息内容的综合视听通信业务l可采用数字通信中的信道编码技术，以提高传可采用数字通信中的信道编码技术，以提高传输中的抗干扰性能输中的抗干扰性能l易于采用数字方法实现保密通信，实现数据隐易于采用数字方法实现保密通信，实现数据隐藏藏l采用大规模集成电路，可以降低功耗，减小体采用大规模集成电路，可以降低功耗，减小体积、重量，提高可靠性，降低成本，便于维护积、重量，提高可靠性，降低成本，便于维护1.4

14、图像处理系统图像处理系统图像输入图像输入图像处理图像处理和分析和分析图像通信图像通信图像存储图像存储图像输出图像输出n 数字图像处理硬件系统数字图像处理硬件系统 图像数字化 设 备输入图像图像处理计 算 机输出图像图像输出设备图像输入装置：图像输入装置：如扫描仪、数码相机，电视摄像机等如扫描仪、数码相机，电视摄像机等任务任务:要图像转换为适于计算机处理的数字图像数据要图像转换为适于计算机处理的数字图像数据1.图像输入装置图像输入装置 n 扫描仪扫描仪:分类分类:手持式扫描仪手持式扫描仪 平板式扫描仪平板式扫描仪 滚筒式扫描仪滚筒式扫描仪2.图像输出装置：图像输出装置：如打印机，显示器等如打印机

15、，显示器等任务：将数字图像重新转换成输出的灰阶图像或彩色图像任务：将数字图像重新转换成输出的灰阶图像或彩色图像图像图像 硬输出硬输出(硬拷贝硬拷贝):):在某种介质上能长期保存输出结果在某种介质上能长期保存输出结果 如：打印机、胶片记录仪、绘图仪、图像定位仪等如：打印机、胶片记录仪、绘图仪、图像定位仪等输出输出 软输出软输出(软拷贝软拷贝):):设备上显示的图像在设备关机后即设备上显示的图像在设备关机后即设备设备 消失。如：高分辨率消失。如：高分辨率/液晶液晶/等离子体显示器等离子体显示器3.图像处理装置图像处理装置：如计算机如计算机进行图像处理的进行图像处理的PC机配置尽可能高一些，有条件最

16、机配置尽可能高一些，有条件最好采用图形工作站进行处理。好采用图形工作站进行处理。4.图像存贮装置图像存贮装置：图像数据量庞大，早期其存储成为问题。到图像数据量庞大，早期其存储成为问题。到目前为止，目前为止，除了大容量磁盘可供存储图像数据之除了大容量磁盘可供存储图像数据之外，外，MO、CD、DVD等光学存储装置以及等光学存储装置以及SAN、NAS等网络存储系统，为存储海量图像数据提供等网络存储系统，为存储海量图像数据提供了极好的支持。了极好的支持。n 数字图像处理软件系统数字图像处理软件系统 DOSDOS平台平台98/200098/2000系统下系统下编程软件：编程软件：VC+，Matlab等等

17、商业软件：如画图软件、商业软件：如画图软件、Adobe公司的公司的PhotoshopPremiere等等1.5 人眼的视觉特性人眼的视觉特性晶状体视网膜人眼成像示意图 人眼通过视觉接受图像。景物由瞳孔通过相当于人眼通过视觉接受图像。景物由瞳孔通过相当于双凸透镜的晶状体在视网膜上成像，然后由视网双凸透镜的晶状体在视网膜上成像，然后由视网膜中作为光传感器的视细胞转换为视觉信号。膜中作为光传感器的视细胞转换为视觉信号。1.5 人眼的视觉特性人眼的视觉特性n 眼的适应性眼的适应性n 对比灵敏度对比灵敏度n 人眼的空间分辨力和时间分辨力人眼的空间分辨力和时间分辨力n 马赫马赫MachMach效应效应1.

18、1.眼的适应性眼的适应性人类视觉系统能适应的亮度范围是非常大的，人类视觉系统能适应的亮度范围是非常大的，从最暗到最亮可达从最暗到最亮可达1010数量级。数量级。但人类视觉系统并不能同时工作于这样大亮度范围。但人类视觉系统并不能同时工作于这样大亮度范围。亮度适应级：在一定条件下亮度适应级：在一定条件下,人视觉系统当前敏感度。人视觉系统当前敏感度。人眼在某一时刻能感受主观亮度范围为以此亮度适应人眼在某一时刻能感受主观亮度范围为以此亮度适应级为中心的一个小范围。级为中心的一个小范围。暗光适应：从亮到暗的适应过程，需暗光适应：从亮到暗的适应过程，需1030s。亮光适应：从暗到亮的适应过程，需亮光适应：

19、从暗到亮的适应过程，需12s。亮度适应能力亮度适应能力1.1.眼的适应性眼的适应性 同时对比度同时对比度对于同一物体，由于所处背景不同亮度不同，即对于同一物体，由于所处背景不同亮度不同，即使采用相同亮度刺激，人眼对其所感受主观亮度使采用相同亮度刺激，人眼对其所感受主观亮度是不一样的。此效应叫同时对比度。是不一样的。此效应叫同时对比度。由于同时对比由亮度差别引起，又称亮度对比。由于同时对比由亮度差别引起，又称亮度对比。色度对比是由色度差别引起的。色度对比是由色度差别引起的。2.2.对比灵敏度对比灵敏度 反映人眼刚能区别亮度差别能力反映人眼刚能区别亮度差别能力给定一个给定一个均匀照明均匀照明的足够

20、覆盖整视野平面，光源强的足够覆盖整视野平面，光源强度为度为I I且可以变化，现在加一照度增量且可以变化，现在加一照度增量II，为了使，为了使人能感觉到平面中间像有人能感觉到平面中间像有1 1个圆形亮斑的变化。个圆形亮斑的变化。II不够亮，则表示无不够亮，则表示无感知变化；感知变化；II够亮，则表示有感够亮，则表示有感知变化。知变化。I/I 称为对比灵敏度。称为对比灵敏度。韦伯比：韦伯比：令令I50为对给定背景亮度有为对给定背景亮度有50%机会能感知变化的机会能感知变化的照度增量，即照度增量，即I50表示眼睛刚能分辨出的照度差，则量表示眼睛刚能分辨出的照度差，则量I50/I称为韦伯比。通常韦伯比

21、为一常数称为韦伯比。通常韦伯比为一常数,约等于约等于0.02。3.3.视觉系统的分辨率视觉系统的分辨率定义：对于空间上或时间上两相邻的视觉信号，人们定义：对于空间上或时间上两相邻的视觉信号，人们刚能鉴别出二者存在的能力称为视觉系统的分辨率。刚能鉴别出二者存在的能力称为视觉系统的分辨率。空间分辨率空间分辨率：人眼区分相邻两个发光点的能力。通常：人眼区分相邻两个发光点的能力。通常用能够分辨两个发光点之间的最小视角表示。用能够分辨两个发光点之间的最小视角表示。时间分辨率时间分辨率：人眼对于随时间变化目标分辨能力。：人眼对于随时间变化目标分辨能力。人眼亮度感觉不会随着观察物体亮度消失而立即消失，人眼亮

22、度感觉不会随着观察物体亮度消失而立即消失，称为称为当离散画面重复频率不小于当离散画面重复频率不小于24Hz时，形成连续活动时，形成连续活动画面；若小于画面；若小于24Hz，则出现闪烁感觉。，则出现闪烁感觉。4.4.马赫马赫(Mach)(Mach)带效应带效应针对亮暗分界部分针对亮暗分界部分Mach带：带：人们在观察一条由均匀黑和均匀白的区域人们在观察一条由均匀黑和均匀白的区域形成的边界时，往往感觉到在亮度变化部位附近的暗形成的边界时，往往感觉到在亮度变化部位附近的暗区和亮区分别存在一条更黑和更亮的条带，这就是区和亮区分别存在一条更黑和更亮的条带，这就是Mach带。带。1.6 图像质量的评估标准

23、及方法图像质量的评估标准及方法1 1、图像质量的含义、图像质量的含义一个是一个是图像的逼真度图像的逼真度。即被评价图像与原标。即被评价图像与原标准图像的偏离程度。准图像的偏离程度。一个是一个是图像的可懂度图像的可懂度。即图像能向人或机器。即图像能向人或机器提供信息的能力。提供信息的能力。2 2、图像质量的主观评价、图像质量的主观评价定义：定义：图像的主观评价就是图像的主观评价就是通过人来观察图像，对图像的通过人来观察图像，对图像的优劣作主观评定优劣作主观评定,然后对评分进行统计平均，就得出然后对评分进行统计平均，就得出评价的结果。评价的结果。分类：分类：绝对评价：绝对评价：是由观察者根据一些事

24、先规定的评价尺是由观察者根据一些事先规定的评价尺度或自己的经验，对被评价图像提出质量判断。某度或自己的经验，对被评价图像提出质量判断。某些情况下，也可提供一组标准图象作为参考。些情况下，也可提供一组标准图象作为参考。相对评价：相对评价：对一组图像进行相互比较得出好坏并给对一组图像进行相互比较得出好坏并给出评分。出评分。国际上通行的国际上通行的5级评分的质量尺度和妨碍尺度级评分的质量尺度和妨碍尺度2 2、图像质量的客观评价、图像质量的客观评价对于对于数字图像数字图像，降质图像与理想图像的逼真度可定，降质图像与理想图像的逼真度可定义为义为均方误差值均方误差值 表示：表示：其中其中 为待评价图象；为

25、待评价图象；为参考图象。为参考图象。)y,x(fo),(yxf2e M1xN1y2o2e)y,x(f)y,x(fMN1、表示图像尺寸、表示图像尺寸对于对于数字图像数字图像，降质图像与理想图像的逼真度可定，降质图像与理想图像的逼真度可定义为义为信噪比信噪比表示：表示：n信噪比信噪比SNR：M1xN1y22s)y,x(fMN1 2e2slg10SNR 待评价图像的平均功率待评价图像的平均功率n峰值信噪比峰值信噪比PSNR2e2maxflg10PSNR 1.7 图像通信的关键技术图像通信的关键技术n图像信号的数字化图像信号的数字化n图像压缩编码技术图像压缩编码技术n网络传输技术网络传输技术n图像编码

26、的国际标准图像编码的国际标准nDSP技术技术1.1.图像信号的数字化图像信号的数字化l模拟信号转化为数字信号：采样和量化模拟信号转化为数字信号：采样和量化l采样和量化的过程影响数字图像的质量采样和量化的过程影响数字图像的质量图像采样与数字图像的质量图像采样与数字图像的质量图像通信的关键技术图像通信的关键技术图像采样与数字图像的质量图像采样与数字图像的质量图像通信的关键技术图像通信的关键技术图像采样与数字图像的质量图像采样与数字图像的质量图像通信的关键技术图像通信的关键技术图像量化与数字图像的质量图像量化与数字图像的质量图像通信的关键技术图像通信的关键技术2.2.图像压缩编码技术图像压缩编码技术

27、l用图像固有的统计特性，以及视觉生理、心理学特用图像固有的统计特性，以及视觉生理、心理学特性，或者记录设备和显示设备等的特性，从原始图性，或者记录设备和显示设备等的特性，从原始图像中经过压缩编码提取有效信息，尽量像中经过压缩编码提取有效信息，尽量去除无用的去除无用的或用处不大的冗余信息，以便高效率的进行图像的或用处不大的冗余信息，以便高效率的进行图像的数字传输或存储数字传输或存储，而且在复原时仍能够获得与原始而且在复原时仍能够获得与原始图像相差不多的复原图像。图像相差不多的复原图像。图像传输与存储需要的信息量空间：图像传输与存储需要的信息量空间：如一部如一部9090分钟的彩色电影，每秒放映分钟

28、的彩色电影，每秒放映2424帧。把帧。把它数字化，每帧它数字化，每帧512512 512512像素，每像素的像素，每像素的、三三分量分别占分量分别占8bit8bit，则总比特数为，则总比特数为 9090 6060 2424 512512 512512 3 3 8bit=8bit=。如一张如一张CDCD光盘可存光盘可存600600兆字节数据，这部电影光兆字节数据，这部电影光图像（还有声音）就需要图像（还有声音）就需要张张CDCD光盘用来存储。光盘用来存储。因此，传输带宽、速度、存储器容量的限因此，传输带宽、速度、存储器容量的限制使得对图象数据进行压缩显得非常必要。制使得对图象数据进行压缩显得非常

29、必要。3.3.网络传输技术网络传输技术l网络传输技术是影响图像通信效果的关键网络传输技术是影响图像通信效果的关键因素之一因素之一l传输网络传输网络l数字调制技术数字调制技术4.4.图像编码的国际标准图像编码的国际标准l技术的标准化对技术的研究、发展和产业技术的标准化对技术的研究、发展和产业化起了巨大的推动作用化起了巨大的推动作用lJPEG标准标准lH.26x系列标准系列标准lMPEG系列标准系列标准各种编码标准的主要技术和应用目标各种编码标准的主要技术和应用目标编码标准编码标准制定组织制定组织目标码率目标码率主要压缩技术主要压缩技术主要应用目标主要应用目标JPEGISO/IEC230倍倍DCT

30、主观量化主观量化Zig-Zag扫描扫描熵编码熵编码Internet图像服务图像服务数字照相数字照相图像和视频编辑图像和视频编辑JPEG2000ISO/IEC250倍倍小波变换小波变换EBCOTROI编码编码空间可分级码流空间可分级码流质量可分级码流质量可分级码流改进算术编码改进算术编码容错编码容错编码Internet图像服务图像服务数字照相数字照相图像和视频编辑图像和视频编辑打印打印医学图像医学图像移动应用移动应用彩色传真彩色传真卫星图像传输卫星图像传输编码标准编码标准制定组织制定组织目标码率目标码率主要压缩技术主要压缩技术主要应用目标主要应用目标MPEG-1ISO/IEC1.5MbpsDCT

31、主观量化主观量化Zig-Zag扫描扫描熵编码熵编码运动补偿预测运动补偿预测双向运动补偿双向运动补偿半像素运动估计半像素运动估计CD-ROM视盘视盘消费视频消费视频视频记录视频记录MPEG-2ISO/IEC1.5Mbps35MbpsMPEG-1所有技术所有技术基于帧基于帧/场运动补偿场运动补偿空间可分级码流空间可分级码流时间可分级码流时间可分级码流质量可分级码流质量可分级码流容错编码容错编码数字数字TV、HDTV高质量视频传输、高质量视频传输、存储存储卫星卫星TV、CATVDVB/DVD视频编辑视频编辑编码标准编码标准制定组织制定组织 目标码率目标码率主要压缩技术主要压缩技术主要应用目标主要应用

32、目标MPEG-4ISO/IEC8kbps 35MbpsMPEG-2所有技所有技术术Wavelet零树扫描零树扫描高级运动补偿高级运动补偿重叠运动补偿重叠运动补偿视相关可扩展编视相关可扩展编码码位图形状编码位图形状编码Sprite编码编码脸部动画脸部动画动态网格编码动态网格编码Internet交互视频交互视频可视编辑可视编辑内容管理内容管理消费视频消费视频专业级视频专业级视频2D/3D计算机计算机图形图形移动通信移动通信编码标准编码标准制定组织制定组织目标码率目标码率主要压缩技术主要压缩技术主要应用目标主要应用目标H.261ITU-TP64kbpsP：131DCT自适应量化自适应量化Zig-Za

33、g扫描扫描熵编码熵编码运动补偿预测运动补偿预测整像素运动估计整像素运动估计差错控制编码差错控制编码ISDN视频会议视频会议H.263ITU-T8kbps 1.5MbpsH.261全部技术全部技术双向运动补偿双向运动补偿半像素运动估计半像素运动估计高级运动补偿高级运动补偿重叠运动补偿重叠运动补偿可选算术编码可选算术编码无限制运动预测无限制运动预测可视电话可视电话桌面可视电话桌面可视电话桌面可视会议桌面可视会议移动可视电话移动可视电话网络视频网络视频5.DSP5.DSP技术技术l在数字图像通信中，有大量的数字信号处在数字图像通信中，有大量的数字信号处理工作要完成，而且往往要求在很短时间理工作要完成

34、，而且往往要求在很短时间内甚至是实时地完成，这些问题地解决，内甚至是实时地完成，这些问题地解决，要依靠高速要依靠高速DSP技术的支持，同时也促进技术的支持，同时也促进了了DSP技术朝着高速、并行和多媒体信号技术朝着高速、并行和多媒体信号处理的方向发展。处理的方向发展。1.8 彩色基础及模型彩色基础及模型1.色度原理色度原理 人类的彩色感觉具有两个属性：亮度和色度。人类的彩色感觉具有两个属性：亮度和色度。亮度指被感知光的明亮度。亮度指被感知光的明亮度。色度指被感知光的颜色和深浅程度。色度指被感知光的颜色和深浅程度。包含两个属包含两个属性特征：色调和饱和度。性特征：色调和饱和度。u 亮度（亮度（I

35、ntensity）照射光越强，反射光也越强，看起来越亮。照射光越强，反射光也越强，看起来越亮。亮度是非彩色属性，彩色图像中亮度对应于黑白亮度是非彩色属性，彩色图像中亮度对应于黑白图像中灰度。图像中灰度。u 色调（色调（Hue）色调是一种或多种波长的光作用于人眼所引起色调是一种或多种波长的光作用于人眼所引起的彩色感觉。的彩色感觉。色调描述纯色的属性，如纯黄色、橘色或红色。色调描述纯色的属性，如纯黄色、橘色或红色。u 饱和度（饱和度（Saturation）饱和度是颜色的纯度（即惨入白光的程度）或颜色的饱和度是颜色的纯度（即惨入白光的程度）或颜色的深浅程度。深浅程度。饱和度的深浅与色光中白光成分多少

36、有关。饱和度的深浅与色光中白光成分多少有关。对于同一色调彩色光，饱和度越深，颜色越纯，加入对于同一色调彩色光，饱和度越深，颜色越纯，加入白光成分越少。白光成分越少。2.彩色混合的三基色原理彩色混合的三基色原理 图像的三基色图像的三基色在计算机上显示一幅彩色图像时，每一个像素的颜在计算机上显示一幅彩色图像时，每一个像素的颜色是通过三种基本颜色（即红、绿、蓝）合成的，色是通过三种基本颜色（即红、绿、蓝）合成的，即最常见的即最常见的RGB颜色模型。颜色模型。国际照明委员会（国际照明委员会（CIE）规定以规定以700nm(红红)、546.1nm(绿绿)、435.8nm(蓝蓝)三个色光为三基色。又三个色

37、光为三基色。又称为物理三基色。称为物理三基色。自然界的所有颜色都可以通过选用自然界的所有颜色都可以通过选用这三基色按不同这三基色按不同比例混合而成比例混合而成。n 混色模式：混色模式：分两类：分两类：增色模式（相加混色）增色模式（相加混色）RGB三基色应用在相加混色中。三基色应用在相加混色中。如如R+B=M（紫）、（紫）、B+G=C（青）、（青）、R+G=Y（黄）。（黄）。减色模式（相减混色）减色模式（相减混色）CMY（紫黄青）基色应用于相减混色中。（紫黄青）基色应用于相减混色中。如白光减去紫色表现为绿色。如白光减去紫色表现为绿色。图像的彩色模型图像的彩色模型n 分类：分类：面向诸如视频监视器

38、、面向诸如视频监视器、彩色摄像机之类的显示硬彩色摄像机之类的显示硬 件设备：件设备：RGB模型模型 面向以彩色处理为目的的应用：面向以彩色处理为目的的应用：HSI模型模型 硬拷贝设备，如打印机，印刷工业：硬拷贝设备，如打印机，印刷工业：CMY色彩系统色彩系统n 电视传播系统：电视传播系统：YUV色彩系统色彩系统n 数字电视系统以及图像、视频压缩标准：数字电视系统以及图像、视频压缩标准：YCbCr色彩空间色彩空间l RGBRGB加色混合色彩模型加色混合色彩模型该模型中各种颜色都是由红、绿、蓝三基色以该模型中各种颜色都是由红、绿、蓝三基色以不同比例相加混合而成。不同比例相加混合而成。C=aR+bG

39、+cB （C为任意彩色光）为任意彩色光）RGB模型是基于笛卡儿坐标系统的。模型是基于笛卡儿坐标系统的。RGB模型用三维空间中的一个点来表示一种颜色。模型用三维空间中的一个点来表示一种颜色。每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值，蓝亮度值，亮度值限定在亮度值限定在0,1。灰度线，灰度线，从黑到白从黑到白的灰度值的灰度值分布在此分布在此线上线上黑色：坐标（黑色：坐标（0,0,0），任一基色均没亮度），任一基色均没亮度白色：坐标（白色：坐标（1,1,1），），三基色达最高亮度三基色达最高亮度紫色紫色l CMYCMY减色混合色彩模型减色混合色彩

40、模型CMY表色系统是通过青色（表色系统是通过青色（Cyan）、深红色）、深红色（Magenta）和黄色（）和黄色（Yellow）三种颜色基于）三种颜色基于相减混合来产生其他颜色的，称这种方式为减相减混合来产生其他颜色的，称这种方式为减色合成法色合成法(Subtractive Color Synthesis)。CMY是是RGB三基色的补色。三基色的补色。CMY与与RGB存在关系：存在关系：BGRYMC111CMY使用时相当于从白光中减去某种颜色。如青色使用时相当于从白光中减去某种颜色。如青色是从白光中减去红色。是从白光中减去红色。l YIQYIQ和和YUVYUV模型模型应用于传输彩色电视信号应用

41、于传输彩色电视信号在这两个模型中，在这两个模型中，Y表示亮度（强度）。表示亮度（强度）。Y分分量可提供黑白电视机的所有影像信息。量可提供黑白电视机的所有影像信息。世界上三种不同电视制式系统：世界上三种不同电视制式系统：PAL系统：大多数西欧国家和包括中国以及中东的亚洲国家系统：大多数西欧国家和包括中国以及中东的亚洲国家NTSC系统：北美和包括日本在内部分亚洲国家和地区系统：北美和包括日本在内部分亚洲国家和地区SECAM系统：前苏联、东欧、法国以及一些中东国家系统：前苏联、东欧、法国以及一些中东国家YIQ模型用于模型用于NTSC系统；系统；YUV模型用于模型用于PAL系统。系统。I、Q分量和分量

42、和U、V分量都表示色度和饱和度。分量都表示色度和饱和度。电视信号在发射时，将电视信号在发射时，将RGB信号转换成信号转换成YUV形形式，接受时再将式，接受时再将YUV形式信号还原成形式信号还原成RGB三基三基色信号，由显像管显示。色信号，由显像管显示。RGB与与YUV之间的对应关系之间的对应关系 VUYBGR0032.21581.0395.01140.101 BGR100.0515.0615.0436.0289.0147.0114.0587.0299.0VUYRGB与与YIQ之间的对应关系之间的对应关系 BGRQIY311.0523.0212.0321.0275.0596.0114.0587.

43、0299.0 QIYBGR1.7031.106-10.647-0.272-10.6210.9561I和和Q分量是分量是U和和V分量旋转分量旋转33度后的结果。度后的结果。l YCYCb bC Cr r彩色空间彩色空间lY指亮度指亮度,与与YIQ和和YUV的的Y相同相同lCb和和Cr由由U和和V调整得到调整得到l用于数字电视、压缩标准采用的彩色空间用于数字电视、压缩标准采用的彩色空间l与与YUV表色系统不同的是它充分考虑了色彩组成时表色系统不同的是它充分考虑了色彩组成时RGB三色的重要因素。三色的重要因素。YUV考虑的是简单，考虑的是简单，YCbCr考虑的是压缩时可以充分取出冗余量。考虑的是压缩时可以充分取出冗余量。l YCYCb bC Cr r彩色空间彩色空间lRGB到到YCbCr的转换的转换BGRY114.0587.0299.0)(114.01(2YBCb)(299.01(2YRCrlYCbCr 到到RGB的转换的转换)299.01(21rk)114.01(21bkrrCkYRbbCkYBbbrrCkCkYG*587.0/114.0*587.0/299.0