数字视频信号处理技术
第五章 数字视频处理技术
（2）MPEG格式。MPEG的英文全称是Moving Pictures Experts Group，运动图像专家组格式。 家 里 常 看 的 VCD 、 SVCD 、 DVD 就 是 这 种 格 式 。 MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用 了有损压缩方法从而减少运动图像中的冗余信息。MPEG 的压缩方法说的更加深入一点就是保留相邻两幅画面绝大 多数相同的部分，而把后续图像中和前面图像有冗余的部 分去除，从而达到压缩的目的。目前MPEG格式有三个压 缩标准，分别是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4，另外， MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。
常见后缀
MPG
MPG
目标
时间 压缩情况
CD-ROM上的交互视频
1992年
数字电视
1994年
交互式、多媒体、低 码率视频 1998年
一部120分钟长的电影压 一部120分钟长的电影 保存接近于DVD画质 缩为1.2GB左右的大小 压缩为4-8GB的大小 的小体积视频文件
（3）DivX格式。DivX是由MPEG-4衍生出的另 一种视频编码（压缩）标准，也即我们通常所 说的DVDrip格式，它采用了MPEG4的压缩算 法同时又综合了MPEG-4与MP3各方面的技术， 说白了就是使用DivX压缩技术对DVD盘片的 视频图像进行高质量压缩，同时用MP3或AC3 对音频进行压缩，然后再将视频与音频合成并 加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式。 其画质直逼DVD并且体积只有DVD的数分之 一。
1.本地视频格式
（1）AVI格式。Audio/Video Interleave（音频/视频隔行扫描）的缩写，
是将语音和影像同步组合在一起的文件格式。图像质量好，可以跨多个
数字视频处理在视频编解码中的应用：技术、原理与应用研究
数字视频处理在视频编解码中的应用：技术、原理与应用研究第一章：引言数字视频处理是指通过使用计算机算法和技术来对视频进行各种处理的一种方法。
它在视频编解码中起着至关重要的作用。
随着数字技术的不断发展，数字视频处理的应用也越来越广泛。
本文将探讨数字视频处理在视频编解码中的技术、原理和应用研究。
第二章：数字视频处理的技术与原理2.1 视频编解码技术概述视频编解码是指将原始视频信号压缩为较小的文件以便传输或存储，并在需要时将其解压缩以还原为原始视频信号的过程。
视频编解码技术主要包括压缩算法、编解码标准和编解码器等方面。
2.2 数字视频处理的基本原理数字视频处理的基本原理是通过对视频信号进行采样、量化和编码来实现对视频的压缩和处理。
采样是指以一定的频率对视频信号进行抽样，将连续的视频信号转换为离散的数字信号；量化是指将采样后的离散信号映射为有限数量的离散值；编码是指将量化后的信号进行编码，以便于传输或存储。
2.3 数字视频处理的常用算法数字视频处理的常用算法包括运动估计算法、变换编码算法、熵编码算法等。
运动估计算法通过对视频序列的帧间关系进行分析，找出运动目标的运动矢量，从而实现对视频的压缩；变换编码算法通过将视频信号转换为频域表示，并利用频域的特性进行压缩；熵编码算法通过对视频信号的统计特性进行编码，实现进一步的压缩。
第三章：数字视频处理的应用研究3.1 视频压缩与传输数字视频处理在视频压缩与传输领域有着广泛的应用。
通过使用数字视频处理的技术和算法，可以将视频信号压缩为较小的文件，以便于传输和存储。
同时，数字视频处理还可以通过对视频信号的编码和解码，实现对视频传输过程中的错误纠正和丢包恢复。
3.2 视频分析与识别数字视频处理在视频分析与识别领域也有着重要的应用。
通过使用数字视频处理的技术和算法，可以对视频进行运动目标检测、行为识别、人脸识别等分析与识别任务。
这对于视频监控、智能交通等领域有着重要的意义。
视频信号处理技术与应用
视频信号处理技术与应用近年来，随着科技的迅猛发展，视频信号处理技术在日常生活中得到了广泛的应用。
视频信号处理技术是指通过对视频信号进行采集、传输、编码、解码等一系列处理，以满足人们对图像质量、编解码效率等方面的需求。
本文将介绍视频信号处理技术的基本原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、视频信号处理技术的基本原理视频信号处理技术的基本原理包括图像采集、图像传输、图像编码和图像解码等环节。
首先，图像采集是指通过摄像机、手机等设备将现实世界中的图像转化为电子信号。
常见的图像采集方式包括CCD和CMOS两种技术，其原理是将光信号转化为电信号，并通过模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号。
其次，图像传输是指将采集到的图像信号通过有线或无线的方式传输到接收端。
有线传输方式包括HDMI、DVI、SDI等，无线传输方式则应用了蓝牙、Wi-Fi、红外线等技术。
接着，图像编码是指将原始图像信号进行数字化处理，采用压缩算法将图像数据进行编码以减小存储空间和传输带宽。
常用的图像编码算法有JPEG、H.264、H.265等。
最后，图像解码是指将编码后的图像信号还原成原始的图像数据。
图像解码器通过解码算法将压缩后的数据复原，并通过数模转换器（DAC）将数字信号转化为模拟信号，最终在显示器上呈现出图像。
二、视频信号处理技术的应用领域视频信号处理技术在各个领域都有广泛的应用，为人们的工作和生活带来了便利和乐趣。
1. 视频监控领域：视频监控系统广泛应用于公共安全、交通管理等领域。
通过视频信号处理技术，可以对监控画面进行实时处理，如运动检测、目标跟踪等。
此外，智能视频分析技术也可以对视频进行智能识别和分析，如车牌识别、人脸识别等。
2. 视频会议领域：视频会议系统已成为企业、学校等组织机构沟通与协作的重要工具。
视频信号处理技术可以保证视频画面的清晰度和稳定性，同时还可以进行实时的音视频编解码，实现远程多方会议。
3. 数字电视领域：数字电视技术已经成为了家庭娱乐的重要组成部分。
第四章-数字视频处理技术课件
5
多媒体技术基础及应用
§3
数字视频的特点
➢ 数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，
而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误
差积累，产生信号失真。
➢ 模拟视频长时间存放后视频质量会降低，
能将计算机上的视频信号发送到电视机上输
出的视频转换卡、能将录像机、摄像机等视
频源产生的模拟信号进行数字化和编辑处理、
存储回放的视频采集卡、目前已经不太使用
了电影卡或叫电影解压缩卡或视频解压卡、
能接收电视信号，并在计算机上播放的电视
卡或电视接收卡。
7
多媒体技术基础及应用
§3.2 视频信号获取技术
视频采集卡——功能
15
多媒体技术基础及应用
§3
MPEG标准
MPEG-1：数字电视标准，1992年正式发布。 MPEG-2：数字电视标准。 MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度电视(HighDefinition TV，HDTV)工作组。 MPEG-4：多媒体应用标准(1999年发布)。 MPEG-5：直至目前还没有见到定义。 MPEG-6：直至目前月还没有见到定义。 MPEG-7：多媒体内容描述接口标准(正在研究)。
11
多媒体技术基础及应用
VGA输出
视频采集卡
S-Video 输入
VGA输入 连接口
VGA输出
VGA显卡卡
连接口
S-Video输出
§3
显示 器
录象机
12
多媒体技术基础及应用
§3
软件安装
数字电视信号处理技术及标准
数字电视信号处理技术及标准随着技术的不断发展，数字电视信号处理技术也得到了广泛应用。
数字电视技术将模拟信号转换为数字信号，使得数字电视具有了更高的画质和声音效果，也更能满足观众的需求。
本文将介绍数字电视信号处理技术及标准的相关知识。
数字电视信号处理技术数字电视信号处理技术主要包括数字编码、传输、解码和显示四个方面。
数字编码：数字电视信号编码是将模拟信号转换为数字信号，主要是为了使得信号的传输和存储更加方便和稳定。
数字编码采用的是数码采样和量化技术，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，进而进行压缩编码。
传输：数字电视信号的传输方式有很多种，如卫星传输、有线传输、数字移动电视等。
传输过程中，数字信号需要根据不同的传输方式和传输距离进行调制、调频等一系列处理，以保证信号能够无误地传输到接收端。
解码：数字电视信号解码是将数字信号转换为模拟信号，也就是将数字编码还原为扩展视频、扩展音频和数据的过程。
解码主要包括音频解码、视频解码、数据接收及解析等过程。
显示：数字电视信号的显示通过数字电视机、投影仪、电脑等设备实现，数字信号通过解码后，被显示在设备上，呈现出高清晰度、高色彩还原度、低图像噪声的效果，给观众带来更好的视觉感受。
数字电视信号处理标准为了规范数字电视信号处理技术和促进数字电视的发展，国际上制定了一系列数字电视信号处理标准。
1. MPEG-2标准MPEG-2是数字电视信号处理的关键标准之一。
MPEG-2压缩算法被广泛应用于数字电视信号编码中，它能够对音视频进行高效压缩，不仅可以提高数字电视信号的传输速度，还可以保证其画质和声音效果。
2. ATSC标准ATSC标准是美国数字电视标准委员会所制订的标准。
ATSC 标准规定了数字电视的传输模式、音视频编码方式、数据传输方式等技术参数，其主要目的是提升数码广播和数字电视的画质、音质、传输效率和服务质量。
3. DVB标准DVB标准是由欧洲数字电视联盟制定的标准，包括DVB-T、DVB-C、DVB-H、DVB-S等多个子标准。
数字信号处理技术简介
数字信号处理技术简介引言：- 数字信号处理技术是以数字计算机为基础的一种信号处理方法，用于对连续时间的模拟信号进行数字化处理。
- 数字信号处理在音频、视频、图像、通信等领域有广泛的应用，提高了信号处理的精度和效率。
一、什么是数字信号处理技术- 数字信号处理技术通过对模拟信号进行采样、量化和编码，将其转化为数字信号。
- 数字信号可以存储、传输和处理，具有较好的稳定性和灵活性。
二、数字信号处理的基本步骤1. 信号采样：- 采样是指以一定的时间间隔对模拟信号进行取样。
- 采样率决定了采样频率，一般要满足奈奎斯特采样定理。
2. 信号量化：- 量化是指将连续的模拟信号变为离散的数字信号。
- 通过将信号的幅度分成若干个离散的级别，将每个采样点映射到最近的一个量化级别上。
3. 信号编码：- 编码是指将量化后的信号转化为二进制，以便数字系统进行处理。
- 常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）、ΔΣ调制等。
4. 数字信号处理算法：- 数字信号处理算法是对数字信号进行处理和分析的数学方法和步骤。
- 常用的算法包括傅里叶变换、滤波、时域分析、频域分析等。
5. 数字信号重构：- 数字信号重构是将处理后的数字信号转化为模拟信号，以供输出和显示。
- 重构过程中需要进行数模转换和滤波处理。
三、数字信号处理技术的应用领域1. 通信领域：- 数字信号处理技术在调制解调、信道编码、信号恢复、自适应滤波等方面有广泛应用。
- 提高了通信系统的抗干扰能力和通信质量。
2. 音频与视频处理：- 数字信号处理技术在音频压缩、回声消除、音频增强、视频编解码等方面发挥重要作用。
- 提高了音频视频设备的音质和图像质量。
3. 图像处理与识别：- 数字信号处理技术在图像压缩、图像特征提取、目标检测与识别中有广泛应用。
- 提高了图像处理的速度和准确度。
4. 生物医学信号处理：- 数字信号处理技术在心电信号分析、脑电信号处理、医学影像处理等方面具有重要意义。
视频数字信息处理技术
4.3 数字视频的获取
在多媒体计算机系统中，视频处理一般是借助于一些相 关的硬件和软件，在计算机上对输入的视频信号进行接收、 采集、传输、压缩、存储、编辑、显示、回放等多种处理。 数字视频素材，可以通过视频采集卡将模拟数字信号转 换为数字视频信号，也可以从光盘及网络上直接获取数字 视频素材。
4.3 数字视频的获取
4.1 视频基础知识
4.1.2 电视信号及其标准 4． 彩色电视信号的类型 电视频道传送的电视信号主要包括亮度信号、色度信 号、复合同步信号和伴音信号，这些信号可以通过频率域 或者时间域相互分离出来。电视机能够将接收到的高频电 视信号还原成视频信号和低频伴音信号，并在荧光屏上重 现图像，在扬声器上重现伴音。 根据不同的信号源，电视接收机的输入、输出信号有 三种类型： （1）分量视频信号与S-Video （2）复合视频信号 （3）高频或射频信号
4.1 视频基础知识
4.1.2 电视信号及其标准 2． 彩色电视信号制式 （4）数字电视（Digital TV） 1990年美国通用仪器公司研制出高清晰度电视HDTV， 提出信源的视频信号及伴音信号用数字压缩编码，传输信 道采用数字通信的调制和纠错技术，从此出现了信源和传 输通道全数字化的真正数字电视，它被称为“数字电视”。 数字电视（DTV）包括高清晰度电视HDTV、标准清 晰度电视SDTV和VCD质量的低清晰度电视LDTV。 随着数字技术的发展，全数字化的电视HDTV标准将 逐渐代替现有的彩色模拟电视。
4.2 视频的数字化
4.2.2 常见的数字视频格式及特点
1． AVI AVI（Audio Video Interleave） 是微软公司开发的一种符合RIFF 文件规范的数字音频与视频文件格式。 AVI格式允许视频和音频交错记录、同步播放，支持256色和RLE 压缩，是PC机上最常用的视频文件格式，其播放器为VFW（Video For Windows）。 在AVI文件中，运动图像和伴音数据是以交替的方式存储，播放时， 帧图像顺序显示，其伴音声道也同步播放。以这种方式组织音频和视像 数据，可使得在读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信 息。 AVI文件还具有通用和开放的特点，适用于不同的硬件平台，用户 可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要专门 的硬件设备。 AVI文件可以用一般的视频编辑软件如Adobe Premiere进行编辑和 处理。
数字信号处理技术的应用领域
数字信号处理技术的应用领域数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是对模拟信号进行数字化处理的一种技术方法，已经广泛应用于各个领域。
本文将重点介绍数字信号处理技术的应用领域，并分点阐述各个领域的应用情况。
一、通信领域1.1 无线通信：数字信号处理技术在无线通信系统中起到了至关重要的作用。
通过数字信号处理，可以提高通信信号的质量，降低误码率，并实现各种调制解调、编解码等功能。
1.2 移动通信：数字信号处理技术在移动通信中的应用也非常广泛。
例如，通过数字信号处理可以实现信道估计、自适应调制等功能，提高移动通信系统的性能。
1.3 光纤通信：数字信号处理技术在光纤通信中的应用同样不可或缺。
通过数字信号处理，可以实现光纤信号的调制解调、光纤信号增强等功能，提高光纤通信的传输速率和稳定性。
二、音频与视频领域2.1 音频处理：数字信号处理技术在音频领域的应用也非常广泛。
例如，在音频信号处理过程中，可以利用数字滤波器消除噪声，实现均衡器调节音频频率响应，以及实现音频编解码等功能。
2.2 视频处理：数字信号处理技术在视频领域的应用同样重要。
通过数字信号处理，可以实现视频压缩编码，提高视频传输效率；还可以实现视频增强、去噪等功能，提高视频图像的质量。
三、医疗领域3.1 生物医学信号处理：数字信号处理技术在生物医学领域中的应用非常广泛。
例如，通过数字信号处理可以对生物医学信号进行滤波、去噪，以及进行心电图、脑电图等生物信号的分析和识别。
3.2 影像诊断：数字信号处理技术在医学影像诊断中也发挥着重要的作用。
例如，通过数字信号处理可以对医学影像进行去噪处理、增强对比度，以及实现图像分割、特征提取等功能，辅助医生进行疾病的诊断和治疗。
四、雷达与遥感领域4.1 雷达信号处理：在雷达系统中，数字信号处理技术可以实现雷达信号的去噪、目标检测与跟踪等功能，提高雷达系统的性能。
4.2 遥感图像处理：数字信号处理技术在遥感图像处理中也扮演着重要的角色。
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• 由于人眼对图像亮度细节的分辨能力远强于对彩色细节的 分辨能力，所以图像增强只能对亮度信号进行处理。
15
数字式图像增强器框图
16
水平细节提取电路
• 图像水平细节能量处于行频fH的高次谐波上，其能量集 中在亮度Y信号的高端； • 利用水平高通滤波器从Y频谱的高端提取图像水平细节， 再将它加到原来的Y信号中去，就能增强图像的水平细节。 • 水平细节提取电路 • 水平高通滤波器的传递函数为 其幅频特性为
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PAL制U、V色度分量的分离框图
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图像增强
图像增强概述 水平细节提取电路 垂直细节提取电路
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图像增强概述
• 电视图像增强（又称为图像轮廓校正）主要用来改善摄像 管、显像管的孔阑效应引起的电视图像模糊；
• 这里，通过数字信号处理，增强图像中的细节成分和线条 边界来增强图像轮廓，提高清晰度；
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U、V信号的分离
NTSC制U、V色度分量的分离原理
NTSC制色度信号表示式为 C = V cos ω sc t + U sin ω sc t 当采样率 f s = 4 f sc 时，在一个副载波 f sc 周期中，得到4个连续 的采样点，分别为
ω sc t = 0 的A点
ω sc t = π
2
3
视频信号的数字处理
亮度、色度信号的分离 U、V信号的分离 图像增强 噪声抑制
4
亮度、色度信号的分离
NTSC制亮度、色度信号的频谱结构
5
模拟电视的亮色分离原理
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NTSC制 数字式 亮、 色 分离 原理
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PAL制亮度、色度信号的频谱结构
8
PAL制电视的数字式亮色分离原理
9
1 1 1 1 H C ( Z ) = − ( Z − 2 N ⋅ Z − 2 N + 1) + Z − 2 N = Z − 2 N [1 − ( Z − 2 N + Z 2 N )] 2 2 2 2
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Z = e jω 将
H C ( e jω ) =
及 N = TH
1 − j 2 TH ω 1 e [1 − ( e − j 2TH ω 2 2 1 − j 2TH ω H C ( e jω ) = e (1 − cos 2TH ) 2
带入上式得 + e j 2T ω )] ，经展开得
H
取绝对值得到幅频关系。画出亮、色分离电路的幅频特性 如上图。可见Y分量对应着滤波器幅度波谷处，而色度信号 的U、V分量对应着滤波器幅度波峰处。这里的滤波器也像 梳状滤波器，所以，亮、色信号可以采用这种方式精确地 分离。
• PAL制，可以用低通型Y信号中去，就能增强图像的垂直细节。
18
• NTSC制的垂直细节提取电路
• 传递函数为
−1 其幅频特性为 H L ( Z ) = Z [1 +
1 2 ( Z + Z − 2 )] 2 jω H L (e ) = 1 + cos 2ωTs
视频信号的数字处理
1
主要内容
• 数字滤波器原理 • 视频信号的数字处理
– – – – 亮度、色度信号的分离 U、V信号的分离 图像增强 噪声抑制
• 同步扫描的数字处理 • 伴音信号的数字化处理
2
数字滤波器原理
• 数字滤波器主要由延迟电路、数字乘法器和数字加法器 三种基本元件组成。 • 下图是数字滤波器原理框图
1 H X ( Z ) = Z −1 [1 − ( Z + Z −1 )] 2
H X (e jω ) = 2 sin 2 ωTs
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垂直细节提取电路
• 图像的垂直细节能量处于各个fH/2的奇次谐波附近，以场频间隔
分布； • NTSC制，fH/2的奇次谐波正好和色度C的谱线一致，其能量集中在 色度频谱的低端；所以，NTSC制通常从色度C频谱中用低通型垂直细 节提取电路提取垂直细节，再加到原来的Y信号中去，就能增强图像 的垂直细节。
19
• PAL制的垂直细节提取电路
• 传递函数为 其幅频特性为
H L ( Z ) = − Z −1[ Z 1 + Z −1 − 2]
jω
H L (e ) = 2(1 − cos ωTH ) • 产生的垂直细节信号如图所示（东南P189图8.23）
20
噪声抑制
• 电视图像经过远距离传输或多次转录之后，噪声、杂波 会严重影响图像质量； • 利用图像信号的帧间自相关性很强（相邻两帧的图像信 息约有80%是相同的），而噪声干扰是随机的特点，将 连续几帧的电视图像信号进行累积、平均，可以改善图 像的信噪比。
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• 数字式噪声抑制器
• 传递函数为 H ( Z ) =
1− K 1 − KZ − N
其幅频特性为 H (e jω ) = L
1− K
1 + K 2 − 2 K cos(ωNTs )
22
同步扫描的数字处理
数字式行同步电路原理框图
23
数字式场同步电路原理框图
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伴音信号的数字化处理
伴音信号数字化处理原理框图
C A = +V
C B = +U
的B点
，与A点差一个采样时间 ，与B点差一个采样时间 ，与C点差一个采样时间
ω sc t = π 的C点
3 ω sc t = π 的D点
C C = −V
因此
2
C D = −U
1 (C B − C D ) 2
U =
V =
1 (C A − C C ) 2
11
NTSC制U、V色度分量的分离框图