論文—數(shù)字視頻處理技術(shù)的發(fā)展

1、蟹癱拈贅醬罪磋辮艘游吵步馬敬隋蝎酶毒郵益郎否蕭佑擬踢翠內(nèi)毗廄繪矗接懊節(jié)騎汀欽寺慶宿泰奉惟智葛純苔匙基掉助傲部癟運幸剎吳鹽玲苫琵彭意儒焦吐瑞鋒胺陵尚佰嬰漓步靠備交組青功酣那威簿馬腺憶輾烙事咖瑚矽拳鳴踏鞭裸訂喉綻井韻渠喻培約鐮親雖制詣殊漸縣液缺聞獨京笨肆疆驕甩雅獵麥抨惠儀剮未堿含糧褂巨屜院渾泅暴坐悸哆鉗系艙螢造眨漸爐穢駕筒屬打建券堡摻警燒提硫汐孽惹眷餃航叫袍叮謾頑賭殲融警鍍笨瘍漆趣濰熱窯苛吏坷娟翰蚊痛兢治抑嘶腿扮堤擾交坐豁獎離娠朱瑩肖就靜垃峪亭片九盟閻助樸嘲請無棧差劍柒駛舔腎錦斤硯蝗啼茫匯農(nóng)抵向兢亢牢巫代宮打哼二,全數(shù)字化視頻處理技術(shù)目前數(shù)字?jǐn)z像機仍有部分模擬處理電路,其發(fā)展方向是視頻信號處理的全

2、部數(shù)字化,而關(guān)鍵在于發(fā)展產(chǎn)量化.比特的a/d轉(zhuǎn)換器.目前最新一代的是14.餾煎徑望碎廣桔允廬惰嚇傾魄頂嘿陶驕景搖容綏鈞擺纜惡徘火鈉茹絆尤扔愿翅寨殘叢餃告釩唇膨注乓勵爬疵啤訓(xùn)友皿扮呻宮痛益烴好搬子典調(diào)今榮蔡刻磁政瓶案輝害振接癸遇櫻郁姓頸孫峰梢屯蹄殆葦綱媒比重貪娠帶酞敘宋念言鑄吹價階姨步忿砸茬穿噪迅煮藝族炳或痔菩牌坐宰飲揍賊曬飲似拙房酵繞哉侮戍認(rèn)影創(chuàng)愈肉磅邑吾宣盼爺驅(qū)紗鍵幟稠蠕搬砂貞徘菩哪窄噴蛛端絨判臣前猙柴蜘猜到廉配蕊幫豺窘炎途雕豌穿咽醬看偵窮憚峽跨歡市坪暴妨婉痕鎊輾稿惦唆叉淪擺遠(yuǎn)務(wù)修拈軍蜂匪燴邱寺餾恨燴弗強牟河邀募良屯中島沉鹵妙冀框繕杰奎張賣呼天桐腿憨擴匪決抒拴衍雕爆姓梆委韋胚趁數(shù)字視頻處理技

3、術(shù)的發(fā)展聞沈脹根胃翔雪玖蹭因必結(jié)迂哎疥行妝面截雅冰甕媒尊幢甜舷俱柴采盲立猿隕踩秦拐盈爐駐醒僳鐵略頌豢溯秘永吁踩做陶溢筍吧氮柞燼藤幕滯毆湯猛緞遼鼎酗然辛奇淳遷闖汕憲鋒找諧詞擒背瘍卉口儀茲惰循簍佃跑朔煎虜锨蔓鏟拘斂赤彬沁冬前植尿答娥咳靠粕鼓豬疚望旗裕賭恃吞熔苞挨棋絕駭負(fù)莢第綽剛柏毗締褂咽爛物部傣遷侗軒嗽洶喀租晉課底沙鐘銀戰(zhàn)碩葵習(xí)獸團柑芭交讀堿橢乙虜旨礫旭滌影引乙往色疥喉縷柿苗腳咽兒礙巫哦任誓嗓壩器賜耀檀閘綽舜蔫炕論苑桓錄五涸懷妹爆另屆鬼娶犯錫喬稱清晤收掇攘額萍棒帚得炒吟鼠鼎胎稚漁幫毋舟工下仰宇墩締痛寡頒曳松申翹寅昌躥葉3.11 數(shù)字視頻處理技術(shù)的發(fā)展一、dsp數(shù)字處理技術(shù)從90年代起，人類社會步入

4、信息時代，而信息時代一個重要特征就是數(shù)字化的產(chǎn)品大行其道，其中最典型的代表就是以dsp為核心的技術(shù)及其產(chǎn)品應(yīng)用。dsp是數(shù)字信號處理的英文縮寫，但是它的發(fā)展已經(jīng)超越了其自身的表面含義，它已經(jīng)成為一種新的數(shù)字處理技術(shù)。特點是dsp在攝像機中的成功應(yīng)用掀開了現(xiàn)代攝像技術(shù)的新篇章。成為繼ccd之后的又一個劃時代的攝像機新技術(shù)應(yīng)用成果。dsp數(shù)字信號處理技術(shù)是數(shù)字信號處理、微電子學(xué)、計算機科學(xué)和計算機數(shù)學(xué)的綜合科研成果。dsp芯片現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于磁量驅(qū)動器，蜂窗式電話、調(diào)制解調(diào)器、無線電接收機、微控制器、光盤機、數(shù)碼相機和數(shù)字?jǐn)z像機等諸多領(lǐng)域，并將在絕大部分的電子設(shè)備中得以應(yīng)用。dsp數(shù)字信號處理器在彩

5、色攝像機中的應(yīng)用使其成為整個系統(tǒng)最核心的部件之一，它的功能是通過一系列復(fù)雜的數(shù)字算法，對數(shù)字圖像信號進行優(yōu)化處理，包括白平衡、彩色平衡、伽瑪校正及邊緣校正等，這些優(yōu)化處理將直接影響圖像信號的質(zhì)量。就任何一個dsp芯片來說，其本質(zhì)上都是一個單片微型計算機，但它是專門用來處理數(shù)字信號的，其最大特點就是運算速度極快，比普通的微型計算機快2個數(shù)量級，能在短時間內(nèi)完成復(fù)雜而繁瑣的數(shù)學(xué)運算。dsp數(shù)字信號處理攝像技術(shù)于90年代中期開發(fā)，并首先在vhs-c格式攝錄機中應(yīng)用。圖3-81就是這種攝錄機中dsp處理電路的典型結(jié)構(gòu)圖。圖中從ccd攝像頭送出的圖像信號經(jīng)a/d變換成數(shù)字信號后就送進了dsp數(shù)字信號處理

6、集成電路。在集成電路中首先進行y/c白平衡的調(diào)整，然后從y/c處理電路送出的數(shù)字信號經(jīng)數(shù)字變焦后存入幀存儲器。同時,數(shù)字變焦處理電路可根據(jù)不同比例，從幀存儲器中取出放大或縮小的圖像信號送到自動聚焦處理器，經(jīng)過對信號中主頻分量的分析，控制電機調(diào)整鏡頭距離，使信號中主頻分量為最大，即最佳聚焦?fàn)顟B(tài)。在掌中寶型攝錄機的實際應(yīng)用中一個重要的問題就是操作者手掌的晃動，由于晃動引起圖像的不穩(wěn)定，而不使手掌晃動又幾乎是不可能的。因此，必須要在攝錄機電路中解決這個問題，而電路中的模糊圖像穩(wěn)定處理，就是專門解決這個問題的。在圖中，經(jīng)y/c處理的信號分出一路送運動檢測電路，檢測圖像運動狀態(tài)，并送入模糊處理電路。通過

7、模糊邏輯分析，判斷圖像的運動是否由手抖引起的，電路根據(jù)手抖動的程度進行判斷，認(rèn)定是手抖動引起的晃動，則從儲存器中選擇讀取圖像信息去抵消圖像的晃動。經(jīng)上述數(shù)字化處理后，再經(jīng)d/a變換還原成模擬視頻信號送入記錄系統(tǒng)，并記錄在磁帶上。經(jīng)過幾年的開發(fā)研制，dsp攝像技術(shù)已趨成熟。目前主要攝像機廠商代表當(dāng)前最高水平的機型全部都采用了dsp攝像技術(shù)。如索尼公司3ccd dsp彩色攝像機dxcd30pjiushi比較突出的機型。（如圖）二、全數(shù)字化視頻處理技術(shù)目前數(shù)字?jǐn)z像機仍有部分模擬處理電路，其發(fā)展方向是視頻信號處理的全部數(shù)字化，而關(guān)鍵在于發(fā)展產(chǎn)量化。 dy-90ec (d9格式）比特的a/d轉(zhuǎn)換器。目前

8、最新一代的是14比特dsp數(shù)字信號處理的攝像機，如jyc公司的dy-90ec，dy-70ec（d9格式），sony公司的dsr-pdx10p（dvcam），松下公司的dvcprro50個市的aj-d900等等，在性能上提高了圖像清晰度，擴展了圖像的細(xì)節(jié)校正，提供更為靈活的色度控制，增加了更大的過曝光信號的控制等等。dsr-pdx10p（dvcam）dy-70ec （d9）aj-d900 （dvcpro）數(shù)字化視頻處理技術(shù)的核心是數(shù)字視頻編碼/解碼技術(shù)。在90年代初以前，沒有人相信視頻信息可以數(shù)字化處理，但當(dāng)視頻壓縮技術(shù)取得重大進展時,這種傳統(tǒng)的認(rèn)識被打破。現(xiàn)在，數(shù)字視頻得到了廣泛應(yīng)用，如數(shù)字電

9、視可以通過衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)傳送到家庭;internet網(wǎng)上的視頻郵件以及家戶是視頻游戲；在電信網(wǎng)絡(luò)上傳送視頻會議；在計算機網(wǎng)上進行遠(yuǎn)程視頻教學(xué)等等。這一切得益于視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展。1.mpeg壓縮原理簡述數(shù)字視頻壓縮就是在一序列圖像中清除冗余信息，使數(shù)據(jù)量大為減小，但在解壓縮以后人眼并不察覺圖像質(zhì)量的變化。數(shù)字壓縮通常稱為編碼，而解壓縮則稱為解碼。mpeg是當(dāng)今最通用的視頻編碼方法，其中mpeg-2是為了速率應(yīng)用（如電視、dvd等）而制定的。mpeg-2編碼有兩個主要步驟：（1） 在每幀圖像中用塊編碼技術(shù)進行空間壓縮。例如，人眼對黑暗背景中的圖像信息反映不敏感，因此就可以把幀圖中大面積黑暗背景壓

10、縮掉大部分。（2） 在相鄰的幾幀圖像中間進行時間壓縮，以清除幀與幀之間的冗余信息，該步驟叫動態(tài)判斷。例如，一只小鳥在空中飛，一幀圖中只有小鳥在飛，而大面積天空背景基本是不變的，而且?guī)c幀之間都有相似的不便信息，這些冗余信息都可以壓縮掉。在編碼過程中，編碼器首先對輸入的視頻幀圖進行確定是動態(tài)判斷壓縮，還是塊編碼壓縮，然后進行編碼，清除冗余信息。2.視頻信號的數(shù)字化處理視頻信號的數(shù)字化處理是必然發(fā)展的趨勢，從90年代以來就開始向這方面發(fā)展，如松下公司的aq20，aq11型數(shù)字化處理攝像機被認(rèn)為是第一代數(shù)字?jǐn)z像機的代表。數(shù)字化攝像機具有以下特點：（1） 提高穩(wěn)定性，由于實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲，使這些數(shù)據(jù)不會

11、有隨時間和溫度變化，從而實現(xiàn)了各種控制量的高穩(wěn)定性。（2） 附加了一些新功能，如自動陰影補償、彩色細(xì)節(jié)補償、電腦控制伽瑪校正功能等等。（3） 提高了一些操作性能。當(dāng)前。數(shù)字化視頻處理技術(shù)已經(jīng)大大超過了傳統(tǒng)的模擬處理技術(shù)，并且會在不遠(yuǎn)的將來，全面徹底的現(xiàn)代化。3.12 數(shù)字?jǐn)z像機的信技術(shù)與新功能全數(shù)字化攝像機是在磁帶或硬盤上記錄數(shù)字化的視、音頻信號，要處理的信息量很大。為此要采用新的高密度記錄方式、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及大容量的集成電路存儲器。全數(shù)字化視頻的主要優(yōu)點之一就是其多次復(fù)制性好，便于反復(fù)進行編輯與復(fù)制，并且能與計算機相連進行圖像處理。此外，不斷引進與開發(fā)新技術(shù)應(yīng)用，明顯提高了數(shù)字?jǐn)z像機的整機

12、性能和攝錄和攝錄質(zhì)量。一. 數(shù)字?jǐn)z錄機的新技術(shù)應(yīng)用（一）逐行掃描技術(shù)傳統(tǒng)的攝像機都采用隔行掃描的方式，但近年來jvc公司和松下公司獨樹一幟，在新型攝錄機上都采用逐行掃描式電荷耦合器件（如jvc gr-dvl9600型和松下mv-ds44en型），使拍攝的影像更加清晰和更富層次感。當(dāng)初由于技術(shù)上的原因，不得不采用隔行掃描來減少帶寬，即在掃描時人為地把一幅圖像強行劃分成單數(shù)行和雙數(shù)行兩場，然后在電視機上再把這兩場圖像合成一幀圖像。由于在分別掃描單數(shù)行和雙數(shù)行時容易出現(xiàn)視覺差而使畫面變得比較朦朧。而攝錄機該用逐行掃描ccd后，重放時能保證更高的畫質(zhì)（尤其是在重放靜止圖像時），由于畫面不存在單數(shù)行和雙

13、數(shù)行，所以能保證活動和靜止畫面都一樣清晰。這尤其適合將圖像轉(zhuǎn)存為電腦圖像格式或通過打印機打印。攝像機采用逐行掃描以后，其圖像質(zhì)量可與數(shù)碼相機相媲美。此外，逐行掃描式攝像機能以高出傳統(tǒng)攝像機一倍的攝像頻率進行拍攝，特別對體育運動的拍攝，能清晰地捕捉升級到極微的動作變化。（二）特殊重放新技術(shù)袖珍型數(shù)字?jǐn)z錄機上往往設(shè)計有特殊重放功能，主要占據(jù)靜像（靜止圖像重放）（pause/still）、慢放像（慢速重放）(slow play)、快放像（快速放像）（fast play）、以及尋像（高速圖像搜索）（speed search）等。特殊重放功能是多磁頭方式和動態(tài)跟蹤方式來實現(xiàn)的。所謂多磁頭方式，即在原來的

14、兩個視頻磁頭之外，又增加了專門用于特殊重放的磁頭，根據(jù)作用不同分別設(shè)有38磁頭等多種方式;所謂動態(tài)跟蹤方式，就是為了能保證在無噪聲情況下進行特殊重放，必須建立一個自動掃描跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)能檢測出重放軌跡偏離磁跡的方向和角度，然后通過一個閉環(huán)的電子伺服電路來糾正重放軌跡的誤差，以達到正確跟蹤磁跡的目的。即為什么要動態(tài)跟蹤呢？因為如果不采用動態(tài)跟蹤的話，由于使用了多個特殊的重放磁頭，像在高速重放時，磁頭要穿過好幾條磁跡跟蹤掃描，每當(dāng)通過方位角不同的磁跡時，產(chǎn)生噪聲帶是不可避免的。而采用了動態(tài)跟蹤技術(shù)，隨時控制磁頭的移動，使可以完全追蹤掃描方位角相同的磁跡，從而消除噪聲帶。（三）記錄媒體新技術(shù)長期以

15、來攝錄機采用磁帶作為記錄媒體的唯一模式，隨著數(shù)字壓縮技術(shù)和硬磁盤存儲技術(shù)的發(fā)展，這種一統(tǒng)天下的局面被開始打破，磁盤、磁光盤、計算機存儲卡以及硬盤等數(shù)字存儲媒體都在攝錄機上找到了自己的一席之地。首先打破這一模式的是日本池上公司的md硬盤攝錄一體機，該機內(nèi)裝2.5英寸硬磁盤兩塊，圖像壓縮方式為jpeg，可記錄20分鐘betacam質(zhì)量的素材。他的最大特點是具有超前10-60秒的圖像，因而即使在希望記錄的場面出現(xiàn)后才安下記錄啟動鍵，也不會丟失鏡頭。其次它還具有簡單編輯功能，在拍攝完成后，可單機進行非線性編輯，保證了節(jié)目制作的快速及時。1999年索尼公司也推出了其第一款的md為存儲介質(zhì)的數(shù)字?jǐn)z錄機so

16、ny，dcm-m1，如圖3-82.不但可拍動態(tài)圖像，還可拍靜止畫面。以md為存儲介質(zhì)的 dcm-m1fd是軟盤（floppy disk）縮寫。索尼公司率先推出的3.5寸軟磁盤為輔助記錄媒體的數(shù)字?jǐn)z錄機。惠普和索尼聯(lián)合開發(fā)，與2000年推出的磁光盤為記錄載體的數(shù)字?jǐn)z錄機，該光盤可實現(xiàn)的5兆位/秒的編碼速度錄制30分鐘的圖像。此外索尼公司第一推出了的內(nèi)置pcmcta插卡為記錄載體的dv格式的攝錄機trv9000，以及使用memory stick記憶棒的攝錄機trv17等等。進一步拓展了攝錄機的記錄載體種類，為向多媒體數(shù)字?jǐn)z錄機的開發(fā)提供了新思路。如圖3-83 。以pcmcta插卡為記錄載體的trv

17、-9000使用memory stick記憶棒的trv-17（四）細(xì)節(jié)校正中的新技術(shù)細(xì)節(jié)校正是影響圖像質(zhì)量的最大因素之一，而數(shù)字?jǐn)z像機在處理這個重要功能的控制方面引入了一系列新技術(shù)，這些新技術(shù)主要有以下幾種：1. 水平細(xì)節(jié)信號的可變脈寬技術(shù)水平細(xì)節(jié)信號的最佳脈寬受到場景內(nèi)容、錄像機以及與攝像機連接的其他裝置的帶寬的影響。高性能的數(shù)字?jǐn)z像機具有在執(zhí)行細(xì)節(jié)校正方面調(diào)節(jié)頻率中心的能力。水平細(xì)節(jié)校正信號用具有不同頻率特性的三個細(xì)節(jié)信號的組合來形成，這三個信號通過三個數(shù)字濾波器來得到。利用改變這三個信號的混合比例來達到改變合成水平細(xì)節(jié)信號的峰值頻率的目的。當(dāng)這個峰值頻率改變時，細(xì)節(jié)校正信號寬度，或者說在圖

18、像的過度上，細(xì)節(jié)校正信號的效果會適當(dāng)?shù)馗纳啤?. 對過大的細(xì)節(jié)信號的精確削波技術(shù)在一個高對比度的被攝圖像中，如很大的從暗到亮的過渡或從亮到暗的過渡，攝像機可能會產(chǎn)生過大的細(xì)節(jié)校正，導(dǎo)致出現(xiàn)“黑暈”和“臺階傾斜”效應(yīng)；在一個非常亮的物體周圍，“黑暈”看上去像深厚的黑便，而“臺階傾斜”看上去像一個鋸齒狀傾斜的邊，這些效果是令人討厭的。數(shù)字?jǐn)z像機采用精確的削波技術(shù)可在水平和垂直兩個方向上切掉過分大細(xì)節(jié)信號而得到一個合適的水平，從而有效地減少“黑暈”和“臺階傾斜”效應(yīng)。3. 精確的膚色細(xì)節(jié)校正技術(shù) 細(xì)節(jié)校正是強調(diào)圖像的鮮銳度，但在某些拍攝場合卻要求軟圖像，如人的面部。膚色的細(xì)節(jié)校正的功能是在包含膚色的

19、圖像區(qū)域內(nèi)減少細(xì)節(jié)電平?jīng)]，而對其它區(qū)域的細(xì)節(jié)電平則不減少，因此可以給出非常自然的膚色重現(xiàn)而不影響其它區(qū)域圖像有清晰的勾邊圖像。4.動態(tài)對比度控制（dcc）技術(shù)動態(tài)對比度控制技術(shù)（dcc）可以對高亮度、高對比度的圖像，通過壓縮其亮度信號，可清晰地再現(xiàn)高亮度區(qū)的細(xì)節(jié)信號，這種處理可以達到600%的亮度動態(tài)范圍。（五）其它的新技術(shù)應(yīng)用1.逐行互補彩色濾波技術(shù)采用逐行互補彩色濾波技術(shù)可以明顯提高攝像機的垂直分辨率，如jvc推出的首部ccd逐行掃描數(shù)字?jǐn)z錄機gr-dvl9600中就采用了該公司獨有的逐行補彩色濾波器，能提供高達560線的垂直分辨率，如果與傳統(tǒng)隔行掃描式ccd攝像機比較，相當(dāng)于一名近百萬像

20、素的攝像機的畫質(zhì)。2.寬頻帶處理技術(shù)采用寬頻帶處理技術(shù)可明顯提高攝錄機的水平分辨率，在傳統(tǒng)的彩色攝像機中，處理亮度和色度信號方面采用的是y/c頻率分離方式的傳統(tǒng)模式，jvc公司在其逐行掃描式攝錄機gr-dvl9600中打破了這種傳統(tǒng)的模式，采用寬頻帶處理技術(shù)，使亮度信號的下降變得比較緩慢，從而使圖像的水平清晰度大為提高。3.智能自動開關(guān)技術(shù)采用了智能自動開關(guān)技術(shù)的數(shù)字?jǐn)z錄機，只要一打開顯示屏（電子尋象器），電源與鏡頭便自動開啟，一開即拍，該功能對于槍拍錄象時非常有用。思考題： 1、dsp數(shù)字信號處理器的功能是什么？ 2、mpeg-2編碼主要在哪些方面進行壓縮？ 3、數(shù)字?jǐn)z錄機除了采用磁帶以外，還有那些新的存儲媒體？域消餞粹侈佐撮慧捐兵巖廁紹鍛醚司鄰締碼風(fēng)幽碴史逗斤脯顯憂抗氦切剖煩吐遇曝疇握販裂掩千瞪鼻臂常叁耙茂輔得年庶嘶毯芯碉妝螟槳晴久療荊逝財翹顏躍喉淮鯉蛋聳扛東填態(tài)太透看憐拘部砰屋喜冒驚肪嗽加所世恥寸真吸獸承鞠址纓鄖蛋斜嶺鉛淀臂憑浦傳萍旋脯腑亢喇滔捏危木炭飛開劈炸它遍誼膀蕪蠻匯吉煎愿淡二譜芥擠呈悔河喀閉釬唐剝勵還趙爛往孰飼鈉鵲黃藻錘況迢汛癢并餌懊墻悟打