第三講視頻采樣（二）視頻信號的采樣與量化提綱視頻信號采樣視頻信號量化視頻采樣率轉(zhuǎn)換2數(shù)字視頻信號數(shù)字化模擬信號數(shù)字化模型時-空采樣量化逐行掃描的三維采樣隔行掃描的三維采樣提綱視頻信號采樣視頻信號量化視頻采樣率轉(zhuǎn)換4連續(xù)時間信號采樣

在日常生活中，?？梢钥吹接秒x散時間信號表示連續(xù)時間信號的例子。如傳真的照片、電視屏幕的畫面、電影膠片等等，這些都表明連續(xù)時間信號與離散時間信號之間存在著密切的聯(lián)系。在一定條件下，可以用離散時間信號代替連續(xù)時間信號而并不丟失原來信號所包含的信息。例1.一幅新聞?wù)掌植糠糯蠛蟮膱D片如何對一個連續(xù)時間信號進行離散時間處理。在什么條件下，一個連續(xù)時間信號可以用它的離散時間樣本來代替而不致丟失原有的信息。3.如何從連續(xù)時間信號的離散時間樣本不失真地恢復(fù)成原來的連續(xù)時間信號。4.對離散時間信號如何進行采樣、抽取，及內(nèi)插。

研究連續(xù)時間信號與離散時間信號之間的關(guān)系主要包括:視頻信號采樣模擬視頻信號在時空上的離散化一維采樣在一系列離散點上對連續(xù)信號抽采樣值采樣定理給定一個隨時間變化的模擬信號，其頻率，如果采樣頻率則可以由采樣信號唯一確定（無失真地恢復(fù)原信號）稱為奈奎斯特間隔采樣信號原始模擬信號周期性采樣脈沖9采樣的數(shù)學(xué)模型：在時域：在頻域:沖激串采樣(理想采樣):為采樣間隔

可見，在時域?qū)B續(xù)時間信號進行沖激串采樣，就相當(dāng)于在頻域?qū)⑦B續(xù)時間信號的頻譜以為周期進行延拓。在頻域由于所以視頻信號采樣理想采樣:

采樣脈沖是周期為的單位沖激序列，即：13視頻信號采樣采樣頻率的選取對信號恢復(fù)的影響14視頻信號采樣二維采樣二維采樣定理：若二維連續(xù)信號的空間頻率和分別限制在、，則只要采樣周期、滿足和，就可以由采樣信號無失真地恢復(fù)原信號。采樣函數(shù)15如果槐圖像脊信號當(dāng)為有趁限帶墓寬的霞信號僵，那抓么根變據(jù)上板式可抖以看角出，寄抽樣豬后的淘圖像肆信號fs欄(x型,y)的頻譜是原別頻譜F(序μ,業(yè)ν)沿μ軸和ν軸分割別以Δu，Δv為間吉隔無包限地塔周期號重復(fù)左的結(jié)臂果只要Δu>察2U拆m，Δv>螺2V錯m，抽窗樣后陜的圖送像信欺號頻咳譜就咸不會駁出現(xiàn)欺混疊。因捷此通響常在光進行蜻取樣戚之前者，圖售像信柱號首城先經(jīng)著過一跟個低就通濾歇波器傍，使丘其成敘為一萄個限錯帶信恥號?？?dāng)以賓滿足姻上述調(diào)條件旅的取滋樣間昂隔進穩(wěn)行取繼樣時召，取再樣后施的圖共像頻零譜不鍵會出價現(xiàn)混嫩疊的受現(xiàn)象攝，這椒樣可至以利栗用一押個低翻通濾啞波器況將原館圖像紐奉頻譜拼濾出賴，從鎖而可退無失壞真地滑重建消原圖棚像，機這就稅是二儉維取嘆樣定賣理，享也稱幣為二維拳奈奎季斯特遣取樣演定理。亞取遮樣當(dāng)取睜樣頻筑率小龍于奈據(jù)奎斯預(yù)特取完樣頻烤率時捉，通抗常稱灰其為話亞抽勤樣。即如葛何在灣亞取研樣情劃況下捆，減積少頻米譜混獎疊而用引起病失真怎？菱形乳亞取仍樣視頻宋信號利采樣采樣櫻失真混疊候失真如果瓜采樣華周期乒和起不匹滿足粗和妄，即片欠采根樣，甜則相販鄰周截期的龍頻譜國將會脊發(fā)生拆重疊略，恢烘復(fù)信帖號時沒就會羊產(chǎn)生別混疊橋失真璃。孔徑呀失真采樣浸脈沖俘存在孩一定謙的脈泄沖寬留度，蜓喪失對某些渣高頻揭成分流，導(dǎo)億致信該號恢闊復(fù)產(chǎn)炊生誤臨差和趴模糊優(yōu)。抑制蠅混疊苦失真其他聚噪聲插入總噪聲渠、抖掠動噪竿聲等18視頻顯信號號采樣基于柱采樣粥定理夫，如里果采套用立公方體毯點陣獸，每秘維上宗的防采鹿樣率魚至少無應(yīng)為寄該方癢向上憤最高缺頻率樓的兩愛倍。另一廣方面夢，人尤眼不濁能分垃辨超序過一定定截景止頻廣率的喇空遍間挺和時褲間變竟化。因此煩，盡惰管信疼號的長最高鉗頻率郊可能嬌變化牛相當(dāng)原大，害而視覺出截止弱頻率（即刮可以癢被HV面S觀察瓦到的寸空間妨和時灑間的易最高趟頻率疼）應(yīng)該慎是確重定視餐頻采扔樣率婚的決療定因鐵素，不需曠要包級含這熔些值襖以外院的頻滋率成司分。提綱視頻欣信號掏采樣視頻標(biāo)信號延量化視頻氣采樣獅率轉(zhuǎn)召換20視頻們信號姓量化采樣濱后所粒得到冶的信販號在宇時間-空間儀上是源離散賤的，汽但在幅度施上仍然稍是連圣續(xù)的量化江：將無限隆級的信貢號幅汽度變禾換成有限最級的數(shù)求碼表僻示量化砍器：殲按照購一定晚規(guī)則適對采宿樣信韻號的幅度瓣值作近雪似表鉗示有怠限離倒散值量化享誤差艙，量會化失格真（遍噪聲扮）21視頻算信號碰量化量化鎖的用烈途模擬坐信號面數(shù)字午化--輔-模數(shù)粥轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)壓縮量化配的分犬類無記料憶vs有記范憶均勻vs非均職勻?qū)ΨQvs非對圓稱標(biāo)量圈量化vs矢量兩量化標(biāo)量銅量化息：對已每個顫采樣乘點獨階立地粘進行嬌量化矢量觀量化喚：對k個采鑰樣點催所組遲成的興一組鑄（一捉個矢愁量）災(zāi)進行塌量化22視頻翠信號雅量化標(biāo)量非量化……ffmi辨nfma海xQ(抬f)fmi或nfma易x……為判藏決電譯平為量律化電催平23視頻維信號晝量化量化蕩失真會測度均方證誤差絕對急值誤屠差加權(quán)丑絕對屬值誤凝差均方建誤差荒（量基化誤撥差）24視頻抓信號押量化均勻祖量化一種鑒標(biāo)量霉量化手器，頭也稱命為線劃性量蹦化器量化貴間隔姓相等則，即播：量化弓電平虎對應(yīng)書于電坐平區(qū)稅間擺的中隆值，艦即：設(shè)f的概增率密獅度函逼數(shù)為請均勻埋分布量化欺誤差請為：量化拴層數(shù)L越大后，則瞧量化展誤差甚越小路。但困編碼贈所需博比特唐數(shù)也距越大Ll栽oy疊d-旨Ma線x標(biāo)量敏量化康器-最佳音均方疾量化選器MM歇SE問題壟：信號f的概臂率密垃度函打數(shù)為p(那f)，設(shè)傳計一牛個L個輸莖出電執(zhí)平的奸量化保器，鋼以均疫方誤獸差作鋪為評雪判標(biāo)垃準(zhǔn)，蜘使其評最小軋：結(jié)果睡：Ll肚oy符d-培Ma悄x最佳幫均方暢量化睡器（MM獅SE，Ll疲oy蹦d賴19罵57謊;勻Ma謙x飛19兆60）L-鎖1個判惹決電鴉平(門限)精確壇地位掏于量陣化電滑平之凱間的中點L個牌量化馳電平堅位于艱兩滿個連庫續(xù)判欺決電藏平之腰間的質(zhì)心證明鴨：根據(jù)產(chǎn)講述畜的量濃化失貨真度忠量公防式，磨得現(xiàn)在孟要對留此多王元方五程求D的極旬小值系，根據(jù)畜拉格款郎日區(qū)極值請定理，分雀別對zi及gi求偏撞導(dǎo)，益并使蓬之為0，得勞：求解短上述場方程壓得：Ll霞o(jì)y保d-歌Ma危x標(biāo)量呈量化密器的廁設(shè)計基本澤思想夢：前面異介紹給的最佳芽量化巾器條董件，即跑最小毅均方歸誤差魂（MM淋SE）量行化器推的中糖心和氣質(zhì)心夸條件屢。給定zi，可瓣以計灑算對問應(yīng)的已最佳gi給定gi，可釘以計梨算對穿應(yīng)的嶄最佳zi顯然啊，判礙決電薦平zi和量扒化電柔平gi的求羊解是塑一個逆相互儀依賴柜的過語程。問題教：如何速同時主計算導(dǎo)最佳服的zi和gi？答案復(fù)：迭代李，或島查表畢法視頻父信號烤的量果化非均淚勻量蹄化在一崖定的燒比特課率下態(tài)，為紡了減尺少量蹈化誤攝差，遣往往唉采用麥非均邁勻量警化方桂式，渡通常幣有兩毒種情竿況。①基于孤人的瘡視覺婚特性灶要求敘，由秩于人葛眼的粒掩伙蓋蒼效應(yīng)腳，對稀于亮骨度值腫急劇撞變化某部分給則不均需要潮進行缸過細并的分規(guī)層，窄只需往進行絡(luò)粗量產(chǎn)化振；而皇對亮霞度值如變化虛比較頭平緩貞的部樸分，甘就需夾要進蠢行較評細的龜分層霸，即載需進幼行細蹤蝶量峰化納。視頻值信號婦的量你化②可先攤計算恩所有皆可能帶的亮倍度值勢出現(xiàn)繞的概懂率申分戒布，哈對于妙出現(xiàn)祥概率墨大的杰那些斥亮度立值進鍋行細甩量化嫌，用顫較少迅的比殘?zhí)財?shù)號表示拒；對威于扯出角現(xiàn)概籍率小沒的那脅些亮艇度值僚則進休行粗樸量尸化湊，用剩較多班的比宰特數(shù)搶表示禮。矢量法量化矢量莊量化紐奉編碼紐奉是近繭年來棍圖像榆、語預(yù)音信番號編虜碼技姨術(shù)中臉采用慢的一萍種量勉化編禮碼方藏法。償矢量蠟量化討編碼乖方法擠一般廣是有符失真滋編碼遣方法績。壓縮討符號割串比眼壓縮井單個稀符號壁在理南論上塊可產(chǎn)癢生更面好的桿效果如圖榴像和部聲音艱的相域鄰數(shù)走據(jù)項完都是籍相關(guān)樓的矢量紀(jì)量化脫：量甜化時納不是碌處理揚單個蘭信源踢輸出衫，而玩是一秩次處達理一滿組符劉號（腳矢量聾）得到借更好牽的壓共縮性易能：崖碼率/失真樸更小矢量路量化叫編碼隸解碼右框圖矢量怠量化以圖馬像編陸碼為旬例查表搜索紫距離勉最近灣的碼灰字非對笨稱編畫碼：編碼黑：在輸浮入與饅碼本顧匹配退過程浮中需惑大量勁計算解碼兼：只需旋查表提綱視頻延信號廁采樣視頻嘆信號賠量化視頻烏采樣畝率轉(zhuǎn)抱換33視頻握采樣唱率轉(zhuǎn)換視頻穗采樣泳率轉(zhuǎn)碗換對于項多媒遵體信獵息（局如語警言、負視頻消、數(shù)潔據(jù)等菊）的錘傳輸錢，由只于它誼們的沖頻率品各不畝相同夾，采及樣率博也就晶不同漁，所衛(wèi)以有何時需雨要進倒行采呢樣率棄的相爹互轉(zhuǎn)爭換。濕在視攝頻系沫統(tǒng)中房誠經(jīng)常訴需要州把視某頻信落號從福一種亦格式訊（指柜空間蛾和時壯間分戀辨率續(xù)）轉(zhuǎn)每換為禽另一蕩種格枕式，憐即采福樣率鐵的轉(zhuǎn)沫換。在NT歡SC制系懷統(tǒng)中墊顯示PA牧L視頻潑信號闖；將電瓣影轉(zhuǎn)楊換為NT認SC制視惕頻信娘號顯規(guī)示；將計頁算機額屏幕屯上顯逗示的避視頻囑信號叫轉(zhuǎn)換呀為芒電株視制悲作的果節(jié)目撓。視頻椅采樣偷率轉(zhuǎn)換數(shù)字粘視頻歷由一杰種格橡式變鵝換至重另一麥種格第式的袖工作野被稱養(yǎng)為標(biāo)痰準(zhǔn)變岡換。柏標(biāo)準(zhǔn)航變換朵是三限維采夜樣結(jié)喬構(gòu)變鄰換的縱問題繪，通銳常采男用時間桑和空宏間的插值騙和抽蝦取的方順法。一、譽一維告信號格的采抱樣速土率轉(zhuǎn)賞換在一義維信群號處斷理中增加殿采樣終率的過糾程稱貧為信污號的野“插值”，也稱墾為上采絡(luò)樣；減少錄采樣涌率的過淺程稱輝為信蛾號的幅“抽取”，口也稱樣為下采腔樣。這也治就是煎所謂吳的多綁速率騰數(shù)字蝕信號尿處理嚷。視頻胃采樣竭率轉(zhuǎn)換視頻膊采樣腸率轉(zhuǎn)換1、插修值插值身的方課法：在已你知抽宗樣序淡列相毒鄰兩拴抽樣為點之謠間等獄間隔遙地插滲入(L快-1冠)個零沾值點稼后得將到信呈號，歇然后竊再對戲進行雁數(shù)字送低通嗽濾波掏，即膝可求該得L倍插濫值后業(yè)的結(jié)照果，派從而川獲得拍增加非采樣溜率的塔信號栗。插值醬處理萌一般讓分為惡兩步社進行結(jié)：①用填捧零的做方式竹進行皇上采導(dǎo)樣；②對已嘩插入投零值導(dǎo)的信經(jīng)號進撫行低鍬通濾誘波。插值匯法分岸析：對給寺定信潮號逐，韻對其遮進行L倍上腹采樣肌，得匙到信態(tài)號該取撞樣過繳程如量圖所笨示：=

n=0,,,…0其它視頻騙采樣鬧率轉(zhuǎn)換研究池填零障信號脂的頻許譜，對窮上慣式做肌付氏罵變換司，得邁到與原繩信號典頻譜倘相比家，S(惱f)的總薪帶寬困是(-森1/薄2,狂1鎮(zhèn)/2悼)，填零鳥信號攔的頻尾譜將籃原頻疤率軸癥壓縮，如牧下圖占所示放。內(nèi)插調(diào)濾波宿器的停作用欄是消除肌填零掛信號隔中的填重復(fù)與性頻定譜干碗擾。L=僵3倍上取洽樣前毫后信雨號頻冤譜比冬較原始旁信號漫頻譜3倍上虜取樣碎后的仙信號搬頻譜舉例截：圖3.癢11打L之=妹3時的菌插值少過程(a加)原信盼號(b毫)插入籌零值晚后的京信號圖3.論12疊L廳=批3時的屯兩種芬信號餓的頻咐譜(a造)原信閉號(b絨)插入述零值霧后的就信號視頻省采樣設(shè)率轉(zhuǎn)換然后級再對懂信號攪進行墾低通筒濾波料，插盾入濾寬波的豪目的怒在于仔消除傍因填害零過豆程中貓引起挽的“拴復(fù)制紗”。膝在時盒間域員內(nèi)，淋濾波廈操作樓可以門看作暴是胃經(jīng)過慚一個隊平滑領(lǐng)運算秘使得腿零采污樣值肚被非僵零值景所代珍替?？橙舻椭赝V似波器零選用影理想夜的低乘通濾閉波器劉，則=喉==視頻襲采樣災(zāi)率轉(zhuǎn)換圖3.萄13理想祝的輸居入濾橫波器（a）濾波民前的周頻譜(b舒)濾波蝕后的耳頻譜視頻矛采樣古率轉(zhuǎn)換理想扯插入琴濾波床器是勵不可珠能實欄現(xiàn)的票，因態(tài)為它橡是一偉個無斜限的日脈沖漲響應(yīng)宿，屬桐于非舍因果量關(guān)系腐的濾術(shù)波器建。因盟此，脈通常胞用零階匙保持每插入嗎濾波孕器或線性授插入故濾波文器或三次寬樣條委插入班濾波柱器來代片替它牛。視頻誼采樣構(gòu)率轉(zhuǎn)換2、抽獎取抽取境的方曠法：對已找知信狐號簡每M個采雹樣中猛取出府一個廳得到穿信錘號，手然后匯再去毯掉零鴿點就歲得到狼了所鞠需要替的抽穩(wěn)取序刮列背，其綿中M稱為暮抽樣迫因子額。抽取勒處理雄分為厭兩步踢進行畢分析裂：①同一寇個脈亦沖序沃列相牌乘，樸以便皮代替零每個孝帶有案零值翻的第M個采醋樣點通之間此的M-他1個采宮樣值珍；②丟掉離零采怨樣值垮以獲爽取一痛個低泳速率和的信歲號。視頻甘采樣漠率轉(zhuǎn)換抽取忍法分砍析：對給栽定輸馬入信侍號策，定壩義一數(shù)個中斧間信滿號映為再用M因子屋抽取峰的信雪號可畢表示狀為對毯求其剃傅立款葉變黎換得

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=視頻汽采樣燙率轉(zhuǎn)換由此鮮可得研：中胸間信宗號的遵頻譜耐由輸漲入信額號頻捷譜復(fù)問制而餅成，野而得牛到的攤低速惹率信金號是平對于鑄中間延信號電頻率拍軸的民擴展散。==視頻襯采樣絲式率轉(zhuǎn)換