圖像的采樣和量化圖像數(shù)字化：指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。模擬圖像：照片、電視、錄象、電影。數(shù)學(xué)表達(dá)式：

二維分布函數(shù)，t表示時(shí)間變量。模擬圖像數(shù)字圖像離散化數(shù)字圖像：用矩陣來描述的。第一步：空間采樣將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行。數(shù)字化過程圖像采樣采樣處理：將xy平面分配到一個(gè)網(wǎng)格上。xy平面(a,b)與采樣相關(guān)的概念(分辨率)分辨率

傳感器攝像的精確度。通常指要精確測量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù)。單位：像素*像素分辨率320x240分辨率160x120分辨率80x60圖象尺寸：127*176分辨率：(a)127*176(b)63*88(c)31*44(d)15*22256×25664×6432×3216×16第二步：量化將各像素的明暗信息離散化，用數(shù)字表示像素點(diǎn)信息稱為圖像的量化。量化值一般用整數(shù)來表示?？紤]人眼的識別能力，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即用0~255描述“黑~白”。

圖2-3量化示意圖（a）量化；(b)量化為8bit圖像的量化與數(shù)字圖象的質(zhì)量256灰度級64灰度級16灰度級128灰度級

對于彩色圖像，是按照顏色成分——紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）分別采樣和量化的。若各種顏色成分均按8bit量化，即每種顏色量級別是256，則可以處理256×256×256=16777216種顏色。模擬視頻信號格式1CVBS信號

CompositeVideoBroadcastSignal或

CompositeVideoBlankingandSync CVBS是一種被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，也叫基帶視頻或RCA視頻，主要有NTSC、PAL制和SECAM制。美國、加拿大等用NTSC制，歐洲、中國等用PAL制。它以模擬波形來傳輸數(shù)據(jù)，復(fù)合視頻包括色差和亮度信息，并將它們同步在消隱脈沖中，用同一信號傳輸。模擬視頻信號格式PAL制模擬視頻逐行掃描與隔行掃描PAL制為25幀/秒、奇偶場合為一幀，每幀圖像為625行，每場為312.5行。每行周期64微秒，即行頻為15625Hz。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化視頻為720*576像素/幀。NTSC制為29.97幀/秒，每幀525行，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化視頻為720*480像素/幀。行同步與場同步行消隱與場消隱開槽脈沖與均衡脈沖模擬視頻信號格式模擬視頻信號格式Y(jié)UV與RGB信號的區(qū)別與關(guān)系2VGA信號

模擬視頻信號格式模擬視頻信號格式視頻格式分辨率總像素行同步(μs)像素時(shí)鐘(MHz)QVGA320×240336×24468.35.0VGA640×480800×52531.825.175SVGA800×6001056×62826.5440XGA1024×7681344×80620.6865XGA+1280×9601728×100016.67104SXGA1280×10241696×106615.64108SXGA+1400×10501890×109615.21124UXGA1600×12002112×125013.34158QXGA2048×15362800×159210.47267模擬視頻信號格式3S-Video接口亮度（Y）與色差（U、V）信號分離，但是兩個(gè)色差信號還是合在一起，減少了亮度與色差信號之間的干擾，顯示效果比CVBS信號要好。最高支持1024*768的分辨率。模擬視頻信號格式4分量視頻信號

將Y、U、V三分量分開傳輸模擬視頻信號格式5紅外視頻信號

單色信號，無彩色分量，無行同步。數(shù)字視頻信號1YCbCr信號

主要是指對CVBS信號數(shù)字化之后的信號。數(shù)字視頻信號數(shù)字視頻信號數(shù)字視頻信號2DVI接口DVI（DigitalVisualInterface），即數(shù)字視頻接口。它是1999年由SiliconImage、Intel（英特爾）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup，數(shù)字顯示工作組）推出的接口標(biāo)準(zhǔn)。DVI是基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling，轉(zhuǎn)換最小差分信號)技術(shù)來傳輸數(shù)字信號，TMDS運(yùn)用先進(jìn)的編碼算法把8bit數(shù)據(jù)(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉(zhuǎn)換編碼為10bit數(shù)據(jù)(包含行場同步信息、時(shí)鐘信息、數(shù)據(jù)DE、糾錯(cuò)等)，經(jīng)過DC平衡后，采用差分信號傳輸數(shù)據(jù)，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實(shí)現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號傳輸。數(shù)字視頻信號DVI接口有3種類型5種規(guī)格，端子接口尺寸為39.5mm×15.13mm。3大類包括：DVI－Analog（DVI-A）接口，DVI-Digital（DVI-D）接口，DVI-Integrated（DVI-I）接口。5種規(guī)格包括DVI-A(12+5)、單連接DVI-D（18+1）、雙連接DVI-D（24+1）、單連接DVI-I（18+5）、雙連接DVI-I（24+5）。數(shù)字視頻信號接口種類最大分辨率VGA2048×1536,60HzDVI-I單通道1920x1200,60HzDVI-I雙通道2560x1600,60Hz/1920x1200,120HzDVI-D單通道1920x1200,60HzDVI-D雙通道2560x1600,60Hz/1920x1080,120Hz數(shù)字視頻信號類型信號定義針數(shù)備注DVI-I單通道數(shù)字/模擬18+5可轉(zhuǎn)換VGADVI-I雙通道數(shù)字/模擬24+5可轉(zhuǎn)換VGADVI-D單通道數(shù)字18+1不可轉(zhuǎn)換VGADVI-D雙通道數(shù)字24+1不可轉(zhuǎn)換VGADVI-A模擬12+5已廢棄數(shù)字視頻信號數(shù)字視頻信號18+1針DVI線，是目前市面上最常見的DVI線材，在小于或等于1920x1200分辨率的顯示器中，搭配的都是這種DVI線。因?yàn)樵谶@分辨率內(nèi)，單雙通道輸出的畫質(zhì)是一樣的，廠商沒有必要花更高的成本附帶雙通線。數(shù)字視頻信號數(shù)字視頻信號數(shù)字視頻信號DDC（DisplayDataChannel）在DVI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，顯示設(shè)備通過DDC數(shù)據(jù)通道向信息處理器的圖形適配器發(fā)送EDID數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)啟動時(shí)，系統(tǒng)首先提供最低的640x480@60Hz的分辨率畫面，并對DVI接口的電源線針腳提供+5V電壓，當(dāng)DDC模塊獲得電壓后，顯示設(shè)備必須在250ms內(nèi)通過DDC數(shù)據(jù)通道向信息處理器適配器DDC協(xié)議發(fā)送EDID數(shù)據(jù)。DDC是顯示器與信息處理器進(jìn)行通信的一個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)，信息處理器通過DDC獲取顯示器的電子檔案資料信息，如可按收行/場頻范圍、生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品序列號、產(chǎn)品型號、標(biāo)準(zhǔn)顯示模式及其參數(shù)、所支持的DDC標(biāo)準(zhǔn)類別、EDID版本信息等。數(shù)字視頻信號3LVDS視頻信號LVDS信號比DVI-D增加了一對差分信號，采用高速模擬電路技術(shù)，可確保銅導(dǎo)線能夠支持千兆以上的數(shù)據(jù)傳輸。OpenLDI（開放式LVDS顯示接口）可以充分表現(xiàn)LVDS效能，可支持24位的彩色以及高達(dá)5Gbps的傳輸率，采用8對數(shù)據(jù)及一對時(shí)鐘，可將48位的TTL接口串行為8對，然后再接收器內(nèi)將之解串。數(shù)字視頻信號LVDS的優(yōu)點(diǎn)：低功耗；產(chǎn)生的電磁干擾小，抗干擾能力強(qiáng)；成本低；不需要8b/10b編碼，比TMDS傳輸效率高。數(shù)字視頻信號4HDMI接口數(shù)字視頻信號HDMI，高清晰度多媒體接口（英文：HighDefinitionMultimediaInterface）是一種全數(shù)位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號。HDMI可用于機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)、個(gè)人電腦、電視游樂器、綜合擴(kuò)大機(jī)、數(shù)字音響與電視機(jī)。HDMI可以同時(shí)傳送音頻和影音信號，由于音頻和視頻信號采用同一條電纜，大大簡化了系統(tǒng)的安裝。數(shù)字視頻信號HDMI不僅可以滿足目前最高畫質(zhì)1080P的分辨率，還能支持DVDAudio等最先進(jìn)的數(shù)字音頻格式，支持八聲道96kHz或立體聲192kHz數(shù)碼音頻傳送，而且只用一條HDMI線連接，免除數(shù)字音頻接線。同時(shí)HDMI標(biāo)準(zhǔn)所具備的額外空間可以應(yīng)用在日后升級的音視頻格式中。足以應(yīng)付一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號。與DVI相比HDMI接口的體積更小，而且可同時(shí)傳輸音頻及視頻信號。DVI的線纜長度不能超過8米，否則將影響畫面質(zhì)量，而HDMI最遠(yuǎn)可傳輸15米。只要一條HDMI纜線，就可以取代最多13條模擬傳輸線，能有效解決家庭娛樂系統(tǒng)背后連線雜亂糾結(jié)的問題。數(shù)字視頻信號HDMI端子分三種：HDMIA、HDMIB和HDMIC；A和C為19芯，C為縮小版的A，管腳定義也有所改變；B為29芯，可傳輸HDMIAtype兩倍的TMDS資料量,相對等于DVIDual-Link傳輸,用于傳輸高分辨率(WQXGA2560x1600以上)。D為迷你版的A，俗稱MicroHDMI，主要用于移動設(shè)備上，如手機(jī)、MP4等。數(shù)字視頻信號管腳號管腳定義管腳號管腳定義1TMDSData2+10TMDSClock+2TMDSData2Shield11TMDSClockShield3TMDSData2-12TMDSClock-4TMDSData1+13CEC5TMDSData1Shield14Reserved6TMDSData1-15SCL7TMDSData0+16SDA8TMDSData0Shield17DDCGround9TMDSData0-18+5VPower19HotPlugDetect模擬視頻信號采集1CVBS信號采集（1）用普通AD采集

只能采集亮度信號（形成灰度圖像），不能采集彩色信號。優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到更高的采樣精度。同步分離EL4583鎖相倍頻EL4584采樣控制CPLD或FPGA緩存FIFO或DPRAMHSCLKVSFSCVBSADC模擬視頻信號采集（2）專用視頻AD采集 主要有AD公司的ADV718x、Philips公司的SAA71xx、TI公司的TVP51xx等。專用視頻AD內(nèi)部集成了同頻分離、亮度與色度信號分離、AGC控制、梳狀濾波器等。一般都同時(shí)兼容PAL、NTSC、SECAM三種制式。模擬視頻信號采集2VGA信號采集（1）普通AD采集鎖相倍頻EL4584采樣控制CPLD或FPGA緩存FIFO或DPRAMHSCLKVSADC1ADC2ADC3RGB模擬視頻信號采集（2）專用AD采集

如TI公司的TVP7002。內(nèi)部集成了三路AD、鎖相倍頻、放大器、RGB轉(zhuǎn)YUV等，可直接采集普通的CVBS信號，還能直接采集高清格式的720p、1080p以及VGA等模擬信號。模擬視頻信號采集3S-Video與分量視頻信號的采集 可采用普通AD采樣，同CVBS信號的采集，只是需要兩路或三路AD。 也可采用專用AD采集，如TVP7002、ADV7441A等。模擬視頻信號采集4紅外視頻信號采集采樣控制CPLD或FPGA緩存FIFO或DPRAMADC紅外探測器CLKINTDataValidDACGpol數(shù)字視頻信號采集1DVI信號與HDMI信號采集均采用TMDS信號接口芯片，如AD公司的ADV7441A等。

數(shù)字視頻信號采集2LVDS信號采集 常用的LVDS接口芯片有：DS90CR215/DS90CR216；

DS90CR217/DS90CR218；

DS90CR285/DS90CR286；

DS92LV18等。圖像的灰度直方圖定義性質(zhì)用途圖像灰度直方圖的定義

灰度直方圖是灰度級的函數(shù)，描述的是圖像中該灰度級的像素個(gè)數(shù)。即：橫坐標(biāo)表示灰度級，縱坐標(biāo)表示圖像中該灰度級出現(xiàn)的個(gè)數(shù)。1234565456214123456643221166466345666146623136466灰度直方圖

設(shè)r代表圖像中像素灰度級，作歸一化處理后，r將被限定在［0,1］之內(nèi)。在灰度級中，r=0代表黑，r=1代表白。對于一幅給定的圖像來說，每一個(gè)像素取得［0,1］區(qū)間內(nèi)的灰度級是隨機(jī)的，即r是隨機(jī)變量。假定對每一瞬間，它們是連續(xù)的隨機(jī)變量，則可以用概率密度函數(shù)pr(r)來表示原始圖像的灰度分布。若橫軸代表灰度級r，縱軸代表灰度級的概率密度函數(shù)pr(r)，這樣就可以針對一幅圖像在該坐標(biāo)系中作出一條曲線。這條曲線在概率論中就是概率密度曲線，如圖所示。

圖像灰度分布概率密度函數(shù)直方圖表明每一個(gè)灰度有多少個(gè)象素圖像灰度直方圖的性質(zhì)直方圖是一幅圖像中各像素灰度值出現(xiàn)次數(shù)（或頻數(shù)）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它只反映該圖像中不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)（或頻數(shù)），而未反映某一灰度值像素所在位置。也就是說，它只包含了該圖像中某一灰度值的像素出現(xiàn)的概率，而丟失了其所在位置的信息。

任一幅圖像，都能唯一地確定出一幅與它對應(yīng)的直方圖，但不同的圖像，可能有相同的直方圖。也就是說，圖像與直方圖之間是多對一的映射關(guān)系。如圖就是一個(gè)不同圖像具有相同直方圖的例子?？臻g信息丟失

圖像與直方圖間的多對一關(guān)系

圖像灰度直方圖的用途

用于判斷圖像量化是否恰當(dāng)

直方圖給出了一個(gè)簡單可見的指示，用來判斷一幅圖象是否合理的利用了全部被允許的灰度級范圍。一般一幅圖應(yīng)該利用全部或幾乎全部可能的灰度級，否則等于增加了量化間隔。丟失的信息將不能恢復(fù)。

觀察直方圖可以看出不合適的數(shù)字化較暗圖象的直方圖

P(rk)

rk較亮圖象的直方圖

P(rk)

rk對比度較低圖象的直方圖

P(rk)

rk對比度較高圖象的直方圖

P(rk)

rk

邊界閾值選取

假設(shè)某圖象的灰度直方圖具有二峰性，則表明這個(gè)圖象的較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域可以較好地分離，取這一點(diǎn)為閾值點(diǎn)，可以得到好的二值處理的效果。選取146為閾值的二值化灰度圖具有二峰性具有二峰性的灰度圖的2值化灰度分布效果比較示意圖圖像文件格式常用格式：Jpg：采用JPEG壓縮的圖像文件，windows系統(tǒng)自帶解壓縮功能，可進(jìn)接顯示。Jp2,j2c：采用JPEG2000壓縮的圖像文件，需專用解壓縮插件才能打開。png：流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，是一種位圖文件存儲格式，灰度圖像深度可達(dá)16位，彩色圖像深度可達(dá)48位。使用從LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法壓縮。Tiff：是一種主要用來存儲包括照片和藝術(shù)圖在內(nèi)的圖像的文件格式，適用于在應(yīng)用程序之間和計(jì)算機(jī)平臺之間交換文件。Gif：采用基于LZW算法的連續(xù)色調(diào)的無損壓縮，支持靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像（動畫）。圖像文件格式常用格式：Bmp：原始圖像數(shù)據(jù)加上文件頭組成，其中文件頭包括：TypedefstructtagBITMAPFILEHEAD