1
视频信号的数字处理
2
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
3
?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
4
?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
5
? 亮度、色度信号的分离
?NTSC制亮度、色度信号的频谱结构
f
| A ( f ) |
f s c
亮 度 信 号 色 度 信 号
n f
H
( n + 1 ) f
H
( n - 1 ) f
H
( n - 1 ) f
H
+ 1 / 2 f
H
n f
H
+ 1 / 2 f
H
( n + 1 ) f
H
+ 1 / 2 f
H
6
?模拟电视的亮色分离原理
7
?
NTSC制
数字式
亮、
色
分离
原理
8
?PAL制亮度、色度信号的频谱结构
9
?PAL制电视的数字式亮色分离原理
10
)](211[2121)1(21)( 222222 NNNNNNC ZZZZZZZH ???????? ?????
将 及 带入上式得
，经展开得
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。
?jeZ ?
HTN ?
)](211[21)( 222 ???? HHH TjTjTjjC eeeeH ??? ??
)2c o s1(21)( 2 HTjjC TeeH H ?? ? ??
11
?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
当采样率 时，在一个副载波 周期中，得到 4个连续
的采样点，分别为
的 A点
的 B点,与 A点差一个采样时间
的 C点,与 B点差一个采样时间
的 D点,与 C点差一个采样时间
因此
tUtVC scsc ?? s i nco s ??
scs ff 4? scf
0?tsc? VCA ??
2
?? ?t
sc UCB ??
?? ?tsc VCC ??
?? 23?tsc UCD ??
)(21 DB CCU ??
)(21 CA CCV ??
12
?NTSC制 U,V色度分量的分离框图
13
?PAL制 U,V色度分量的分离框图
14
? 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
15
?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；
? 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。
16
数字式图像增强器框图
17
?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 )](211[)( 11 ?? ??? ZZZZH X
sjX TeH ?? 2s i n2)( ?
18
?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。
? PAL制，可以用低通型垂直细节提取电路从 Y信号中提取垂直
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
? NTSC制的垂直细节提取电路
? 传递函数为
其幅频特性为 )](
2
11[)( 221 ?? ??? ZZZZH
L
sjL TeH ?? 2c o s1)( ??
20
? PAL制的垂直细节提取电路
? 传递函数为
其幅频特性为
? 产生的垂直细节信号如图所示 （东南 P189图 8.23）
]2[)( 111 ???? ?? ZZZZH L
)c o s1(2)( HjL TeH ?? ??
21
? 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。
22
? 数字式噪声抑制器
? 传递函数为
其幅频特性为
NKZ
KZH
??
??
1
1)(
)c o s (21
1)(
2
s
j
L NTKK
KeH
?
?
??
??
23
?同步扫描的数字处理
? 数字式行同步电路原理框图
24
? 数字式场同步电路原理框图
25
?伴音信号的数字化处理
? 伴音信号数字化处理原理框图
视频信号的数字处理
2
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
3
?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
4
?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
5
? 亮度、色度信号的分离
?NTSC制亮度、色度信号的频谱结构
f
| A ( f ) |
f s c
亮 度 信 号 色 度 信 号
n f
H
( n + 1 ) f
H
( n - 1 ) f
H
( n - 1 ) f
H
+ 1 / 2 f
H
n f
H
+ 1 / 2 f
H
( n + 1 ) f
H
+ 1 / 2 f
H
6
?模拟电视的亮色分离原理
7
?
NTSC制
数字式
亮、
色
分离
原理
8
?PAL制亮度、色度信号的频谱结构
9
?PAL制电视的数字式亮色分离原理
10
)](211[2121)1(21)( 222222 NNNNNNC ZZZZZZZH ???????? ?????
将 及 带入上式得
，经展开得
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。
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HTN ?
)](211[21)( 222 ???? HHH TjTjTjjC eeeeH ??? ??
)2c o s1(21)( 2 HTjjC TeeH H ?? ? ??
11
?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
当采样率 时，在一个副载波 周期中，得到 4个连续
的采样点，分别为
的 A点
的 B点,与 A点差一个采样时间
的 C点,与 B点差一个采样时间
的 D点,与 C点差一个采样时间
因此
tUtVC scsc ?? s i nco s ??
scs ff 4? scf
0?tsc? VCA ??
2
?? ?t
sc UCB ??
?? ?tsc VCC ??
?? 23?tsc UCD ??
)(21 DB CCU ??
)(21 CA CCV ??
12
?NTSC制 U,V色度分量的分离框图
13
?PAL制 U,V色度分量的分离框图
14
? 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
15
?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；
? 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。
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数字式图像增强器框图
17
?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 )](211[)( 11 ?? ??? ZZZZH X
sjX TeH ?? 2s i n2)( ?
18
?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。
? PAL制，可以用低通型垂直细节提取电路从 Y信号中提取垂直
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
? NTSC制的垂直细节提取电路
? 传递函数为
其幅频特性为 )](
2
11[)( 221 ?? ??? ZZZZH
L
sjL TeH ?? 2c o s1)( ??
20
? PAL制的垂直细节提取电路
? 传递函数为
其幅频特性为
? 产生的垂直细节信号如图所示 （东南 P189图 8.23）
]2[)( 111 ???? ?? ZZZZH L
)c o s1(2)( HjL TeH ?? ??
21
? 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。
22
? 数字式噪声抑制器
? 传递函数为
其幅频特性为
NKZ
KZH
??
??
1
1)(
)c o s (21
1)(
2
s
j
L NTKK
KeH
?
?
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??
23
?同步扫描的数字处理
? 数字式行同步电路原理框图
24
? 数字式场同步电路原理框图
25
?伴音信号的数字化处理
? 伴音信号数字化处理原理框图
