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Ⅰ 数字视频的描述 1

第1章 视频基础 1

1.1 模拟视频 1

1.1.1 模拟视频信号 1

1.1.2 模拟视频标准 3

1.1.3 模拟视频设备 7

1.2 数字视频 8

1.2.1 数字视频信号 8

1.2.2 数字视频标准 9

1.2.3 为什么需要数字视频 12

1.3 数字视频处理 13

参考书目 15

第2章 时变图像构成模型 17

2.1 三维运动模型 17

2.1.1 在笛卡尔坐标中的刚体运动 18

2.1.2 在齐次坐标中的刚体运动 22

2.1.3 变形体运动 24

2.2 几何图像的构成 25

2.2.1 透视投影 25

2.2.2 正交投影 27

2.3 光度学图像的构成 28

2.3.1 朗伯（Lambertian）反射模式 28

2.3.2 三维运动图像的光学效应 29

2.5 练习 30

2.4 观察噪声 30

参考书目 31

第3章 时空采样 33

3.1 模拟和数字视频的采样 33

3.1.1 模拟视频的采样结构 33

3.1.2 数字视频的采样结构 35

3.2 二维矩形采样 36

3.2.1 二维付里叶变换关系 37

3.2.2 采样信号的频谱 39

3.3 二维周期采样 40

3.3.1 采样的几何图形 40

3.3.3 采样信号的频谱 42

3.3.2 以矢量形式表示的二维付里叶变换关系式 42

3.4 三维结构上的采样 43

3.4.1 基于某个点阵的采样 43

3.4.2 基于某个点阵的付里叶变换 44

3.4.3 基于某个点阵的采样信号频谱 46

3.4.4 其他的采样结构 48

3.5 采样重构 50

3.5.1 正交采样重构 50

3.5.2 由某个点阵的采样值进行重构 52

3.6 练习 52

参考书目 53

第4章 采样结构的转换 54

4.1 一维信号采样速率的变化 54

4.1.1 一维信号的插入 55

4.1.2 一维信号的抽选 58

4.1.3 由有理因子来改变采样速率 60

4.2 采样点阵转换 61

4.3 练习 65

参考书目 67

Ⅱ 二维运动估算 68

第5章 光流分析法 68

5.1 二维运动与视在运动的比较 68

5.1.1 二维运动 68

5.1.2 对应场和光流场 70

5.2 二维运动估算 71

5.2.1 遮挡问题 72

5.2.2 孔径问题 73

5.2.3 二维运动场模型 74

5.3 使用光流方程的方法 75

5.3.1 光流方程 75

5.3.2 二阶微分法 76

5.3.3 块运动模型 76

5.3.4 Horn..Schunck法 77

5.3.5 梯度估算 78

5.3.6 自适应方法 80

5.4 例子 81

5.5 练习 84

参考书目 86

6.1.1 平移的块运动 88

第6章 基于块的分析方法 88

6.1 基于块运动模型 88

6.1.2 一般的／变形的块运动 89

6.2 相位相关法 90

6.2.1 相位相关函数 91

6.2.2 算法实现中的问题 92

6.3 块匹配法 93

6.3.1 匹配准则 94

6.3.2 搜索过程 95

6.4 分级运动估算 97

6.5 通用的块运动估算 98

6.5.2 变形的块匹配 99

6.5.1 改进运动补偿的后处理 99

6.6 例子 101

6.7 练习 104

参考书目 104

第7章 像素递归法 107

7.1 位移帧差 107

7.2 基于梯度的优化 109

7.2.1 最陡下降算法 109

7.2.2 Newton-Raphson法 110

7.2.3 局部与全局最小值比较 110

7.3 基于最陡下降的算法 110

7.3.1 Netravali-Robbins算法 111

7.3.3 块运动模型的推广 112

7.3.2 Walker-Rao算法 112

7.4 基于Wiener估算的算法 113

7.5 例子 115

7.6 练习 117

参考书目 117

第8章 贝叶斯法 119

8.1 优化法 119

8.1.1 模拟退火 119

8.1.2 迭代条件模式 122

8.1.3 平均场致退火 122

8.1.4 最高置信度优先 123

8.2 MAP运动估算的基础 123

8.2.2 先验模型 124

8.2.1 似然模型 124

8.3 MAP运动估算算法 126

8.3.1 具有不连续模型的公式 126

8.3.2 具有局部分离值舍弃的估算 132

8.3.3 带有区域标注的估算 133

8.4 例子 134

8.5 练习 134

参考书目 136

Ⅲ 三维运动估算和分割 138

第9章 点对应法 138

9.1 投影位移场的建模 138

9.1.2 透视位移场模型 139

9.1.1 正交位移场模型 139

9.2 基于正交模型的方法 140

9.2.1 取自两观察视图的两步迭代法 141

9.2.2 改进的迭代法 142

9.3 基于透视模型的方法 143

9.3.1 偏振约束条件和必要参数 143

9.3.2 必要参数的估算 144

9.3.3 E矩阵的分解 145

9.3.4 算法 148

9.4 三维平面情况 149

9.4.1 纯参数 149

9.4.3 运动估算和结构参数 150

9.4.2 纯参数估算 150

9.5 例子 151

9.5.1 数值模拟实验 152

9.5.2 两帧“美国小姐”图像的试验 156

9.6 练习 156

参考书目 158

第10章 光流法和直接法 160

10.1 投影速度场模型 160

10.1.1 正交速度场模型 161

10.1.2 透视速度场模型 161

10.1.3 透视速度及位移的模型比较 162

10.2 发散中心 163

10.3.2 仿射流 164

10.3.1 解的唯一性 164

10.3 使用光流的代数法 164

10.3.3 二次流 165

10.3.4 随机流 165

10.4 使用光流的优化法 167

10.5 直接法 169

10.5.1 基于光流法的扩展 169

10.5.2 Tsai-Huang法 169

10.6 例子 171

10.6.1 数值模拟 171

10.6.2 两帧“美国小姐”图像的试验 174

10.7 练习 175

参考书目 176

第11章 运动分割 178

11.1 直接法 179

11.1.1 变化检测的阈值 179

11.1.2 使用映射参数的算法 180

11.1.3 模型参数的估算 181

11.2 光流分割 182

11.2.1 改进的哈夫曼变换法 183

11.2.2 分层视频表示的分割 184

11.2.3 贝叶斯分割 184

11.3 同时进行估算和分割 187

11.3.1 运动场模型 187

11.3.2 问题阐述 187

11.3.3 算法 189

11.3.4 与其他算法的关系 190

11.4 例子 191

11.5 练习 191

参考书目 194

第12章 立体系统和运动跟踪 196

12.1 立体系统的运动和结构 196

12.1.1 静止帧立体图像 196

12.1.2 运动估算的三维特性匹配 198

12.1.3 立体运动合成 200

12.1.4 推广到多运动的情况 202

12.2 运动跟踪 204

12.2.1 基本原理 204

12.2.2 二维运动跟踪 206

12.2.3 三维刚体运动跟踪 209

12.3 例子 212

12.4 练习 214

参考书目 214

Ⅳ 视频滤波 219

第13章 运动补偿滤波 219

13.1 时空付里叶频谱 219

13.1.1 恒速的整体运动 220

13.1.2 带加速度的整体运动 222

13.2 亚奈奎斯特时空采样 223

13.2.1 仅对时间方向采样 223

13.2.2 在时空点阵上采样 223

13.2.3 临界速率 224

13.3 按运动轨迹滤波 227

13.3.1 任意运动轨迹 227

13.3.2 恒速整体运动 228

13.3.3 加速运动 228

13.4 应用 229

13.4.1 运动补偿噪声滤波 230

13.4.2 运动补偿重构滤波 230

13.5 练习 231

参考书目 233

第14章 噪声滤波 234

14.1 帧内滤波 234

14.1.1 LMMSE滤波 235

14.1.2 自适应（局部）LMMSE滤波 238

14.1.3 定向滤波 239

14.1.4 中值及加权中值滤波 241

14.2 运动自适应滤波 241

14.2.1 直接滤波 241

14.2.2 基于运动检测的滤波 242

14.3 运动补偿滤波 243

14.3.1 时空自适应LMMSE滤波 244

14.3.2 自适应加权平均滤波器 245

14.4 例子 246

14.5 练习 250

参考书目 250

15.1.1 平移不变空间模糊 253

第15章 图像复原 253

15.1 建模 253

15.1.2 平移变化空间模糊 254

15.2 帧内平移不变复原 255

15.2.1 伪逆滤波 255

15.2.2 带约束的最小方差和维纳滤波 257

15.3 帧内平移变化复原 258

15.3.1 POCS方法概述 259

15.3.2 利用POCS法来复原 259

15.4 多帧复原 261

15.4.1 互相关多帧滤波器 262

15.5 例子 263

15.4.2 运动补偿多帧滤波器 263

15.6 练习 264

参考书目 268

第16章 标准变换 270

16.1 下行变换 271

16.1.1 带有反混淆滤波的下行变换 272

16.1.2 无反混淆滤波的下行变换 272

16.2 实际的上行变换方法 273

16.2.1 帧内滤波 275

16.2.2 运动自适应滤波 279

16.3 运动补偿上行变换 282

16.3.1 基本原理 282

16.3.2 整体运动补偿去隔行 285

16.4 例子 287

16.5 练习 293

参考书目 293

第17章 超分辨率 295

17.1 建模 295

17.1.1 连续-离散模型 296

17.1.2 离散-离散模型 298

17.1.3 问题的相互联系 299

17.2 插入-恢复方法 300

17.2.1 帧内法 300

17.2.2 多帧法 300

17.3 一种频率域方法 301

17.4 一种统一的POCS方法 303

17.5 例子 305

17.6 练习 308

参考书目 308

Ⅴ 静态图像压缩 311

第18章 无损压缩 311

18.1 图像压缩基础 311

18.1.1 图像压缩系统的组成 311

18.1.2 信息论概念 312

18.2 符号编码 315

18.2.1 定长编码 315

18.2.2 霍夫曼编码 315

18.2.3 算术编码 318

18.3 无损压缩法 320

18.3.1 无损预测编码 321

18.3.2 位平面的游程编码 323

18.3.3 Ziv-Lempel编码 324

18.4 练习 325

参考书目 326

第19章 差分脉码调制（DPCM）及变换编码 328

19.1 量化 328

19.1.1 非均匀量化 329

19.1.2 均匀量化 329

19.2 差分脉码调制 332

19.2.1 最优预测 333

19.2.3 自适应量化 334

19.2.2 预测误差的量化 334

19.2.4 △调制 335

19.3 变换编码 337

19.3.1 离散余弦变换DCT 338

19.3.2 量化／比特分配 339

19.3.3 编码 341

19.3.4 变换编码中的块虚像 342

19.4 练习 343

参考书目 344

第20章 静态图像压缩标准 346

20.1 二元图像压缩标准 346

20.1.1 一维RLC 347

20.1.2 二维RLC 348

20.2 JPEG标准 350

20.1.3 JBIG标准 350

20.2.1 基本算法 352

20.2.2 JPEG的累进模式 355

20.2.3 JPEG的无损模式 356

20.2.4 JPEG分级模式 357

20.2.5 JPEG的实现 358

20.3 练习 358

参考书目 358

21.1 矢量量化 360

21.1.1 矢量量化器的结构 360

第21章 矢量量化、子带编码及其他方法 360

21.1.2 VQ码书设计 363

21.1.3 实用VQ的实现 363

21.2 碎片压缩 364

21.3 子带编码 365

21.3.1 子带分解 365

21.3.2 子带编码 367

21.3.3 与变换编码的关系 368

21.3.4 与小波变换编码的关系 368

21.4 第二代编码方法 369

21.5 练习 370

参考书目 370

第22章 帧间压缩方法 373

Ⅵ 视频压缩 373

22.1 三维波形编码 374

22.1.1 三维变换编码 374

22.1.2 三维子带编码 375

22.2 运动补偿波形编码 376

22.2.1 MC变换编码 377

22.2.2 MC矢量量化（MC-VQ） 378

22.2.3 MC子带编码 378

22.3 基于模型的编码 379

22.3.1 基于物体的编码 380

22.3.2 基于知识的编码和语义编码 380

22.4 练习 381

参考书目 382

第23章 视频压缩标准 385

23.1 H.261标准 385

23.1.1 输入图像格式 385

23.1.2 视频多路复用 386

23.1.3 视频压缩算法 387

23.2 MPEG-1标准 391

23.2.1 特点 391

23.2.2 输入视频格式 392

23.2.3 数据结构与压缩模式 393

23.2.4 帧内压缩模式 393

23.2.5 帧间压缩模式 395

23.2.6 MPEG-1编码器和解码器 398

23.3.2 隔行视频的编码 399

23.3 MPEG-2标准 399

23.3.1 MPEG-2宏块 399

23.3.3 可调节功能扩展范围 402

23.3.4 其他改进点 403

23.3.5 类和级的概述 404

23.4 软件和硬件的实现 404

参考书目 405

第24章 基于模型的编码技术 407

24.1 通用的基于物体的方法 407

24.1.1 带有三维运动的二维／三维刚性物体 407

24.1.2 带有二维运动中的二维弹性物体 409

24.1.3 带有三角形网格的仿射变换 411

24.2 基于知识的方法和语义方法 412

24.2.1 通用原理 413

24.2.2 MBASIC算法 417

24.2.3 利用一种弹性的线条框架模型进行估算 418

24.3 例子 423

参考书目 429

第25章 数字视频系统 433

25.1 视频会议 433

25.2 交互式视频和多媒体 434

25.3 数字电视 436

25.3.1 数字演播标准 436

25.3.2 混合型高级电视系统 437

25.3.3 全数字电视 438

25.4 低比特率的视频与可视电话 441

25.4.1 ITU建议H.263 443

25.4.2 ISOMPEG-4要求 443

参考书目 444

附录A 马尔科夫（Markov）和Gibbs随机场 447

A.1 定义 447

A.1.1 马尔科夫随机场（MRF） 447

A.1.2 Gibbs随机场（GRF） 449

A.2 MRF和GRF之间的等价关系 449

A.3 局部条件概率 450

参考书目 451

B.1 阈值法 452

附录B 分割的基础知识 452

B.1.1 寻找最佳阈值 453

B.2 聚类法 453

B.3 贝叶斯法 455

B.3.1 MAP方法 455

B.3.2 自适应MAP方法 457

B.3.3 矢量场分割 458

参考书目 459

附录C 卡尔曼滤波 460

C.1 线性状态空间模型 460

C.2 扩展卡尔曼滤波 461

参考书目 462

附录D 英汉专业词汇对照表 463