一种雷达视频记录中的RGB转YUV改进算法_蔡委哲.pdf
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1、计算机与图像技术Computer&Multimedia Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering138雷达视频记录功能用于记录作战中显示操作画面、上级指挥指令、下级执行动作等视频信息。在战场指控控制、日常训练中扮演非常重要的角色,是雷达显示系统中重要组成部分。记录视频的质量影响雷达战后分析的精确度和准确性。现在常用的方法采用专用编码芯片与高性能压缩算法对雷达显示屏幕内容进行编码记录1-4,基本流程是将 RGB 原始显示视频进行 YUV 色彩空间变换5-8与抽样然后转换成 BT.1120 格式,由编码芯片进行 H2
2、64 或 H265 编码压缩,达到雷达视频压缩记录的目的。例如基于 FPGA 将颜色分量信号和时序信号在色度空间压缩和格式变换,转换成 SOC 可识别的标准 BT.1120 送 SOC 编码压缩处理9。但是,在 RGB色彩空间(4:4:4)向 YUV 色彩空间(4:2:2)转换过程中存在一定的信息损失,影响了记录视频的质量,特别一种雷达视频记录中的 RGB 转 YUV 改进算法蔡委哲杨东华王继生邱晗(南京电子研究所 江苏省南京市 210039)摘要:本文针对雷达记录视频数据采样色度信息丢失问题,提出一种自适应色度采样算法,相比传统标准的色度采样算法,该方法考虑亮度对人眼感知信息的影响,首先判定
3、相邻像素亮度变化幅度,当亮度变化较少时,采用亮度加权的方式对色度进行采样处理;当亮度变化较大时,采用色度优先的方式进行采样处理。实验研究表明,本算法可以实现雷达视频记录过程中色度信息的最佳记录效果,改善传统记录方式中雷达记录视频易失真的问题。关键词:RGB;YUV;BT1120;雷达记录视频图 1:RGB 转 BT1120 格式流程规地面 RCS 测量雷达已不能满足空中目标全方位测量需求,目标 RCS 测量手段呈现由地面静态测量平台向空中动态测量平台转变的新需求。本文根据目标 RCS测量的基本原理,利用机载雷达 LPRF 波形高度线内无时域地杂波回波的特性,提出了一种适合机载雷达动态精确测量空
4、中目标 RCS 的方法,并给出机载雷达系统精确标校的方法和 RCS 精确测量的步骤。最后通过实例验证,证明了此方法的有效性。参考文献1 黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性 M.北京:电子工业出版社,2005.2 WELSH B M,MULLER W D,KENT B M.Air force research laboratory advanced compact range RCS uncertainty analysis for a general targetJ.IEEE Antennas and Propagation Magazine,2003,45(3):195-201.3 丁孝永
5、,童琼,贾冒华.一种测量雷达散射截面参数现场校准方法J.宇航计测技术,2019(2):39-1.4 陈大庆,钱丽,张永福.单脉冲雷达目标 RCS 特性测量技术研究 J.现代雷达,2008(12):30-12.5 刘付兵,汪连栋,俞静一,等.动态雷达目标 RCS测量及分析 J.雷达与对抗,2005(1).6 丁孝永,童琼,贾冒华.一种测量雷达散射截面参数现场校准方法J.宇航计测技术,2019(2):39-1.7 张德保等.外场毫米波 RCS 测量中的无源标校法J.船舶电子对抗,2006(29):31-33.作者简介严广友(1976-),男,江苏省盐城市人。高级工程师。研究方向为机载雷达系统设计及
6、目标特性测量技术。臧伟旺(1982-),男,河南省安阳市人。研究员。研究方向为机载火控雷达、弹载雷达系统总体论证与设计。汪铁龙(1986-),男,湖南省益阳市人。工程师。研究方向为机载雷达设备试验和使用方法。许航(1991-),男,河南省焦作市人。工程师。研究方向为雷达作战运用和电子对抗作战效能评估。计算机与图像技术Computer&Multimedia Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering139是雷达视频10图像中,部分精细线型只有一个像素的宽度,容易产生图像色彩的失真。本文针对此问题,对雷达视频记录过程中
7、的RGB转YUV过程进行优化处理,避免雷达记录视频的失真。1 视频数据格式转换视频图像一般由众多像素构成,对像素的描述主要包括 RGB、YUV 等图像格式。RGB 是计算机中最常见的色彩空间,通过 CIE 规定的红、绿、蓝三基色的加权混合得到各种颜色,被广泛应用于图形成像系统、计算机视觉系统、彩色电视等显示系统中。但是,在处理现实世界的图像时,RGB 并非很有效。由于其对所有颜色都用等长像素点R、G、B 三基色合成。使得每个像素在 RGB 三个分量上都有相同的像素深度和显示分辨率5。数据冗余度较大,且不容易压缩处理。随着技术的发展,YUV 像素格式成为新的技术标准。YUV 像素格式是世界数字组
8、织视频标准研制过程中作为 ITU-R BT.601 建议的一部分。其中 Y 指颜色的明视度(Luminance),即亮度信息或灰度信息,而 U 和 V分别表示色调(Chrominance),即描述图像色彩的饱和度属性,在黑白视频图像系统中只有 Y 亮度信息,任然可以正常显示。终端显示画面数据通常为红 R、绿 G、蓝 B 分量数据格式,编码芯片输入的视频格式为 BT.1120。因此,需要进行数据格式的转换,将 RGB 像素格式转换成符合编码芯片要求的数据格式,数据格式的转换流程如图1。以三基色 RGB 描述的色彩空间中三个色彩分量的纹理复杂度都较高,信息冗余较大,不利于数据编码压缩。为了更好的进
9、行视频图像的编码,需要将 RGB 颜色空间转换为以亮度 Y、红色色差 Cr 和蓝色色差 Cb 描述的灰度空间。RGB 颜色空间到 YUV 颜色空间的转换矩阵如下:(1)其中,r、g、b 分别代表雷达视频图像中的某个像素的 RGB 空间的分量值5,y、cr、cb 表示转换后的YUV 色彩空间灰度值。色彩空间重采样是基于人类的眼睛对低频信号比对高频信号具有更高的敏感度,即人类眼睛对明视度的改变比对色彩的改变敏感的多。根据这一特征,可以在不使用任何复杂算法的基础上,适当的降低色度表示的数据位,既不会明显降低视觉质量,影响人眼观察,也可以有效实现视频数据的压缩处理。常用的采样方法有YUV 4:4:4
10、转 YUV 4:2:2(33.3%压缩)、YUV 4:4:4 转YUV 4:1:1(50.0%压缩)、YUV 4:4:4转YUV 4:2:0(50.0%压缩),根据数据压缩要求不同,可以选用 YUV 4:2:2、YUV 4:1:1、YUV 4:2:0 重采样中的一种。本文基于第一种方法对雷达显示视频进行处理,即标准采样,其基本原理如图 2 所示。视频图像中,通常相邻两个像素色彩信息变化较小,因此可以通过丢弃部分色差的信息达到数据压缩的效果。在 YUV 4:4:4 转 YUV 4:2:2 重采样中,每个像素的亮度通道 Y 信息完全保留,色差通道分别取相邻像素的前一个像素 U 通道值和后一像素的
11、V 通道值,形成YUV 4:2:2 压缩后的数据,YUV 4:2:2 重采样在水平方向会有色差信息丢失。格式转换是根据 ITU-R BT.1120高清晰度电视演播室室信号数据接口标准,将重采样后的将 YUV 4:2:2 格式数据、行同步、场同步、数据有效等以编码形式嵌入到 BT.1120 格式中。然后将 BT.1120数据送至编码器进行编码(H264/H265)压缩并记录9。当记录数据需要显示时,则需要将记录数据进行解码还原显示,缺少的色差通道由相邻的像素色差通道进行补充,还原成完整 YUV 数据,再转成 RGB 像素数据送显示器显示。2 算法分析通过 YUV 4:2:2 的数据重采样可以实现
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