基于MATLAB的数字视频处理技术

耿小芬

摘  要：MATLAB具有强大的工程计算能力，借助其自带的视频及图像处理工具箱，并结合相关函数，用户可以非常方便地对AVI格式的视频进行分析、计算和数据提取工作，这在数字图像处理中，在对运动物体检测和跟踪等技术领域中具有现实的使用价值。本文通过实际案例验证了MATLAB在视频处理中的强大功能，为处理数字图像提供了科学依据。

关键词：MATLAB;图像处理;AVI

中图分类号：TN941.3     文献标识码：A        文章编号：1672-8122（2019）04-0013-02

1.引言

MATLAB是由Matrix（矩阵）和Laboratory（实验室）两词的前三个字母组合而成，含有矩阵实验室的意思。由美国 MathWorks 公司推出，主要用于数值计算和图形处理的软件。MATLAB 中包括很多工具箱，除了Simulink主模块外， 还包含许多特定领域的模块，主要有：通信工具箱、航空航天模型、计算机视频处理工具箱、控制系统工具箱、数据采集工具箱、EDA仿真、嵌入式编码器等模块，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统等领域40多个专业领域。除此之外， MATLAB 还具有语法简单、易学易用，能实现面向对象编程，有方便的绘图功能，能方便的交互式编程和强大的扩充能力等特点; MATLAB丰富的函数使开发者无需重复编程，只要简单地调用就能实现强大的功能。[1]因此， MATLAB已经成为目前使用最为广泛的工程应用软件。

2.MATLAB 视频处理简介

MATLAB 的图像处理工具箱功能十分强大， 可以支持多种格式的图像文件，如 *.bmp 、*.jpg、*.gif、*.tiff、*.png等。MATLAB也有很多对图像处理的函数，这些函数按其功能可分为：图像显示、图像文件I/O、几何操作、像素和统计处理、图像分析、图像增强、线性滤波、线性二元滤波设计、图像变换、邻域和块处理、 二进制图像操作、区域处理、颜色映像处理、颜色空间变换、图像类型和类型转换。利用工具箱和这些函数可以很方便的对图像进行处理。

视频处理是对图像处理的一种扩展，MATLAB进行视频分析，首先要能读取单帧图片，然后对图片进行处理分析。[2]近年来视频的广泛应用也促进了图像技术的推广。另外，在图像和视频处理中既要理解原理，还要钻研算法，才能利用图像和视频处理技术解决实际问题。生活中我们经常需要处理一些视频文件，如：从一个AVI文件中提取一幅或者几幅画面。利用 MATLAB 视频及图像处理工具箱，能根据用户需要在视频文件中读取特定数据，实现对指定画面的提取。

3.视频图像提取原理

所谓视频是指将一系列静态图像以电信号的方式加以捕捉、纪录、处理、储存、传送与重现的各种技术。连续的图像以每秒超过24帧的速度播放，根据人眼的视觉暂留原理，就变成了连续的画面，这就是视频。由于视频文件普遍较大，在传输中为了减少存储空间，往往将视频文件以一定的算法进行压缩，不通过专业软件很难将其中的某一幅（帧）画面手工提取出来。通过研究和实验发现，利用 MATLAB 提供的视频及图像处理工具箱，可以很方便的对视频文件中的图像进行操作。

（1）MATLAB中常用的图像处理函数

MATLAB图像处理工具箱中有一些自带的函数，利用这些函数可以方便的实现绝大多数图像的处理。如：imread（读取一幅图像文件）、imshow（显示一幅图像）、colormap（设置图像的色彩映射）、imfinfo（获得一幅图像的相关信息）、imwrite（输出一幅图像）、ind2rgb（将一幅索引图像转变为RGB图像）等等。

（2）MATLAB中与 AVI 视频处理相关的函数

MATLAB 视频处理工具箱中有一些函数，利用这些视频处理函数可以方便地读取 AVI 文件中的数据，获得该文件的相关属性。利用这些属性可以在AVI 文件中提取出用户需要的信息。如：aviinfo（获得AVI视频文件的相关信息）、aviread（读取一段视频）、VideoReader（读取视频文件）、VideoWriter（与一些命令结合使用，以保存视频文件）、WriteVedio（用于向指定的视频文件中添加图片、视频等）。

下面将通过一些例子来简要介绍利用 MATLAB 处理AVI视频的方法。

4.应用举例

（1）在AVI视频文件中提取某一幅画面

AVI是微软公司开发的一种数字音频和视频文件格式，全称是Audio Video Interleaved（视频交错格式），是目前常用的视频文件格式之一，一般用于存储电视、电影等各种影像信息。一个AVI 视频文件可以包含多个不同类型的媒体流，如：音频流，视频流，控制流和MIDI 流。音频流和视频流存储音频数据和视频數据，为了保证视频画面与音频同步，音频流和视频流采用了交错存储的方式;控制流用来控制视频的显示;MIDI 流用来提供视频播放过程中的背景音乐。当然，含有单一音频流或单一视频流的AVI文件也是合法的。[3]

早期版本的MATLAB中读取视频文件时只能用aviread函数，该函数支持的视频文件编码有限。目前，我们可以用视频读取函数VideoReader来读取视频，输入如下代码并运行程序，视频加载并播放。运行完成后在当前目录下生成和视频帧数相同的若干个图片文件。（假设当前文件夹内存储有视频文件viptrain.avi）效果。

%读取视频文件并显示

fileName = 'viptrain.avi';          %定义存储视频变量