06彩色數(shù)字電視基礎(chǔ)ppt課件

1、彩色數(shù)字電視基礎(chǔ) 彩色數(shù)字電視是從模擬電視和模擬彩色電視發(fā)展而來(lái)的，因此本章的前半部分將介紹模擬電視的一些基本常識(shí)，而后半部分將介紹彩色數(shù)字電視的基本常識(shí)。 1 彩色電視制式 1.1 簡(jiǎn)介 目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：NTSC制、PAL制和SECAM制。這里不包括高清晰度彩色電視HDTV (High-Definition television)。 NTSC(National Television Systems Committee)彩色電視制是1952年美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為正交平衡調(diào)幅制。 由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺點(diǎn)，因此德國(guó)(當(dāng)時(shí)的西德

2、)于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。德國(guó)、英國(guó)等一些西歐國(guó)家，以及中國(guó)、朝鮮等國(guó)家采用這種制式。 法國(guó)制定了SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為順序傳送彩色與存儲(chǔ)制。法國(guó)、蘇聯(lián)及東歐國(guó)家采用這種制式。世界上約有65個(gè)地區(qū)和國(guó)家試驗(yàn)這種制式。 為了既能實(shí)現(xiàn)兼容性而又要有彩色特性，因此彩色電視系統(tǒng)應(yīng)滿足下列幾方面的要求：(1) 必需采用與黑白電視相同的一些基本參數(shù)，如掃描方式、掃描行頻、場(chǎng)頻、幀頻、同步信號(hào)、圖像載頻、伴音載頻等等。 (2) 需要

3、將攝像機(jī)輸出的三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)，以及代表色度的兩個(gè)色差信號(hào)，并將它們組合成一個(gè)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行傳送。 1.2 電視掃描和同步掃描有隔行掃描(interlaced scanning)和非隔行掃描之分。非隔行掃描也稱逐行掃描，圖7-01表示了這兩種掃描方式的差別。黑白電視和彩色電視都用隔行掃描，而計(jì)算機(jī)顯示圖像時(shí)一般都采用非隔行掃描。 (b) 隔行掃描PAL制電視的掃描特性制電視的掃描特性 PAL電視制的主要掃描特性是：電視制的主要掃描特性是：(1) 625行行(掃描線掃描線)/幀，幀，25幀幀/秒秒(40 ms/幀幀) (2) 高寬比高寬比(aspect ratio)：4:3 (3

4、) 隔行掃描，隔行掃描，2場(chǎng)場(chǎng)/幀，幀，312.5行行/場(chǎng)場(chǎng)(4) 顏色模型：顏色模型：YUV2. NTSC2. NTSC制的掃描特性制的掃描特性NTSCNTSC彩色電視制的主要特性是：彩色電視制的主要特性是：(1) 525(1) 525行行/ /幀幀, 30, 30幀幀/ /秒秒(29.97 fps, 33.37 (29.97 fps, 33.37 ms/frame) ms/frame) (2) (2) 高寬比：電視畫(huà)面的長(zhǎng)寬比高寬比：電視畫(huà)面的長(zhǎng)寬比( (電視為電視為4:34:3；電；電影為影為3:23:2；高清晰度電視為；高清晰度電視為16:9) 16:9) (3) (3) 隔行掃描，一

5、幀分成隔行掃描，一幀分成2 2場(chǎng)場(chǎng)(field)(field)，262.5262.5線線/ /場(chǎng)場(chǎng) (4) (4) 在每場(chǎng)的開(kāi)始部分保留在每場(chǎng)的開(kāi)始部分保留2020掃描線作為控制信掃描線作為控制信息，因此只有息，因此只有485485條線的可視數(shù)據(jù)。條線的可視數(shù)據(jù)。Laser Laser discdisc約約420420線，線，S-VHSS-VHS約約320320線線 (5) (5) 每行每行63.563.5微秒，水平回掃時(shí)間微秒，水平回掃時(shí)間1010微秒微秒( (包含包含5 5微秒的水平同步脈沖微秒的水平同步脈沖) )，所以顯示時(shí)間是，所以顯示時(shí)間是53.553.5微秒。微秒。(6) (6)

6、顏色模型：顏色模型：YIQYIQ3. SECAM 這種制式與這種制式與PAL制類似，其差別是制類似，其差別是SECAM中的色度信號(hào)是頻率調(diào)制中的色度信號(hào)是頻率調(diào)制(FM)，而且它的兩個(gè)色差信號(hào)：紅色差而且它的兩個(gè)色差信號(hào)：紅色差(R-Y)和藍(lán)色差和藍(lán)色差(B-Y)信號(hào)是按行的順序傳輸信號(hào)是按行的順序傳輸?shù)?。法?guó)、俄羅斯、東歐和中東等約有的。法國(guó)、俄羅斯、東歐和中東等約有65個(gè)地區(qū)和國(guó)家使用這種制式，圖像格個(gè)地區(qū)和國(guó)家使用這種制式，圖像格式為式為4:3，625線，線，50 Hz，6 MHz電視信電視信號(hào)帶寬，總帶寬號(hào)帶寬，總帶寬8MHz。 以上三種電視制式的主要特性如表7-01和表7-02所示。

7、 表7-01 彩色電視的同步信號(hào)TV制式PALNTSCSECAM行周期(H)64.063.5564.0水消隱寬度11.810.811.8平同步寬度4.74.74.7定前肩1.31.31.3時(shí)色同步起點(diǎn)5.65.1�(s)色同步寬度2.252.67�均衡脈沖寬度2.352.32.35場(chǎng)同步脈沖寬度27.327.127.3垂直消隱寬度25H20H25H(場(chǎng))均衡脈沖數(shù)565同步場(chǎng)同步脈沖數(shù)565TV制式PALG I DNTSCMSECAM行/幀625525625幀/秒(場(chǎng)/秒)25(50)30(60)25(50)行/秒156251573415625參考白光C白D6500D6500聲音載

8、頻(MHz)5.5 6.0 6.54.56.52.82.22.8彩色副載頻(Hz)443361835795454250000(+U)4406500(-V)彩色調(diào)制QAMQAMFM亮度帶寬(MHz)5.0 5.54.26.0色度帶寬(MHz)1.3(Ut)1.3(Vt)1.3(I) 0.6(Q)1.0(Ut)1.0(Vt)表7-02 彩色電視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 1.3 彩色電視 圖7-03說(shuō)明用彩色攝象機(jī)攝取景物時(shí)，如何把自然景物的彩色分解為R、G、B分量，以及如何重顯自然景物彩色的過(guò)程。在彩色電視中，用Y、C1, C2彩色表示法分別表示亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，C1，C2的含義與具體的應(yīng)用有關(guān)。在NTSC

9、彩色電視制中，C1，C2分別表示I、Q兩個(gè)色差信號(hào)；在PAL彩色電視制中，C1，C2分別表示U、V兩個(gè)色差信號(hào)；在CCIR 601數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，C1，C2分別表示Cr，Cb兩個(gè)色差信號(hào)。在彩色電視中，使用Y、C1，C2有兩個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：Y和C1，C2是獨(dú)立的，因此彩色電視和黑白電視可以同時(shí)使用，Y分量可由黑白電視接收機(jī)直接使用而不需做任何進(jìn)一步的處理；可以利用人的視覺(jué)特性來(lái)節(jié)省信號(hào)的帶寬和功率，通過(guò)選擇合適的顏色模型，可以使C1，C2的帶寬明顯低于Y的帶寬，而又不明顯影響重顯彩色圖像的觀看。因而，為了滿足兼容性的要求，彩色電視系統(tǒng)選擇了一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，而不直接選擇三個(gè)基色信號(hào)進(jìn)行發(fā)

10、送和接收。2 彩色電視信號(hào)的類型 2.1 復(fù)合電視信號(hào)包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)信號(hào)的單一信號(hào)叫做復(fù)合電視信號(hào)(composite video signal)，或者稱為全電視信號(hào)。 2.2 分量電視信號(hào) 分量電視信號(hào)(component video signal)是指每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的電視信號(hào)。每個(gè)基色既可以分別用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量電視信號(hào)是表示顏色的最好方法，但需要比較寬的帶寬和同步信號(hào)。 2.3 S-Video信號(hào) 分離電視信號(hào)S-Video(Separated video-VHS)是亮度和色差分離的一種電視信號(hào)，是分量模擬

11、電視信號(hào)和復(fù)合模擬電視信號(hào)的一種折中方案。使用S-Video有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1) 減少亮度信號(hào)和色差信號(hào)之間的交叉干擾。(2) 不須要使用梳狀濾波器來(lái)分離亮度信號(hào)和色差信號(hào)，這樣可提高亮度信號(hào)的帶寬。S-Video and S-VHS(Super Video Home System)圖7-06 S-Video連接器 表7-03 S-Video工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4針連接器規(guī)格 插座號(hào)信號(hào)信號(hào)電平阻抗1地(亮度)-2地(色度)-3亮度(包含同步信號(hào))1V75 ohms4色度0.3V75 ohms3 電視圖像數(shù)字化 3.1 數(shù)字化的方法 數(shù)字電視圖像有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，可直接進(jìn)行隨機(jī)存儲(chǔ)使電視圖像的檢索變得很方便

12、，復(fù)制數(shù)字電視圖像和在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字電視圖像都不會(huì)造成質(zhì)量下降，很容易進(jìn)行非線性電視編輯。 電視圖像數(shù)字化常用的兩種方法我們現(xiàn)在接觸到的大多數(shù)電視信號(hào)源都是彩色全電視信號(hào)，如來(lái)自錄像帶、激光視盤(pán)、攝像機(jī)等的電視信號(hào)。對(duì)這類信號(hào)的數(shù)字化，通常的做法是：首先把模擬的全彩色電視信號(hào)分離成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)，然后用三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)它們數(shù)字化。首先用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。3.2 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn) 早在20世紀(jì)80年代初，國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)CCIR(Intern

13、ational Radio Consultative Committee)就制定了彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，RGB和YCbCr(或者寫(xiě)成YCBCR)兩個(gè)彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等。 彩色空間之間的轉(zhuǎn)換彩色空間之間的轉(zhuǎn)換 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BY = 0.299R + 0.587G + 0.114BCr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + Cr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + 12812

14、8Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B) + Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B) + 1281282. 采樣頻率采樣頻率 對(duì)對(duì)PAL制、制、SECAM制，采樣頻率制，采樣頻率fs為為fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864其中，其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。為每一掃描行上的采樣數(shù)目。對(duì)對(duì)NTSC制，采樣頻率制，采樣頻率fs為為fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz, N=858其中，其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。為每一掃描行上的采樣數(shù)目。3. 有效顯示分辨率有效顯示分辨率 對(duì)對(duì)PA

15、L制和制和SECAM制的亮度信號(hào)，每一條制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣掃描行采樣864個(gè)樣本；對(duì)個(gè)樣本；對(duì)NTSC制的亮制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣度信號(hào)，每一條掃描行采樣858個(gè)樣本。個(gè)樣本。對(duì)所有的制式，每一掃描行的有效樣本對(duì)所有的制式，每一掃描行的有效樣本數(shù)均為數(shù)均為720個(gè)。個(gè)。 4. ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)摘要 ITU-R BT.601推薦使用推薦使用4 2 2的彩色的彩色電視電視 圖像采樣格式。使用這種采樣格式圖像采樣格式。使用這種采樣格式時(shí)，時(shí)，Y用用13.5 MHz的采樣頻率，的采樣頻率，Cr，Cb用用6.75 MHz的采樣頻率。采樣時(shí)，采樣的采樣頻率。采樣時(shí)，

16、采樣頻率信號(hào)要與場(chǎng)同步和行同步信號(hào)同步。頻率信號(hào)要與場(chǎng)同步和行同步信號(hào)同步。 5. CIF、QCIF和和SQCIF 為了既可用為了既可用625行的電視圖像又可用行的電視圖像又可用525行行的電視圖像，的電視圖像，CCITT規(guī)定了稱為公用中規(guī)定了稱為公用中分辨率格式分辨率格式CIF(Common Intermediate Format)，1/4公用中分辨率格式公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和和(Sub-Quarter Common Intermediate Format，SQCIF)格式，格式， CIF格式具有如下特性：(1) 電視圖像的空間分辨率為家用錄像系統(tǒng)(Video

17、 Home System，VHS)的分辨率，即352288。(2) 使用非隔行掃描(non-interlaced scan)。(3) 使用NTSC幀速率，電視圖像的最大幀速率為30 000/100129.97幅/秒。(4) 使用1/2的PAL水平分辨率，即288線。(5) 對(duì)亮度和兩個(gè)色差信號(hào)(Y、Cb和Cr)分量分別進(jìn)行編碼，它們的取值范圍同ITU-R BT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。4 圖像子采樣 4.1 圖像子采樣概要對(duì)彩色電視圖像進(jìn)行采樣時(shí)，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對(duì)圖像的亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行采樣，另一種是對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣。如果對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。 目前使用的子采樣格式有如下幾種：(1) 4:4:4 這種采樣格式不是子采樣格式，它是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、4個(gè)紅色差Cr樣本和4個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，這就相當(dāng)于每個(gè)像素用3個(gè)樣本表示。(2) 4:2:2 這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均