視頻信號(hào)的獲取工作原理和處理

1、視頻信號(hào)的獲取工作原理和處理1第3章 視頻信號(hào)的獲取與處理本章講課思路:視頻信號(hào)獲取器的工作原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號(hào)和彩色全電視信號(hào)23.1 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換本節(jié)講課思路:三基色原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換顏色的表示31.三基色(RGB)的原理： 自然界常見(jiàn)的各種顏色光，都是由紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三種顏色光按不同比例相配而成，同樣絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍(lán)三種色光，這就是色度學(xué)中最基本的原理三基色原理。 三基色的選擇不是唯一的，三種顏色必須是相互獨(dú)立的，即任何一種顏色都不能由其他兩種顏色合成。4 紅色+綠色=黃色紅色+藍(lán)色=品紅綠色+藍(lán)色=青色紅色+綠色+藍(lán)色

2、=白色5分色棱鏡6在彩色電視中之所以選用紅、綠、藍(lán)作為三基色，其原因如下：(1) 人眼對(duì)紅、綠、藍(lán)三種顏色比較敏感;(2) 紅、綠、藍(lán)三基色彼此互為獨(dú)立; (3) 紅、藍(lán)色分布在可見(jiàn)光譜的兩端，綠色處在中間，它們?cè)诠庾V位置上相隔較遠(yuǎn)，因而由紅、綠、藍(lán)三基色混合而成的彩色較為豐富，幾乎能重現(xiàn)自然界的各種彩色。7圖3-5 彩色電視圖像的攝取彩色電視就是基于三基色原理，對(duì)自然景物及其色彩進(jìn)行錄入、處理、傳輸并重現(xiàn)彩色圖像的。彩色顯像管選擇R、G、B三基色顯示彩色信號(hào)，如圖3-5所示。 8相加混色和相減混色由三基色原理可知，適當(dāng)選擇三種基色，按不同比例混合，就可引起不同的色彩感覺(jué)。 合成彩色的亮度是三

3、個(gè)基色的亮度之和，而色度(色調(diào)和飽和度)則由三個(gè)基色的比例決定。對(duì)人眼的混色可分為兩類，即相加混色和相減混色。1) 相加混色彩色電視將三種基色光按不同比例相混而獲得不同彩色光的方法稱為相加混色，如RGB混合，如圖3-6所示。9圖3-6 RGB相加混色10相加混色按下列兩種方法進(jìn)行。(1) 將三種不同亮度的基色光同時(shí)投到一個(gè)全反射表面上從而合成不同的彩色直接混合。(2) 利用人眼的視覺(jué)特性進(jìn)行相加。將三種基色光按一定順序輪流投射到同一表面上，只要輪流速度足夠快，人眼產(chǎn)生的感覺(jué)就與直接混合時(shí)相同。這種方法稱時(shí)間混合，是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。 將三種基色光分別投射到同一表面上鄰近的三個(gè)點(diǎn)上，只要足夠

4、鄰近，由于人眼分辨率的限制，也會(huì)產(chǎn)生相加混色，這是空間混合。 利用兩只眼睛同時(shí)分別看兩種不同顏色的同一圖像，也會(huì)產(chǎn)生相加混色效果，這就是生理混合。112) 相減混色(CMY相減混色)用彩色墨水或顏料進(jìn)行混合得到的彩色稱為相減混色。之所以稱為相減混色，是因?yàn)樗鼫p少(吸收)了人眼識(shí)別顏色所需要的反射光。理論上，任何一種顏色都可以用三種基色顏料按一定比例混合得到。青色(Cyan)、品紅(Magenta)、黃色(Yellow)這三種基色顏料混合稱為CMY相減混色模型。在相減混色中，當(dāng)三種基色等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而

5、黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色；12圖3-7 CMY相減混色 等量黃色(Y)和青色相減而品紅(M)為0時(shí)，得到綠色(G)。三基色相減的結(jié)果如圖3-7所示。彩色打印機(jī)和印刷彩色圖片以及畫(huà)家的顏料色彩都利用了相減混色原理。13按每個(gè)像素每種顏色用1位表示，則相減混色和相加混色各自生成的色彩以及它們之間的關(guān)系如表3-1所示。14相加混色相減混色生成色關(guān)系R(紅)G(綠)B(藍(lán))C(青)M(品紅)Y(黃)顏色互為反碼000111黑001110藍(lán)010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白表3-1 RGB相加混色與CMY相減混色的關(guān)系15相加色與相減色之間有一個(gè)直接

6、的關(guān)系，自然就可以把顯示的顏色轉(zhuǎn)換成輸出打印的顏色。相加混色與相減混色之間成對(duì)出現(xiàn)互補(bǔ)色。若RGB彩色空間和CMY彩色空間使用1個(gè)正立方體表示，也可表示出這種色彩的互補(bǔ)性，如圖3-8所示。 圖3-8 RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法163.1 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換本節(jié)講課思路:三基色原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換顏色的表示17I(Y) 亮度：光的強(qiáng)和弱。H 色調(diào)：光的波長(zhǎng)、人眼的感覺(jué)(反映)顏色(的基本特征)。S 飽和度：顏色滲入白光的程度(表示)顏色深淺的程度。2.亮度、色調(diào)、飽和度18一幅圖像顏色的表示一幅圖像f（x，y）其分辨率為 512512 256256 f(x0,y0)f(x51

7、1,y0)f(x0,y511)f(x511,y511)19YXf ( x , y )X Y的離散化稱為采樣f（x，y）值的離散化稱為量化f ( x0 , y0 )y0 x0位圖20 多媒體計(jì)算機(jī)處理圖像和視頻，首先必須把連續(xù)的圖像函數(shù)f (x,y) 進(jìn)行空間和幅值的離散化處理。采樣和量化21采樣：空間連續(xù)坐標(biāo)(x,y)的離散化，叫做采樣；量化：f(x,y)顏色的離散化，稱之為量化。數(shù)字化：兩種離散化結(jié)合在一起，叫做數(shù)字化. 離散化的結(jié)果稱為數(shù)字圖像。采樣和量化22視頻圖像的表示PAL制 25幀/秒NTSC制 30幀/秒圖像是二維數(shù)據(jù)視頻是三維數(shù)據(jù)23彩色電視制式國(guó)際上采用三種兼容制彩色電視制式

8、，即：(1) 正交平衡調(diào)幅制NTSC(National Television Systems Committee，國(guó)家電視制式委員會(huì))。這種制式在美國(guó)、加拿大、大部分西半球國(guó)家、臺(tái)灣、日本、韓國(guó)、菲律賓采用。 (2) 逐行倒相正交平衡調(diào)制PAL(Phase-Alternative Line)。這種制式在我國(guó)、西德、英國(guó)、朝鮮采用。(3) 順序傳送彩色與存儲(chǔ)制 SECAM(Sequential Couleur Mmorire(法文)。這種制式在法、俄、東歐等國(guó)家使用。 24RGB 彩色空間YUV 彩色空間YIQ 彩色空間HSI 彩色空間 3.彩色空間25(1)RGB 彩色空間 任意顏色的光F，其

9、配色方程可寫(xiě)成： F= rR+ gG+bB 其中r、g、b 為三個(gè)系數(shù) r+g+b=1 3. 彩色空間26 RGB和黑白電視信號(hào)不兼容，希望空中發(fā)射的信號(hào)轉(zhuǎn)換成YUV信號(hào)。 當(dāng)白光的亮度用Y來(lái)表示時(shí)，它和紅、綠、藍(lán)三色的關(guān)系可用如下方程描述： Y=0.299R+0.587G+0.114B 27(2)YUV 彩色空間 PAL 用 YUV空間 NTSC 用 YIQ空間亮度 Y色差 U V 28Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B U = m (B-Y) = 0.493 (B-Y)V = n (R-Y) = 0.877 (R-Y) 把 B-Y、R-Y 叫色差。29 Y 0.3 0.59

10、0.11 R U = -0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B30實(shí)現(xiàn):運(yùn)放YRGB31（3）YIQ彩色空間 大量實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，人眼對(duì)紅黃之間的顏色變化最敏感，而分辨藍(lán)和紫之間顏色變化最不敏感。 所以把相角為123 的橙色（紅黃之間的顏色）及其相反相角的303 的青色定義為I軸。 與I正交的色度信號(hào)軸，通過(guò)330 213 線，叫Q軸。 。 。32。（3）YIQ彩色空間 I = V Cos33 - U Sin33Q = V Sin33 + U Cos3333 H：Hue 代表色調(diào)（純度、顏色） S：Saturation 代表飽和度 I：Intensity 代表

11、亮度、強(qiáng)度 （4）HSI空間34 R 14331 G 14331 B 31255 H 60240 S 180180 I 105105例: 黃色=藍(lán)色35用YUV和YIQ的好處： (1). 亮度信號(hào)Y解決了彩色電視機(jī)與黑白電視的兼容問(wèn)題。 36用YUV和YIQ的好處： (2). 大量實(shí)驗(yàn)表明，人眼對(duì)色差信號(hào)不敏感，而對(duì)亮度信號(hào)特別敏感。37用YUV和YIQ的好處：Y 帶寬（PAL） （因?yàn)槊舾校︰、V 帶寬1.3MHz (因?yàn)椴幻舾?電視臺(tái)的一個(gè)節(jié)目頻道為6M38 (3). 傳輸電視信號(hào)VU相角 幅度39由于人眼對(duì)亮度信號(hào)敏感，選擇量化的比例為： (4). 量化比例 Y:U:V= 8:4:4 Y

12、:U:V= 8:2:2 Y:U:V= 8:8:840(4). 量化比例XY0Y1 Y2 Y3 Y4UV41 RGB與YUV和YIQ之間的轉(zhuǎn)換 HSI空間與RGB之間的轉(zhuǎn)換4. 彩色空間的轉(zhuǎn)換42 Y 0.3 0.59 0.11 R U = -0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B（1）RGB與YUV之間的轉(zhuǎn)換43 Y 0.3 0.59 0.11 R I = 0.6 -0.28 -0.32 G Q 0.21 -0.52 0.31 B （2）RGB與YIQ之間的轉(zhuǎn)換44HSI彩色空間與RGB彩色空間之間的轉(zhuǎn)換45第3章 視頻信號(hào)的獲取與處理本章講課思路:視頻

13、信號(hào)獲取器的工作原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號(hào)和彩色全電視信號(hào)463.1.1 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換已講內(nèi)容回顧:三基色原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換顏色的表示473.1.2 黑白和彩色全電視信號(hào) 黑白全電視信號(hào)2. 彩色全電視信號(hào)48 電視臺(tái)利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了把光圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),電視接收機(jī)利用電光轉(zhuǎn)換效應(yīng)把電信號(hào)還原為光圖像.49 電視接收的基本過(guò)程:從電視機(jī)視頻檢波器解調(diào)出的全電視信號(hào),使用同步掃描的方法,通過(guò)電視機(jī)顯像管顯示出圖像;從電視機(jī)鑒相器解調(diào)輸出的伴音信號(hào),則通過(guò)音頻放大器放大后,再送到電視機(jī)的揚(yáng)聲器還原成聲音.50 空中發(fā)射的經(jīng)過(guò)高頻頭解出的信號(hào)就是全電視信號(hào)。二維信號(hào)

14、為一維信號(hào)掃描掃描:把圖像分解為像素,一行一行、一幀一幀 地逐個(gè)攝取或顯示的方法51掃描方式：隔行掃描和逐行掃描隔行掃描奇數(shù)場(chǎng)+偶數(shù)場(chǎng)=1幀每一行有正程和逆程。顯示圖像52隔行掃描 奇數(shù)場(chǎng)+偶數(shù)場(chǎng)=1幀奇數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)13524653 每一行有正程(顯示)和逆程（消隱） 每一場(chǎng)有正程(顯示)和逆程（消隱）543.1.2 黑白和彩色全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào)彩色全電視信號(hào)55 黑白全電視信號(hào)56黑白全電視信號(hào)同步信號(hào)（場(chǎng)同步，行同步）圖象信號(hào)（正程）復(fù)合消隱信號(hào)（行逆程-行消隱）（場(chǎng)消隱）57黑白全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào)的組成 從內(nèi)容上看全電視信號(hào) 從時(shí)間上看全電視信號(hào) 從幅度上看全電視信號(hào)58行消隱

15、場(chǎng)消隱行同步場(chǎng)同步圖像信號(hào)復(fù)合消隱信號(hào)復(fù)合同步信號(hào)從內(nèi)容上看全電視信號(hào)：奇數(shù)場(chǎng)同步偶數(shù)場(chǎng)同步59黑白全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào)的組成 從內(nèi)容上看全電視信號(hào) 從時(shí)間上看全電視信號(hào) 從幅度上看全電視信號(hào)60每行時(shí)間為64sAOB正程(圖像信號(hào))從A-O，逆程(消隱信號(hào))從O-B 11.8s + 250ns從時(shí)間上看全電視信號(hào)61行同步信號(hào)寬度 4.7s+100 ns 行延遲 1.3s+250ns從時(shí)間上看全電視信號(hào)62行延遲1.3 s行同步4.7 s逆程11.8 s正程52.2 s每行時(shí)間為 64 s63 一幀 = 奇數(shù)場(chǎng) + 偶數(shù)場(chǎng) 625行= + 場(chǎng)消隱信號(hào) = 25 64 = = 1611.8

16、 s 場(chǎng)同步 = 3 64 = 192 s64黑白全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào)的組成 從內(nèi)容上看全電視信號(hào) 從時(shí)間上看全電視信號(hào) 從幅度上看全電視信號(hào)65 峰峰 值為1伏 以同步信號(hào)作為100%，黑電平和消隱電平為70%，白電平為0%，圖像信號(hào)介于白電平和黑電平之間，根據(jù)圖像的灰度而變化。 從幅度上看全電視信號(hào)66在標(biāo)準(zhǔn)的1V全電平信號(hào)中同步信號(hào) 0.7V-1V 0.3V+9mV圖像信號(hào) 0V-0.7V 0.7V+20mV 從幅度上看全電視信號(hào)67同步信號(hào) 圖像信號(hào) 峰峰 值為1伏68 黑白全電視信號(hào)6970行延遲0V行同步信號(hào)寬度1V逆程11.8 s712. 彩色全電視信號(hào) 在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中

17、，通常采用YUV彩色空間或YIQ彩色空間，Y為亮度信號(hào)它可以與黑白全電視信號(hào)兼容，U和V用到載波頻率sc調(diào)制加到亮度Y上，最后形成彩色全電視信號(hào)。722. 彩色全電視信號(hào) 彩色全電視信號(hào)，如下式所示 CVBS=Y+ USinsct + KV Cossct sc K = +1_73 最后將亮度、復(fù)合同步信號(hào)混合放大，形成PAL制彩色全電視信號(hào)。以100%幅度和100%飽和度(簡(jiǎn)寫(xiě)為100/100)的彩條信號(hào)為例的彩色全電視信號(hào)如圖所示。7475第3章 視頻信號(hào)的獲取與處理本章講課思路:視頻信號(hào)獲取器的工作原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號(hào)和彩色全電視信號(hào)763.2 視頻信息獲取技術(shù) 黑白視

18、頻信號(hào)獲取器工作原理 彩色視頻信號(hào)獲取器工作原理77黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理黑白視頻信號(hào)獲取器的作用： 把一維的黑白全電視信號(hào)數(shù)字化后送到存儲(chǔ)器中保存 把保存在存儲(chǔ)器中的視頻信號(hào)還原為電視信號(hào)送到電視機(jī)或監(jiān)視器上78黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理找到信號(hào)的頭（同步分離電路、鎖相和時(shí)序電路）對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行A/D變換保存到FBD/A變換 全電視信號(hào) 顯示輸出79 黑白全電視信號(hào)80黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出81（一）同步分離電路同步分離行同步場(chǎng)同步奇數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)82（一）同步分離電路1. 同步分離電路 找到行同步、場(chǎng)同步（奇數(shù)場(chǎng)

19、和偶數(shù)場(chǎng)） 。 同步信號(hào)在0.7V 1V，使用限幅（切頭）放大器。83（一）同步分離電路入出把行同步和場(chǎng)同步分離出來(lái)84192us場(chǎng)同步隔64us一個(gè)行同步85用積分器和微分器微分 行同步信號(hào)積分 場(chǎng)同步信號(hào)2. 把場(chǎng)同步和行同步分開(kāi)863. 奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng) 區(qū)別：奇數(shù)場(chǎng)的場(chǎng)同步的開(kāi)始和行同步一致，偶數(shù)場(chǎng)場(chǎng)同步在行同步一半處開(kāi)始。87 找到奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)后，保存數(shù)據(jù)時(shí)可以做相應(yīng)的處理。地址計(jì)數(shù)器2FB地址計(jì)數(shù)器188 對(duì)于奇數(shù)場(chǎng)，地址計(jì)數(shù)器1的最低位置1地址計(jì)數(shù)器2FB地址計(jì)數(shù)器1 . 0 0 0 0 0 11 . 0 0 0 0 1 1 . 0 0 0 1 0 1 . 0 0 0 1 1 1

20、89 對(duì)于偶數(shù)場(chǎng)，地址計(jì)數(shù)器1的最低位置0地址計(jì)數(shù)器2FB地址計(jì)數(shù)器10 . 0 0 0 0 1 0 . 0 0 0 1 0 0 . 0 0 0 1 1 090黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出91(二)鎖相和時(shí)序電路時(shí)序電路的振蕩頻率和攝像機(jī)要一樣。檢相器校 正壓控振蕩器640分頻器1/640行同步行頻鎖相電路10MHz92鎖相系統(tǒng)保證相位差不變。 如果相位差變化，則調(diào)整振蕩頻率，以確保相位差不變。相位差1.檢相器93檢相器的任務(wù)： 把相差 電壓，控制電壓保持不變，以保證相差不變。942.壓控振蕩器 用變?nèi)荻O管，電壓控制電容

21、改變，電容控制振蕩頻率變化。 振蕩頻率為10MHz。 953.分頻器 640分頻，640計(jì)數(shù)器。4.校正 采用負(fù)反饋，鎖相精度高。 96黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出97（三）A/D變換器 將獲取的信息保存起來(lái)后，就要進(jìn)行A/D變換了。 A/D變換的方法很多，用的比較多的是逐次比較法。98比較器D/A數(shù)字量模擬輸入逐次比較10011A/D變換器工作原理99逐次比較7 6 5 4 3 2 1 0101101111100黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出101存儲(chǔ)

22、體攝象機(jī)輸入計(jì)算機(jī)的I/O口讀出 顯示輸出VRAM（雙通道）并行通道串行通道（四） 幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)102黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出103（五）D/A變換及顯示輸出M 把顯示緩存的內(nèi)容(數(shù)字信號(hào))經(jīng)過(guò)D/A變換，在監(jiān)視器或電視機(jī)上輸出1041347118522640105用一個(gè)64us的計(jì)數(shù)器N = 640計(jì)數(shù)脈沖為312.5+312.5=625 從計(jì)數(shù)器中設(shè)計(jì)所有的消隱信號(hào)和同步信號(hào)1061347118522640107黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時(shí)序電路A/D變換器幀存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)D/A變換及顯示輸出1

23、08第3章 視頻信號(hào)的獲取與處理本章講課思路:視頻信號(hào)獲取器的工作原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號(hào)和彩色全電視信號(hào)109第3章 視頻信號(hào)的獲取與處理本章需要掌握的內(nèi)容:視頻信號(hào)獲取器的工作原理 彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號(hào)和彩色全電視信號(hào)1103.3 圖像文件格式及其轉(zhuǎn)換3.3.1 分辨率 我們經(jīng)常遇到的分辨率有兩種：顯示分辨率和圖像分辨率。1. 顯示分辨率顯示分辨率是指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。例如，顯示分辨率為1024*768表示顯示屏分成768行，每行顯示1024個(gè)像素，整個(gè)顯示屏就含有786432個(gè)顯像點(diǎn)。屏幕能夠顯示的像素越多，說(shuō)明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)

24、量也就越高。顯示屏上的每個(gè)彩色像點(diǎn)由代表R、G、B三種模擬信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度決定，這些彩色像點(diǎn)就構(gòu)成一幅彩色圖像。 1112. 圖像分辨率圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說(shuō)明圖像的分辨率越高，圖像看起來(lái)就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。112圖像分辨率與顯示分辨率是兩個(gè)不同的概念。圖像分辨率確定的是組成一幅圖像的像素?cái)?shù)目，而顯示分辨率確定的是顯示圖像的區(qū)域大小。它們之間的關(guān)系是：(1) 圖像分辨率大于屏幕分辨率時(shí)，在屏幕上只能顯示部分圖像。例如，當(dāng)圖像分辨率為800600，屏幕分辨率為640480時(shí)，屏幕上只能顯示一幅圖像的64%

25、左右。(2) 圖像分辨率小于屏幕分辨率時(shí)，圖像只占屏幕的一部分。例如，當(dāng)圖像分辨率為320240，屏幕分辨率為640480時(shí)，圖像只占屏幕的四分之一。1133.3.2 像素深度像素深度是指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，它也是用來(lái)度量圖像的分辨率的。像素深度決定彩色圖像的每個(gè)像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像的每個(gè)像素可能有的灰度級(jí)數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個(gè)像素用R、G、B三個(gè)分量表示，若每個(gè)分量用8位，那么一個(gè)像素共用24位表示，就是說(shuō)像素的深度為24，每個(gè)像素可以是22416777216種顏色中的一種。表示一個(gè)像素的位數(shù)越多，它能表達(dá)的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。 1143.3.3 真彩

26、色、偽彩色與直接色搞清真彩色、偽彩色與直接色的含義，對(duì)于編寫(xiě)圖像顯示程序、理解圖像文件的存儲(chǔ)格式有直接的指導(dǎo)意義，也就能理解為什么用真彩色表示的圖像經(jīng)過(guò)VGA顯示器顯示后卻不是原來(lái)圖像的顏色。1. 真彩色(True Color)真彩色是指組成一幅彩色圖像的每個(gè)像素值中，有R、G、B三個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。115如果用RGB 888方式表示一幅彩色圖像，就是R、G、B都用8位來(lái)表示，每個(gè)基色分量占一個(gè)字節(jié)，共3個(gè)字節(jié)，每個(gè)像素的顏色就是由這3個(gè)字節(jié)中的數(shù)值直接決定的，可生成的顏色數(shù)就是22416 777 216種。用3個(gè)字節(jié)表示的真彩色圖像

27、所需要的存儲(chǔ)空間很大，而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的，因此在許多場(chǎng)合真彩色往往用RGB 555來(lái)表示，每個(gè)彩色分量占5個(gè)位，再加1個(gè)顯示屬性控制位，共2個(gè)字節(jié)，生成的真顏色數(shù)目為21532 K。真彩色示意圖如圖3-16(a)所示。 116圖3-16 真彩色和偽彩色圖像之間的差別(a) 真彩色示意圖；(b) 偽彩色示意圖117在許多場(chǎng)合，真彩色圖通常是指RGB 8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱為全彩色(Full Color)圖像。但在顯示器上顯示的顏色就不一定是真彩色，要得到真彩色圖像需要有真彩色顯示適配器，目前在PC上用的VGA適配器是很難得到真彩色圖像的。 2. 偽彩色(P

28、seudo Color)偽彩色圖像的每個(gè)像素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表(Color Look-Up Table，CLUT)的表項(xiàng)入口地址去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R、G、B強(qiáng)度值，用查找出的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。118 彩色查找表是一個(gè)事先做好的表，表項(xiàng)入口地址也稱為索引號(hào)。例如，16種顏色的查找表，0號(hào)索引對(duì)應(yīng)黑色，15號(hào)索引對(duì)應(yīng)白色。彩色圖像本身的像素?cái)?shù)值和彩色查找表的索引號(hào)有一個(gè)變換關(guān)系，這個(gè)關(guān)系可以使用Windows 95/98定義的變換關(guān)系，也可以使用用戶自己定義的變換關(guān)系。使用查找表得到的數(shù)值顯示的彩色是真的，但不是圖像本身真

29、正的顏色，它沒(méi)有完全反映原圖的彩色，所以稱之為偽彩色，如圖3-16(b)所示。 1193. 直接色(Direct Color)每個(gè)像素值可分為R、G、B三個(gè)分量，每個(gè)分量作為單獨(dú)的索引值對(duì)像素值作變換，也就是通過(guò)相應(yīng)的彩色變換表找出基色強(qiáng)度。用變換后得到的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色，它的特點(diǎn)是對(duì)每個(gè)基色進(jìn)行變換。直接色系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色與真彩色系統(tǒng)的相同之處是都采用R、G、B分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是前者的基色強(qiáng)度直接用R、G、B決定，而后者的基色強(qiáng)度由R、G、B經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來(lái)真實(shí)且很自然。120直

30、接色系統(tǒng)與偽彩色系統(tǒng)的相同之處都是采用查找表，不同之處是前者對(duì)R、G、B分量分別進(jìn)行變換，后者是把整個(gè)像素當(dāng)作查找表的索引值進(jìn)行彩色變換。3.3.4 圖像的種類1. 矢量圖與點(diǎn)位圖在計(jì)算機(jī)中，表達(dá)圖像和計(jì)算機(jī)生成的圖形圖像有兩種常用的方法：一種叫做矢量圖(Vector Based Image)法，另一種叫做點(diǎn)位圖(Bit Mapped Image)法。雖然這兩種生成圖的方法不同，但在顯示器上顯示的結(jié)果幾乎沒(méi)有什么差別。121矢量圖用一系列計(jì)算機(jī)指令來(lái)表示一幅圖，如畫(huà)點(diǎn)、畫(huà)線、畫(huà)曲線、畫(huà)圓、畫(huà)矩形等。這種方法實(shí)際上是以數(shù)學(xué)方法來(lái)描述一幅圖，然后變成許許多多的數(shù)學(xué)表達(dá)式，再經(jīng)過(guò)編程后，用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)

31、。在計(jì)算顯示圖時(shí)，往往能看到畫(huà)圖的過(guò)程。繪制和顯示這種圖的軟件通常稱為繪圖程序(draw programs)。矢量圖有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，當(dāng)需要管理每一小塊圖像時(shí)，矢量圖法非常有效；目標(biāo)圖像的移動(dòng)、縮小/放大、旋轉(zhuǎn)、拷貝、屬性的改變(如線條變寬/變細(xì)、顏色的改變)也很容易做到；可以把相同的或類似的圖當(dāng)作圖的構(gòu)造塊，并把它們存到圖庫(kù)中，這樣不僅可以加速畫(huà)的生成，而且可以減小矢量圖文件的大小。 122然而，當(dāng)圖變得很復(fù)雜時(shí)，計(jì)算機(jī)就要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間去執(zhí)行繪圖指令。此外，對(duì)于一幅復(fù)雜的彩色照片(例如一幅真實(shí)世界的彩照)，恐怕很難用數(shù)學(xué)來(lái)描述，因而就不用矢量法表示，而是采用點(diǎn)位圖法表示。點(diǎn)位圖法與矢量法大

32、不相同，它是把一幅彩色圖分成許許多多的像素，每個(gè)像素用若干個(gè)二進(jìn)制位來(lái)指定該像素的顏色、亮度和屬性。因此一幅圖由許許多多描述每個(gè)像素的數(shù)據(jù)組成，這些數(shù)據(jù)通常稱為圖像數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)作為一個(gè)文件來(lái)存儲(chǔ)，這種文件又稱為圖像文件。如要畫(huà)或者編輯點(diǎn)位圖，則用類似于繪制矢量圖的軟件工具，這種軟件稱為畫(huà)圖程序(Paint Programs)。123點(diǎn)位圖的獲取通常用掃描儀，以及攝像機(jī)、錄像機(jī)、激光視盤(pán)與視頻捕捉卡一類設(shè)備，通過(guò)這些設(shè)備可以把模擬的圖像信號(hào)變成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。點(diǎn)位圖文件占據(jù)的存儲(chǔ)器空間比較大。影響點(diǎn)位圖文件大小的因素主要有兩個(gè)，即圖像分辨率和像素深度。分辨率越高，也就是組成一幅圖的像素越多，圖

33、像文件就越大；像素深度越深，也就是表達(dá)單個(gè)像素的顏色和亮度的位數(shù)越多，圖像文件就越大。而矢量圖文件的大小則主要取決于圖的復(fù)雜程度。124矢量圖與點(diǎn)位圖相比，顯示點(diǎn)位圖文件比顯示矢量圖文件要快；矢量圖側(cè)重于“繪制”、去創(chuàng)造，而點(diǎn)位圖偏重于“獲取”、去“復(fù)制”；矢量圖和點(diǎn)位圖之間可以用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由矢量圖轉(zhuǎn)換成點(diǎn)位圖采用光柵化(Rasterizing)技術(shù)，這種轉(zhuǎn)換也相對(duì)容易；由點(diǎn)位圖轉(zhuǎn)換成矢量圖用跟蹤(Tracing)技術(shù)，這種技術(shù)在理論上講是容易的，但在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)，對(duì)復(fù)雜的彩色圖像尤其如此。2. 灰度圖與彩色圖灰度圖(Gray-scale Image)按照灰度等級(jí)的數(shù)目劃分。只有黑白兩種

34、顏色的圖像稱為單色圖像(Monochrome Image)，也稱二值圖。圖中的每個(gè)像素值用1位存儲(chǔ)，它的值只有“0”或者“1”。一幅640480的單色圖像需要占據(jù)37.5 KB的存儲(chǔ)空間。（640480/8/1024）125灰度圖像可以表示層次。如果每個(gè)像素的像素值用一個(gè)字節(jié)表示，灰度值級(jí)數(shù)就等于256級(jí)，每個(gè)像素值可以是0255之間的任何一個(gè)值，一幅640480的灰度圖像就需要占據(jù)300 KB的存儲(chǔ)空間。(6404808/1024/8) 彩色圖像(Color Image)可按照顏色的數(shù)目來(lái)劃分。例如，256色圖像和真彩色(22416 777 216種顏色)等。彩色圖像需要更大的存儲(chǔ)空間。許多

35、24位彩色圖像是用32位存儲(chǔ)的，這附加的8位叫做通道，它的值叫做值，它用來(lái)表示該像素如何產(chǎn)生特技效果。126使用真彩色表示的圖像需要很大的存儲(chǔ)空間，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸也很費(fèi)時(shí)間。由于人的視覺(jué)系統(tǒng)的顏色分辨率不高，因此在沒(méi)有必要使用真彩色的情況下就盡可能不要使用。 1273.3.5 圖形圖像的文件格式在微型機(jī)中，為了存取信息方便將某一信息集合集中于一個(gè)名字之下，這就構(gòu)成了一個(gè)文件。在多媒體中，無(wú)論是音頻信息還是視頻圖像信息都是以文件的形式進(jìn)行存放的。顯而易見(jiàn)，若對(duì)采集、編碼、數(shù)據(jù)壓縮后的視頻信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，則必定以一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存放，并賦予它一個(gè)文件名。當(dāng)需要取出視頻數(shù)據(jù)時(shí)，便可根據(jù)文件的名稱找到數(shù)

36、據(jù)文件，將其讀出并進(jìn)行處理和顯示。為了使數(shù)據(jù)文件便于使用和交換，在構(gòu)成文件時(shí)，必須規(guī)定文件的格式。只有大家都知道文件的存儲(chǔ)格式，并都遵循文件格式的規(guī)定，才能便于信息的交換和管理。這對(duì)于開(kāi)發(fā)視頻應(yīng)用軟件的人員來(lái)說(shuō)尤其重要。否則，你所開(kāi)發(fā)的軟件別人將無(wú)法使用。 1281靜態(tài)圖形與圖像文件格式 常見(jiàn)的靜態(tài)圖形與圖像格式包括BMP、TIF、GIF、PSD、WMF、TGA、PNG、PCX、JPG、MPT、DIB、PCP、PCD等。2動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)與數(shù)字視頻文件格式 常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)文件：FLIC文件格式、MMM文件格式、SWF文件格式等 常見(jiàn)的數(shù)字視頻文件格式：AVI文件格式，ASF文件格式 、 MOV文件格式

37、 、MPG文件格式 、DAT文件格式 等129本章小結(jié)本章的知識(shí)點(diǎn)分為基礎(chǔ)知識(shí)、如何將視頻信號(hào)送到計(jì)算機(jī)中、視頻信號(hào)實(shí)時(shí)處理的方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)、視頻信號(hào)顯示輸出技術(shù)等四個(gè)方面，概括如下： 基礎(chǔ)知識(shí) 黑白全電視信號(hào)顏色的基本概念彩色空間表示彩色空間轉(zhuǎn)換彩色全電視信號(hào)如何將視頻信號(hào)送到計(jì)算機(jī)中 黑白視頻信號(hào)獲取器的工作原理數(shù)字式鎖相和數(shù)字式解碼彩色視頻信號(hào)獲取器的工作原理130本章小結(jié)掌握：黑白全電視信號(hào)的組成、彩色全電視信號(hào)的組成。 理解：彩色空間的表示及轉(zhuǎn)換、圖像文件格式及轉(zhuǎn)換。131本章小結(jié) 如何獲取視頻信息，實(shí)時(shí)處理視頻信息以及顯示輸出視頻信息是多媒體計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)之一，它也是本章講述的重點(diǎn)

38、內(nèi)容。為了學(xué)好上述內(nèi)容，還希望同學(xué)能夠掌握什么是黑白全電視信號(hào)？彩色空間表示及彩色空間轉(zhuǎn)換以及什么是彩色全電視信號(hào)？這些是基礎(chǔ)知識(shí)。 首先學(xué)習(xí)掌握顏色中計(jì)算機(jī)和電視中的表示方法：R、G、B和Y、U、V或YIQ (RGB=紅綠藍(lán)；Y亮度，UV或IQ是色差信號(hào))；其次掌握它們之間的轉(zhuǎn)換，如R:G:BY:U:V或Y:I:Q的轉(zhuǎn)換公式；還有一個(gè)書(shū)上沒(méi)有，需要補(bǔ)充，希望同學(xué)掌握的問(wèn)題是：什么是黑白全電視信號(hào)?什么是彩色全電視信號(hào)？這個(gè)問(wèn)題是視頻信號(hào)獲取器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 還有許多彩色空間的其它表示方法：如H(Hue色調(diào))S(Saturation飽和度)I(Intensity強(qiáng)度)，CIEXYZ，CIEL

39、AB等彩色空間表示法，希望同學(xué)能夠一般了解一下就可。為了深入學(xué)習(xí)視頻信號(hào)獲取器的工作原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，首先要掌握黑白全電視信號(hào)視頻獲取器的工作原理及設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)；其次要掌握數(shù)字式鎖相及數(shù)字式解碼的工作原理；最后要掌握彩色全電視信號(hào)視頻獲取器的工作原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)；同時(shí)也要熟悉視頻信號(hào)獲取器診斷和驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。132本章小結(jié) 彩色空間的表示及其轉(zhuǎn)換，常用的RGB彩色空間、YUV和YIQ彩色空間、HSI彩色空間，以及它們之間的轉(zhuǎn)換、RGB與YUV和YIQ之間的轉(zhuǎn)換、彩色全電視信號(hào)的組成，掌握彩色空間的表示及它們之間的轉(zhuǎn)換，是多媒體計(jì)算機(jī)彩色圖形、靜態(tài)圖像以及動(dòng)態(tài)圖像處理算法的基礎(chǔ)。視頻卡的功能分類以及視頻卡的工作原理，特別是關(guān)于雙休存儲(chǔ)器的工作原理，彩色全電視信號(hào)的數(shù)字鎖相和數(shù)字解碼電路的工作原理本章均作了全面的介紹。在實(shí)際應(yīng)用中關(guān)于視頻卡的安裝包括硬件安裝和軟件安裝以及熟練地使用這些基本的技能均要掌握，還有圖像文件格式及其轉(zhuǎn)換，靜態(tài)圖像文件格式的表示和動(dòng)態(tài)圖像壓縮編碼文件