視頻信號獲取工作原理與處理

視頻信號的獲取工作原理和處理1視頻信號的獲取工作原理和處理第3章視頻信號的獲取與處理本章講課思路:視頻信號獲取器的工作原理

彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號和彩色全電視信號2視頻信號的獲取工作原理和處理3.1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3視頻信號的獲取工作原理和處理1.三基色(RGB)的原理：

自然界常見的各種顏色光，都是由紅(R)、綠(G)、藍(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、藍三種色光，這就是色度學中最基本的原理———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立的，即任何一種顏色都不能由其他兩種顏色合成。4視頻信號的獲取工作原理和處理

紅色+綠色=黃色紅色+藍色=品紅綠色+藍色=青色紅色+綠色+藍色=白色5視頻信號的獲取工作原理和處理分色棱鏡6視頻信號的獲取工作原理和處理

在彩色電視中之所以選用紅、綠、藍作為三基色，其原因如下：

(1)人眼對紅、綠、藍三種顏色比較敏感; (2)紅、綠、藍三基色彼此互為獨立;(3)紅、藍色分布在可見光譜的兩端，綠色處在中間，它們在光譜位置上相隔較遠，因而由紅、綠、藍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視頻信號的獲取工作原理和處理圖3-5彩色電視圖像的攝取彩色電視就是基于三基色原理，對自然景物及其色彩進行錄入、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，如圖3-5所示。8視頻信號的獲取工作原理和處理相加混色和相減混色由三基色原理可知，適當選擇三種基色，按不同比例混合，就可引起不同的色彩感覺。合成彩色的亮度是三個基色的亮度之和，而色度(色調(diào)和飽和度)則由三個基色的比例決定。對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視頻信號的獲取工作原理和處理圖3-6RGB相加混色10視頻信號的獲取工作原理和處理相加混色按下列兩種方法進行。(1)將三種不同亮度的基色光同時投到一個全反射表面上從而合成不同的彩色——直接混合。(2)利用人眼的視覺特性進行相加。 ˙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)生的感覺就與直接混合時相同。這種方法稱時間混合，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點上，只要足夠鄰近，由于人眼分辨率的限制，也會產(chǎn)生相加混色，這是空間混合。 ˙利用兩只眼睛同時分別看兩種不同顏色的同一圖像，也會產(chǎn)生相加混色效果，這就是生理混合。11視頻信號的獲取工作原理和處理2)相減混色(CMY相減混色)用彩色墨水或顏料進行混合得到的彩色稱為相減混色。之所以稱為相減混色，是因為它減少(吸收)了人眼識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，當三種基色等量相減時得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色為0時，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時，得到藍色；12視頻信號的獲取工作原理和處理圖3-7CMY相減混色

等量黃色(Y)和青色相減而品紅(M)為0時，得到綠色(G)。三基色相減的結(jié)果如圖3-7所示。彩色打印機和印刷彩色圖片以及畫家的顏料色彩都利用了相減混色原理。13視頻信號的獲取工作原理和處理按每個像素每種顏色用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視頻信號的獲取工作原理和處理相加混色相減混色生成色關(guān)系R(紅)G(綠)B(藍)C(青)M(品紅)Y(黃)顏色互為反碼000111黑001110藍010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白表3-1RGB相加混色與CMY相減混色的關(guān)系15視頻信號的獲取工作原理和處理

相加色與相減色之間有一個直接的關(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出現(xiàn)互補色。若RGB彩色空間和CMY彩色空間使用1個正立方體表示，也可表示出這種色彩的互補性，如圖3-8所示。

圖3-8RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法16視頻信號的獲取工作原理和處理3.1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17視頻信號的獲取工作原理和處理I(Y)亮度：光的強和弱。H色調(diào)：光的波長、人眼的感覺(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視頻信號的獲取工作原理和處理一幅圖像顏色的表示一幅圖像f（x，y）其分辨率為

512

512256

256

f(x0,y0)f(x511,y0)f(x0,y511)f(x511,y511)19視頻信號的獲取工作原理和處理YXf(x,y)XY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視頻信號的獲取工作原理和處理

多媒體計算機處理圖像和視頻，首先必須把連續(xù)的圖像函數(shù)f(x,y)進行空間和幅值的離散化處理。采樣和量化21視頻信號的獲取工作原理和處理采樣：空間連續(xù)坐標(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視頻信號的獲取工作原理和處理視頻圖像的表示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視頻信號的獲取工作原理和處理彩色電視制式

國際上采用三種兼容制彩色電視制式，即：

(1)正交平衡調(diào)幅制NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee，國家電視制式委員會)。這種制式在美國、加拿大、大部分西半球國家、臺灣、日本、韓國、菲律賓采用。

(2)逐行倒相正交平衡調(diào)制PAL(Phase-AlternativeLine)。這種制式在我國、西德、英國、朝鮮采用。

(3)順序傳送彩色與存儲制SECAM(SequentialCouleuràMémorire(法文))。這種制式在法、俄、東歐等國家使用。24視頻信號的獲取工作原理和處理RGB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視頻信號的獲取工作原理和處理(1)RGB彩色空間任意顏色的光F，其配色方程可寫成：

F=r[R]+g[G]+b[B]

其中r、g、b為三個系數(shù)

r+g+b=1

3.彩色空間26視頻信號的獲取工作原理和處理RGB和黑白電視信號不兼容，希望空中發(fā)射的信號轉(zhuǎn)換成YUV信號。當白光的亮度用Y來表示時，它和紅、綠、藍三色的關(guān)系可用如下方程描述：

Y=0.299R+0.587G+0.114B27視頻信號的獲取工作原理和處理(2)YUV彩色空間

PAL用YUV空間NTSC用YIQ空間亮度Y色差UV28視頻信號的獲取工作原理和處理Y=0.3R+0.59G+0.11BU=m(B-Y)=0.493(B-Y)V=n(R-Y)=0.877(R-Y)把B-Y、R-Y叫色差。29視頻信號的獲取工作原理和處理

Y0.30.590.11RU=-0.15-0.290.44GV0.61-0.52-0.096B30視頻信號的獲取工作原理和處理Y=0.3R+0.59G+0.11B實現(xiàn):運放YRGB31視頻信號的獲取工作原理和處理（3）YIQ彩色空間大量實驗統(tǒng)計，人眼對紅黃之間的顏色變化最敏感，而分辨藍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正交的色度信號軸，通過33—0—213線，叫Q軸。

。。。。

。32視頻信號的獲取工作原理和處理。。。。（3）YIQ彩色空間

I=VCos33-USin33Q=VSin33+UCos3333視頻信號的獲取工作原理和處理H：Hue代表色調(diào)（純度、顏色）

S：Saturation

代表飽和度

I：Intensity

代表亮度、強度

（4）HSI空間34視頻信號的獲取工作原理和處理R143——>31G143——>31B31——>255H60——>240S180——>180I105——>105例:黃色=>藍色35視頻信號的獲取工作原理和處理用YUV和YIQ的好處：(1).亮度信號Y解決了彩色電視機與黑白電視的兼容問題。

36視頻信號的獲取工作原理和處理用YUV和YIQ的好處：

(2).大量實驗表明，人眼對色差信號不敏感，而對亮度信號特別敏感。37視頻信號的獲取工作原理和處理用YUV和YIQ的好處：Y帶寬4.43MHz（PAL）（因為敏感）U、V帶寬1.3MHz(因為不敏感)電視臺的一個節(jié)目頻道為6M38視頻信號的獲取工作原理和處理(3).傳輸電視信號VU相角幅度39視頻信號的獲取工作原理和處理由于人眼對亮度信號敏感，選擇量化的比例為：

(4).量化比例Y:U:V=8:4:4Y:U:V=8:2:2Y:U:V=8:8:840視頻信號的獲取工作原理和處理(4).量化比例XY0Y1Y2Y3Y4UV41視頻信號的獲取工作原理和處理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視頻信號的獲取工作原理和處理

Y0.30.590.11RU=-0.15-0.290.44GV0.61-0.52-0.096B（1）RGB與YUV之間的轉(zhuǎn)換43視頻信號的獲取工作原理和處理Y0.30.590.11RI=0.6-0.28-0.32GQ0.21-0.520.31B

（2）RGB與YIQ之間的轉(zhuǎn)換44視頻信號的獲取工作原理和處理HSI彩色空間與RGB彩色空間之間的轉(zhuǎn)換45視頻信號的獲取工作原理和處理第3章視頻信號的獲取與處理本章講課思路:視頻信號獲取器的工作原理

彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號和彩色全電視信號46視頻信號的獲取工作原理和處理3.1.1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47視頻信號的獲取工作原理和處理3.1.2黑白和彩色全電視信號

黑白全電視信號2.彩色全電視信號48視頻信號的獲取工作原理和處理

電視臺利用光電效應(yīng)實現(xiàn)了把光圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?電視接收機利用電光轉(zhuǎn)換效應(yīng)把電信號還原為光圖像.49視頻信號的獲取工作原理和處理

電視接收的基本過程:從電視機視頻檢波器解調(diào)出的全電視信號,使用同步掃描的方法,通過電視機顯像管顯示出圖像;從電視機鑒相器解調(diào)輸出的伴音信號,則通過音頻放大器放大后,再送到電視機的揚聲器還原成聲音.50視頻信號的獲取工作原理和處理

空中發(fā)射的經(jīng)過高頻頭解出的信號就是全電視信號。二維信號為一維信號掃描掃描:把圖像分解為像素,一行一行、一幀一幀地逐個攝取或顯示的方法51視頻信號的獲取工作原理和處理掃描方式：

隔行掃描和逐行掃描隔行掃描

奇數(shù)場+偶數(shù)場=1幀每一行有正程和逆程。顯示圖像52視頻信號的獲取工作原理和處理隔行掃描

奇數(shù)場+偶數(shù)場=1幀奇數(shù)場偶數(shù)場13524653視頻信號的獲取工作原理和處理

每一行有正程(顯示)和逆程（消隱）每一場有正程(顯示)和逆程（消隱）54視頻信號的獲取工作原理和處理3.1.2黑白和彩色全電視信號黑白全電視信號彩色全電視信號55視頻信號的獲取工作原理和處理

黑白全電視信號56視頻信號的獲取工作原理和處理黑白全電視信號同步信號（場同步，行同步）圖象信號（正程）復(fù)合消隱信號（行逆程-行消隱）（場消隱）57視頻信號的獲取工作原理和處理黑白全電視信號黑白全電視信號的組成

從內(nèi)容上看全電視信號從時間上看全電視信號從幅度上看全電視信號58視頻信號的獲取工作原理和處理行消隱場消隱行同步場同步圖像信號復(fù)合消隱信號復(fù)合同步信號從內(nèi)容上看全電視信號：奇數(shù)場同步偶數(shù)場同步59視頻信號的獲取工作原理和處理黑白全電視信號黑白全電視信號的組成

從內(nèi)容上看全電視信號從時間上看全電視信號從幅度上看全電視信號60視頻信號的獲取工作原理和處理每行時間為64μsAOB正程(圖像信號)從A-O，52.2μs逆程(消隱信號)從O-B

11.8μs+250ns從時間上看全電視信號—61視頻信號的獲取工作原理和處理行同步信號寬度

4.7μs+100ns

行延遲

1.3μs+250ns從時間上看全電視信號——62視頻信號的獲取工作原理和處理行延遲1.3μs行同步4.7μs逆程11.8μs正程52.2μs每行時間為64μs63視頻信號的獲取工作原理和處理

一幀=

奇數(shù)場

+偶數(shù)場

625行=

312.5+312.5

場消隱信號

=

25

64

+11.8=

1600+11.8

=

1611.8μs

場同步

=3

64=192μs64視頻信號的獲取工作原理和處理黑白全電視信號黑白全電視信號的組成

從內(nèi)容上看全電視信號從時間上看全電視信號從幅度上看全電視信號65視頻信號的獲取工作原理和處理

峰——峰值為1伏以同步信號作為100%，黑電平和消隱電平為70%，白電平為0%，圖像信號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66視頻信號的獲取工作原理和處理——在標準的1V全電平信號中同步信號0.7V--1V0.3V+9mV圖像信號0V--0.7V0.7V+20mV

從幅度上看全電視信號67視頻信號的獲取工作原理和處理同步信號

0.7V--1V圖像信號

0V--0.7V

峰——峰

值為1伏68視頻信號的獲取工作原理和處理

黑白全電視信號69視頻信號的獲取工作原理和處理70視頻信號的獲取工作原理和處理行延遲1.3μs0V行同步信號寬度

4.7μs0.7V1V逆程11.8μs52.2μs11.8μs71視頻信號的獲取工作原理和處理2.彩色全電視信號

在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用YUV彩色空間或YIQ彩色空間，Y為亮度信號它可以與黑白全電視信號兼容，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。72視頻信號的獲取工作原理和處理2.彩色全電視信號

彩色全電視信號，如下式所示

CVBS=Y+USin

sct+KVCos

sct

sc=4.44MHzK=+1_73視頻信號的獲取工作原理和處理

最后將亮度、復(fù)合同步信號混合放大，形成PAL制彩色全電視信號。以100%幅度和100%飽和度(簡寫為100/100)的彩條信號為例的彩色全電視信號如圖所示。74視頻信號的獲取工作原理和處理75視頻信號的獲取工作原理和處理第3章視頻信號的獲取與處理本章講課思路:視頻信號獲取器的工作原理

彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號和彩色全電視信號76視頻信號的獲取工作原理和處理3.2視頻信息獲取技術(shù)

黑白視頻信號獲取器工作原理彩色視頻信號獲取器工作原理77視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理黑白視頻信號獲取器的作用：把一維的黑白全電視信號數(shù)字化后送到存儲器中保存把保存在存儲器中的視頻信號還原為電視信號送到電視機或監(jiān)視器上78視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理找到信號的頭（同步分離電路、鎖相和時序電路）對該點進行A/D變換保存到FBD/A變換

全電視信號

顯示輸出79視頻信號的獲取工作原理和處理

黑白全電視信號80視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出81視頻信號的獲取工作原理和處理（一）同步分離電路同步分離行同步場同步奇數(shù)場偶數(shù)場82視頻信號的獲取工作原理和處理（一）同步分離電路1.同步分離電路找到行同步、場同步（奇數(shù)場和偶數(shù)場）。同步信號在0.7V~1V，使用限幅（切頭）放大器。83視頻信號的獲取工作原理和處理（一）同步分離電路入出0.7把行同步和場同步分離出來84視頻信號的獲取工作原理和處理192us場同步隔64us一個行同步85視頻信號的獲取工作原理和處理用積分器和微分器微分行同步信號積分場同步信號2.把場同步和行同步分開86視頻信號的獲取工作原理和處理3.奇數(shù)場和偶數(shù)場

區(qū)別：奇數(shù)場的場同步的開始和行同步一致，偶數(shù)場場同步在行同步一半處開始。87視頻信號的獲取工作原理和處理

找到奇數(shù)場和偶數(shù)場后，保存數(shù)據(jù)時可以做相應(yīng)的處理。地址計數(shù)器2FB地址計數(shù)器188視頻信號的獲取工作原理和處理

對于奇數(shù)場，地址計數(shù)器1的最低位置1地址計數(shù)器2FB地址計數(shù)器1

…..00000

11…..00001

1…..00010

1…..00011

189視頻信號的獲取工作原理和處理

對于偶數(shù)場，地址計數(shù)器1的最低位置0地址計數(shù)器2FB地址計數(shù)器10…..00001

0…..00010

0…..00011

090視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出91視頻信號的獲取工作原理和處理(二)鎖相和時序電路時序電路的振蕩頻率和攝像機要一樣。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視頻信號的獲取工作原理和處理鎖相系統(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視頻信號的獲取工作原理和處理檢相器的任務(wù)：把相差電壓，控制電壓保持不變，以保證相差不變。94視頻信號的獲取工作原理和處理2.壓控振蕩器用變?nèi)荻O管，電壓控制電容改變，電容控制振蕩頻率變化。振蕩頻率為10MHz。

95視頻信號的獲取工作原理和處理3.分頻器

640分頻，640計數(shù)器。4.校正采用負反饋，鎖相精度高。

96視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出97視頻信號的獲取工作原理和處理（三）A/D變換器

將獲取的信息保存起來后，就要進行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視頻信號的獲取工作原理和處理比較器D/A數(shù)字量模擬輸入逐次比較10011…A/D變換器工作原理99視頻信號的獲取工作原理和處理

逐次比較

0.7V7654321010.500.2510.12510.50.7501110.6250.06250.51100視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出101視頻信號的獲取工作原理和處理存儲體攝象機輸入計算機的I/O口讀出顯示輸出VRAM（雙通道）并行通道串行通道（四）幀存儲器的設(shè)計102視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出103視頻信號的獲取工作原理和處理（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)經(jīng)過D/A變換，在監(jiān)視器或電視機上輸出104視頻信號的獲取工作原理和處理1347118522640105視頻信號的獲取工作原理和處理用一個64us的計數(shù)器N=

640計數(shù)脈沖為0.1us312.5+312.5=625

從計數(shù)器中設(shè)計所有的消隱信號和同步信號106視頻信號的獲取工作原理和處理1347118522640107視頻信號的獲取工作原理和處理黑白視頻信號獲取器的工作原理同步分離電路鎖相和時序電路A/D變換器幀存儲器的設(shè)計D/A變換及顯示輸出108視頻信號的獲取工作原理和處理第3章視頻信號的獲取與處理本章講課思路:視頻信號獲取器的工作原理

彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號和彩色全電視信號109視頻信號的獲取工作原理和處理第3章視頻信號的獲取與處理本章需要掌握的內(nèi)容:視頻信號獲取器的工作原理

彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換黑白全電視信號和彩色全電視信號110視頻信號的獲取工作原理和處理3.3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數(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個像素，整個顯示屏就含有786432個顯像點。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。顯示屏上的每個彩色像點由代表R、G、B三種模擬信號的相對強度決定，這些彩色像點就構(gòu)成一幅彩色圖像。111視頻信號的獲取工作原理和處理 2.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。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素數(shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，圖像看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。112視頻信號的獲取工作原理和處理

圖像分辨率與顯示分辨率是兩個不同的概念。圖像分辨率確定的是組成一幅圖像的像素數(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，在屏幕上只能顯示部分圖像。例如，當圖像分辨率為800×600，屏幕分辨率為640×480時，屏幕上只能顯示一幅圖像的64%左右。

(2)圖像分辨率小于屏幕分辨率時，圖像只占屏幕的一部分。例如，當圖像分辨率為320×240，屏幕分辨率為640×480時，圖像只占屏幕的四分之一。113視頻信號的獲取工作原理和處理 3.3.2像素深度 像素深度是指存儲每個像素所用的位數(shù)，它也是用來度量圖像的分辨率的。像素深度決定彩色圖像的每個像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像的每個像素可能有的灰度級數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個像素用R、G、B三個分量表示，若每個分量用8位，那么一個像素共用24位表示，就是說像素的深度為24，每個像素可以是224＝16777216種顏色中的一種。表示一個像素的位數(shù)越多，它能表達的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。114視頻信號的獲取工作原理和處理 3.3.3真彩色、偽彩色與直接色 搞清真彩色、偽彩色與直接色的含義，對于編寫圖像顯示程序、理解圖像文件的存儲格式有直接的指導意義，也就能理解為什么用真彩色表示的圖像經(jīng)過VGA顯示器顯示后卻不是原來圖像的顏色。

1.真彩色(TrueColor)

真彩色是指組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R、G、B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。115視頻信號的獲取工作原理和處理

如果用RGB8∶8∶8方式表示一幅彩色圖像，就是R、G、B都用8位來表示，每個基色分量占一個字節(jié)，共3個字節(jié)，每個像素的顏色就是由這3個字節(jié)中的數(shù)值直接決定的，可生成的顏色數(shù)就是224＝16777216種。用3個字節(jié)表示的真彩色圖像所需要的存儲空間很大，而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的，因此在許多場合真彩色往往用RGB5∶5∶5來表示，每個彩色分量占5個位，再加1個顯示屬性控制位，共2個字節(jié)，生成的真顏色數(shù)目為215＝32K。真彩色示意圖如圖3-16(a)所示。

116視頻信號的獲取工作原理和處理圖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視頻信號的獲取工作原理和處理

在許多場合，真彩色圖通常是指RGB8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱為全彩色(FullColor)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(PseudoColor)

偽彩色圖像的每個像素的顏色不是由每個基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當作彩色查找表(ColorLook-UpTable，CLUT)的表項入口地址去查找一個顯示圖像時使用的R、G、B強度值，用查找出的R、G、B強度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。118視頻信號的獲取工作原理和處理

彩色查找表是一個事先做好的表，表項入口地址也稱為索引號。例如，16種顏色的查找表，0號索引對應(yīng)黑色，…，15號索引對應(yīng)白色。彩色圖像本身的像素數(shù)值和彩色查找表的索引號有一個變換關(guān)系，這個關(guān)系可以使用Windows95/98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，但不是圖像本身真正的顏色，它沒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。119視頻信號的獲取工作原理和處理 3.直接色(DirectColor)

每個像素值可分為R、G、B三個分量，每個分量作為單獨的索引值對像素值作變換，也就是通過相應(yīng)的彩色變換表找出基色強度。用變換后得到的R、G、B強度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色，它的特點是對每個基色進行變換。 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分量決定基色強度，不同之處是前者的基色強度直接用R、G、B決定，而后者的基色強度由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真實且很自然。

120視頻信號的獲取工作原理和處理

直接色系統(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R、G、B分量分別進行變換，后者是把整個像素當作查找表的索引值進行彩色變換。

3.3.4圖像的種類

1.矢量圖與點位圖 在計算機中，表達圖像和計算機生成的圖形圖像有兩種常用的方法：一種叫做矢量圖(VectorBasedImage)法，另一種叫做點位圖(BitMappedImage)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)果幾乎沒有什么差別。121視頻信號的獲取工作原理和處理

矢量圖用一系列計算機指令來表示一幅圖，如畫點、畫線、畫曲線、畫圓、畫矩形等。這種方法實際上是以數(shù)學方法來描述一幅圖，然后變成許許多多的數(shù)學表達式，再經(jīng)過編程后，用語言來表達。在計算顯示圖時，往往能看到畫圖的過程。繪制和顯示這種圖的軟件通常稱為繪圖程序(drawprograms)。 矢量圖有許多優(yōu)點。例如，當需要管理每一小塊圖像時，矢量圖法非常有效；目標圖像的移動、縮小/放大、旋轉(zhuǎn)、拷貝、屬性的改變(如線條變寬/變細、顏色的改變)也很容易做到；可以把相同的或類似的圖當作圖的構(gòu)造塊，并把它們存到圖庫中，這樣不僅可以加速畫的生成，而且可以減小矢量圖文件的大小。122視頻信號的獲取工作原理和處理

然而，當圖變得很復(fù)雜時，計算機就要花費很長的時間去執(zhí)行繪圖指令。此外，對于一幅復(fù)雜的彩色照片(例如一幅真實世界的彩照)，恐怕很難用數(shù)學來描述，因而就不用矢量法表示，而是采用點位圖法表示。 點位圖法與矢量法大不相同，它是把一幅彩色圖分成許許多多的像素，每個像素用若干個二進制位來指定該像素的顏色、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)作為一個文件來存儲，這種文件又稱為圖像文件。如要畫或者編輯點位圖，則用類似于繪制矢量圖的軟件工具，這種軟件稱為畫圖程序(PaintPrograms)。123視頻信號的獲取工作原理和處理

點位圖的獲取通常用掃描儀，以及攝像機、錄像機、激光視盤與視頻捕捉卡一類設(shè)備，通過這些設(shè)備可以把模擬的圖像信號變成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。 點位圖文件占據(jù)的存儲器空間比較大。影響點位圖文件大小的因素主要有兩個，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，圖像文件就越大；像素深度越深，也就是表達單個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視頻信號的獲取工作原理和處理

矢量圖與點位圖相比，顯示點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，而點位圖偏重于“獲取”、去“復(fù)制”；矢量圖和點位圖之間可以用軟件進行轉(zhuǎn)換。由矢量圖轉(zhuǎn)換成點位圖采用光柵化(Rasterizing)技術(shù)，這種轉(zhuǎn)換也相對容易；由點位圖轉(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，但在實際中很難實現(xiàn)，對復(fù)雜的彩色圖像尤其如此。

2.灰度圖與彩色圖 灰度圖(Gray-scaleImage)按照灰度等級的數(shù)目劃分。只有黑白兩種顏色的圖像稱為單色圖像(MonochromeImage)，也稱二值圖。圖中的每個像素值用1位存儲，它的值只有“0”或者“1”。一幅640×480的單色圖像需要占據(jù)37.5KB的存儲空間。（640×480/8/1024）125視頻信號的獲取工作原理和處理

灰度圖像可以表示層次。如果每個像素的像素值用一個字節(jié)表示，灰度值級數(shù)就等于256級，每個像素值可以是0～255之間的任何一個值，一幅640×480的灰度圖像就需要占據(jù)300KB的存儲空間。(640×480×8/1024/8)

彩色圖像(ColorImage)可按照顏色的數(shù)目來劃分。例如，256色圖像和真彩色(224＝16777216種顏色)等。彩色圖像需要更大的存儲空間。 許多24位彩色圖像是用32位存儲的，這附加的8位叫做α通道，它的值叫做α值，它用來表示該像素如何產(chǎn)生特技效果。

126視頻信號的獲取工作原理和處理

使用真彩色表示的圖像需要很大的存儲空間，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸也很費時間。由于人的視覺系統(tǒng)的顏色分辨率不高，因此在沒有必要使用真彩色的情況下就盡可能不要使用。127視頻信號的獲取工作原理和處理 3.3.5圖形圖像的文件格式 在微型機中，為了存取信息方便將某一信息集合集中于一個名字之下，這就構(gòu)成了一個文件。在多媒體中，無論是音頻信息還是視頻圖像信息都是以文件的形式進行存放的。顯而易見，若對采集、編碼、數(shù)據(jù)壓縮后的視頻信號進行存儲，則必定以一定的數(shù)據(jù)格式進行存放，并賦予它一個文件名。當需要取出視頻數(shù)據(jù)時，便可根據(jù)文件的名稱找到數(shù)據(jù)文件，將其讀出并進行處理和顯示。 為了使數(shù)據(jù)文件便于使用和交換，在構(gòu)成文件時，必須規(guī)定文件的格式。只有大家都知道文件的存儲格式，并都遵循文件格式的規(guī)定，才能便于信息的交換和管理。這對于開發(fā)視頻應(yīng)用軟件的人員來說尤其重要。否則，你所開發(fā)的軟件別人將無法使用。128視頻信號的獲取工作原理和處理1．靜態(tài)圖形與圖像文件格式

常見的靜態(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．動態(tài)動畫與數(shù)字視頻文件格式常見的動態(tài)動畫文件：FLIC文件格式、MMM文件格式、SWF文件格式等常見的數(shù)字視頻文件格式：AVI文件格式，ASF文件格式、MOV文件格式、MPG文件格式、DAT文件格式等129視頻信號的獲取工作原理和處理本章小結(jié)本章的知識點分為基礎(chǔ)知識、如何將視頻信號送到計算機中、視頻信號實時處理的方法和實現(xiàn)技術(shù)、視頻信號顯示輸出技術(shù)等四個方面，概括如下：［基礎(chǔ)知識］

黑白全電視信號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［如何將視頻信號送到計算機中］

黑白視頻信號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獲取器的工作原理130視頻信號的獲取工作原理和處理本章小結(jié)掌握：黑白全電視信號的組成、彩色全電視信號的組成。理解：彩色空間的表示及轉(zhuǎn)換、圖像文件格式及轉(zhuǎn)換。131視頻信號的獲取工作原理和處理本章小結(jié)

如何獲取視頻信息，實時處理視頻信息以及顯示輸出視頻信息是多媒體計算機關(guān)鍵技術(shù)之一，它也是本章講述的重點內(nèi)容。為了學好上述內(nèi)容，還希望同學能夠掌握什么是黑白全電視信號？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？這些是基礎(chǔ)知識。首先學習掌握顏色中計算機和電視中的表示方法：R、G、B和Y、U、V或YIQ(RGB=>紅綠藍；Y亮度，UV或IQ是色差信號)；其次掌握它們之間的轉(zhuǎn)換，如R:G:BóY:U:V或Y:I:Q的轉(zhuǎn)換公式；還有一個書上沒有，需要補充，希望同學掌握的問題是：什么是黑白全電視信號?什么是彩色全電視信號？這個問題是視頻信號獲取器設(shè)計實現(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強度)，CIEXYZ，CIELAB等彩色空間表示法，希望同學能夠一般了解一下就可。為了深入學習視頻信號獲取器的工作原理和設(shè)計實現(xiàn)技術(shù)，首先要掌握黑白全電視信號視頻獲取器的工作原理及設(shè)計和實現(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視頻獲取器的工作原理及實現(xiàn)技術(shù)；同時也要熟悉視頻信號獲取器診斷和驅(qū)動軟件的設(shè)計和實現(xiàn)。132視頻信號的獲取工作原理和處理本章小結(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，是多媒體計算機彩色圖形、靜態(tài)圖像以及動態(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)于雙休存儲器的工作原理，彩色全電視信號的數(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態(tài)圖像壓縮編碼文件格式的表示以及轉(zhuǎn)換等。133視頻信號的獲取工作原理和處理練習1.顏色表示法。視覺上的顏色可用亮度、色調(diào)和飽和度3個特征來描述，飽和度是指顏色的（）。A.種數(shù) B.純度 C.感覺 D.存儲器答案B.純度134視頻信號的獲取工作原理和處理練習2.RGB和CMY顏色空間。（課表75頁）在RGB彩色空間中，R（紅）、G（綠）、B（藍）為三基色，青色、品紅和黃色分別為紅、綠、藍三色的補色。根據(jù)相加混色原理，綠色+品紅=（）。A.藍色 B.黃色 C.