多媒体技术基础及应用 第6讲 钟玉琢 清华大学出版社.ppt

多媒体技术基础及应用 第3章视频信号的获取与处理 3 1彩色空间表示及其转换3 2视频信息获取技术3 3图像文件格式及其转换 第3章视频信号的获取与处理 本章重点介绍 视频信号获取器的工作原理 第3章视频信号的获取与处理 本章讲课思路 视频信号获取器的工作原理 彩色空间表示及其转换 黑白全电视信号和彩色全电视信号 3 1 1彩色空间表示及其转换 本节讲课思路 三基色原理 彩色空间表示及其转换 颜色的表示 1 三基色 RGB 的原理 自然界常见的各种颜色光 都是由红 R 绿 G 蓝 B 三种颜色光按不同比例相配而成 同样绝大多数颜色也可以分解成红 绿 蓝三种色光 这就是色度学中最基本的原理 三基色原理 三基色的选择不是唯一的 三种颜色必须是相互独立的 即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成 红色 绿色 黄色红色 蓝色 品红绿色 蓝色 青色 红色 绿色 蓝色 白色 分色棱镜 3 1彩色空间表示及其转换 本节讲课思路 三基色原理 彩色空间表示及其转换 颜色的表示 I Y 亮度 光的强和弱 H色调 光的波长 人眼的感觉 反映 颜色 的基本特征 S饱和度 颜色渗入白光的程度 表示 颜色深浅的程度 2 亮度 色调 饱和度 一幅图像颜色的表示 一幅图像f x y 其分辨率为512 512256 256 f x0 y0 f x511 y0 f x0 y511 f x511 y511 Y X f x y XY的离散化称为采样f x y 值的离散化称为量化 f x0 y0 y0 x0 位图 多媒体计算机处理图像和视频 首先必须把连续的图像函数f x y 进行空间和幅值的离散化处理 采样和量化 采样 空间连续坐标 x y 的离散化 叫做采样 量化 f x y 颜色的离散化 称之为量化 数字化 两种离散化结合在一起 叫做数字化 离散化的结果称为数字图像 采样和量化 视频图像的表示 PAL制25帧 秒NTSC制30帧 秒 图像是二维数据视频是三维数据 RGB彩色空间YUV彩色空间YIQ彩色空间HIS彩色空间 3 彩色空间 1 RGB彩色空间任意颜色的光F 其配色方程可写成 F r R g G b B 其中r g b为三个系数r g b 1 3 彩色空间 RGB和黑白电视信号不兼容 希望空中发射的信号转换成YUV信号 当白光的亮度用Y来表示时 它和红 绿 蓝三色的关系可用如下方程描述 Y 0 299R 0 587G 0 114B 2 YUV彩色空间PAL用YUV空间NTSC用YIQ空间亮度Y色差UV 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 Y0 30 590 11RU 0 15 0 290 44GV0 61 0 52 0 096B Y 0 3R 0 59G 0 11B实现 运放 Y R G B 3 YIQ彩色空间大量实验统计 人眼对红黄之间的颜色变化最敏感 而分辨蓝和紫之间颜色变化最不敏感 所以把相角为123的橙色 红黄之间的颜色 及其相反相角的303的青色定义为I轴 与I正交的色度信号轴 通过33 0 213线 叫Q轴 3 YIQ彩色空间I VCos33 USin33Q VSin33 UCos33 H Hue代表色调 纯度 颜色 S Saturation代表饱和度I Intensity代表亮度 强度 4 HSI空间 R143 31G143 31B31 255H60 240S180 180I105 105 例 黄色 蓝色 用YUV和YIQ的好处 1 亮度信号Y解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题 用YUV和YIQ的好处 2 大量实验表明 人眼对色差信号不敏感 而对亮度信号特别敏感 用YUV和YIQ的好处 Y带宽4 43MHz PAL 因为敏感 U V带宽1 3MHz 因为不敏感 电视台的一个节目频道为6M 3 传输电视信号 V U 相角幅度 由于人眼对亮度信号敏感 选择量化的比例为 4 量化比例 Y U V 8 4 4Y U V 8 2 2Y U V 8 8 8 4 量化比例 X Y 0 Y1Y2Y3Y4 UV RGB与YUV和YIQ之间的转换HSI空间与RGB之间的转换 4 彩色空间的转换 Y0 30 590 11RU 0 15 0 290 44GV0 61 0 52 0 096B 1 RGB与YUV之间的转换 Y0 30 590 11RI 0 6 0 28 0 32GQ0 21 0 520 31B 2 RGB与YIQ之间的转换 HSI彩色空间与RGB彩色空间之间的转换 第3章视频信号的获取与处理 本章讲课思路 视频信号获取器的工作原理 彩色空间表示及其转换 黑白全电视信号和彩色全电视信号 3 1 1彩色空间表示及其转换 已讲内容回顾 三基色原理 彩色空间表示及其转换 颜色的表示 3 1 2黑白和彩色全电视信号 黑白全电视信号2 彩色全电视信号 电视台利用光电效应实现了把光图像转变为电信号 电视接收机利用电光转换效应把电信号还原为光图像 电视接收的基本过程 从电视机视频检波器解调出的全电视信号 使用同步扫描的方法 通过电视机显像管显示出图像 从电视机鉴相器解调输出的伴音信号 则通过音频放大器放大后 再送到电视机的扬声器还原成声音 空中发射的经过高频头解出的信号就是全电视信号 二维信号为一维信号 扫描 扫描 把图像分解为像素 一行一行 一帧一帧地逐个摄取或显示的方法 扫描方式 隔行扫描和逐行扫描 隔行扫描奇数场 偶数场 1帧 每一行有正程和逆程 显示图像 隔行扫描奇数场 偶数场 1帧 奇数场 偶数场 135 246 每一行有正程 显示 和逆程 消隐 每一场有正程 显示 和逆程 消隐 3 1 2黑白和彩色全电视信号 黑白全电视信号彩色全电视信号 黑白全电视信号 黑白全电视信号 同步信号 场同步 行同步 图象信号 正程 复合消隐信号 行逆程 行消隐 场消隐 黑白全电视信号 黑白全电视信号的组成从内容上看全电视信号从时间上看全电视信号从幅度上看全电视信号 行消隐 场消隐 行同步 场同步 图像信号 复合消隐信号 复合同步信号 从内容上看全电视信号 奇数场同步 偶数场同步 每行时间为64 s A O B 正程 图像信号 从A O 52 2 s 逆程 消隐信号 从O B11 8 s 250ns 从时间上看全电视信号 行同步信号宽度4 7 s 100ns 行延迟1 3 s 250ns 从时间上看全电视信号 行延迟1 3 s 行同步4 7 s 逆程11 8 s 正程52 2 s 每行时间为64 s 一帧 奇数场 偶数场625行 312 5 312 5场消隐信号 25 64 11 8 1600 11 8 1611 8 s场同步 3 64 192 s 峰 峰值为1伏以同步信号作为100 黑电平和消隐电平为70 白电平为0 图像信号介于白电平和黑电平之间 根据图像的灰度而变化 从幅度上看全电视信号 在标准的1V全电平信号中同步信号0 7V 1V0 3V 9mV图像信号0V 0 7V0 7V 20mV 从幅度上看全电视信号 同步信号0 7V 1V 图像信号0V 0 7V 峰 峰值为1伏 黑白全电视信号 行延迟1 3 s 0V 行同步信号宽度4 7 s 0 7V 1V 逆程11 8 s 52 2 s 11 8 s 2 彩色全电视信号 在现代彩色电视系统中 通常采用YUV彩色空间或YIQ彩色空间 Y为亮度信号它可以与黑白全电视信号兼容 U和V用载波频率 sc调制加到亮度Y上 最后形成彩色全电视信号 2 彩色全电视信号 彩色全电视信号 如下式所示CVBS Y USin sct KVCos sct sc 4 44MHzK 1 最后将亮度 复合同步信号混合放大 形成PAL制彩色全电视信号 以100 幅度和100 饱和度 简写为100 100 的彩条信号为例的彩色全电视信号如图所示 3 2视频信息获取技术 黑白视频信号获取器工作原理彩色视频信号获取器工作原理 黑白视频信号获取器的工作原理 黑白视频信号获取器的作用 把一维的黑白全电视信号数字化后送到存储器中保存把保存在存储器中的视频信号还原为电视信号送到电视机或监视器上 黑白视频信号获取器的工作原理 找到信号的头 同步