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Lecture4视频基础 电视的发展 主要内容 视觉的时间域响应特性彩色电视制式彩色电视信号的类型电视图像数字化图像子采样数字电视简介 视觉暂留当人眼所看到的影像消失后 人眼仍能继续保留其影像0 1 0 5秒左右的图像 视觉的时间域响应特性 视觉的时间域响应特性 让观察者观察按时间重复的亮度脉冲 如果闪烁频率比较低 人眼就有一亮一暗的感觉 如果闪烁频率足够高 人眼看到的则是一个恒定的亮点 闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率 经测定为46Hz 电影播放过程中 每秒投射24 16幅画面 每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一 二次 这样就得到了48HZ的闪烁频率 要保持画面中物体运动的连续性 要求每秒钟摄取的画面数约为25帧左右 视觉的时间域响应特性 彩色电视制式 NTSC美国 加拿大等大部分西半球国家 以及日本 韩国 菲律宾PAL德国 英国等一些西欧国家 及中国 朝鲜等国家SECAM法国 及东欧国家 兼容制式 NTSC PALSECAM都是兼容制式黑白电视机能接收彩色电视广播 显示的是黑白图像彩色电视机能接收黑白电视广播 显示的也是黑白图像 逆兼容 兼容的要求 既兼容又有彩色特性 彩色电视系统应满足采用与黑白电视相同的一些基本参数 如扫描方式 扫描行频 场频 帧频 同步信号 图像载频 伴音载频等等 将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号 以及代表色度的两个色差信号 并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送 在接收端 彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号 在显象管上重现发送端的彩色图像 电视扫描和同步 扫描分类非隔行扫描 逐行扫描 progressivescanning 计算机显示器隔行扫描 interlacedscanning 电视 逐行扫描 电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角 在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像 一帧 隔行扫描 隔行扫描的一帧图像由两部分组成 奇数场 奇数行组成 偶数场 偶数行组成 隔行扫描只需用逐行扫描一半的时间就能看见整个屏幕显示 因此隔行扫描技术用于较慢的刷新频率 例如刷新频率为30帧 秒 如采用逐行扫描显示 可注意到图形在闪烁 但采用隔行扫描 扫描一帧的时间只用了原来一半 也就是说刷新频率接近60帧 秒 这时图形显示质量提高 不再闪烁 扫描参数 行频fH 每秒钟扫描多少行 场频ff 每秒钟扫描多少场 帧频fF 每秒扫描多少帧 PAL PAL制电视的扫描特性625行 扫描线 帧 25帧 秒 40ms 帧 高宽比 aspectratio 4 3隔行扫描 2场 帧 312 5行 场颜色模型 YUV NTSC NTSC制的扫描特性525行 帧 30帧 秒 29 97fps 33 37ms frame 高宽比 电视画面的长宽比 电视为4 3 电影为3 2 高清晰度电视为16 9 隔行扫描 一帧分成2场 field 262 5线 场颜色模型 YIQ在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息 因此只有485条线的可视数据 每行63 5微秒 水平回扫时间10微秒 包含5微秒的水平同步脉冲 所以显示时间是53 5微秒 SECAM SECAM的扫描特性与PAL制类似 区别是SECAM中的色度信号是频率调制 FM 图像格式为4 3 625线 50Hz 电视信号 YUV YIQ与YCrCb颜色空间 分量视频高质量视频系统分别使用三路信号来表示红 绿 蓝三种图像分量 这种视频被称为分量视频 分量视频使用三根信号线连接视频设备 BNC或RCA连接器 传送信号 计算机系统一般使用分量视频 包含RGB的分量信号 电视系统的分量视频使用的是亮度 色差信号 对于分色系统 由于分量视频的三个信道之间没有任何色度 亮度干扰 所以颜色再现能力最好 但需要更高的带宽和良好的同步机制 视频信号的类型 复合视频所谓复合视频 就是将色度信号和亮度信号混合成一个信号传送 复合视频应用于彩色电视广播 且兼容黑白电视广播 使用复合视频连接设备传送信号只需要一根信号线 BNC或RCA连接器 视频信号中亮度和色度信号是混合在一起的 由于颜色信息已经混合起来 色度和亮度信号都封装到同一个信号中 所以它们之间的互相干扰不可避免 因此复合视频的颜色再现质量比分量视频低 视频信号的类型 S Video作为折中方案 S Video使用的是两条信号线传送视频信号 一条传送亮度信号 一条传送混合的色度信号 这样的方案使得颜色信息与关键的亮度信息之间的干扰变小 S Video的视频信号连接设备使用称为S端子的四芯连接器 S Video的视频其颜色再现质量介于分量视频和复合视频之间 视频信号的类型 不同视频信号的等效接入点 不同视频信号的连接方式 电视图像数字化 复合数字化 首先用一个高速A D转换器对彩色全电视信号进行数字化 然后在数字域中进行分离 以获得所希望的YCbCr YUV YIQ或RGB分量数据 亮度和色度信号之间存在串扰亮度和色度采样频率一致分量数字化 先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量 然后数字化 数字化标准 ITU RBT 601 1980s 该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率 RGB和YCbCr 或者写成YCBCR 两个彩色空间之间的转换关系等 彩色空间之间的转化 采样频率 CCIR为NTSC制 PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率 这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样 亮度信号采样频率fs 13 5MHZ色度信号采样频率fc 6 75MHZ或13 5MHZ每行采样点数N 864 PAL 858 NTSC 对于所有制式 每个扫描行的有效样本数均为720 电视信号数字化 图像子采样 如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低 这种采样就称为图像子采样 subsampling 4 4 4对每个采样点 Y Cb和Cr各取一个样本 4 2 2在水平扫描方向上 每2个Y样本有1个Cb样本和一个Cr样本 4 4 4YCbCr格式 4 2 2YCbCr格式 4 1 1在水平扫描方向上 每4个Y样本各有1个Cb样本和一个Cr样本 每个分量的每个样本精度为8比特 4 2 0在水平方向的2个Y样本和垂直方向上的2个Y样本共4个样本有1个Cb样本和一个Cr样本 这是H 261 H 263和MPEG 1使用的子采样格式 4 1 1YCbCr格式 4 2 0YCbCr格式 数字电视 数字电视的定义 将活动图像 声音和数据 通过数字技术进行压缩 编码 传输 存储 实时发送 广播 供观众接收 播放的视听系统 也就是说 这是一个从节目的采集 制作到节目传输 以及到用户终端的接收全部实现数字化的系统 多媒体数据处理技术第7讲 数字电视优点 对信道噪声的容忍度更高可实现不同分别率等级的接收便于加密 解密 收费业务直接随机访问 使得使用非线性视频编辑更容易在内存或数字设备上存储以便于进一步处理以及集成到各种多媒体应用中重复记录而不降低图像的质量 数字电视分类 数字高清晰度电视 HDTV 水平清晰度大于800线 图象质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平 数字标准清晰度电视 SDTV 水平清晰度大于500线 主要是对应现有电视的分辨率量级 其图象质量为演播室水平 数字普通清晰度电视 LDTV 水平清晰度为200 300线 主要是对应现有VCD的分辨率量级 多媒体数据处理技术第7讲 高清晰度电视HDTV 高清晰电视是一种电视业务 国际电信联盟的定义是 高清晰度电视应是一个透明系统 一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量 应具有观看原始景物或表演时所得到的印象 其水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右 配有多路环绕立体声 分辨率 HDTV画面水平和垂直的像素目都差不多是常规系统的2倍 垂直方向的高清晰度是720条扫描线或更多 常用的是720p或1080i 中国标准 水平清晰度指标必须达到720线以上 宽高比 HDTV画面的指定宽高比为16 9 高清是一个综合概念 除了清晰度是重要指标之外 电路 亮度 对比度等将近30多个指标也是考核一台彩电是否是高清电视的主要因素 中国数字电视进度表 2000年和2001年是我国数字电视广播试验年 在北京 上海 深圳三个城市进行数字广播试验 2002年 具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定 2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验 2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号 2010年我国计划全面实现数字广播电视 2015年停止模拟广播电视的播出 数字电视基本上成为我国电视播放主力 基石 1883年圣诞节 德国的P Nipkow发明 尼普柯夫圆盘 使用机械扫描方法 作了首次发射图像传送的实验 每幅画面有24行扫描线 图像相当模糊 尼普柯夫圆盘 上螺旋形排列着一些孔洞 当这个盘子旋转时 通过每个孔洞可以浏览一幅图像的一行 光线透过这个孔洞照在这幅图像便完成了一次行扫描 硒光电池将图像的反射光转变成电信号 下一个孔洞顺序扫描紧挨着的那部分图像 直到完整的图像全部被扫描 线性编辑 LinearEditing 指的是传统方式下的声像编辑技术 不管是录像带还是录音带 它存储的信息是以时间顺序记录的 当使用者要选取不同的视频素材或某一片段 需要频繁地倒带 从录像带的一部分找到另外一部分 甚至更换录像带 完成一个编辑经常需要反复按顺序寻找需要的片段 其过程费时费力 效率较低 传统的线性编辑 非线性编辑是将传统视频编辑系统要完成的工作全部或部分放在计算机上实现的技术 由于计算机对媒体的交互性 人们可以对存储