第二章+视觉特性与彩色视频信号.ppt

,第2章视觉特性与彩色视频信号,2.1人的视觉特性2.2彩色电视信号2.3彩色电视信号的数字化,人眼的视觉特性,2.1人的视觉特性,和人的视觉特性有关的一些概念：图像的对比度；临界对比度（视觉阈值）；对比度灵敏度；韦伯定律；视觉的掩蔽效应；空间频率；视觉惰性；临界闪烁频率；运动的连续性；时间域的掩蔽效应；,1、色度学的有关概念,三基色：R（RED）、G（GREEN）、B（BLUE）红绿蓝亮度：三种基色光分量的能量之和，它与颜色无关；色调：表征彩色的颜色，由三基色之间的光强的比例关系决定；饱和度：反映彩色颜色的深浅，也与三基色光强的比例关系有关；色度值：也称像素值，是指RGB的任意一组归一化的数值之和，对应相应的颜色；如：白光的色度值为（A=0.299R+0.587G+0.114B）,2.1.4彩色的计量和彩色视觉,饱和度：彩色光所表示的彩色的深浅程度（浓度）。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。,不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色，其规律为：红绿黄红蓝紫蓝绿青红蓝绿白,CRGB,此为相加混色,图像的对比度对比度：指光源或发光面的最大亮度与最小亮度之比值。用下式表示亮度层次：指画面最大亮度和最小亮度之间可分辨的亮度级差数，也称灰度层次。亮度层次是图像质量的重要参数。亮度层次多，图像显得明暗层次丰富，柔和细腻；亮度层次少，图像会显得单调生硬。,2、场扫描与行扫描场扫描：电子枪在显示屏上的一次由上而下、由左至右的完整的扫描运动，称为一个场扫描；场频：50场/秒；行扫描：电子枪在显示屏上的据行扫描运动，称为行扫描；分为：奇数行扫描、偶数行扫描；,1、帧的概念在彩色显像管上显示的一幅图像，称为一帧。要保证人眼产生视觉暂留的运动效果，帧频为25帧/秒；一帧图像，由两个场扫（奇数行扫描、偶数行扫描）构成；场频，是帧频的两倍；,2.2彩色电视信号,2.2.1扫描,彩色显像管的隔行扫描原理,NTSC：525行,PAL：625行,行正程,行逆程,可见行其他行,2.2.2隔行扫描与逐行扫描,彩色信号的形成：根据色度学理论，不同颜色的光可以由不同比例的三基色R、G、B混合而成，工程上把三种不同大小的电子信号分别去激励红、绿、蓝荧光管，就可以在电视显像管上显示一个不同的颜色的彩色点。,彩色像素：显示屏上的一个最基本的彩色显示单元点。如：计算机显示屏VGA（VideoGraphicArray）有640480个像素；像素深度：每个像素的比特数，决定像素的彩色范围和彩色细致程度；有4/8/24比特几种；,彩色摄像信号的形成：,1、图像传感器（CCD）：是数码摄像机、照相机或扫描仪中，用于摄取图像的半导体器件，由二维的感光单元阵列构成。将感光单元阵列的电信号读出后，通过ADC转换成RGB阵列数字值，就可以得到一幅图像或一帧视频数据；,由CCD获取彩色图像的原理,2.2.3（基带）电视信号的带宽,K:凯尔系数，取0.7；k1：场正程扫描时间与场周期之比；k2：行正程扫描时间与行周期之比；Z：每帧图像的总扫描行数；ff：帧率，隔行扫描取25Hz，逐行扫描取50Hz；,计算公式：,电视图像信号的上限频率，在数值上等于视频信号的带宽；,基带全电视信号的频带宽度与一帧图像的像素个数和每秒扫描的帧数有关。我国的电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一帧图像的显示扫描行数为575行。也就是说,一帧图像由575行像素组成。一般电视机屏幕的宽高比为43，因此一帧图像的总像素个数约为：,（基带）电视信号的带宽计算,一帧图像的像素：,图像信号包括直流成分和交流成分。其中直流成分反映图像的背景亮度，它的频率为零，反映了图像的最低频率。交流成分反映图像的内容。图像越复杂，细节变化越细，黑白电平变化越快，其传送信号频率就越高。显然基带图像信号频带宽度等于其最高频率。,（基带）电视信号的带宽计算,如果播送一幅左右相邻像素为黑白交替的脉冲信号画面，显然这是一幅变化最快的图像，每两个像素为一个脉冲信号变化周期，而我国电视规定一秒钟传送25帧画面，因此该图像的最高频率为:,（基带）电视信号的带宽计算,黑白交替的脉冲信号画面示意图,（基带）电视信号的带宽计算,2.2.4.1由RGB值转换成彩色电视制式信号,RGBYUV模型在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像。其是Y表示亮度，U，V用来表示色差，是构成彩色的两个分量。U，V的比值决定色调，UV的模代表彩色的饱和度；RGBYIQ模型在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I，Q是两个彩色分量。,2.2.4彩色空间的处理,YUV表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。,Y：亮度信号，相当于黑白电视信号；U：蓝色色差信号，Cb=U=0.493（B-Y）；V：红色色差信号，Cr=V=0.877（R-Y）；,PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像,由于Y、U、V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码和传送。采用YUV模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，容易使彩色电视系统与只对亮度敏感的黑白电视机亮度信号兼容。,图像的RGB色度值转换成彩色电视制式信号YUV（PAL制式）,图像的RGB色度值转换成彩色电视制式信号YIQ（NTSC制式）,2.2.5.1彩色电视信号的制式NTSC(NationalTelevisionCommittee)PAL(PhaseAlternativeLine)SECAM(SequentialColeurAvecMemoire),德国、中国等国家采用PAL制式，北美为NTSC制式，法国为SECAM；PAL制式：625行，每秒50帧。亮度信号带宽6MHz，色差信号带宽1.3MHz；NTSC制式：525行，每秒60帧；亮度信号带宽5.5MHz；,2.2.5全彩色电视信号,1、调制信号的频谱交错：,视频信号的能量（亮度信号Y）主要分布在行扫描频率fh及各次谐波nfh上；色度信号UV先预调制所用的载频，称为副载频fsc；亮度信号和色度信号的频谱交错放置；上述亮度信号和色度信号，再调制到无线电波载频上进行发送；发射机中用以传送整个彩色电视信号的射频载频，称为主载频fc；,2.2.5.2频谱交错和平衡正交调制,2、色度信号UV的平衡调制：,平衡调制，目的是抑制色度信号预调制时的副载频fsc；,其中，抑制载波的双边带调幅信号时域表达式为：,傅氏变换后的频谱为：,比较：一般的调幅调制信号为含有载频成分。,调制,一般要进行频谱搬移，需要把频率较低的基带信号的频谱搬移到频率相对较高的载波频率上，从而可以通过天线或其他调制信道进行远距离传送。,频率较低的基带信号（频谱）,载波为高频,抑制载波的双边带调幅调制原理,（不含直流成份的）基带信号的频谱,载波抑制的双边带调幅频谱,不抑制载波的双边带调幅调制原理,（含有直流成份的）基带信号的频谱,不抑制载波的双边带调幅频谱,平衡调制器，是抑制载波双边带调幅最常用的调制器；上述f（t）信号，可以是色度信号的U或V；,滤波，得到SDSB信号,3、色度信号UV正交调制到副载频fsc上：,色度信号UV的正交调制，属于相位调制，两个色差信号分别调制到副载频的两个正交（相差90度）相位上，从而使得色度信号U、V可以复用副载频fsc；,正交平衡调制后，可得到频率相同、相位相差90度的两个UV预调制信号：,4、基带彩色电视信号的频谱,亮度信号Y的频谱,色度信号UV的频谱,基带彩色电视信号的频谱交错,色度信号先预调制到副载频fsc上,基带彩色电视信号的表达式,思考：将E=Y+U+V，作为基带彩色电视信号，行不行？,复合电视信号：彩色视频信号再加上有关的（行、场、副载频）同步信号，就构成了全彩色电视信号，或称复合电视信号。,分离式电视信号：S-Video(SeparateVideo)分离式电视信号，采用两个通道分别传送亮度信号、经副载频调制的色度信号的情况，如录像机、摄像机；,分量电视信号：未经副载频调制的三个图像信号，RGB或YUV，称为分量电视信号。,2.2.5.3复合电视信号、分离式电视信号和分量电视信号,基带彩色电视信号,C,U,V,Y,2.3彩色电视信号的数字化,2.3.1分量电视信号的数字化,取样频率应不小于视频信号最高频率的2倍，实际应用中，选取2.22.7倍。如：PAL制式，亮度信号最高频率6MHz，则国际电联制定的CCIR601中，亮度信号的取样频率为13.5MHz；色度信号的取样频率，一般按亮度信号的取样频率的1/2选取；取样频率，在不同的应用场合和取样格式下，会有所不同；,1、取样结构和取样频率,取样结构：像素点中的YUV信号的取样点在扫描光栅上组成的二维点阵结构。有正交结构、梅花点结构；,取样频率、量化级数，是对视频信号进行数字化的两个关键参数；,2、量化级数,人眼对亮度信号敏感，对色度信号不敏感；在数字视频设备中，对亮度信号采取8bit量化（即：256级灰度），更精细的场合，也采用10bit或12bit量化；对色差信号，采用8bit量化，或更低；,若将亮度