多媒体技术基础及应用第6讲钟玉琢清华大学出版社

Y 0.3 0.59 0.11 R I = 0.6 -0.28 -0.32 G Q 0.21 -0.52 0.31 B
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 黑白全电视信号和彩色全电视信号 彩色空间表示及其转换
3.1.1 彩色空间表示及其转换
多媒体技术基础及应用
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 黑白全电视信号和彩色全电视信号 彩色空间表示及其转换
3.1.1 彩色空间表示及其转换
本节讲课思路:
彩色空间表示及其转换 颜色的表示 三基色原理
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。
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
1.找到信号的头（同步分离电路、锁相
一幅图像颜色的表示
一幅图像f（x，y）
其分辨率为
512512 256256
f(x0,y0) f(x511,y0)
f(x0,y511) f(x511,y511)
x0
y0
f ( x0 , y0 )
f(x,y)
X
位图
Y
X Y的离散化称为采样 f（x，y）值的离散化称为量化
采样和量化 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。
行同步4.7 μ s 行延迟1.3 μ s 逆程11.8 μs 正程52.2 μs
每行时间为 64 μs
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 μs
场同步 = 3 64 = 192 μs
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:
彩色空间表示及其转换 颜色的表示 三基色原理
2.亮度、色调、饱和度
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。
已讲内容回顾:
彩色空间表示及其转换 颜色的表示 三基色原理
3.1.2 黑白和彩色全电视信 号
1. 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.
—
同步信号 0.7V--1V
峰——峰 值为1伏 图像信号 0V--0.7V
黑白全电视信号
行同步信号宽度 4.7μs
行延迟1.3μs 1V
0.7V
0V
逆程11.8 μs
52.2μs 11.8μs
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+ USinsct
+ KV Cossct
sc= 4.44MHz K = _+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。
从幅度上看全电视信号
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--1V
0.3V+9mV —
图像信号 0V--0.7V 0.7V+20mV
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 = V Cos33 -。U Sin33 。 Q = V Sin33 + U Cos33
（4）HSI空间
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). 量化比例
0
X
Y1 Y2 Y3 Y4
UV Y
4. 彩色空间的转换
RGB与YUV和YIQ之间的转换 HSI空间与RGB之间的转换
（1）RGB与YUV之间的转换
Y
0.3 0.59 0.11
R
U = -0.15 -0.29 0.44 G
V
0.61 -0.52 -0.096 B
（2）RGB与YIQ之间的转换
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。
视频图像的表示
PAL制 NTSC制
25帧/秒 30帧/秒
图像是二维数据 视频是三维数据
3.彩色空间
RGB 彩色空间 YUV 彩色空间 YIQ 彩色空间 HIS 彩色空间
例: 黄色=>蓝色
R 143——>31 G 143——>31 B 31——>255 H 60——>240 S 180——>180 I 105——>105
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。
R
U = -0.15 -0.29 0.44 G
V 0.61 -0.52 -0.096 B
Y=0.3R+0.59G+0.11B 实现:
R G
运放
Y
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
同步信号在0.7V—1V，使用 限幅（切头）放大器。
(2)YUV 彩色空间
PAL 用 YUV空间 NTSC 用 YIQ空间
亮度 Y 色差 U V
Y = 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。
Y 0.3 0.59 0.11
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
相角 幅度
U
(4). 量化比例
由于人眼对亮度信号敏感， 选择量化的比例为：
Y:U:V= 8:4:4 Y:U:V= 8:2:2 Y:U:V= 8:8:8
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
显示图像
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。
1
2
3
4
5
6
奇数场
偶数场
隔行扫描 奇数场+偶数场=1帧
• 每一行有正程(显示)和 逆程（消隐）
从内容上看全电视信号：
图像信号 复合消隐信号 行消隐
场消隐
复合同步信号
行同步
场同步
奇数场同步 偶数场同步
从时间上看全电视信号
A
O 每行时间为64μs
B
正程(图像信号)从A-O，52.2μs
逆程(消隐信号)从O-B 11.8μs +— 250ns
从时间上看全电视信号
行同步信号宽度 4.7μs+—100 ns 行延迟 1.3μs+—250ns
和时序电路）
2.对该点进行A/D变换保存到FB 3.D/A变换 全电视信号 显示输出
黑白全电视信号
黑白视频信号获取器的工作原理
• 同步分离电路 • 锁相和时序电路 • A/D变换器 • 帧存储器的设计 • D/A变换及显示输出
பைடு நூலகம்
同步分离电路
同步分离
行同步
奇数场 场同步
偶数场
同步分离电路
找到行同步、场同步（奇数 场和偶数场） 。
• 每一场有正程(显示)和 逆程（消隐）