色度信号基本知识
RGB、YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV格式详解
RGB、YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV格式详解小知识:RGB与YUV--摘自《DirectShow实务精选》作者:陆其明计算机彩色显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R(Red)、G(Green)、B(Blue)相加混色的原理:通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。
这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示(它也是多媒体计算机技术中用得最多的一种色彩空间表示方法)。
根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。
F=r[R]+g[G]+b[B]其中，r、g、b分别为三基色参与混合的系数。
当三基色分量都为0(最弱)时混合为黑色光;而当三基色分量都为k(最强)时混合为白色光。
调整r、g、b三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。
那么YUV又从何而来呢?在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y(即U)、B-Y(即V)，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。
这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。
采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。
如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。
彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。
YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255):Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100BR=Y+1.14VG=Y-0.39U-0.58VB=Y+2.03U在DirectShow中，常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等;常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。
[知识]RGB、Lab、YUV、HSI、HSV等颜色空间的区别
![[知识]RGB、Lab、YUV、HSI、HSV等颜色空间的区别](https://img.taocdn.com/s3/m/2cc22159777f5acfa1c7aa00b52acfc789eb9fba.png)
RGB、Lab、YUV、HSI、HSV等颜色空间的区别RGB、Lab、YUV、HSI、HSV等颜色空间的区别RGB颜色空间RGB(red,green,blue)颜色空间最常用的用途就是显示器系统，彩色阴极射线管,彩色光栅图形的显示器都使用R、G、B数值来驱动R、G、B 电子枪发射电子，并分别激发荧光屏上的R、G、B三种颜色的荧光粉发出不同亮度的光线，并通过相加混合产生各种颜色；扫描仪也是通过吸收原稿经反射或透射而发送来的光线中的R、G、B成分，并用它来表示原稿的颜色。
RGB色彩空间称为与设备相关的色彩空间,因为不同的扫描仪扫描同一幅图像，会得到不同色彩的图像数据；不同型号的显示器显示同一幅图像，也会有不同的色彩显示结果。
显示器和扫描仪使用的RGB空间与CIE 1931 RGB真实三原色表色系统空间是不同的，后者是与设备无关的颜色空间。
btw：Photoshop的色彩选取器(Color Picker)。
可以显示HSB、RGB、LAB 和CMYK 色彩空间的每一种颜色的色彩值。
Lab 颜色空间Lab颜色空间是由CIE(国际照明委员会)制定的一种色彩模式。
自然界中任何一点色都可以在Lab空间中表达出来，它的色彩空间比RGB 空间还要大。
另外，这种模式是以数字化方式来描述人的视觉感应，与设备无关，所以它弥补了RGB和 CMYK模式必须依赖于设备色彩特性的不足。
由于Lab的色彩空间要比RGB模式和CMYK模式的色彩空间大。
这就意味着RGB以及CMYK所能描述的色彩信息在Lab空间中都能得以影射。
Lab空间取坐标Lab，其中L亮度；a的正数代表红色，负端代表绿色；b的正数代表黄色，负端代表兰色(a,b)有L=116f(y)-16, a=500[f(x/0.982)-f(y)],b=200[f(y)-f(z/1.183 )]；其中： f(x)=7.787x+0.138, x<0.008856; f(x)=(x)1/3,x>0.008856。
彩色电视基础知识
彩色电视基础知识彩色电视的理论基础是建立在色度学与视觉生理学基础上的。
因此要了解彩色电视应该首先了解色度学方面的有关基础知识。
一、彩色的三要素人眼对任何一种颜色的光引起的视觉反应，都可用亮度、色调和色饱和度三个参量来描述，通常把颜色的亮度、色调和色饱和度称为彩色的三要素。
1.亮度：是指彩色光对人眼作用后，人眼所能感觉到的明暗程度。
2.色调：表示颜色的种类，如红、绿、黄等的区别，取决于该种颜色的主要波长。
3.色饱和度：表示颜色的深浅程度，是按该种颜色混入白光的比例来表示。
没有掺入白色光的单色光的色饱和度是100％。
在彩色电视技术中，色调和色饱和度常常被用来组成色度的概念。
也就是说，在彩色电视中所说的色度就是色调和色饱和度的合称，它即表明了彩色光的颜色种类，又表明了颜色的深浅程度。
二、三基色原理与混色方法1.三基色原理在自然界中，绝大多数的彩色光都可以分解为红（Red）、绿（Green）、篮（Blue）三种基色光；相反，利用红、绿、篮三种基色光按不同比例混合，又可以模拟出自然界的绝大多数的彩色。
这个规律称为三基色原理。
特点：三基色的选择不是唯一的。
在彩色电视中选择红、绿、篮作为三基色是因为人眼对这三种基色的光最敏感。
三基色必须是相互独立的，即其中任一种基色不能由另两种基色混合产生。
合成后的彩色的色调和饱和度由三基色的比例决定；它的亮度等于三基色亮度的总和。
2.混色法在彩色电视中采用相加混色法。
相加混色法有直接混色法和间接混色法两种。
直接混色法——是把三种等量的基色光同时投射到一个白屏幕上，会得到不同的颜色。
让我们做一个试验吧，请从三基色中选择步步不同的颜色组合，注意摄像机屏幕有什么变化。
利用这种方法，我们调节三种基色的不同比例，可以混合出自然界绝大多数色彩。
间接混色法——是利用人眼视觉的特性进行混色的。
通常可分为时间混色法和空间混色法。
1）时间混色法：将三种基色的光轮交替的投射到白屏幕上，只要色轮的转速够快，利用人眼视觉暂留特性，可得到与直接混色法相同的效果。
电视原理之彩色电视信号的传输
电视原理之彩色电视信号的传输彩色电视信号的传输是电视原理中的重要内容之一。
彩色电视信号的传输需要通过转换、编码和解码等系列过程，以保证图像色彩的还原和清晰度。
在彩色电视信号传输中，首先需要将彩色画面转换为电视信号。
彩色画面的颜色是由红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）三种基本色组合而成的。
在彩色电视信号中，这三种基本色会被用来产生亮度信号（Y）和色度信号（I、Q）。
其中，亮度信号表示图像的亮暗程度，而色度信号则表示图像的颜色信息。
接下来，这些信号需要经过编码处理。
编码的目的是将亮度信号和色度信号转换为数字信号，以方便传输和解码。
通常采用的编码方式包括PAL（相位选择性调制）和NTSC（美国全国电视系统委员会）等。
PAL编码是一种利用相位差来实现彩色图像传输的编码方式。
具体来说，亮度信号和色度信号会分别进行调制，并按照固定的相位差关系相加。
这种相加的方法可以在接收端恢复出亮度信号和色度信号，以还原出彩色图像。
NTSC编码是一种将亮度信号和色度信号分开传输的编码方式。
在NTSC编码中，亮度信号会直接传输，而色度信号则经过颜色子载波的调制后传输。
接收端通过解码器将亮度信号和色度信号重新合成，从而得到彩色图像。
最后，接收端需要对传输过来的信号进行解码处理。
解码的目的是将数字信号转换为模拟信号，以还原出原始的彩色图像。
解码器会根据编码方式和参数对信号进行处理，并通过反向的调制和解调过程将信号转换为模拟信号。
总的来说，彩色电视信号的传输涉及到转换、编码和解码等过程。
通过这些处理，彩色电视信号可以被有效地传输和还原，以呈现出清晰、准确的彩色图像。
这为我们提供了丰富多彩的观影体验。
彩色电视信号的传输是电视原理中的重要内容之一。
彩色电视信号的传输需要通过转换、编码和解码等系列过程，以保证图像色彩的还原和清晰度。
在彩色电视信号传输中，首先需要将彩色画面转换为电视信号。
彩色画面的颜色是由红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）三种基本色组合而成的。
彩色电视基础知识
全反射法是将三种基色光以不同百分比同 步投射到一块全反射平面上，由此构成了投影 彩电。
三基色原理及应用
相减混色
在彩色印刷、彩色胶片和绘画中旳混色采 用相减混色。
相减混色是利用颜料、染色旳吸色性质来 实现。混合颜料时，每增长一种颜料，都要从 白光中减去更多旳光谱成份，所以，颜料混合 旳过程称为相减混色。
1.1
光旳特征与光源
1.2
光旳度量
1.3
色度学概要
1.4
人眼旳视觉特征
1.5
电视图像旳传送及基本参量
1.6
准彩条信号
1.1光旳特征与光源
光是一种电磁波 。人眼能看见旳可见 光谱只集中在(3.85~7.89) 1014 Hz 频段内。
可见光谱
无线电波
频率/Hz
105
红外线 1010
紫外线 1015
X射线 1020
电视图像基本参量
图像清楚度
电视图像清楚度是人眼能觉察到旳电视 图像细节旳清楚程度。
详细说来，清楚度是指人眼宏观看到旳 图像旳清楚程度，是由系统和设备旳客观性 能旳综合成果造成旳人们对最终图像旳主观 感觉。
按图像和视觉旳特点，图像清楚度一般从水 平和垂直两个方向描述，有时还增长斜向清楚度 指标。
上转变为不同亮度、色度旳光点。
图像分解与顺序传送
电视扫描方式
在电视系统旳接受端，显像管外部都装 有水平和垂直两组偏转线圈。当水平和垂直 偏转线圈中同步加入锯齿波电流时，显像管 中电子束既作水平扫描又作垂直扫描，而在 荧光屏上形成直线扫描光栅，这称为直线扫 描。
电子扫描 = 水平扫描 + 垂直扫描
缺陷：明显旳闪烁感
逐行扫描方式
电视扫描方式
色度基本知识
a*—为红绿色度指数坐标，+a时表示红的程度，-a时表示绿的程度。
b*—为黄蓝色度指数坐标，+b时表示黄的程度，-b时表示蓝的程度。
参考文献：
[苏朝锐.颜色的机理和新闻纸色调.造纸科学与技术，2002，21（4）：]
1976年国际照明委员会(CommissionInernation-aled’Edairage简称CIE)确定L*a*b*颜色空间，称之为CIELAB系统，所有的颜色可用L*、a*、b*三个轴的坐标来定义。L*为垂直轴，代表明度，其值从底部0(黑)到顶部100(白)。a*代表红绿轴上颜色的饱和度，其中，-a*(绿)，+a*(红)。b*代表蓝黄轴上颜色的饱和度，其中-b*(蓝)，+b*(黄)。a*、b*都是水平轴。两个颜色之间的总色差ΔE＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2。
颜色是眼睛和神经系统对光源的感觉，它是光源在眼睛的视网膜上形成的讯号刺激大脑皮层产生的反应，这种生理的反应就是颜色的感觉。颜色的三要素是：光源、观察物体和观察者(器)。可见光是一种电磁波,不同类型的电磁波是按照其波长的不同来区分其光谱的类型的。可见光只占自然界中光谱的一小部分，由于波长在380-760nm之间的光,可以被人的肉眼看见，物理学上把之称为可见光，在可见光谱中,蓝光的波长在400-480nm之间,红光的波长在630-760nm。当物体受到光源的照射时，会产生三种情况:穿透、吸收和反射。如果我们把物体对光的反射和吸收功能结合起来研究，我们就会明白颜色是如何产生的。我们知道，所有的物体对光有一定的吸收和反射的功能。物体由于本身的物理或化学的特性,物体将会吸收某些波长的光而同时反射其他波长的光，其本身所显示出来的颜色决定于吸收了哪些波长的光和反射哪些波长的光。如：当物体把波长在630-760nm的大多数光反射出来，那么物体就显示出红色；对于白色，由于所有波长的光都被反射出来，没有哪种波长的光占主导地位，所以看不到任何的颜色，物体显示为白色；对于黑色，由于物体吸收了大多数的光，所以显示为黑色。
色度学知识60-105
Ecmc 色差公式
Ecmc = cf SL L * 2 C * 2 H * 2 ÷ ÷ ÷ l SL c SC SH
式中: cf = 商业因子 l:c = 明度对彩度比
SH
SC
椭圆形 Ecmc 色空间
H*
C*
测量颜色
样品
三刺激值色度计
光电探测头 数据显示
X = 41.9 Y = 37.7
光源 红, 绿 和 蓝滤色片
Z = 8.6
一些色度计系统
D25-9000色度计
测量颜色
• 一色度分光光度计或一分光光度计用一 光源照射被测样品，被物体反射的光通 过光栅进行分光后通过二极管矩阵得到 每一波长下的光量。然后光谱数据被送 到处理器，处理器根据所选择的CIE照 明体数据和 2º或 10º标准观察者函数 将其转换成 X、Y、Z 值。
积分球几何构造 d/8º
包括镜面反射
分光器
去除镜面反射
分光器
光源
镜面反射
光源
样品
样品
光的反射
• 对不透光的材料大多数入射光被反射，在 漫反射中看见颜色，在镜面反射中看见光 泽。在镜面角度的反射与任一角度的反射 相比反射量最大。但是镜面反射的总量低 于总反射光的4%，其余的为漫反射。
光的反射
入射光 漫反射 镜面反射
在观察颜色时表面特征的影响
• 当你看一颜色相同但表面特征不同的样品 时，对每一颜色你的感觉是不一样的。表 面光泽高的样品看起来较深和彩度较高， 无光的和粗纹的表面看起来较浅和彩度较 低。
在色差测量中光泽的影响
• 在下一页中，整个卡上是相同颜色的涂料， 右边经过无光表面整理（作为试样测量）， 左边光泽高（作为标样测量）。注意：用 0º /45º几何构造（不包括镜面反射）仪器 所作的色差测量与你所见到的色差相一致 （无光一边稍浅和少红），这是因为0º /45º 测量时除了测量颜色，还考虑了表面对颜 色的影响。0º /45º 几何构造的仪器用于质量 控制应用时是非常好的，它与人眼看的方 式一致，结果也与人眼最接近。
基本色度学及相关
漫射/垂直（d/0）
▪ 用积分球照明样品，样品 的垂直线和光测轴之间的 夹角不应超过10°，积分 球的直径可以是任意大小， 但其开孔的总面积不能超 过积分球内部反射总面积 的10％，观察光束的任一 光线和观察轴之间的夹角 不应超过5°。
垂直/漫射（0/d）
▪ 照明光束的轴线与样品表面 的法线之间的角度不超过 10°，反射通量由积分球来 聚集，照明光束的任一光线 和照明光轴之间的夹角不超 过5°，积分球的直径可以 是任意大小，但开孔的总面 积不能超过积分球内部反射 总面积的10％ 。
光泽吸收阱
（三）单色器
作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器 按相应的波长检出。
（四）光电检出器
经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上 转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可 以处理的数据 。
光谱光度仪的常见品牌和型号
品牌
产品型号
爱色丽（X-Rite）
CE7000A，color i7,color i5, CE2180，CE-XTH, CE-XTS，
▪ Y＝30，x＝0.3927，
y＝0.1892是什么颜 色？
▪ 结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度） 提出了与颜色三属性有关联的一些概念：
▪ 主波长 ▪ 兴奋纯度 ▪ 亮度纯度
主波长
▪ 颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜 色的色调。
▪ 在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的 色度点（即色度坐标），连接两点做一直线， 并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨 迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的 主波长。
标准照明体D
▪ 标准照明体D代表了各种时相日光的相对光
谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。 它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型 日光色度轨迹。
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• 2.亮度信号的特点
• （1）亮度信号的幅度。亮度信号的幅度反映图像的亮暗 的程度。彩色电视信号一般采用正极性视频信号。正极性 视频信号用相对幅度 1（100%）来表示白图像，用零（ 0%）表示黑图像。也就是说信号幅度越大，图像越亮； 幅度越小，图像越暗。
绿差信号再生出来。
• 兼容制彩色电视发送端只要传送两个色差信号和一个亮度 信号即可传送彩色图像。
• 电视机中首先由绿差矩阵得到绿差信号，再由三个色差信 号与亮度信号得到三个基色信号，便可以得到彩色图像。
• UY+UR-Y=UR，UY+UG-Y=UG，UY+UB-Y=UB • 基色、亮度和色差信号的波形见下图。
国彩色电视机的制式为。 PAL-D/K制。
• 2.1.2 兼容制
• 兼容制是指彩色和黑白电视节目可以互看的电视制式。
• 兼容制彩色电视制式要求：
• （1）彩色电视信号中要有一个亮度信号，被黑白电视机 接收显示黑白图像，又能被彩色电视机显示彩色图像的亮 度
• （2）彩色电视信号中应有反映图像彩色的色度信号，用 来传送图像的彩色。
• 2. 色度信号的调制
• 色差信号的频谱结构与Y信号的频谱结构是相同的。将ຫໍສະໝຸດ 们直接混合在一起发送，会相互干扰，在
电视机中也很难将他们进行分离。为了在原有的Y
信号频带内兼容色度信号，必须将色差信号移频
，使之与Y信号的频谱结构错开，为此可采用频谱
交错技术，将色度信号安插到亮度信号的频谱空 隙中去。调制是一种最好的移频方法，不同的电 视制式采用了不同的调制方式，NTSC制彩色电视 采用平衡调幅制将色差信号移频。为了方便调制 须将色差信号先进行频带和幅度压缩。
2.2彩色全电视信号
• 2.2.1 亮度信号（Y或A） • 1．亮度信号的获得 • 亮度信号形成示意图如图2.1所示。
• 在彩色电视系统中，先将反映景物的光通过物镜成像，再经分色镜分解成红 、绿、蓝三个基色光图像，分别通过三摄像管把景物光像转换为红、绿、蓝 三个基色电信号UR, UG, UB。UR, UG, UB信号用电阻矩阵电路转换成为亮度 信号UY。
• （3）彩色电视机与黑白电视机采用相同的黑白制式。
• 2.1.3 三种兼容制彩色电视制式 • 1．NTSC制 • NTSC制一正交平衡调幅制。这种制式是用色差信号对彩色副载波进
行正交平衡调幅，所以也称做正交平衡调幅制。该制式兼容性较好， 具有图像色彩清晰及电视接收机电路结构简单等优点，但它对信号相 位失真十分敏感，容易产生色调失真。采用NTSC制的国家和地区主 要有美国、日本、加拿大、墨西哥及中国台湾等。 • 2．PAL制 • PAL制一逐行倒相正交平衡调幅制。在NTSC制的基础上，将已调的红 色差信号进行逐行倒相，克服了NTSC制的相位敏感性，使色调失真 得到改善，但接收机电路较为较复杂。采用PAL制的国家主要有德国 、芬兰、奥地利、中国等。 • 3．SECAM制。SECAM制—轮行调频制。这种制式是亮度信号每行 连续传送，两个色差信号逐行轮流传送。两个色差信号对两个频率不 同的副载波调频后，插入亮度信号一起传送。克服了NTSC制的相位 敏感性，同样也使接收机电路复杂化。而且，图像比前两种制式差。 采用SECAM的国家主要有前苏联、法国、东欧各国及部分非洲国家 。 • NTSC制、PAL制和SECAM制均可与黑白电视兼容，但因各种制式对 色度信号传输处理的方式及解调电路存在差别，使得它们之间不能相 互兼容。三种制式各有优缺点，所以它们能共存至今。
• 传送三基色信号可传送彩色图像，但在兼容制中已传送了 亮度信号，亮度信号与三基色的亮度是重复的，会造成信 号发射资源浪费。所以必须将基色信号中的亮度信号减掉 。
• （2）色差信号：基色与亮度信号之差，即：
• UR-UY=UR-0.3UR-0.59UG-0.11UB • UR-Y=0.7UR-0.59UG-0.11UB同理可得， • UG-Y=-0.3UR+0.41UG-0.11UB • UB-Y=-0.3UR+0.59UG+0.89UB • 色差信号中已没有亮度信号，所以称色度信号。传送色差
彩色电视机原理与维修（第2版） 电子教案（第2章）
第2章 电视图像信号
• 知识要点： 1.彩色全电视信号的组成、作用与特点。 2.电视信号的发送与接收。 3.彩色电视机的基本电路组成。
第2章 电视图像信号
• 2.1电视制式 • 2.1.1电视制式 • 电视制式：是电视广播与接收机之间约定的特定方式或技
术规范。电视制式包括了黑白电视制式和彩色电视制式两 部分。 • 1.黑白电视制式 • 黑白电视制式包括了扫描的方式方法及参数，及图像信号 与伴音信号的带宽、调制方式等主要参数。 • 部分黑白电视制式参见表2.1。我国采用D/K制。
• 2.彩色电视制式 • 彩色电视制式主要指彩色信号调制的方式方法。 • 三种彩色电视的制式的标准见表2.2。我国采用PAL制。 • 彩色电视机的制式应包括黑白制式与彩色制式两部分。我
图像a
图像b
1行信号波形
1H f = fH
图2.2 图像频率计算示意图
1H f = 4 fH
• （3）亮度信号的频带。从第1章可知，PAL-D/K制亮度信 号的B为5.5MHz，标称值为6MHz。
• 2.2.2色度信号（F或C）
• 1.色度信号
• （1）基色信号：彩色图像分解得到基色图像，经摄像可 得到基色信号。
• （2）亮度信号的频率。亮度信号的频率反映图像所占屏 幕面积的大小，即图像的繁简程度。
• 例如，图2.2中（a）亮度信号为每行一个信号周期，即亮
度信号的频率为行频fH。图2.2中（b）亮度号为每行四个 信号周期，即亮度信号的频率为4fH。显而易见，图像面
积越小，或者说图像越复杂，亮度信号的频率越高。
信号即可传送彩色，但不必要三个色差信号都传送。因为 ：
• UY=0.3UR+0.59UG+0.11UB 此式可改写为 0.3UY+0.59UY+0.11UY=0.3UR+0.59UG+0.11UB • 将上式移项并合并同系数项，可得：
• 0.59(UG-UY)=-0.3(UR-UY)-0.11(UB-UY)两边同除以0.59得： • UG-Y=-0.51UR-Y-0.186UB-Y • 说明绿差信号可以在电视机中通过色差矩阵由红差信号与