数字电视基础

1、PAL与NTSC、隔行与逐行    电视机传统的电视系统分为ntsc制和pal制两套不同的标准，前者多用于美国、日本等地，后者多用于我国和欧洲等地。dvd在ntsc制的分辨率为720480，每秒30帧（29.97fps），在pal制的分辨率为720576，每秒25帧。为什么会有这样的区别呢？这和传统电视的成像原理有关。扫描方式这是一个听滥了的词，在这里简单说一下可有助于我们更深入的了解dvd的成像。我是那种一听见专业名词就头疼的人，所以尽量用大白话来说，大白话未必准确，甚至有可能产生误导，但是一听就懂，无关宏旨也就顾不得许多了。传统电视机是由电子枪显像管(crt)

2、显像的，显像管中的电子枪将电子流打在荧光屏上会出现一个亮点，电子枪以屏幕的左上角为原点，自左往右打一遍就会有一条横线的内容被显示出来(专业词汇叫电子束的水平偏转，听着就让俺头皮发紧)，自上往下的将这动作重复(垂直偏转)，一屏幕的内容就出现了，这就是其成像原理。但是被电子束激亮的荧光点在屏幕上不可能长时间亮着，很快就会消失(衰减)，为保持画面的完整和亮度，电子枪需要不断重复地打亮这些点，这个动作被称为扫描(scan)，整屏幕的扫描被称为刷新。就好象杂技中一个转盘子的节目，在长长的桌子上摆上几十个盘子，演员从第一个开始转起，到最后一个时第一个盘子已经快停下来了，于是又从头到尾来一遍。单就打点的过程

3、很类似于针式或者喷墨打印机的打印，只不过一页结束时又回到了页首。于是就出现了两个较别扭的名词，水平扫描频率(horizontal frequency)和垂直扫描频率(vertical frequency)，水平频率就是一秒能扫多少行，也被称为行频，垂直频率是一秒能扫多少屏，被称为场频。用场频乘以一屏的行数，自然就是行频。可是在过去，一秒扫多少屏并不如想象的简单。隔行扫描我们知道电影用每秒24帧的速度播放，使我们的人眼可以对物体有连续移动的错觉。电视同样也采用了类似的规格，ntsc(简称n制)的标准规定每秒需要30帧画面，每帧要有525行，在pal制中规定每帧需要有625行，很明显pal制比n制

4、内容要多些，所以扫得速度也就慢些，每秒规定要25帧画面。不管什么制式总要每秒能扫出大于24帧才算合格，这要求有很快的速度。但是传统技术使得电视机来不及一次将五六百行的内容都刷新一遍，电子枪扫描到屏幕下面时，上面的内容已经衰减了。于是采用了奇偶行交替的补救办法。第一遍先刷新奇数行，第二遍再刷新偶数行，第三遍在奇数行刚开始衰减时电子枪又杀回来了，重新刷新奇数行，如此反复。这种扫描方式被称为“隔行扫描”(interlace scan)，它一次虽然只能扫描一半屏幕，但毕竟不是上半部或者下半部，而是全屏，效果还是不错的，但会出现“行闪烁”，画面横向上像栅栏一样有稀疏感。因为实现成本低，效果也不错，所以被

5、电视台广泛采用为电视播出信号，我们看惯了也就习以为常了。隔行crt统治了将近半个世纪，这个惯性一直延伸到电脑的显示器领域。八卦一下，据说ibm三个字的商标设计灵感就来源于当时的隔行显示器，去看一眼你就知道过去我们在看怎样的电视了。电视机每扫描一遍被称为“一场”，n制每秒要有30帧内容，每帧要扫两场，那么每秒就是60场，所以n制的扫描频率是60hz。标准的扫描线要求有525行，水平频率是3052515750hz=15.75mhz，dvd只要求n制标准有480行就够了，也就是说真正在电视上显示出来的只有标准扫描线数的92%左右，于是画面就要经过一些计算和修饰，只要前者大于等于后者，显示起来绰绰有余

6、。当然两个数字越接近越不浪费扫描线，过去的vcd只要求有240线，为了配合4：3的比例，画面宽度只有320点，需要经过一些处理才能在电视上“放大”满屏，这个过程使得画面损失了清晰度而变得模糊。逐行扫描顾名思义，逐行扫描(progressive scan或者non-interlace scan)一帧不再需要奇偶行两场扫，只需要一行接一行一次完成。其实逐行扫描本身不是什么新鲜事，早在电视标准制定之初就有过讨论，但在同等技术成本下，电子枪逐行扫描有点“来不及”，扫描频率只有30hz，闪烁严重，还不如隔行的效果。随着技术的发展，逐行扫描的频率提高了一倍也达到了60hz，虽然逐行扫描不新鲜，但是能扫这么

7、快的逐行才是新技术。现在的逐行已非隔行可比，这样的速度如果扫描隔行图像，可以比普通隔行多扫一倍的密度，也就是多出一倍的扫描线，也可以在相同扫描线密度下对画面进行逐行的两场扫描，使画面稳定不再闪烁。在密实与稳定之间，逐行可以任选其一。逐行扫描在开始的生产成本很高，一直用在电脑领域，替代了以前的隔行显示器，字体的清晰度大大好转。不过电脑显示器的画面处理复杂程度远非电视可比，有个朋友曾在日立买过一台34寸的电脑显示器，价格在四万元左右，成本甚高。但是逐行在电脑领域的成功还是刺激了电视制造商，他们尝试做出低成本减化的逐行电视机（比如低扫描频率，低精度，高点距等）。我国逐行电脑显示器在九十年代初才开始普

8、及，而逐行电视的普及则是2000年后的事情。所以也可以说逐行扫描是从电脑显示器上衍生出来的电视标准。逐行扫描的电视相对于隔行，内容更加清晰，如果保持60hz的刷新频率，那么行频可以达到31.5khz，n制的525条扫描线是一次完成的。当然这是指真正意义上的逐行，如果信号源仍然是隔行信号（比如电视信号），那么就需要一个倍频转换器，实际效果等同于用隔行的方式模拟逐行，将同样的内容奇偶行复制，画面看起来密实了，但画面的真正细节并没有增加，从画质的角度来说，这种逐行被称为假逐行。因此要配合逐行的电视达到最佳效果，需要有逐行的信号源，比如逐行dvd机、电脑显示卡或者数字高清信号。100hz与变频这个名词

9、在前两年的电视业非常流行，一问电视必是100hz逐行。其实这是两个概念混用所致，很难注意到其中有n制与pal制的区别。逐行电视100hz与逐行这两种模式是不会同时出现的。100hz这个数字是来自于pal制电视。前文说过现在的电视扫描技术提升了一倍，普通pal制是50hz的，一帧要扫两场，但是有“行闪烁”，画面不稳定，如果将频率提高一倍成为100hz，那么行闪烁现象就被有效地控制住了，画面非常稳定，但扫描线还是有稀疏感。换成n制的话，逐行技术使得扫描线加倍，而频率依然保持在60hz。也就是说，100hz是pal制隔行时的频率，而逐行是n制下的显示效果。简单推论是，要逐行就到不了100hz，要10

10、0hz就到成不了逐行，因此，所谓的逐行电视在pal下是不能逐行的，这实在不为人所注意。为了解决这个问题，现在流行的电视采用了“变频”的技术，不管是n制还是pal制，都经过数字芯片的处理，转化成60hz或者75hz的逐行。75hz的逐行显示，其画面的密实度与稳定度已经很是可观，当然和显示器相比还有一些差距，因为显示器的指示更高。我们普通的电脑逐行显示器一般在1024768下能达到85hz(扫描频率在够用的情况下不会无缘无故的加大)，电视的指标则远远低于此(一般逐行都是以60hz在显示，部分电视有逻辑优化至75hz)。分辨率越高屏幕上的点就越多，扫描一遍就越吃力，衰减也越厉害，所以要求有更高的扫描

11、频率。当我们在用电脑显示器时，会看到最低分辨率640480下，只有60hz可以使用，这样低的分辨率不需要太快的刷新就可以应付。但如果调到800600，就会出现72hz、75hz、85hz之类的选择。如果再往高了调，只要你的显示器和显示卡可以承受，理论上二者的值是一起上升的。好的显示卡可以提升至120hz以上的刷新率，可惜普通的显示器无法承受。所以这些高的参数只有在液晶显示器里才能试试，因为液晶用的显象原理与crt根本不同，它的刷新率不过是摆摆样子为了与crt兼容，实际上你选什么频率对它都没有作用。在电脑显示器领域，如果让画面稳定不闪烁，并没有一个特定的不闪频率，而是随着分辨率的提高而提高。如果

12、85hz在1024768下不闪，那么在16001200下就难说了。而且眼睛因人而异，起初800600下60hz被定为稳定不闪的标准，后来根据调查发现有5%的人群对这一刷新频率仍然觉得闪烁，所以国际公认的不闪烁标准调整为800600的模式下85hz。电视的技术规格远远小于显示器，一些电视机的广告中称“不闪的才是健康的”这话倒是不假，但100hz的不闪与逐行是鱼与熊掌的关系，目前电视机在逐行状态下最高只支持到75hz。逐行电视现在都开始支持vga接口，vga的分辨率当然越高越好，如果有电视总在强调不闪和高频，其价格又是主流的话，有可能它支持的分辨率很低。高清电视的p与i高清数字电视是新一代电视标准

13、，这回的催生婆不是美国的电影大亨了，而是日本的电视网。高清电视的最佳收视效果需要电视台信号与电视机的共同工作，我国号称2005年试播，2010年普及，大大小小那么多电视台要更换设备，无数家庭要更换电视机，想想就头疼，真是耗大的工程。影业公司目前不会明确表态去支持一种电视规格，他们在观望下一代的光贮标准，虽然新一代dvd的战火已经燃起，但现在的dvd在相当长一段时间内（比如五到十年）仍然会占据主流地位，这不是技术商的原因，而是内容商（影业公司）所致。制作dvd是非常不易的一件事，影业公司不会轻易更换这套已经有成熟配套技术和优良市场的摇钱树。但是下一代dvd的发展，甚至未来数码电影的发展，都会与高

14、清电视标准有着千丝万缕的联系。不过就目前来说高清电视机还属于超前消费，鉴于电视这种家电“大件”购买后是轻易不会更换的，这为提前选购高清提供了理由。高清电视技术最有意思之处，一个是它以16：9为标准，另一个是它的兼容性。它几乎兼容所有的分辨率，从高清电视信号19201080，到1280720，从电脑分辨率16001200到640480。虽然标准如此，但成形的产品是逐步研制推出的。我们简要回顾一下电视机的发展历史，电视机从黑白到彩色，从小体积到大画面这是众所周知的事。crt显像管电视由于受技术局限，最大只能做到34寸，sony等少量厂家有38寸产品。所以在34寸走到尽头的时候，球形屏幕被柱形屏幕所

15、取代成为新的技术增长点，紧接着“超平”与“纯平”围绕屏幕形状又产生新的纷争。最终背投式彩电的出现打破了34寸的瓶颈，除了价格因素，其亮度和画质的粗糙一时还不能动摇crt的地位。此后逐行风暴来临，大有全面替代隔行之势。在逐行刚热乎的时候，高清数字电视标准便已出台，于是一些厂家纷纷将逐行产品向高清产品靠拢，出现了如100mhz逐行一样似是而非的名词，还有1050线，1250线，720p，1080i等。这都是逐渐向高清电视的最高标准靠近时的过渡产物。这些词是怎么来的呢？其实就是逐行的倍频概念，原来的n制是525线，pal制是625线，将它们乘以2就是所谓的1050线(1250线)，细微的区别是，商家

16、在宣传自己的产品时永远是用最大的支持峰值来宣传的，号称1050线的电视只有在n制下才有逐行，1250线则在pal下也支持了逐行。大部分用户不知道1050与1250间真正的区别，以为是扫描线凭空多了两百线。高清电视的标准分辨率支持到1280*720,最高分辨率为1920*1080，这是16：9的结果，同时还要兼顾电脑的4：3分辨率，所以高清电视有两个指标，一个是显示高清电视信号的分辨率，一个是显示电脑vga信号的分辨率。vga对我们来说是个通用的概念，指电脑的vga接口。在电视业中，640*480的分辨率才被称为vga，800*600是svga，1024*768是xvga，之后再大的分辨率如10

17、24*1024被称为xga，还有1280*768的xxga以及增强的uxga 1600*1200等。隔行的英文是interlace，用i来表示，逐行是progressive，用p来表示。在逐行推行的初期，有些电视曾号称支持1280*720i，这是指在隔行扫描下能支持到720线，将它除以2的话，支持逐行的电脑分辨率时，640*480都显得很吃力。因此“i”是有水份的，1920*1080i听上去有很高的分辨率，其实是隔行1080线，只能对付电脑逐行的800*600，经过一些修饰算法最多到1024*768，效果无法与同分辨率的显示器相比。1920*1080i的真正涵义是，就算有最高分辨率的高清电视信

18、号，它也能在隔行状态下支持，现在中低端的电视机都在宣传这个指标。真正逐行的标志是“p”，720*480p(简称480p，适用于dvd)，1280*720p(简称720p)，这才是货真价实的逐行扫描线数，一般1080i的电视可以支持到720p,并向下兼容480p，所以我们会看到一款高清数字电视参数有这样的写法“480p/720p/1080i”，而目前高清电视最高的分辨率是1920*1080p。从电视机方面讲，考虑到当时CRT电视在技术上的限制，同时为了照顾计算机行业显示器为逐行扫描系统，CRT在显示1280*720的图象时，采用逐行扫描系统，简称为720P。而在显示1920*1080的图象时，采

19、用隔行系统，简称1080i。按照当时的技术，还不可能生产1080P的CRT电视机，1080P的CRT电视机是21世纪才出现的。这就是720P、1080i和1080P概念的来历。     但是目前CRT已被淘汰，平板电视已取而代之。对于液晶和等离子电视而言，属于固定像素显示设备，显示图象时不需要扫描，而且各个像素点可以认为是同时发光，如果非要和隔行逐行的概念联系在一起，可以认为液晶和大多数等离子电视都是逐行扫描的。那么是不是说720P、1080i和1080P可以取消了呢，答案是否定的，因为还有一个摄象机的格式。    

20、; 从摄象机角度讲，高清摄象机虽然是数字的，但是扫描方式是从模拟摄象机沿用过来的，传统的模拟摄象机，全部为隔行的，而高清摄象机，在保留隔行扫描格式的同时，还增加了逐行扫描格式。     高清摄象机不仅保留了隔行、逐行之分，而且还保留了PAL制50Hz频率和NTSC 60Hz频率的区别，虽然高清已没有PAL和NTSC的分别，但是在美国、日本、韩国这些传统的NTSC地区，仍然保留了60Hz频率系统，而我国、澳大利亚、欧洲仍保留50Hz系统。高清节目都是数字信号，因此只要以分辨率表示就可以了。HDTV在拍摄的时候就分为隔行扫描和逐行扫描两种形式，而且帧频(每秒

21、钟显示的逐行图像数量)或场频(每秒钟显示的隔行图像)也不相同。     1280*720有5种帧频，分别为60P、50P、30P、25P、24P，可简称为720P，又可分别表示为720/60P(美国ABC电视台采用);720/50P;720/30P、720/24P(FOX台);720/25P。其中的720/50P、720/25P原本并没有，后来德国在选择高清图象标准时，曾有意选择720P系统，考虑到德国传统上是50Hz系统国家，因此一些厂家推出了支持720/50P、720/25P的摄象机，但是目前还没有任何国家选择这种标准，至多是个议题而已。 

22、    1920*1080的情况更加复杂，隔行的表示为1080i，逐行的表示为1080P。在美国、日本场频为60Hz，可表示为1080/60i，在我国、欧洲、澳大利亚，则为1080/50i，这两种格式都可称为1080i。事情并未因此而结束，为了方便高清节目的制作和交换，世界范围内统一采用了1080/24P的标准，这种标准还被作为数字电影摄像机的标准，著名的星战前传就是用1080/24P摄像机拍摄的，很多高清电视剧，比如大宅门也是1080/24P的，简称为1080P。     但是这仍不是1080P的全部内涵，对于平板电视，实

23、际上可以认为没有1080i和1080P的区别，因为目前图象处理电路技术发展非常快，运算速度非常快，处理能力非常强，均具有倍线技术。所谓倍线技术就是把隔行的1080i的图象处理成逐行的1080P的图象，可以把1080/50i完美处理成1080/50P，1080/60i处理成1080/60P，包括1080/24P的节目，更可非常轻松地处理为1080/50P或1080/60P。而且任何一台平板电视都有这种电路，稍微高档的平板电视处理效果都不错。      高清平板 争议更多     讲到这里，似乎还没有讲电视机的格式。关

24、于电视机的格式，更加复杂，液晶和等离子电视分辨率高低各不同，而各国和地区对于分辨率达到多少的液晶和等离子才算高清，说法也不一。     美国消费电子协会ECA和欧洲通信家电工业联合会EICTA规定的高清电视机分辨率必须达到1280*720以上。按照4月5日信息产业部公布的高清国标，高清平板电视分辨率必须达到1280*720。就是说，如果液晶和等离子分辨率达不到1280*720，2010年1月1日开始，就不能再称为高清电视了。     液晶电视分辨率全部可以达标，但是等离子可就热闹透了。42英寸等离子，分辨率有以下四

25、种，分别是:852*480、1024*768、1024*1024和1024*1080，全部不符合高清国标的要求。只有50英寸的等离子才符合高清国标。更复杂的是，1024*1024和1024*1080两种等离子，并不是逐行显示的，而是隔行交替发光，上面说“可以认为液晶和大多数等离子电视都是逐行扫描的”，就是因为这个原因。但是这个问题可不必在意，即使是隔行显示，对观看效果没有什么影响。     在平板电视中，特别是一些达不到高清国标要求的等离子电视仍在宣传材料上说是1080P的，这个1080P，和我们上面说的1080P还有不同的解释。以松下42PA60C为例

26、，物理分辨率只有852*480，不符合高清国标要求，松下所说的1080P，就是42PA60C可以接收1920*1080i的信号，并且可以处理成1920*1080P的格式。但是42PA60C的分辨率只有852*480，无法完全显示1920*1080个像素，所以还先把高清图象的分辨率降低为852*480的分辨率显示在42PA60C上。这种1080P就算不上是高清了，准确的说是兼容1080P。颜色空间概述 人类获取信息的7080%来源于视觉。 多媒体计算机的图像处理和视频效应的过程：首先必须把连续的图像函数f(x,y) 进行空间和幅值上的离散化处理。然后再将离散化的数字信息还原为连续的图像。将空间坐

27、标离散化与图像颜色离散化的两者结合叫做图像的数字化,离散化的结果称为数字图像。 1采样采样（Perceptionmedium）将空间连续坐标(x,y)函数离散化。采样原理（惠特克卡切尼柯夫香农）对连续图像彩色函数f(x,y)，沿x方向以等间隔x采样，采样点数为N；沿y方向以等间隔y采样，采样点数为N；于是得到一个NxN的离散样本阵列f(m,n) NxN，为了达到最小失真（还原）度，采样密度（间隔x与y应满足采样频率大于等于二倍的图像变化频率。采用上述采样定理后，所确定的数字图像的还原失真度最小（仍存在失真）。 2量化量化（Representationmedium）将图像函数f(x,y) 颜色的

28、离散化。 对每个离散点（像素）的灰度或颜色样本进行数字化处理。即：在样本幅值的动态范围内进行分层、取整，以正整数表示。用G=2m,表示一幅黑白灰度的图像表示为： 级（m） 8 7 6 5 4 3 2 1 灰度级 256 128 64 32 16 8 4 2 二颜色的基本概念亮度、色调、饱和度Y亮度：亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。主要表现光的强和弱。H色调：色调是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征。S饱和度：饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，表示颜色深浅的程度。例如：红 + 白光 =粉红色 饱和度下降

29、 红 + 另一种颜色的光色调发生变化色调和饱和度通称为色度。 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。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 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：NTSC电视制式：Y=0.299R+0.587G+0.114B PAL电视制式的亮度方程为：Y=0.222R+0.707G+0.07

30、1B 三彩色空间表示 1RGB彩色空间一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混合模型。计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。在RGB彩色空间，任意彩色光F的配色方程可表达为： F = rR（红色百分比） +gG（绿色百分比） + bB（蓝色百分比） 2CMY色彩空间一个能不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混合模型。彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。油

31、墨或颜料的三基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。青色对应蓝绿色；品红对应紫红色。理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩空间。青色，品红，黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。 3YUV和YIQ彩色空间电视系统中用YUV和YIQ模型来表示的彩色图像。·PAL彩色电视制式中使用YUV模型：Y表示亮度信号，U、V表示色差信号，UV构成彩色的两个分量。·NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。

32、YUV 彩色空间特点· 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。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。黑白电视机能够接收彩色电视信号也就是利用了YUV分量之间的独立性。电视系统为什么采用YUV或YIQ模型呢？·眼对彩色图象细节的分辨本领比对黑白图象低，因此，对色差信号， U , V，可以采用“大面积着色原理”。大面积着色原理· 用亮度信号Y 传送细节，用色差信号U . V 进行大面积涂色。因此，彩色信号的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色差信号的带宽变窄。正

33、是由于这个原因，在多媒体计算机中，采用了YUV彩色空间，数字化的表示，通常采用Y:U:V = 8:4:4， 或者 Y:U:V = 8:2:2。·例如8:2:2具体的做法是：对亮度信号Y，每个像素都用8位2进制数表示（可以有256级亮度），而U ， V 色差信号每4个像素点用一个8位数表示，即画面的粒子变粗，但这样能够节约存储空间，将一个像素用24为表示压缩为用12位表示，节约1/2存储空间，而人的眼睛基本上感觉不出这种细节的损失，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。YIQ彩色空间的优点 ·美国，日本等国采用了NTSC制式，选用的是YIQ彩色空间。Y仍为亮度信号，I，Q仍为色

34、差信号，他们与U, V不同，（但可以相互转换）。选择YIQ彩色空间的好处：·人眼的彩色视觉的特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。通过一定的变化，I对应于人眼最敏感的色度，而Q对应于人眼最不敏感的色度。这样，传送Q可以用较窄的频宽，而传送分辨率较强的I信号时，可以用较宽的频带。对应于数字化的处理，可以用不同位数的字节数来记录这些分量。 4HIS彩色空间 HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）来描述色彩。HSI色彩空间可以用一个圆

35、锥空间模型来描述。用这种描述HSI色彩空间的圆锥模型相当复杂，但的确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。HSI彩色空间的优点：·我们通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。·采用HSI彩色空间减少彩色图象处理的复杂性，增加快速性，它更接近人对彩色的认识和解释。例如对色调、饱和度和亮度通过算法进行操作。在图象处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HIS空间中方便的使用。它们可以分开处理而且是互

36、相独立的，因此HIS彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。 四彩色空间的转换及实现技术 RGB，HSI，YUV，CMYK等不同的色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着相互转换关系，这种转换可以通过数学公式的运算而得。例如，CMY为相减混色，它与相加混色的RGB空间正好互补。1RGB与CMYK彩色空间的转换 CMYK为减基色，RGB为加基色，两个空间正好互补，用白色减去RGB空间中的某一彩色值就等于同种颜色在CMYK空间中的值。红色青色绿色品红蓝色黄色白色 RGB相加混色 CMYK相减混色 对应色彩 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0

37、 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 2YUV、YIQ、HIS与RGB之间的转换YUV格式概述YUV是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL），是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。其中的Y,U,V几个字母不是英文单词的组合词，Y代表亮度，uv代表色差，u和v是构成彩色的两个分量。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机或彩色CCD摄影机进行取像，然后把取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RY（即U）、BY（即V），最后发送

38、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信号分量，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相容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。 优点作用YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是

39、灰阶值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。其中，Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。 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

40、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。对于数字视频，定义了从 RGB 到两个主要 YUV 的转换。这两个转换都基于称为 ITU-R Recommendation BT.709 的规范。第一个转换是 BT.709 中定义用于 50-Hz 的较早的 YUV 格式。它与在 ITU-R Recommendation BT.601 中指定的关系相同， ITU-R Recommendation BT.601 也被称为它的旧名称 CCIR 601。这种格式应该被视为用于标准定义 TV 分辨率 (720 x 576) 和更低分辨率视频的首选 YUV 格式。它的特征由下面两个常量 K

41、r 和 Kb 的值来定义：Kr = 0.299Kb = 0.114第二个转换为 BT.709 中定义用于 60-Hz 的较新 YUV 格式，应该被视为用于高于 SDTV 的视频分辨率的首选格式。它的特征由下面两个不同的常量值来定义：Kr = 0.2126Kb = 0.0722从 RGB 到 YUV 转换的定义以下列内容开始：L = Kr * R + Kb * B + (1 Kr Kb) * G然后，按照下列方式获得 YUV 值：Y = floor(2(M-8) * (219*(LZ)/S + 16) + 0.5)U = clip3(0, 2M-1, floor(2(M-8) * (112*(B

42、-L) / (1-Kb)*S) + 128) + 0.5)V = clip3(0, 2M-1, floor(2(M-8) * (112*(R-L) / (1-Kr)*S) + 128) + 0.5)其中M 为每个 YUV 样例的位数 (M >= 8)。Z 为黑电平变量。对于计算机 RGB，Z 等于 0。对于 studio 视频 RGB，Z 等于 16*2，其中 N 为每个 RGB 样例的位数 (N >= 8)。S 为缩放变量。对于计算机 RGB，S 等于 255。对于 studio 视频 RGB，S 等于 219*2。函数 floor(x) 返回大于或等于 x 的最大整数。函数 c

43、lip3(x, y, z) 的定义如下所示：clip3(x, y, z) = (z < x) ? x : (z > y) ? y : z)Y 样例表示亮度，U 和 V 样例分别表示偏向蓝色和红色的颜色偏差。Y 的标称范围为 16*2 到 235*2 。黑色表示为 16*2 ，白色表示为 235*2 。U 和 V 的标称范围为 16*2 到 240*2 ，值 128*2 表示中性色度。但是，实际的值可能不在这些范围之内。对于 studio 视频 RGB 形式的输入数据，要使得 U 和 V 值保持在 0 到 2M-1 范围之内，必需进行剪辑操作。如果输入为计算机 RGB，则不需要剪辑操

44、作，这是因为转换公式不会生成超出此范围的值。这些都是精确的公式，没有近似值。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。 YUV主要的采样格式主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮

45、度值(也就是Y值)，每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以， 原来用 RGB(R，G，B 都是 8bit unsigned) 模型， 1个点需要 8x3=24 bits（如下图第一个图），（全采样后，YUV仍各占8bit）。按4:1:1采样后，而现在平均仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits（4个点，8*4（Y）+8(U)+8(V)=48bits）, 平均每个点占12bits(如下图第二个图)。这样就把图像的数据压缩了一半。 上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的，下面给出几种具体的存储形式： （1） YUV 4:4

46、:4 YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。 下面的四个像素为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3（2） YUV 4:2:2每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。下面的四个像素为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U

47、2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3映射出像素点为：Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V3（3） YUV 4:1:14:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。下面的四个像素为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3映射出像素点为：Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0

48、V2 Y3 U0 V2（4）YUV4:2:04:2:0并不意味着只有Y，Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0.以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。下面八个像素为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3Y5 U5 V5 Y6 U6 V6 Y7U7 V7

49、 Y8 U8 V8存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8映射出的像素点为：Y0 U0 V5 Y1 U0 V5 Y2 U2 V7 Y3 U2 V7Y5 U0 V5 Y6 U0 V5 Y7U2 V7 Y8 U2 V7 各种YUV格式（图）YUV格式通常有两大类：打包（packed）格式和平面（planar）格式。前者将YUV分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）；而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量，就像是一个三维平面一样。表2.3中的YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。（注

50、意：在介绍各种具体格式时，YUV各分量都会带有下标，如Y0、U0、V0表示第一个像素的YUV分量，Y1、U1、V1表示第二个像素的YUV分量，以此类推。）¨ YUY2（和YUYV）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每两个像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示2个像素。（4:2:2的意思为一个宏像素中有4个Y分量、2个U分量和2个V分量。）图像数据中YUV分量排列顺序如下：Y0 U0 Y1 V0 Y2 U2 Y3 V2 ¨ YVYU格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：Y0 V0 Y1 U0 Y2 V2 Y3 U2 ¨

51、UYVY格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：U0 Y0 V0 Y1 U2 Y2 V2 Y3 ¨ AYUV格式带有一个Alpha通道，并且为每个像素都提取YUV分量，图像数据格式如下：A0 Y0 U0 V0 A1 Y1 U1 V1 ¨ Y41P（和Y411）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。图像数据中YUV分量排列顺序如下：U0 Y0 V0 Y1 U4 Y2 V4 Y3 Y4 Y5 Y6 Y8 ¨ Y211格式在水平方向上Y分量每2个像素采样一次，而UV分量每4个

52、像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示4个像素。图像数据中YUV分量排列顺序如下：Y0 U0 Y2 V0 Y4 U4 Y6 V4 ¨ YVU9格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个4 x 4的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。图像数据存储时，首先是整幅图像的Y分量数组，然后就跟着U分量数组，以及V分量数组。IF09格式与YVU9类似。¨ IYUV格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个2 x 2的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。YV12格式与IYUV类似。¨ YUV411

53、、YUV420格式多见于DV数据中，前者用于NTSC制，后者用于PAL制。YUV411为每个像素都提取Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。YUV420并非V分量采样为0，而是跟YUV411相比，在水平方向上提高一倍色差采样频率，在垂直方向上以U/V间隔的方式减小一半色差采样，如上图所示。电视接口现在电视机背后密密麻麻的接口，第一眼看过去让人眼花缭乱，有点晕的感觉。电视机的接口从早期最常见的有线TV（RF）输入、AV接口、S端子、色差分量接口、VGA接口、DVI接口、USB、1394接口等，到如今又出现了最尖端的HDMI数字高清接口。我们知道，视频接口的发展是实现高清的前提。高清电

54、视需要配备相应的接口，才能完全发挥其高清的画质。电视机接口的不断发展，除了是一个更新换代的过程以外，这些接口还是为了满足不同人群特别需求而进行的设计。这里就电视机中各种常见的接口作一介绍，以便帮助不同人群根据自己的需求选用。一、TV输入接口：TV接口又称RF射频输入，毫无疑问，这是在电视机上最早出现的接口。TV接口的成像原理是将视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)相混合编码后输出，然后在显示设备内部进行一系列分离/解码的过程输出成像。由于需要较多步骤进行视频、音视频混合编码，所以会导致信号互相干扰，所以它的画质输出质量是所有接口中最差的。二、AV接口（又称RCA）：AV接口可以算是TV

55、输入的改进型接口，它与TV接口，在外观方面有了很大不同。它分了三条线，分别为:音频接口(红色与白色线，组成左右声道)和视频接口(黄色)。在连接方面非常简单，只需将3种颜色的AV线与电视端的3种颜色的接口对应连接即可。由于AV输出仍然是将亮度与色度混合的视频信号，所以依旧需要显示设备进行亮度和色彩分离，并且解码才能成像。这样的做法必然会对画质造成损失，所以AV接口的画质依然不能让人满意。总体来说，AV接口实现了音频和视频的分离传输，在成像方面可以避免音频与视频互相干扰而导致的画质下降。AV接口在电视与DVD连接中使用的比较广，是每台电视必备的接口之一。三、S端子：S端子可以说是AV端子的改进，在

56、信号传输方面不再将色度与亮度混合输出，而是分离进行信号传输，所以我们又称它为“二分量视频接口”。与AV 接口相比，S端子不在对色度与亮度混合传输，这样就避免了设备内信号干扰而产生的图像失真，能够有效的提高画质的清晰程度。与AV接口相比，S端子不再对色度与亮度混合传输，这样就避免了设备内信号干扰而产生的图像失真，能够有效的提高画质的清晰程度。但SVideo仍要将色度与亮度两路信号混合为一路色度信号进行成像，所以说仍然存在着画质损失的情况。虽然S端子不是最好的，不过一般情况下AV信号为640线，S端子可达到1024线，但是这需要由片源来决定。一般来说这种接口在DVD、PS2、XBOX、NGC等视频

57、和游戏设备上广泛使用。四、色差分量接口：目前分量接口应用，并不算很普遍。主要的原因是一些CRT电视机并没有提供色差分量的输入接口。简单的说，相比过去的AV和S端子，色差是将信号分为红、绿、蓝三种基色来输入的。通过将这三种色彩直接提取出来的画面将更加的清晰、色彩更加逼真。色差连接还需要独立的2条音频线，类似于AV中的红线和白线，分别负责左右声道。色差分为逐行和隔行显示，一般来说分量接口上面都会有几个字母来表示逐行和隔行的。用YCbCr表示的是隔行，用YPbPr表示则是逐行，如果电视只有YCbCr分量端子的话，则说明电视不能支持逐行分量，而用YPbPr分量端子的话，便说明支持逐行和隔行2种分量。一般来说，档次好一些的电视拥有2组甚至3组分量接口，稍差一些的电视可能只有一组隔行，比如上面图中的电视就是有2组逐行接口。这种接口在DVD、PS