视频显示基础

视频显示基础第一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三5.1显示扫描原理

5.1.1逐行扫描 当摄像管或显像管的水平(行)和垂直(场)偏转线圈内分别流过行、场锯齿波电流ix和iy时，在水平方向和垂直方向两个偏转磁场的控制下，电子束在摄像管的靶面上或显像管的屏幕上作匀速直线扫描。电子束沿水平方向从左到右、从上到下以均匀速度顺序扫描，称为逐行扫描。电子束移动轨迹的集合就形成了光栅。逐行扫描形成的光栅称逐行扫描光栅，如图5-1所示。第二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-1逐行扫描光栅第三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 图中表示了加在水平和垂直方向的锯齿波及其对应的光栅。

其中：fx=1/Tx(行频)；fy=1/Ty(帧频)；Z为一帧中的光栅数。 逐行扫描简单、可靠、图像清晰，但是要求传输通道具有很宽的频带(足够的图像数据速率)。目前在广播电视系统中采用隔行扫描方式，而在计算机显示器中采用逐行扫描方式。第四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.1.2隔行扫描 隔行扫描光栅及相应的行、场扫描锯齿波形如图5-2所示。图5-2隔行扫描光栅及相应的行、场扫描锯齿波形第五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 为了简化，图中忽略了行、场扫描锯齿波的逆程时间。Tx为行扫描锯齿波的周期，Tv为场扫描锯齿波的周期。TF=2Tv是帧周期，一帧光栅由两场光栅嵌套而成。由图5-2可见，同样频率的一帧光栅，若采用隔行扫描方式，水平扫描锯齿波的频率可以降低一半。 行扫描光栅各帧必须重合，每帧的扫描行数Z为整数，即满足 为了形成隔行光栅，还必须保证偶数场的各行正好均匀地嵌套在奇数场的各行之间，所以对于奇数行的隔行光栅来说，设光栅行数Z=2n+1，则每一场的扫描线应为Z/2=n+1/2，也就是说每一场扫描光栅总有一个半根。同样，总存在关系第六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

我国电视制式是625行隔行扫描光栅，分两场扫描，行扫描频率为15625Hz，周期为64μs；场扫描频率为50Hz，周期为20ms；帧频是25Hz，是场频的一半，周期为40ms。第七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.1.3扫描的同步

1.同步 要想在电视接收机的屏幕上显示出清晰稳定的图画，发送和接收端的行、场动作必须严格一致，以保证各个像素在图像中相应的几何位置。在电视技术中，收、发端的电子束扫描顺序完全相同，即扫描电流波形既同频又同相，而波形幅度并不要求完全相同。

第八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-3同步信号与扫描电流(a)同步脉冲信号；(b)扫描电流波形第九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 因为在扫描的逆程时间内不传送图像信号，所以，可以利用行、场逆程时间来分别传送各自的同步脉冲信号，即在发送端每扫完一行加入一个行同步信号，每扫完一场加入一个场同步信号，它们与图像信号一起被发送出去。

2.复合消隐信号和复合同步信号 如前所述，扫描逆程期是不传送图像信号的，在这期间应使摄像管和显像管的扫描电子束截止，使之不干扰图像。为此，需在行、场扫描逆程期加入消隐信号。消隐信号有行消隐和场消隐之分，两者均混在一起便成为复合消隐信号。第十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 该信号的形状是不同宽度的矩形脉冲，幅度相当于黑色电平。设一行的时间为1H(在625行、50场的系统中，1H＝64μs)，根据规定，行消隐脉冲宽度为0.18H，场消隐脉冲宽度为25H，如图5-4(a)所示。由于采用隔行扫描，复合消隐脉冲信号有奇数场与偶数场的区别。 同步信号有行同步、场同步之分，两者混在一起而成为复合同步信号，其形状也是不同宽度的矩形脉冲。根据规定，行同步脉冲宽度为0.075H，场同步脉冲宽度为2.5～3.0H。复合同步脉冲信号也有奇数场与偶数场的区别，如图5-4(b)所示。同步信号也是在逆程中传送的，为了在接收端便于分离，它是“骑”在消隐脉冲顶部的，如图5-4(d)所示。复合同步信号主要用在接收端，发送端的同步通常使用行推动脉冲信号和场推动脉冲信号。第十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-4消隐脉冲和同步脉冲信号复合消隐脉冲信号；(b)复合同步脉冲信号；(c)图像信号；(d)视频信号第十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三5.2色度学基础

5.2.1三基色原理

1.色彩三要素 彩色光作用于人眼，使之产生彩色视觉。为了能确切地表示某一彩色光的度量，可以用亮度、色调和色饱和度等三个物理量来描述，并称之为色彩三要素。

1)亮度 亮度是描述光刺激人眼时引起视觉的明暗程度。一般说来，彩色光辐射的功率越大，亮度越高；反之，亮度越低。对于不发光的物体，其亮度取决于反射光功率的大小。第十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

2)色调 色调是指颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等不同颜色就是指的色调。

3)色饱和度 色饱和度是指某一颜色的深浅程度(或浓度)。

2.三基色原理 人眼的彩色视觉有这样一种特性，即某一单色光的彩色视觉可以由不同光谱的光组合而获得，并与该单色光产生相同的彩色感觉。第十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 三基色原理的主要内容如下：

(1)自然界几乎所有的颜色都可以用红、绿、蓝三种互为独立的基色按一定比例混合而得到。

(2)自然界中绝大多数颜色可以分解成红、绿、蓝三种基色。

(3)混合色的亮度等于各个基色亮度之和。在彩色电视中之所以选用红、绿、蓝作为三基色，其原因如下：

(1)人眼对红、绿、蓝三种颜色比较敏感; (2)红、绿、蓝三基色彼此互为独立;

第十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

(3)红、蓝色分布在可见光谱的两端，绿色处在中间，它们在光谱位置上相隔较远，因而由红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富，几乎能重现自然界的各种彩色。 彩色电视就是基于三基色原理，对自然景物及其色彩进行录入、处理、传输并重现彩色图像的。彩色显像管选择R、G、B三基色显示彩色信号，如图5-5所示。第十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-5彩色电视图像的摄取第十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

3.相加混色和相减混色 由三基色原理可知，适当选择三种基色，按不同比例混合，就可引起不同的色彩感觉。 合成彩色的亮度是三个基色的亮度之和，而色度(色调和饱和度)则由三个基色的比例决定。对人眼的混色可分为两类，即相加混色和相减混色。

1)相加混色 彩色电视将三种基色光按不同比例相混而获得不同彩色光的方法称为相加混色，如RGB混合，如图5-6所示。

第十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-6RGB相加混色第十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 相加混色按下列两种方法进行。

(1)将三种不同亮度的基色光同时投到一个全反射表面上从而合成不同的彩色——直接混合。

(2)利用人眼的视觉特性进行相加。 ˙将三种基色光按一定顺序轮流投射到同一表面上，只要轮流速度足够快，人眼产生的感觉就与直接混合时相同。这种方法称时间混合，是顺序制彩色电视的基础。 ˙将三种基色光分别投射到同一表面上邻近的三个点上，只要足够邻近，由于人眼分辨率的限制，也会产生相加混色，这是空间混合。第二十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 ˙利用两只眼睛同时分别看两种不同颜色的同一图像，也会产生相加混色效果，这就是生理混合。

2)相减混色(CMY相减混色)

用彩色墨水或颜料进行混合得到的彩色称为相减混色。之所以称为相减混色，是因为它减少(吸收)了人眼识别颜色所需要的反射光。 理论上，任何一种颜色都可以用三种基色颜料按一定比例混合得到。青色(Cyan)、品红(Magenta)、黄色(Yellow)这三种基色颜料混合称为CMY相减混色模型。在相减混色中，当三种基色等量相减时得到黑色；等量黄色(Y)和品红(M)相减而青色为0时，得到红色(R)；等量青色(C)和品红(M)相减而黄色(Y)为0时，得到蓝色；第二十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-7CMY相减混色

等量黄色(Y)和青色相减而品红(M)为0时，得到绿色(G)。三基色相减的结果如图5-7所示。彩色打印机和印刷彩色图片以及画家的颜料色彩都利用了相减混色原理。第二十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 按每个像素每种颜色用1位表示，则相减混色和相加混色各自生成的色彩以及它们之间的关系如表5-1所示。

第二十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三相加混色相减混色生成色关系R(红)G(绿)B(蓝)C(青)M(品红)Y(黄)颜色互为反码000111黑001110蓝010101绿011100青100011红101010品红110001黄111000白表5-1RGB相加混色与CMY相减混色的关系第二十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 相加色与相减色之间有一个直接的关系，自然就可以把显示的颜色转换成输出打印的颜色。相加混色与相减混色之间成对出现互补色。若RGB彩色空间和CMY彩色空间使用1个正立方体表示，也可表示出这种色彩的互补性，如图5-8所示。

图5-8RGB彩色空间和CMY彩色空间的表示法第二十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.2.2彩色的度量 按照三基色原理，彩色也是物理量。为了对彩色这个物理量进行度量和计算，国际照明委员会(CIE)选用物理三基色进行了配色试验，并于1931年建立了RGB计色系统。

1.配色实验——比色计 比色计是两块互成直角的白板，它们能将光波全反射，如图5-9所示。

第二十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-9配色实验原理图第二十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

2.配色方程与RGB计色系统

1)配色方程 物理三基色实质是红、绿、蓝三种单色光，它们的波长分别为700nm、546.1nm和435.8nm。通过配色试验测量，用R、G、B三基色光配成白光Ew时，所需R、G、B基色光的光通量之比为1:4.5907:0.0601。为便于计算，根据这个比例规定了三基色光的单位，分别用［R］、［G］、［B］表示：

1个红基色光单位［R］=1光瓦

1个绿基色光单位［G］=4.5907光瓦

1个蓝基色光单位［B］=0.0601光瓦第二十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 其中

1光瓦=680lm(流明)

所以，标准白光Ew可以用每个基色单位为1的物理三基色配出，即

F(Ew)=1[R]+1[G]+1[B]。 若每个基色分量同时增加K倍，配出的光仍然是标准白光Ew，只是光通量增大K倍而已。 确定基色单位［R］、［G］、［B］之后，对任意一种彩色光F，可由配色方程

F=R[R]+G[G]+B[B]第二十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 确定。式中的系数R、G、B为配出某种彩色光所需的一个单位基色光通量的倍数，称为三基色系数，它们的大小决定彩色光F的光通量，三者之间的比例决定F的色度。 例如，系数为R、G、B色光的光通量为

|F|=(R+4.5907G+0.0601B)lm R[R]、G[G]、B[B]称为F色光的三色分量。在不考虑光通量(亮度)只考虑彩色光的色度的情况下，起决定作用的是三色系数R、G、B的比例，而不是其值的大小。

2)RGB计色系统 已知配色方程为第三十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

F=R[R]+G[G]+B[B]

令m=R+G+B r=，g=，b=

则r+g+b=1

这说明r、g、b中只有两个系数是独立的。则

F=m{r[R]+g[G]+b[B]} |F|=m{r+4.5907g+0.0601b}

其中，m称为色模。该式的含义为：当规定所用的三基色单位总量为1时，为配出某给定色度的彩色光所需要的［R］、［G］、［B］的数值，即系数R、G、B。第三十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

3)RGB色度图 因为

r+g+b=1

所以只需其中两个色系数就可以表示彩色。用一个二维图表示RGB色度图，如图5-10所示。

图5-10RGB色度图第三十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三由图5-10可知：(1)单位红基色［R］的色度坐标为r=1，g=b=0单位绿基色［G］的色度坐标为g=1，r=b=0单位蓝基色［B］的色度坐标为b=1，r=g=0(r、g坐标的原点)［R］［G］［B］构成一个直角三角形。第三十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

(2)直角三角形的中心r=g=1/3(b=1/3)处为等能白光E。

(3)［R］与［G］的连线，r+g≡1，即b=0。在［R］［G］［B］彩色三角形之内，

r＋g≤1，r、g、b均为正值，说明三基色相加混合彩色均在彩色三角形之内。 但是配色实验表明，对于某些饱和度很高的色光(RGB三角形之外舌形曲线上的单色光)，不论用怎样的r、g、b比例均无法用三基色相加配出，而必须把1个或2个基色光移到待配色一侧，才能使屏幕两侧呈同一色感。被移置的那个基色光视为“负”的基色光，即色系数为“负值”。具有这类性质的彩色的色度坐标处在彩色三角形之外。第三十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

3.XYZ计色系统 按三基色原理，选择三种基色可以合成任意颜色。

XYZ计色系统规定的三基色，并不是真正的彩色，因此称之为假想三基色或计算三基色。

1)配色方程 由图5-10所示的RGB计色系统，可以写出计算三基色的配色方程：

F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]

其中，［X］、［Y］、［Z］为基色单位，X、Y、Z为系数。 选定［X］，［Y］，［Z］的条件如下：第三十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

(1)当用它们配出实际彩色光时，配色方程中的系数X、Y、Z均应为正数；

(2)系数Y值代表合成彩色光的总光通量，即彩色光的亮度只由Y反映，X、Z不含亮度信息，彩色光的色度仍由X、Y、Z的比例确定；

(3)当X=Y=Z时，合成等能白光E白。

2)配色方程归一化

第三十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 在只计算彩色光色度时，只需考虑X、Y、Z的相对比例，因此配色方程可改写为

x+y+z=1

其中x、y、z是三基色的相对系数，即有

x=，y=，z=

3)色度图 由R、G、B计色系统和X、Y、Z计色系统的关系，按标准观察者(色度仪)测定的数据进行换算，并转换到x、y坐标上，可得到X、Y、Z色度图，如图5-11所示。第三十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

图5-11XYZ色度图

m为反映三基色单位总量的色模，即m=X+Y+Z。 因为三个相对比例系数之和总为1，所以也是只有两个系数是独立的，即两个系数就可以表示色度。第三十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 由图5-11可知：

(1)所有单色光(λ不同)都在舌形曲线上，自然界所有实际彩色都在曲线之内，且所有配色方程的系数都为x、y、z。

(2)RGB系统选用的物理三基色都在XYZ色度图的舌形曲线上，[R]、[G]、[B]三点连线的三角形内是混色后能得到的彩色范围。

(3)E点代表白光，E(0.33,0.33)到舌形曲线单色光的连线上的点都有相同的色调，不同的彩色表示掺入白光的量(饱和度)，越靠近E点，说明掺入白光的量越大(饱和度越低)，越远离E点，说明掺入白光的量越小(饱和度大)，舌形曲线上的单色光纯度为100%。第三十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

4.显像三基色和亮度方程

1)显像三基色 彩色显像管利用空间混色重现彩色，但它的基色不是标准的［R］、［G］、［B］，只是与人眼感觉类似。选择显像三基色要求如下：

(1)将所选的三基色混合时应尽可能获得尽可能多的彩色，即三基色构成的三角形面积要尽可能大；

(2)基色的亮度足够亮，荧光粉的发光效率要高，以获得必要的亮度。

第四十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

2)亮度方程 按电视机中选用的荧光粉及C白(白天自然光的色度坐标)光源参数进行推算(配色)，可得到显示三基色［Re］、［Ge］、［Be］与[X]、[Y]、[Z]计算三基色之间的转换关系，即

或反之

(5.1)第四十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 用显示三基色的任意比例进行配色的配色方程为

Fe=Re[Re]+Ge[Ge]+Be[Be](5.2)

同样，用计算三基色的任意比例进行配色的配色方程为

Fe=X[X]+Y[Y]+Z[Z](5.3)

将式(5.2)和式(5.3)代入式(5.1)，可得到计算三基色与显示三基色系数之间的转换关系，即

第四十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 其中只有Y代表亮度(选择计算三基色单位［X］、［Y］、［Z］的条件)。所以亮度方程为

色度信号为X、Z(X、Y、Z中只有两个信号是独立的)。第四十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三5.3彩色电视制式 国际上采用三种兼容制彩色电视制式，即：

(1)正交平衡调幅制NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee，国家电视制式委员会)。这种制式在美国、加拿大、大部分西半球国家、台湾、日本、韩国、菲律宾采用。

(2)逐行倒相正交平衡调制PAL(Phase-AlternativeLine)。这种制式在我国、西德、英国、朝鲜采用。

(3)顺序传送彩色与存储制SECAM(SequentialCouleuràMémorire(法文))。这种制式在法、俄、东欧等国家使用。第四十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.3.1兼容制彩色电视制式

1.兼容的含义 因为黑白电视产生和发展在先，彩色电视推广在后，所以必须在制式上使黑白电视与彩色电视兼容，以避免资源的浪费。 兼容的含义是：

(1)黑白电视机能接收彩色电视广播、显示黑白图像，称正兼容; (2)彩色电视机能接收黑白电视广播，称为逆兼容。

2.兼容措施第四十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

(2)将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号和两个色度信号，并组合成彩色全电视信号发送(图像信号、伴音信号、行消隐、场消隐、行同步和场同步等信号的组合)，接收端恢复成三基色信号，显示彩色。

3.彩色电视信号 由前面的分析已知，为了传送彩色电视信号，该信号必须包括亮度信号Y和两个色差信号。 由显示三基色X、Y、Z方程可得

第四十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

从而显示彩色。 因为三个色差方程中，只有两个是独立的，所以可以选色差信号

U=B-Y，V=R-Y

将亮度信号Y与色差信号U、V调制后发送，接收端解调后还原成三基色。即

从而显示彩色。第四十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.3.2彩色电视制式

1.NTSC制(正交平衡调幅制) 1)YUV

为了实现兼容性，彩色电视要在同一频带内传送亮度信号和色差信号，高端传送色差信号，低端传送亮度信号。由同一载波频率的付载波传送两个色差信号，也就是使用两个色差信号调制频率相同，相位相差90°的两个付载波，然后混合发送，如下式所示。

其中，振幅为

第四十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 相位

合成以后的复合彩色信号电平中最多的是黄色和青色。因此要限制两个色差信号的幅度B－Y和R－Y，将合成的彩色电平幅度限制在一定的范围内，以符合人的视觉要求(黄色和青色不要太明显)，即 ，，，第四十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 由于K1，K2小于1，于是得到RGB与YUV的彩色转换矩阵：

图5-12I、Q坐标系与U、V坐标系 然后对U、V两个色差信号进行正交平衡调制。第五十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

2)YQI

对人眼视觉特性的研究表明，人眼对红黄之间的颜色分辨力最强，而对蓝品红之间的颜色的分辨力最弱。图5-12中的I轴表示人眼最敏感的色轴，而与之垂直的Q轴表示最不敏感的色轴。定量地说，IQ轴与UV正交轴有33°的夹角。这样，任一色度，既可由U、V表示，也可由Q、I表示。它们之间的关系为

利用亮度信号计算公式

Y=0.299R+0.587G+0.114B

及

第五十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 进行坐标转换以后对Y、Q、I进行正交平衡调制发送。

2.PAL逐行倒相正交平衡调制 若将色度信号U、V混色后表示为时间函数(混色)，则

其中

第五十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 可见，由色差信号U、V混色形成的基色与补色的色度信号可以用U、V坐标系中的矢量表示，如图5-13所示。图5-13在U、V坐标系中的彩色信号第五十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 图5-13中标出了8种基色和补色的矢量，从图中看出，品红色矢量处于第1象限内，当矢量逆时钟方向旋转时，颜色变化的顺序是品红－红－黄－绿－青－蓝－品红。 彩色相序的倒相可以按帧频、场频或行频、点频进行。 发送端混色信号为

其中

第五十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

3.SECAM(顺序传送彩色与存储制)

这种制式也是为了克服NTSC制的相位敏感性而研制的电视制式。 ˙发送：在SECAM制中，发送时由于依次逐行传送色差信号B－Y和R－Y，因而，在传送通道中同一时间内只存在一种色差信号，这就不可能产生互串现象，但亮度信号仍是每行都传送，所以SECAM制是一种顺序——同时制。 ˙接收：在接收机中必须同时存在Y、R－Y和B－Y三种信号，才能提供重现彩色图像所需要的R、G、B三种基色信号，因此SECAM制解码器使用延迟线把收到的每一个色差信号使用两次。第五十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 即在被传送的一行使用1次，并存储一行的时间(64μs)，然后再使用1次。也就是说每一行的色差信号，在当前行的U要与上行存储的V，或当前行的V要与上一行的U作为当前行的两个色差信号连同亮度一起去转换为显示R、G、B三基色。 由于每一行只传送一个色差信号，因此不必采用正交平衡调幅，可以采用调频发送。

4.电视信号传送过程 彩色电视信号的编码解码框图如图5-14所示。其工作原理如下：第五十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

图5-14彩色电视信号的编码解码框图第五十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 原始彩色图像的R、G、B信号，经过坐标空间变换，转换成亮度信号和色差信号(Y、U、V)，经过A/D转换(采样，量化)得到数字信号，然后发送。若Y、U、V各取8位，则每个像素需24位数据量，这种编码方式就是PCM编码。 接收端恢复R、G、B信号显示彩色图像。 发送端的“映射变换”以及量化器和编码器用于进行数据压缩，减少原始数据的相关性和数据冗余度，如JPEG标准中进行的处理。第五十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三5.4电视图像数字化 由于电视和计算机的显示机制不同，因此要在计算机上显示动态视频图像需要作许多技术处理。例如，电视是隔行扫描，计算机的显示器通常是非隔行扫描；电视是亮度(Y)和色度(C)的复合编码，而计算机的监视器工作在RGB空间；电视图像的分辨率和显示屏的分辨率也各不相同等等。这些问题在电视图像数字化过程中都需考虑。第五十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 在大多数情况下，数字电视系统都希望用彩色分量来表示图像数据，如RGB、YUV、YIQ彩色空间分量。电视图像数字化常用的方法有两种：

(1)先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。我们现在接触到的大多数电视信号都是复合的彩色全电视信号，如录像带、激光视盘、摄像机等。对这类信号的数字化，通常是先将其分离成YUV、YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用3个A/D转换器分别进行数字化。

(2)先对彩色电视信号数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YUV、YIQ或RGB分量信号。用这种方法对电视图像数字化时，只需一个高速A/D转换器。第六十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.4.1电视图像的采样格式 计算机中的彩色图像一般都用R、G、B分量表示，而电视图像一般都用一个亮度(Y)分量和两个色差(U和V)分量表示，YUV组成一个复合的电视信号。亮度分量的带宽是色差分量带宽的两倍。过去，电视图像数字化系统一般都使用分量数字化，对亮度和色差分别进行数字化，原因是复合电视信号和分量信号之间的相互转换比较容易。 电视图像的采样格式主要有三种，通常用“Y∶U∶V”的形式表示，Y、U、V分别代表亮度Y、色差U、色差V的样本数。电视图像的采样格式如表5-2所示。第六十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三表5-2电视图像的采样格式第六十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.4.2电视图像数字化标准 为了在PAL制、NTSC制和SECAM制之间确定共同的数字化参数，国际无线电咨询委员会(CCIR)制定了演播室质量的数字电视编码标准，称为CCIR601标准，在美国称为D1标准。这个标准对多媒体的开发应用相当重要，目前开发的许多多媒体硬件都以CCIR601作为基础。 表5-3给出了CCIR601推荐的采样频率与其他频率之间的关系。第六十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三表5-3电视数字化标准(CCIR601)摘要第六十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 表中的CR和CB为CCIR601标准中的V和U色差信号。在数字电视信号值一栏中，亮度为220级，而色度为225级，因为每个Y、CR、CB采样后都量化为8位二进制数，即256个等级。考虑到系统的需要，亮度和色差均留出了一些量化值，以备它用。

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图像信号采样，如ISDN、电视会议、CCITT-H.261及光纤通信等。对PAL制和SECAM制，采样频率fs为

fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz

N=864第六十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 其中，N为每行的采样点数。 对NTSC制，采样频率fs为

fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz

N=858

对4∶2∶2的电视图像采样格式，Y用13.5MHz的采样频率，CR和CB用6.75MHz的采样频率。采样时，采样频率信号要和行同步信号同步。 对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一条扫描行采样864个样本；对NTSC制的亮度信号，每一条扫描行采样858个样本。对所有的制式，每一扫描行的有效采样样本均为720个。每一扫描行的采样结构如图5-15所示。第六十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-15CCIR601的亮度采样结构第六十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 按照每一采样点为8bit计算，那么每个像素点数字化后的数字率应为

(13.5+6.75+6.75)×8=216Mb/s

即数据采样速率为每秒216Mb。 虽然CCIR601对每行的有效样本作了规定，但在实际显示图像时也有例外。例如在计算机中显示电视图像时通常采用下列分辨率：

NTSC制：640×480; PAL制和SECAM制：768×576。第六十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 电视图像既是空间的函数，又是时间的函数，而且又是隔行扫描，因而它的采样是按照扫描线的顺序对各像素点的值进行的，扫描完一帧，依次再扫描下一帧，从而得到连续视频图像。第六十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三5.5图像的属性和分类

5.5.1分辨率 我们经常遇到的分辨率有两种：显示分辨率和图像分辨率。

1.显示分辨率 显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目。第七十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 计算机用的CRT和家用电视机用的CRT之间的主要差别是显像管玻璃面上的孔眼掩膜和所涂的荧光物不同。孔眼之间的距离称为点距(DotPitch)，因此常用点距来衡量一个显示屏的分辨率。电视机用的CRT的平均分辨率为0.76mm，而标准SVGA显示器的分辨率为0.28mm。孔眼越小，分辨率就越高，这就需要更小更精细的荧光点。因此，同样尺寸的计算机显示器比电视机的价格贵得多。 早期用的计算机显示器的分辨率是0.41mm，随着技术的进步，分辨率已由0.41mm提高到0.26mm以下。第七十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

2.图像分辨率 图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，图像看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。 在用扫描仪扫描彩色图像时，通常要指定图像的分辨率，用每英寸多少点(dotsperinch，dpi)表示。如果用300dpi来扫描一幅8英寸×10英寸的彩色图像，就得到一幅2400×3000个像素的图像。分辨率越高，像素就越多。第七十二页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率确定的是组成一幅图像的像素数目，而显示分辨率确定的是显示图像的区域大小。它们之间的关系是：

(1)图像分辨率大于屏幕分辨率时，在屏幕上只能显示部分图像。例如，当图像分辨率为800×600，屏幕分辨率为640×480时，屏幕上只能显示一幅图像的64%左右。

(2)图像分辨率小于屏幕分辨率时，图像只占屏幕的一部分。例如，当图像分辨率为320×240，屏幕分辨率为640×480时，图像只占屏幕的四分之一。第七十三页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.5.2像素深度 像素深度是指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率的。像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。例如，一幅彩色图像的每个像素用R、G、B三个分量表示，若每个分量用8位，那么一个像素共用24位表示，就是说像素的深度为24，每个像素可以是224＝16777216种颜色中的一种。在这个意义上，往往把像素深度说成是图像深度。表示一个像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深。第七十四页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 虽然像素深度或图像深度可以很深，但各种VGA的颜色深度却受到限制。例如，标准VGA支持4位16种颜色的彩色图像，多媒体应用中推荐至少用8位256种颜色。由于设备的限制，加上人眼分辨率的限制，一般情况下，不一定要追求特别深的像素深度。此外，像素深度越深，所占用的存储空间越大。相反，如果像素深度太浅，也会影响图像的质量，图像看起来就很粗糙，很不自然。 在用二进制数表示彩色图像的像素时，除R、G、B分量用固定位数表示外，往往还增加1位或几位作为属性(Attribute)位。例如，RGB5∶5∶5表示一个像素时，用2个字节共16位表示，其中R、G、B各占5位，剩下一位作为属性位。在这种情况下，像素深度为16位，而图像深度为15位。第七十五页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 属性位用来指定该像素应具有的性质。例如，在CD-I系统中，用RGB5∶5∶5表示的像素共16位，其最高位(b15)用作属性位，并把它称为透明(Transparency)位，记为T。T的含义可以这样来理解：假如显示屏上已经有一幅图存在，当这幅图或者这幅图的一部分要重叠在上面时，T位就用来控制原图是否能看得见。例如，定义T＝1，原图完全看不见；定义T＝0，原图能完全看见。第七十六页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

5.5.3真彩色、伪彩色与直接色 搞清真彩色、伪彩色与直接色的含义，对于编写图像显示程序、理解图像文件的存储格式有直接的指导意义，也就能理解为什么用真彩色表示的图像经过VGA显示器显示后却不是原来图像的颜色。

1.真彩色(TrueColor)

真彩色是指组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。第七十七页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 如果用RGB8∶8∶8方式表示一幅彩色图像，就是R、G、B都用8位来表示，每个基色分量占一个字节，共3个字节，每个像素的颜色就是由这3个字节中的数值直接决定的，可生成的颜色数就是224＝16777216种。用3个字节表示的真彩色图像所需要的存储空间很大，而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜色的，因此在许多场合真彩色往往用RGB5∶5∶5来表示，每个彩色分量占5个位，再加1个显示属性控制位，共2个字节，生成的真颜色数目为215＝32K。真彩色示意图如图5-16(a)所示。

第七十八页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 在许多场合，真彩色图通常是指RGB8:8:8，即图像的颜色数等于224，也常称为全彩色(FullColor)图像。但在显示器上显示的颜色就不一定是真彩色，要得到真彩色图像需要有真彩色显示适配器，目前在PC上用的VGA适配器是很难得到真彩色图像的。

2.伪彩色(PseudoColor)

伪彩色图像的每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表(ColorLook-UpTable，CLUT)的表项入口地址去查找一个显示图像时使用的R、G、B强度值，用查找出的R、G、B强度值产生的彩色称为伪彩色。第七十九页，共八十九页，编辑于2023年，星期三 彩色查找表是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号。例如，16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，…，15号索引对应白色。彩色图像本身的像素数值和彩色查找表的索引号有一个变换关系，这个关系可以使用Windows95/98定义的变换关系，也可以使用用户自己定义的变换关系。使用查找表得到的数值显示的彩色是真的，但不是图像本身真正的颜色，它没有完全反映原图的彩色，所以称之为伪彩色，如图5-16(b)所示。第八十页，共八十九页，编辑于2023年，星期三图5-16真彩色和伪彩色图像之间的差别(a)真彩色示意图；(b)伪彩色示意图第八十一页，共八十九页，编辑于2023年，星期三

3.直接色(DirectColor)

每个像素值可分为R、G、B三个分量，每个分量作为单独的索引值对像素值作变换，也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度。用变换后得到的R、G、B强度值产生的彩色称为直接色，它的特点是对每个基色进行变换。 直接色系统产生的颜色与真彩色系统的相同之处是都采用R、G、B分量决定基色强度，不同之处是前者的基色强度直接用R、G、B决定，而后者的基色强度由R、G、B经变换后决定。因而这两种系统产生的颜色就有差别。试验结果表明，使用直接色在显示器上显示的彩色图像看起来真实且很自然。

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