彩色数字图像视频基础

彩色数字图像视频基础第1页，课件共99页，创作于2023年2月主要内容视觉系统对颜色的感知图像的颜色模型图像的三个基本属性图像的种类伽马(

)校正JPEG压缩编码常用图像文件格式第2页，课件共99页，创作于2023年2月主要内容视觉的时间域响应特性YUV、YIQ与YCrCb颜色空间彩色电视制式彩色电视信号的类型电视图像数字化图像子采样数字电视简介第3页，课件共99页，创作于2023年2月Part1彩色数字图像基础第4页，课件共99页，创作于2023年2月可见光波长范围为380nm～780nm大多数可见光由不同波长的光组合而成眼睛本质上是一个照相机人的视网膜(humanretina)通过神经元来感知外部世界的颜色神经元或者是一个对颜色敏感的锥体(cone)，或者是一个对颜色不敏感的杆状体(rod)人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞颜色只存在于眼睛和大脑中，是视觉系统对可见光的感知结果红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不同的颜色视觉系统对颜色的感知第5页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等）第6页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知颜色响应曲线表明人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度亮度响应曲线表明人眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感第7页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知光谱与颜色许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜色）是一样的，对应是多对一的匹配等色光谱分布不同而看上去相同的两种颜色，也称为条件等色三刺激理论绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红（700nm）、绿（546.1）、蓝（435.8nm）三色光按不同比例和强度的混合来等效表示第8页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线第9页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知第10页，课件共99页，创作于2023年2月从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素色调（hue）色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等色调大致对应光谱分布中的主波长视觉系统对颜色的感知第11页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知饱和度（Saturation）饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程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，或纯度越低高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光第12页，课件共99页，创作于2023年2月视觉系统对颜色的感知明亮度（luminance）明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗试验表明人的眼睛能分辨128种不同的色调10－30种不同的饱和度而对亮度非常敏感人眼大约可以分辨35万种颜色第13页，课件共99页，创作于2023年2月颜色模型颜色模型（colormodel）用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间颜色空间通常用三维模型表示空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定HSL颜色模型对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色RGB颜色模型对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描述颜色CMYK颜色模型对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色第14页，课件共99页，创作于2023年2月HSL颜色模型在HSL模型中，H定义色调；S定义颜色的深浅程度或饱和度；L定义亮度。RGB模型和CMYK模型主要是面向设备的，而HSL模型更容易被人理解和控制。第15页，课件共99页，创作于2023年2月理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿、蓝(RGB)三色光按不同比例和强度的混合来表示

颜色C＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋

B(蓝色的百分比)RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩色RGB颜色模型第16页，课件共99页，创作于2023年2月CMYK颜色模型在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄色yellow）按一定比例混合得到理论上，青色、品红和黄色三种基本色素等量混合能得到黑色实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混合实际上产生一种土灰色，必须与黑色(K)油墨混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为基本色形成CMYK颜色模型CMYK模型称为相减混色模型第17页，课件共99页，创作于2023年2月相加色与相减色的关系第18页，课件共99页，创作于2023年2月RGB模型到CMYK模型的转换分色算法（F代表白色）第19页，课件共99页，创作于2023年2月颜色模型的空间表示RGB彩色空间和CMY彩色空间的表示法第20页，课件共99页，创作于2023年2月图像的分类矢量图与点位图矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。用数学方法来描述一幅图矢量图的优点缩放、旋转、移动时图像不会失真存储和传输时数据量较小矢量图的缺点图像显示时花费时间比较长真实世界的彩色图像难以转化为矢量图第21页，课件共99页，创作于2023年2月图像的分类矢量图与点位图点位图是将一副图像在空间上离散化，即将图像分成许许多多的像素，每个象素用若干个二进制位来指定该像素的颜色或灰度值点位图的优点显示速度快真实世界的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转化为点位图点位图的缺点存储和传输时数据量比较大缩放、旋转时算法复杂且容易失真第22页，课件共99页，创作于2023年2月图像的分类矢量图点位图第23页，课件共99页，创作于2023年2月图像的分类灰度图与彩色图标准单色图标准灰度图第24页，课件共99页，创作于2023年2月图像的分类灰度图与彩色图256色标准图像24位标准图像第25页，课件共99页，创作于2023年2月分辨率显示分辨率指显示屏上能够显示出的象素数目同样大小显示屏能够显示的象素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高640×480，1024×768图像分辨率指组成一副图像的像素的密度，一般用单位长度上包含像素的个数来衡量常用单位为DPI（dotsperinch），即每英寸多少点图像的基本属性第26页，课件共99页，创作于2023年2月像素深度存储每个像素所用的位数决定彩色图像每个像素可能有的颜色数，或灰度图像每个像素可能有的灰度级数调色板假如一个彩色图像只包含24位真彩色空间中的16个离散的点（16色图），则可以建立一个颜色查找表，表中的每一行记录一组RGB值，实际像素的值用来指定该点颜色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量这个颜色查找表就叫做调色板图像的基本属性第27页，课件共99页，创作于2023年2月真彩色、伪彩色与直接色真彩色：是指在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。直接色：每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。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。伪彩色：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(调色板)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。图像的基本属性第28页，课件共99页，创作于2023年2月设备图像系统中一般包含输入设备（扫描仪、摄像机、数码相机）、存储设备（胶片、磁盘）和输出设备三大模块设备的输入输出特性曲线光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是非线性的表现为幂函数的形式：y＝xn

输出＝(输入)γ

（按照惯例，“输入”和“输出”都缩放到0～1之间）整个图像系统的传递函数是一个幂函数＝1×2×…×

n伽马(

)校正第29页，课件共99页，创作于2023年2月伽马(

)校正再现原始场景若图像再现环境为明亮环境，则必须使整个系统的γ＝1如果为暗淡环境，则整个系统的γ

1.25如果为黑暗环境，则使系统的γ

1.5伽马(

)校正实际图像系统的值并非符合我们要求的值，且是不能随意改变的加入一个中间环节来校正整个系统的值，即补偿系统的非特性曲线，使之接近于应用环境所要求的值第30页，课件共99页，创作于2023年2月伽马(

)校正Photoshop中提供的Gamma校正功能第31页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码JPEG专家组开发的压缩算法采用以离散余弦变换(DiscreteCosineTransform，DCT)为基础的有损压缩算法在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别采用以预测技术为基础的无损压缩算法。JPEG2000：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波变换。JPEG有损压缩方法利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。第32页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码JPEG压缩编码-解压缩算法框图第33页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码JPEG有损压缩方法大致分成三个步骤使用DCT把空间域表示的图变换成频率域表示的图。使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。第34页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：DCT对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8×8的图像块，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。量化(quantization)量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。Z字形编码(zigzagscan)量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度，方法是按照Z字形的式样编排第35页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码4．使用差分脉冲编码调制(differentialpulsecodemodulation，DPCM)对直流系数(DC)进行编码8*8图像块经过DCT变换之后得到的DC直流系数有两个特点：一是系数的数值比较大，二是相邻8´8图像块的DC系数值变化不大。根据这个特点，JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量化DC系数的差值(Delta)进行编码。5．使用行程长度编码(run-lengthencoding，RLE)对交流系数(AC)进行编码量化AC系数的特点是1*64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码。6．熵编码(entropycoding)在JPEG有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵第36页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码正向离散余弦变换（1）对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成若干个8×8的图像块，如图所示，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。第37页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码（2）DCT变换使用下式计算C(u)，C(v)=(2)-1/2，当u,v=0；

C(u)，C(v)=1，其他。f(i,j)经DCT变换之后，F(0,0)是直流（DC）系数，其他为交流（AC）系数。第38页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码（3）在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把两维的DCT变换变成一维的DCT变换：第39页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码量化：对经过FDCT变换后的频率系数进行量化目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因对于有损压缩算法，JPEG算法使用如下左图所示的均匀量化器进行量化量化步距按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量化值（如下的左表）和色差量化值（如下的右表）人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，左上角的量化步距要比右下角的量化步距小表中的数值对CCIR601标准电视图像已经是最佳的可以替换成自己的量化表第40页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码Z字形编排

量化后的系数要重新编排，以增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度Z字形的编排如下图所示把一个8×8的矩阵变成一个1×64的矢量，频率较低的系数在矢量顶部0156141527252471316262942381217253041439111824314044531019233239455254202233384651556021343747505659613536484957586263第41页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码直流系数的编码DC直流系数有两个特点系数的数值比较大相邻8×8图像块的DC系数值变化不大JPEG算法使用了差分脉冲调制编码（DPCM）技术对相邻图像块之间量化DC系数的差值（Delta）进行编码Delta＝DC(0,0)k-DC(0,0)k-1

交流系数的编码AC系数的特点是1×64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码使用1个字节的高4位来表示连续“0”的个数，而使用它的低4位来表示编码下一个非“0”系数所需要的位数，跟在它后面的是量化AC系数的数值第42页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码熵编码对DPCM编码后的直流DC系数和RLE编码后的交流AC系数作进一步的压缩JPEG有损压缩算法使用霍夫曼编码器来减少熵可以使用很简单的查表（LookupTable）方法进行编码压缩数据符号时，对出现频度比较高的符号分配比较短的代码，而对出现频度较低的符号分配比较长的代码可变长度的霍夫曼码表可以事先定义好右表所示是DC码表符号举例。如果DC的值(Value)为4，符号SSS用于表达实际值所需要的位数，实际位数就等于3。第43页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码组成位数据流JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据便于传输、存储和译码器进行译码这样的组织的数据通常称为JPEG位数据流（JPEGbitstream）第44页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码应用JPEG算法举例源图像样本重建图像样本第45页，课件共99页，创作于2023年2月量化表量化表第46页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG压缩编码规格化量化系数规格化量化系数第47页，课件共99页，创作于2023年2月图像文件格式BMP图像文件格式位图文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的图像文件存储格式，在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持这种格式，BMP位图文件默认的文件扩展名是bmpBMP文件大体上分为四个部分位图文件头BITMAPFILEHEADER位图信息头BITMAPINFOHEADER调色板Palette实际的位图数据ImageData第48页，课件共99页，创作于2023年2月BMP图像文件格式文件头typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORDbfType;/*说明文件的类型*/DWORDbfSize;/*说明文件的大小，用字节为单位*/WORDbfReserved1;/*保留，设置为0*/WORDbfReserved2;/*保留，设置为0*/DWORDbfOffBits;/*说明从BITMAPFILEHEADER结构开始到实际的图像数据之间的字节

偏移量*/}BITMAPFILEHEADER;第49页，课件共99页，创作于2023年2月BMP图像文件格式信息头typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize;/*说明结构体所需字节数*/LONGbiWidth;/*以像素为单位说明图像的宽度*/LONGbiHeight;/*以像素为单位说明图像的高度*/WORDbiPlanes;/*说明位面数，必须为1*/WORDbiBitCount;/*说明位数/像素，1、2、4、8、24*/DWORDbiCompression;/*说明图像是否压缩及压缩类型*/DWORDbiSizeImage;/*以字节为单位说明图像大小*/LONGbiXPelsPerMeter;/*说明水平分辨率，像素/米*/LONGbiYPelsPerMeter;/*说明垂直分辨率，像素/米*/DWORDbiClrUsed;/*说明图像实际用到的颜色数，如果为0

则颜色数为2的biBitCount次方*/DWORDbiClrImportant;/*说明对图像显示有重要影响的颜色

索引的数目，如果是0，表示都重要。*/}BITMAPINFOHEADER;第50页，课件共99页，创作于2023年2月BMP图像文件格式调色板

调色板实际上是一个数组，它所包含的元素个数与位图所具有的颜色数相同，决定于biClrUsed和biBitCount字段。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构。typedefstructtagRGBQUAD{BYTErgbBlue;/*指定蓝色分量*/BYTErgbGreen;/*指定绿色分量*/BYTErgbRed;/*指定红色分量*/BYTErgbReserved;/*保留，指定为0*/}RGBQUAD;第51页，课件共99页，创作于2023年2月BMP图像文件格式位图数据

紧跟在彩色表之后的是图像数据字节阵列。图像的每一扫描行由表示图像像素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图像的颜色数目和用像素表示的图像宽度。扫描行是由底向上存储的，这就是说，阵列中的第一个字节表示位图左下角的像素，而最后一个字节表示位图右上角的像素。第52页，课件共99页，创作于2023年2月图像文件格式GIF图像文件格式JPEG图像文件格式第53页，课件共99页，创作于2023年2月

GIF（GraphicsInterchangeFormat）格式由CompuServe公司于87年开发，版本号GIF87a，89年扩充后版本号为GIF89a。

GIF图像文件以块(block)为单位存储信息。一个GIF文件由表示图形/图像的数据块、数据子块以及显示图形/图像的控制信息块组成，称为GIF数据流(DataStream)。数据流中的所有控制信息块和数据块都必须在文件头(Header)和文件结束块(Trailer)之间。GIF图像文件格式第54页，课件共99页，创作于2023年2月GIF图像文件格式1HeaderGIF文件头2LogicalScreenDescriptor逻辑屏幕描述块3GloabalColorTable全局颜色表。。。。。。扩展模块（任选）4ImageDescriptor图像描述块5LocalColorTable局部颜色表可6TableBasedImageData表基压缩图像数据重7GraphicControlExtension图像控制扩展块复8PlainTextExtension无格式文本扩展块n9CommentExtension注释扩展块次10ApplicationExtension应用程序扩展块。。。。。。扩展模块（任选）11GIFTrailerGIF文件结束快第55页，课件共99页，创作于2023年2月GIF图像文件格式GIF文件采用了LZW无损压缩算法来存储图像数据。GIF文件允许设置背景的透明属性。GIF文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图像并且制作出幻灯片或者动画效果。GIF文件支持图像数据的交叉存储方式，这样一个大的图像可以逐步显示，让用户首先看到图像概貌，然后逐步清晰。GIF文件定义的图像中可以加入文本。GIF文件格式的特点：第56页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG图像文件格式JPEG标准委员会没有对JPEG文件格式作出明确的定义，现在被广泛采用的是1992年9月由C-CubeMicrosystems公司提出的JPEG文件交换格式（JPEGFileInterchangeFormat，JFIF），版本号为1.02。JFIF文件格式直接使用JPEG标准为应用程序定义的许多标记，因此JFIF格式成了事实上JPEG文件交换格式标准。

JEPG文件大体上可以分成两个部分：标记码（tag）和压缩数据。标记码部分给出了JPEG图像的所有信息，如图像的宽、高、Huffman表、量化表等等。第57页，课件共99页，创作于2023年2月JPEG图像文件格式JPEG文件使用的颜色空间是电视图像信号数字化标准ITU-RBT601推荐标准规定的YCbCr彩色空间。从RGB转换成YCbCr的计算公式如下：

Y=0.299R+0.587G+0.114BCb=-0.1687R-0.3313G+0.5B+128Cr=0.5R-0.4187G-0.0813B+128第58页，课件共99页，创作于2023年2月Part2彩色数字电视基础第59页，课件共99页，创作于2023年2月视觉的时间域响应特性临界闪烁频率让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定为46HZ电影播放每秒投射24幅画面每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就得到了48HZ的闪烁频率保持画面中物体运动连续性要求每秒钟摄取的画面数约为25帧左右第60页，课件共99页，创作于2023年2月YUV、YIQ与YCbCr颜色空间人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，通常把RGB空间表示的彩色图像变换到YUV或者YIQ颜色空间一种亮度分量信号和两种色度分量信号亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备彩色电视信号中采用YIQ或者YUV空间一是为了兼容黑白电视，二是为了实现压缩第61页，课件共99页，创作于2023年2月YUV、YIQ与YCbCr颜色空间YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮度，UV并非任何单词的缩写。

Y=0.299R+0.587G+0.114BU=0.493(B–Y)V=0.877(R–Y)YUV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的线性变化U和V的比值决定色调，(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度第62页，课件共99页，创作于2023年2月YUV、YIQ与YCbCr颜色空间第63页，课件共99页，创作于2023年2月YUV、YIQ与YCbCr颜色空间YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统YIQ颜色空间中的IQ分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间主要用于数字电视系统中从RGB到YCbCr的转换中，输入、输出都是8位二进制格式第64页，课件共99页，创作于2023年2月YUV、YIQ与YCrCb颜色空间第65页，课件共99页，创作于2023年2月隔行扫描(interlacedscanning)逐行扫描(non-interlacedscanning)电视扫描和同步行频、场频、帧频第66页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视制式正交平衡调幅制NTSC彩色电视制的主要特性525行/帧,30帧/秒高宽比：电视画面的长宽比为4:3隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒颜色模型：YIQ美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式第67页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视制式逐行倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40ms/帧)每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行高宽比(aspectratio)：4:3隔行扫描，2场/帧，312.5行/场颜色模型：YUV西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式第68页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的类型复合电视信号包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视信号，全电视信号分离电视信号（S－Video信号）是亮度和色差分离的一种电视信号，它可以（1）减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。（2）不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽分量电视信号是指每个基色分量作为独立的电视信号，使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号第69页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的类型第70页，课件共99页，创作于2023年2月电视图像数字化常用两种方法先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化首先把模拟的全彩色电视信号分离成YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据第71页，课件共99页，创作于2023年2月ITU-RBT.601数字化标准1、采样频率

CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。

亮度信号采样频率

fs=13.5MHZ

色度信号采样频率

fc＝6.75MHZ或13.5MHZ

每行采样点数

N=864(PAL)，858（NTSC）对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720。第72页，课件共99页，创作于2023年2月ITU-RBT.601数字化标准2、数字信号取值范围亮度信号220级，色度信号225级。3、颜色空间之间的转换公式4、图像子采样格式

4：4：4，4：2：24：1：1，4：2：0第73页，课件共99页，创作于2023年2月CIF、QCIF和SQCIFCIF：CommonIntermediateFormatQCIF：QuarterCIFSQCIF：Sub-QuarterCIF第74页，课件共99页，创作于2023年2月图像子采样如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。第75页，课件共99页，创作于2023年2月图像子采样第76页，课件共99页，创作于2023年2月码流与对应的像素4:4:4Y0U0V0Y1U1V1Y2U2V2Y3U3V3[Y0U0V0][Y1U1V1][Y2U2V2][Y3U3V3]4:2:2Y0U0Y1V1Y2U2Y3V3[Y0U0V1][Y1U0V1][Y2U2V3][Y3U2V3]4:1:1Y0U0Y1Y2V2Y3[Y0U0V2][Y1U0V2][Y2U0V2][Y3U0V2]4:2:0Yo0Uo0Yo1Yo2Uo2Yo3

Ye0Ve0Ye1Ye2Ve2Ye3[Yo0Uo0Ve0][Yo1Uo0Ve0][Yo2Uo2Ve2][Yo3Uo2Ve2]

[Ye0Uo0Ve0][Ye1Uo0Ve0][Ye2Uo2Ve2][Ye3Uo2Ve2]第77页，课件共99页，创作于2023年2月数字电视数字电视的定义数字电视（DTV），是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视技术它可以划分为3大部分：信源部分（发送端）、信道部分（传输/存储过程）和信宿部分（接收端）数字电视分类数字电视系统业务可以按照其活动的图像比特率的大小，粗略划分为标准清晰度数字电视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）SDTV和HDTV的数字电视业务都可以应用于不同的领域和场合，以满足广大消费者多层次的需要。它们两者将长期共存第78页，课件共99页，创作于2023年2月数字电视数字电视比原来的模拟电视，有以下优点高清晰度的电视画面：可以可与DVD相媲美（最低：1280×720，最高：1920×1080）优质的音响效果：伴音可以达到CD质量丰富的节目内容，有线网的带宽利用率更高抗干扰功能力强，画面更稳定扩展功能多：机顶盒除了一些基本功能外，还有许多扩展功能如上网、点播、股票查询、在线交易、远程教育等第79页，课件共99页，创作于2023年2月高清晰度电视原则上讲，HDTV是由它所能提供的画面质量定义的分辨率:HDTV画面水平和垂直的像素目都差不多是常规系统的2倍。垂直方向的高清晰度是由1000多行的扫描线获得的。大约为传统5倍的视频带宽使灰度层次更加丰富，再加上有一些带宽用于单独传输色彩值，使得总带宽就是现有彩色电视系统的5～8倍。宽高比:HDTV画面的指定宽高比为16:9=1.777。采用高清晰显像管，点节距（即荧光点的大小）应小于0.7毫米；观看距离:由于人眼分辨细节的能力是有限的，所以观看细节更丰富的HDTV画面，观看距离要更近一些第80页，课件共99页，创作于2023年2月中国数字电视进度表2000年和2001年是我国数字电视广播试验年，在北京、上海、深圳三个城市进行数字广播试验；

2002年，具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定；

2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验；

2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号；

2010年我国计划全面实现数字广播电视；

2015年停止模拟广播电视的播出，数字电视基本上成为我国电视播放主力。第81页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的兼容问题兼容

黑白电视接收机既能接收彩色电视信号，也能重现黑白电视信号

彩色电视接收机既能接收彩色电视信号，也能重现黑白电视信号第82页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的兼容问题应满足的基本要求在彩色电视的图像信号中，要有代表图像亮度的亮度信号和代表图像色彩的色度信号黑白电视机接收彩色节目时，只要将亮度信号取出，就可显示出黑白图像。彩色电视接收机应具有亮度通道和色度通道当接收彩色节目时，亮度通道和色度通道都工作，重现彩色图像；当接收黑白节目时，色度通道自动关闭，亮度通道相当于黑白电视机，可显示出黑白图像，这样就做到了兼容。第83页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的兼容问题应满足的基本要求彩色电视只能占有与黑白电视相同的视频带宽和射频带宽这要求彩色电视能将色度信号安插到6MHz的视频带宽中去，采用的方法是频带压缩、频谱交错等方法彩色电视应与黑白电视有相同的图像载频、伴音载频以及两者之间的间距彩色电视与黑白电视的行、场扫描频率和行、场同步信号的各项标准等都应相同第84页，课件共99页，创作于2023年2月彩色电视信号的兼容问题信号选取——亮度和色差信号亮度Y=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=R-(0.30R+0.59G+0.11B)=0.70R-0.59G-0.11BB-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B(3-1)G-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11B第85页，课件共99页，创作于