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1、第三章 多媒体视频技术,彩色空间表示及变换,视觉系统对颜色的感知,图像的三个属性,3.1,3.2,3.3,视频技术概述,视觉是人类感知外部世界的一个最重要的途径。 计算机视频技术是把我们带到近于真实世界的最强有力的工具。 在多媒体技术中，视频信息的获取及处理无疑占有举足轻重的地位。 视频处理技术在目前以至将来都是多媒体应用的一个核心技术。,视频的定义： 人类接受的信息70%来自视觉, 其中活动图像是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。视频（Video）就其本质而言，实际上就是其内容随时间变化的一组动态图像(25或30帧/秒)，所以视频又叫作运动图像或活动图像。 从数学角度描述，
2、视频指随时间变化的图像，或称为时变图像。,视频技术概述,视频信号的特点,内容随时间而变化 伴随有与画面动作同步的声音(伴音) 图像与视频：静止的图片称为图像，运动的图像称为视频。两者的信源方式不同，图像的输入要靠扫描仪、数字照相机等设备；而视频的输入是电视接收机、摄像机、录像机、影碟机和可以输出连续图像信号的设备。,视频的分类,模拟视频（Analog Video） 模拟视频是一种用于传输图像和声音的并且随时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存储和传输都是采用模拟方式。 模拟视频具有以下特点： 以模拟电信号的形式来记录 依靠模拟调幅的手段在空间传播 使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁
3、带上,传统的模拟信号处理设备,直接广播卫星（DBS）,）,模拟视频的不足： 不适合网络传输，在传输效率方面先天不足； 图像随时间和频道的衰减较大； 不便于分类、检索和编辑。,数字视频,数字视频（Digital Video-DV） 视频的数字化过程包括采样、量化和编码。 数字视频克服了模拟视频的局限性，因为数字视频可以大大降低视频的传输和存贮费用、增加交互性及精确再现真实情景的稳定图像。 数字视频的应用非常广泛。直接广播卫星、有线电视、数字电视在内的各种通信应用均需要采用数字视频。一些消费产品，如VCD和DVD，数字式便携摄像机，都是以MPEG视频压缩为基础的。,视频的应用领域,广播电视 地面、
4、卫星电视广播 有线电视（CATV:Community Antenna TV ） 数字视频广播(Digital Video Broadcast） 交互式电视（ITV:Interactive TV ） 高清晰度电视（HDTV） 通信 可视电话（Videophone ） 视频会议（Videoconferencing ） 视频点播（VOD:Video On Demand ） 视频数据库,个人娱乐 录像节目 VCD（Video Compact Disk） DVD（Digital Versatile Disk） 电视购物 家庭摄像 视频游戏,3.1 彩色空间表示及变换,3.1.1 采样和量化 日常生活中见
5、到的图像一般是连续形式的模拟图像。PC要处理图像和视频信息，必须将模拟图像转换为数字图像。图像的数字化包括采样和量化两个过程。,3.1 彩色空间表示及变换,1、采样和采样点 采样指图像在空间上的离散化，即用空间上部分点的颜色值代表图像，这些点称为采样点。 每个采样点就是一个像素。,一、采样,2、非均匀采样： 在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样。,3.1 彩色空间表示及变换,一、光的本质 物体由于内部物质不同，受光线照射后，产生光的分解现象。一部分光线被吸收，其余的被反射或投射出来，成为我们所见的物体的色彩。,3.1.2 颜色的几个基本概念,色彩通过光被人
6、眼所感知，光实际上是一种按波长辐射的电磁能。其波长覆盖范围广，电磁辐射中只有小部分能引起眼睛的兴奋而被感觉(380-780nm)。,3.1.2 颜色的几个基本概念,a 电磁波谱,b 可见光谱,二、颜色的来源： 一种是发光体所呈现的颜色，例如各种彩色灯和霓红灯等所发出的彩色光； 另一种是物体反射或透射的彩色光。,3.1.2 物体的颜色,三、色温（开尔文K） 光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。,3.1.2 物体的颜色,一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K
7、；中午阳光为5600K。,图像模式： 是图像的本质属性，每种模式都有其各自的意义和适用范围。模式代表颜色范围，也称为数字图像色彩模式，即一类颜色的总和。,3.1.3 彩色空间表示,1、混合型颜色空间：RGB、CMYK、XYZ,2、非线性亮度/色度型颜色空间：YUV、YIQ,彩色空间的分类方法,3、强度、饱和度、色调型颜色空间：HSI、 HSL、HSV,1、RGB颜色模型,绝大多数的可见光谱可以用红、绿、蓝三色光按不同的比例和强度的叠加来表示。,3.1.3 彩色空间表示,1、RGB颜色模型,RGB是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的
8、时候，色彩相混，而亮度却等于两者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。,3.1.3 彩色空间表示,红、绿、蓝三盏灯的叠加情况，中心三色最亮的叠加区为白色，加法混合的特点：越叠加越明亮。,1、RGB颜色模型,RGB主要用于计算机显示器的彩色图像，输出到印刷机上改为CMYK模式。,3.1.3 彩色空间表示,因为RGB颜色合成产生白色，它们也叫作加色。 加色用于光照、视频和显示器。,1、RGB颜色模型,3.1.3 彩色空间表示,RGB颜色模型是与设备相关的颜色模型。 如：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。,2、CMYK模
9、式,是印刷业中普遍存在的颜色模式。理论上，青色、洋红、黄色色素能合成吸收所有颜色并产生黑色，即三原色相加产生黑色，因此称该模式为相减混色。,3.1.3 彩色空间表示,3、HSI模式,基于人类对颜色的感觉，HSI描述图像的三个基本特征： 色相H：是从物体反射或透过物体传播的颜色，通常以颜色标识，用角度表示 饱和度S：指颜色的强度或纯度，以百分比度量，范围0%100% 亮度I：指颜色的相对明暗程度，以百分比度量,3.1.3 彩色空间表示,3、HSI模式,3.1.3 彩色空间表示,4、HSV模式,3.1.3 彩色空间表示,与HSI一样，都与设备无关。 色相H：用角度度量，取值范围03600 饱和度S
10、：取值范围0.01.0 亮度V：取值范围0.0（黑色）1.0（白色）,4、HSV模式,3.1.3 彩色空间表示,5、YUV模式,YUV是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法，是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机进行取像，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（U）、BY（V），最后发送端将三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。,3.1.3 彩色空间表示,5、YUV模式,3.1.3 彩色空间表示,YUV彩色空间与RGB彩色空间的转换关系如下：,5、YUV模式,3.1
11、.3 彩色空间表示,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。,因此可以将彩色分量的分辨率降低。即将几个相邻像素不同的彩色值当作相同的彩色值来处理。称为大面积着色原理，以减少数据量。这实际上也是图像压缩技术的一种方法。,6、YIQ颜色模型,YIQ彩色空间充分了利用人的视觉系统的颜色响应特性，被NTSC选为色彩视频标准。Y是指颜色的亮度，I和Q指色调，即描述图像色彩及饱和度的属性。RGB转换到YIQ：,3.1.3 彩色空间表示,7、YCbCr模式,是在DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中常用的色彩编码方案。 Y表示亮度分量、Cb表示蓝色色度分量、Cr表示红色色度分量。,3.
12、1.3 彩色空间表示,8、XYZ模式,又称为CIE 1931 色彩空间。 在该色彩空间中，X、Y 和 Z 的值，约略对应于红色、绿色和蓝色。 注意：X、Y 和 Z 值并不是真的看起来是红、绿和蓝色，而是从红色、绿色和蓝色导出来的参数。,3.1.3 彩色空间表示,8、XYZ模式,XYZ与RGB转换公式为：,3.1.3 彩色空间表示,9、LAB模式,该模式对所有可见光，人眼能感觉到的所有颜色在该模式下都能反映出来，“色域”最宽广。 与设备无关，无论什么设备输出，这种模式产生的颜色都能保持一致，不会“溢色”。,3.1.3 彩色空间表示,9、LAB模式,3.1.3 彩色空间表示,9、LAB模式,3.1
13、.3 彩色空间表示,LAB与RGB转换，一般首先转换到XYZ空间，然后从XYZ空间转换到RGB空间。 LAB与RGB没有对应的转换矩阵，但是可以描述其转换算法。,3.1.4 彩色空间的线性变换标准,通常把RGB空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。,3.1.5 亮度、色调、饱和度,一、色调（色相）,指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。,色调是视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉，实质是视觉系统对光波波长的感觉。,色调用红、绿、蓝、紫等术语来刻画。,3.1.5 亮度、色调、饱和度,色环：,3.1.5 亮度、色调、饱和度,二、亮度与明度,明度的主观感觉值无法用物理设备来测量，但可以用亮度（
14、辐射的能量）来度量。,明度是视觉系统对可见物体发光多少的感知属性。如蜡烛在黑暗中看起来比在白炽光下亮。,明度和亮度不是线性关系，也非同义词。,3.1.5 亮度、色调、饱和度,因受光不同而产生明度的变化：,3.1.5 亮度、色调、饱和度,三、饱和度与纯度,当一种颜色掺入其它光成分越多时，该颜色越不饱和。,饱和度是指颜色的纯洁性，它可用来区别颜色明暗的程度。,饱和度越高，颜色越艳丽，但容易使人感到单调刺眼。,3.1.5 亮度、色调、饱和度,饱和度还和亮度有关，同一色调越亮或越暗越不纯。,3.2.1 视觉系统对颜色的感知特性,人们看到的光不是一种波长的光,而是由许多不同波长的光组合而成。,使用压缩技
15、术减少图像的数据量而不会使人眼感到图像质量明显的下降。,自然界中任何一种颜色都可以用R、G、B的和来确定。,3.2.2 视觉系统对颜色和亮度的响应特性,3.2.2 视觉系统对颜色和亮度的响应特性,人眼对蓝色的敏感度低于对红光和绿光的敏感度。,人眼对波长为550nm的黄绿色最敏感。,光谱与视觉效果的对应是多对一的。,3.3 图像的三个属性,分辨率、像素深度、真/伪彩色,1、显示分辨率：指屏幕垂直和水平方向的扫描线数，即像素点数。,LCD体积小、重量轻、辐射小，耗电量为CRT的10%。其尺寸指液晶面板的对角线尺寸，以英寸为单位。,3.3 图像的三个属性,3.3 图像的三个属性,2、图像分辨率：指组
16、成一幅图像的像素密度的度量方法。,3、像素深度：指存储每个像素所用的位数。 像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数。如一幅RGB图像，每个分量用8位，则一个像素共24位表示，即像素深度为24，每个像素可以是224=16777216种颜色中的一种。,真彩色：R、G、B每个分量都用8位表示，图像可表现出16777216种颜色。,伪彩色：每个像素的颜色不是由各分量直接决定，而是把像素值当作彩色查找表的表项入口地址，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。 CLUT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。,3.3 图像的三个属性,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进行变换。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。,3.3 图像的三个属性,真彩色
