《第五章数字视频基础知识ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章数字视频基础知识ppt课件（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 数字视频基础,5.1彩色电视制式,NTSC彩色电视制式是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。,5.1彩色电视制式,德国在1962年制定了PAL彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。 法国制定了SECAM彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。法国、苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这种制式。,5.1彩色电视制式,NTSC制、PAL制和SECAM制都是互不兼容的电视制。
2、NTSC制、PAL制和SECAM制都是彩色和黑白兼容的制式，这里的“兼容”有两层意思： 一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像， 另一层意思是彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。,兼容性实现,必需采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。 需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显象管上重现发送端的彩色图像。,电视扫描,扫描方式有隔行扫描和非隔行扫描 （逐
3、行扫描）之分。黑白电视和彩色电视都有隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用逐行扫描。 在隔行扫描方式中，扫描的行数必须为奇数。 隔行扫描要求第一场结束于最后一行的中间，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正是这个原因，才要求总的行数必须是奇数,在隔行扫描方式中，电子束扫完第1行后从第3行开始扫，接着扫第5行，7行、,一直扫到最后一行的中间。奇数行扫完后以同样的方式扫描偶数行，这样就完成了一帧的扫描。由此可见，隔行扫描的一帧图像是由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成
4、一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才得到一幅完整的图像。,逐行扫描,隔行扫描,在逐行扫描方式中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。,电视扫描术语,每秒钟扫描多少行称为行频fH；每秒钟扫描多少场称为场频ff；每秒扫描多少帧称帧频fF。ff和fF是两个不同的概念。,PAL电视制式的扫描特性,625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) 高宽比(aspect ratio)：4:3 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 颜色模型：YUV,制式的含义,一帧图像的总行数为625，分两场扫描。行扫描频率是1
5、5 625 Hz，周期为64s； 场扫描频率是50 Hz,周期为20 ms；帧频是25 Hz，是场频的一半，周期为40 ms。 在发送电视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2s，其余的11.8s不传送图像，是行扫描的逆程时间，同时用作行同步及消隐用。 每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中25行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示。,NTSC制的扫描特性,525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9) 隔行扫描，一帧
6、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63.5s，水平回扫时间10s (包含5s的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5s 颜色模型：YIQ,彩色电视信号特点,彩色电视中，用Y、C1, C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号，C1，C2的含义与具体的应用有关: 在NTSC彩色电视制中，C1，C2分别表示I、Q两个色差信号； 在PAL彩色电视制中，C1，C2分别表示U、V两个色差信号； 在CCIR 601数字电视标准中，C1，C2分别表示Cr，Cb两个色差信号。 色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、
7、B)与亮度信号之差。,5.2彩色电视信号的类型,复合电视信号 分量电视信号 S-video信号,复合视频信号，定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。 由于复合视频接口的传输仍然是一种亮度色度混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。,复合电视信号,复合电视信号,复合视频信号接口又称为AV端子或Video端子,莲花线,S-Video信号,分离电视信号S-Video(Sepa
8、rated video-VHS)是亮度和色差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信号和复合模拟电视信号的一种折中方案。 使用S-Video有两个优点： 减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。 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。,S-video信号,复合电视信号是把亮度信号和色差信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输。 S-Video信号则使用单独的两条信号电缆线，一条用于亮度信号，另一条用于色差信号，这两个信号称为Y/C信号。S-Video使用4针连接器,S-video信号,分量电视信号,分量电视信号(component video signal)是指每个基
9、色分量作为独立的电视信号。 每个基色既可以分别用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。 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。 分量信号实际上也是亮色分离的信号，与s端子不同的是色度信号不用解调。,5.3 电视图象数字化,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，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色分量。因此，电视图像数字化常用“分量初始化，表示对彩色空间的每一个分量进行初始化。 电视图像数字化常用的方法有两种： 先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。如录象带、激光视盘、摄象机等的电视信号。对这类信号
10、的数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，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。 首先用一个高速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。,数字化标准,20世纪80年代初，国际无线电咨询委员会制定了彩色电视图像数字化标准，称为CCIR 601标准（ITU-R BT.601标准）。 标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr(或者写成YCBCR)两个彩色空间之间的转换关系等。,数字化标准,彩色空间之间的转换 Y = 0
11、.299R + 0.587G + 0.114B Cr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + 128 Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B),数字化标准,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。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。 fs=13.5MHZ,数字化标准,采样频率 对PAL制、SECAM制，采样频率fs为 fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864其中，N为每一扫描行上的采样数目。 对NTSC制，采样频率fs为fs=52529.97N=1573
12、4N=13.5 MHz, N=858其中，N为每一扫描行上的采样数目。,数字化标准,有效显示分辨率 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，每一扫描行的有效样本数均为720个。每一扫描行的采样结构,数字化标准,有效显示分辨率,数字化标准,彩色电视数字化参数,标准化格式 CCITT规定了称为公用中分辨率格式，1/4公用中分辨率格式QCIF和SQCIF格式 CIF格式具有如下特性： 电视图像的空间分辨率为家用录象系统(Video Home System，VHS)的分辨率，即352288。 使用非隔行扫描(
13、non-interlaced scan)。 使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/100129.97幅/秒。 使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。 对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围同ITU-R BT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。,数字化标准,CIF和QCIF相关格式的参数,5.4 图象子采样,两种采样方法： 一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样 另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样 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
14、种采样就称为图像子采样(subsampling),图象子采样的压缩特性,一是人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可以把图像中表达颜色的信号去掉一些而使人不察觉 二是人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度，利用这个特性可以把图像中的高频信号去掉而使人不易察觉。 子采样也就是利用人的视觉系统这两个特性来达到压缩彩色电视信号。,子采样的格式,4:4:4 这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相当于每个像素用3个样本表示。 4:2:2 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4
15、个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示。 4:1:1 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。,彩色图象YCrCb样本空间位置,4:4:4子采样格式,4:1:1子采样,MPEG-1使用4:2:0,MPEG-2使用4:2:0,5.6 数字电视,1.数字电视是什么？ 数字电视（digital tele
16、vision，DTV）是用数字压缩技术和数字传输技术的远程通信系统。 目前数字电视图像使用MPEG2 video标准，音频使用MPEG2 audio标准或杜比数字标准。随着数据压缩技术的进展和新标准的开发，数字电视采用的标准也将不断修改，比如MPEG4AVC/H.264标准,5.6 数字电视,目前传输数字电视用的最多的方式是使用卫星，地面广播和电缆，用它们传输的电视分别称为卫星数字电视、地面数字电视和有线数字电视。 传输数字电视需要数字电视播出系统，接收数字广播电视需要数字电视机。现有的模拟电视增加机顶盒后可以收看部分数字电视节目。,5.6 数字电视,2.数字电视原理 在数字电视信号发送端，视像信号经过视像编码器压缩和编码，声音信号经过声音编码器压缩和编码，它们的输出与其他数据，或许还有其他电视节目数据，经过多路复合器和传输格式生成器形成MPEG2传输数据流，再通过FEC编码器，调制器和上行转换器发送到数据传输信道上。 在数字电视信号接收端，来自数据传输媒体的电视信号通过下行变换器、解调器、FEC解码器、传输格式清除器、多路分解器和视像解码器与声音解码器等功能块，将来自数据
