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1、第10章 彩色数字电视基础,2019/8/25,2,10.1 彩色电视制式,10.1.1 简介 现行的三种彩色电视制式： NTSC (National Television Systems Committee) 制 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。 存在相位敏感造成彩色失真的缺点。 PAL(Phase-Alternative Line)制彩色电视广播标准 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。 改进了NTSC在相
2、位敏感造成彩色失真的缺点。,2019/8/25,3,SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色电视广播标准 法国制定，称为顺序传送彩色与存储制。 法国、前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。 “兼容”有两层意思： 黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像； 彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，也叫逆兼容性。 彩色电视系统应满足几方面的要求： (1) 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。 (2) 需要将摄像机输出的三基色信号转换成一
3、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。,2019/8/25,4,10.1.2 电视扫描和同步,(a) 逐行扫描,b) 隔行扫描,2019/8/25,5,隔行扫描中 电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，如图7-01(b)所示，然后在第5、7、，行上扫，直到最后一行。 奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧(frame)的扫描。 隔行扫描（优越性？）的一帧图像由两部分组成： 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
4、合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄象机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像。 扫描的行数必须是奇数。?,2019/8/25,6,行频、场频和帧频： 行频fH：每秒钟扫描多少行； 场频ff：每秒钟扫描多少场； 帧频fF：每秒扫描多少帧。 1. PAL制电视的扫描特性 (1) 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) (2) 高宽比(aspect ratio)：4:3 (3) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 (4) 颜色模型：YUV 一帧图像的总行数为625，分两场扫描。 行扫描频率是15 625 Hz，周期为64s； 场扫描频率是50 Hz,
5、周期为20 ms； 帧频是25 Hz，是场频的一半，周期为40 ms。,2019/8/25,7,图10-02 一个行周期的电视信号(黑白电视系统),2019/8/25,8,2. NTSC制的扫描特性 (1) 525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame) (2) 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) ？ (3) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 (4) 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。Laser disc约420线，S-VHS约320线 ，HDTV：720
6、，1080 (5) 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。 (6) 颜色模型：YIQ 3. SECAM,2019/8/25,9,表10-01 彩色电视的同步信号,2019/8/25,10,表10-02 彩色电视国际标准,2019/8/25,11,全电视信号： 经过滤波器，可得到Y信号（虑掉sc频率的信号） 乘上sinsct 则,2019/8/25,12, U的带宽在1.3MHz以内 副载波频率的二次谐波大于这个信号 通过低通滤波器可以得到 U 信号。 同理 可得到 V 信号。,2019/8/25,13,10.1.3 彩色电视,10-03
7、 彩色图像重现过程,2019/8/25,14,10.2.1 复合电视信号 复合电视信号(composite video signal) 或者称为全电视信号，包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号。,10.2 彩色电视信号的类型,2019/8/25,15,图10-04 一个行周期的黑白全电视信号,2019/8/25,16,图10-05 彩色电视系统的水平消隐间隔,2019/8/25,17,10.2.2 分量电视信号 分量电视信号(component video signal) 是指每个基色分量作为独立的电视信号 10.2.3 S-Video信号 分离电视信号S-Video(Separat
8、ed 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。 两个优点： (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。,2019/8/25,18,图10-06 S-Video连接器,表10-03 S-Video工业标准4针连接器规格,2019/8/25,19,10.3 电视图像数字化,10.3.1 数字化的方法 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YCb
9、Cr，YUV，YIQ或RGB分量数据。,2019/8/25,20,10.3.2 数字化标准 1. 彩色空间之间的转换 2. 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=15734N=13.5 MHz, N=858 其中，N为每一扫描行上的采样数目。,2019/8/25,21,图10-07 采样频率,2019/8/25,22,3. 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
10、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。,图10-08 ITU-R BT.601的亮度采样结构,2019/8/25,23,4. ITU-R BT.601标准摘要,2019/8/25,24,5. CIF、QCIF和SQCIF CIF (Common Intermediate Format)特性： (1) 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。 (2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。 (3) 使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/1001
11、29.97幅/秒。 (4) 使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。 (5) 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。,2019/8/25,25,表10-05 CIF和QCIF图像格式参数,2019/8/25,26,10.4 图像子采样,7.4.1 图像子采样概要 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。 图像子采样(subsampling)： 对色差信号使用的采样频率比
12、对亮度信号使用的采样频率低。,2019/8/25,27,图像子采样压缩方法的基本根据： 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。 目前使用的子采样格式有如下几种： (1) 4:4:4 (2) 4:2:2 (3) 4:1:1 (4) 4:2:0,2019/8/25,28,图10-09 彩色图像YCbCr样本空间位置,2019/8/25,29,7.4.2 4:4:4 YCbCr格式,对每个采样点，Y, Cb和Cr各取一个样本,2
13、019/8/25,30,7.4.3 4:2:2 YCbCr格式,在水平扫描方向上，每2个Y样本有1个Cb样本和一个Cr样本。,2019/8/25,31,7.4.4 4:1:1 YCbCr格式,在水平扫描方向上，每4个Y样本各有1个Cb样本和一个Cr样本,2019/8/25,32,7.4.5 4:2:0 YCbCr格式 (1) H.261, H.263和MPEG-1 在水平方向的2个样本和垂直方向上的2个Y样本共4个样本有1个Cb样本和一个Cr样本。 如果每个分量的每个样本精度为8比特，在帧缓存中每个样本就需要12比特。,2019/8/25,33,(2) MPEG-2,与MPEG-1的4:2:0相比，MPEG-2的子采样在水平方向上没有半个像素的偏移。,
