Transcript 第三章 视频信号的获取与处理

第三章 视频信号的获取与处理
• 彩色空间表示及其转换
• 视频信息获取技术
• 图像文件格式及其转换
3.1.1 彩色空间表示及其转换
基本概念：
采样：把连续的图像函数f (x,y) 进行
空间和幅值的离散化处理，空间连续
坐标(x,y)的离散化，叫做采样；
量化：f(x,y)颜色的离散化，称之为量化。
彩色电视制式：
•PAL
•NTSC
•SECAM
颜色的基本概念：
• 彩色的特性：亮度、色调、饱和度
• 亮度：光的强和弱。
• 色调：光的波长、人眼的感觉(反映)颜
色(的基本特征)。
• 饱和度：颜色渗入白光的程度(表示)颜
色深浅的程度。
• 红 + 白光
粉红色
饱和度下降
• 红 + 另一种颜色的光
化
色调发生变
三基色(RGB)的原理：
• 自然界常见的各种颜色光，都是由红
(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同
比例相配而成，同样绝大多数颜色也
可以分解成红、绿、蓝三种色光，即
三基色原理。
亮度公式：
当白光的亮度用Y来表示时，它和红、
绿、蓝三色的关系如下：
• Y=0.299R+0.587G+0.114B
NTSC
• Y=0.222R+0.707G+0.071B
PAL
彩色空间表示
1.RGB彩色空间
任意颜色的光F，其配色方程可写成：
F= r[R]+ g[G]+b[B]
其中r、g、b 为三个系数
2. YUV 彩色空间
亮度信号Y
色差信号R-Y和B-Y
用YUV的好处：
(1)亮度信号Y解决了彩色电视机与黑白
电视的兼容问题。
(2)人眼对色差信号不敏感，而对亮度信
号特别敏感。
Y
带宽4.43MHz（PAL）
U、V 带宽1.3MHz
量化比例：
• Y:U:V= 8:4:4
• Y:U:V= 8:2:2
• Y:U:V= 8:8:8
3.YIQ彩色空间
NTSC制的YIQ 与PAL的YUV的关系：
I = V Cos33 - U Sin33
Q = V Sin33 + U Cos33
4.HSI彩色空间
• H： Hue
• S： Saturation
• I： Intensity
代表色调
代表饱和度
代表强度
RGB与YUV和YIQ之间的转换
• Y=0.3R+0.59G+0.11B （亮度方程）
B-Y=B-（0.3R+0.59G+0.11B ）
R-Y=R-（0.3R+0.59G+0.11B ）
Y=0.3R+0.59G+0.11B
黑白全电视信号
• 电视摄像机把一幅图像信号转变成的
最后输出信号就是全电视信号。
全电视信号主要由图像信号、复合消
隐信号和复合同步信号三部分组成。
从时间上看全电视信号：
每行周期为 64 μs
图像
52.2 μs
行消隐
11.8 μs
行同步信号 4.7 μs
行延迟 1.3 μs
从幅度上看全电视信号：
同步信号为100%，黑电平和消隐电平
为70%，白电平为0%。
图像信号介于白电平和黑电平之间，
根据图像的灰度而变化。
彩色全电视信号
彩色全电视信号与黑白电视的兼容问题
• （a）保留黑白电视信号原有的各项标准。
• （b）彩色电视信号中应包含有一个代表图
像的亮度信号，这个信号中彩色接收机和
黑白接收机中均能重现黑白图像。
• （c）彩色电视图像信号中还应包含有代表
图像颜色的信号（称为色度信号）和色同
步信号。
彩色全电视信号的组成：
彩色全电视信号是由色度信号F、亮
度信号Y（或用B表示）、复合消隐
信号A、复合同步信号S等迭加在一
起组成的，通常可用符号FBAS来表
示。
练习与测试
1.彩色可用( )来描述。
A．亮度，饱和度，色调
B．亮度，饱和度，颜色
C．亮度，对比度，颜色
D．亮度，色调，对比度
答案：A
2.在全电视信号中，把（
为一场的起点。
A．奇数场同步信号
B．开始场信号
C．偶数场同步信号
D．场同步基准信号
答案：A
）的前沿作
3.在多媒体计算机技术中，常用的彩色
空间表示有（ ）。
A．NTSC彩色空间
B．RGB彩色空间
C．PAL彩色空间
D．YUV彩色空间
答案：BDE
E．YIQ彩色空间
4.国际上常用的视频制式有（）。
（1）PAL
（2）NTSC
（3）SECAM
（4）MPEG
A.（1） B.（1）（2） C.（1）
（2）（3） D.全部
答案：C
5.在YUV彩色空间中数字化后Y：U：V
是（）。
（1）4：2：2
（2）8：4：2
（3）8：2：4
（4）8：4：4
（A）（1）
（B）（2）
（C）（3）
（D）（4）
答案：D
3.2.1 视频信息获取技术
基本概念：
常用图像：
图形
静态图像
动态图像（视频）
获得图像方法：
–计算机：产生彩色图形、静态图形、
动态图形
–彩色扫描仪：扫描输入彩色图形和
静态图像。
–视频信号数字化仪：将彩色全电视
信号数字化后，输入到多媒体计算
机中，获得静态、动态图像。
视频采集卡的功能简介
1.
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视频卡的分类
视频叠加卡
视频捕捉卡
电视编码卡
解压卡
TV转换卡
2. 视频卡支持的视频源：
• 录像机
• 摄像机
• 影碟机
• 电视
几种视频采集卡简介
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Video Blaster SE100卡
Video Blaster RT300
MegaMotion卡
Video It！卡
SNAPplus-VL卡
Video Star Pro卡
Intel Smart Video Recorder Pro卡
Miro Video DC1卡
视频采集卡的工作原理
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A/D变换和数字解码
窗口控制器
帧存储器系统
数模（D／A）转换和矩阵变换
视频信号和VGA信号的叠加
数字式多制式视频信号编码
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•
PC总线接口
视频输入剪裁、变化比例
VRAM读写、刷新控制
输出窗口VGA同步、色键控制
练习与测试
1. 全电视信号主要由（）组成。
（1）图像信号、同步信号、消隐信号
（2）图像信号、亮度信号、色度信号
（3）图像信号、复合同步信号、复合消隐信
号
（4）图像信号、复合同步信号、复合色度信
号
（A）（1） （B）（2） （C）（3）（D）
（4）
答案：C
2.下面阐述中哪一个不正确？
（1）采用HIS彩色空间的优点是：可以简化
图像的分析和处理的工作量。
（2）采用YIQ 彩色空间的优点是：传送Q信
号时，采用较窄的频带，而传送I信号时，
采用较宽的频带。
（3）采用YUV彩色空间的优点是：黑白电视
机可以接收彩色电视信号。
（4）采用RGB彩色空间的优点是：在多媒体
系统不经任何转换，可直接把RGB信号加
到彩色监视器。
彩色全电视信号的数字锁相和数字解码
• 模拟锁相电路图
PD
LF
VCO
行同步
÷N
系统时钟
• 数字式锁相
增量p
加法器
寄存器
Xn-1
时钟
Xn
• 数字式解码
全电视信号表达式：
CVSB=Y+U sin wsct +V  cos wsc t
其中Y为亮度信号，U、V为色差信号，wsc
为彩色副载波频率。
视频信号获取器的诊断和驱动软件
视频卡的安装和使用
1. 视频卡的安装
(1)硬件安装
插入视频卡
与VGA卡连接
与VGA显示器连接
与视频信号源连接
(2) 软件安装
通过安装盘上的INSTALL.EXE进行安
装。
1. 视频卡的使用
控制菜单
视频屏幕
菜单条
工具条
3.3.1 图像文件格式及其转换
• 静态图像文件格式
（1）GIF
（2）TIFF
（3）TGA
（4）BMP
（5）PCX
（6）MMP
动态图像压缩编码文件格式
• MPG（MPEG）：
– 序列层（Sequence layer）
– 图像组层（Group of Picture）
– 图像层（Picture）
– 片层（Slice）
– 宏块层（Macro block）
– 块层（Block layer）
• AVS和AVI动态图像文件格式
AVS文件格式比起图像文件格式能够
提供较多的灵活性，能够支持多个
数据流同时操作。
在DVI和Indeo系统中，保存AVS和
AVI文件的介质，通常是CD-ROM，
硬盘和RAM，只能使用二进制代码
的单数据流。
考核要求
• 掌握：视频信息的获取与处理的基本原
理、彩色全电视信号的组成、什么是彩
色全电视信号、视频卡的工作原理。
• 理解：彩色空间的表示及转换、图像文
件格式及转换。