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數位影像介面概論
Introduction to Digital Video Interface
丁文初
2005/12/22
大綱
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影像基本觀念
影像訊號概要
數位影像介面
數位影像處理與設計
影像的應用
影像基本觀念— 顏色空間
• RGB (紅綠藍)
• HSI (色調、濃度、
亮度)
• YUV or YCbCr
(亮度、彩度)
• YIQ, CMYK……
影像基本觀念— 顏色空間
• RGB  YCbCr 顏色空間轉換例子
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
Cb = – 0.172R – 0.339G + 0.511B + 128
Cr = 0.511R – 0.428G – 0.083B + 128
R = Y + 1.371 (Cr – 128)
G = Y – 0.698 (Cr – 128) – 0.336 (Cb – 128)
B = Y + 1.732 (Cb – 128)
影像基本觀念— 顏色空間
影像基本觀念—畫素
影像基本觀念—畫面與解析度
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800 x 600, 1024x768, 720x480……
VCD: 352x240, DVD:704x480
手機30萬畫素  640x480 = 307,200
For example:
R(8-bit), G(8-bit), B(8-bit)  1 pixel
352x240x3 = 253440 (bytes)
影像基本觀念—取樣
• 4:4:4 YCbCr 取樣
(無數位失真)
• 4:2:2 YCbCr 取樣
(Digibeta, 數位廣播)
影像基本觀念—取樣
• 4:1:1 YCbCr 取樣
(DV)
• 4:2:0 YCbCr 取樣
(VCD, DVD…)
影像基本觀念—取樣
• 4:2:0 YCbCr 取樣
影像訊號概要
影像訊號概要
•
•
•
•
•
NTSC  PAL
60 fields (30 frames)  50 fields (25 frames)
720 x 480  720 x 576
交錯的(interlaced)
非交錯的(non-interlaced) 或 連續的
(progressive)
影像訊號概要
De-interlace: 把 interlace 影像轉變成progressive 影像
720
Top1
Interlace
capture
Top2
Bottom2
Original
interlaced
TV image:
60 fields/sec
240
Progressive
display
Bottom1
480
影像訊號概要
720
Top1
Interlace
capture 240
Progressive
display
Bottom1
Top2
Bottom2
Original
interlaced
TV image:
60 fields/sec
影像訊號概要
影像訊號概要
影像訊號概要
數位影像介面
• ITU-R BT.601 (CCIR601)
• ITU-R BT.656 (CCIR656)
• CLOCK, DATA, HSYNC, VSYNC,
BLANK(FIELD)
ITU : International Telecommunication Union
數位影像介面
• 影像來源(CMOS, CCD, VCD, DVD player…) 
影像解碼器 (Video decoder, TV decoder: philips7113,
TI5150, Techwell9903, ADI…) 
BT.601/656 介面 
數位影像處理器(去交錯Deinterlace, 畫面縮小scaling, 影
像壓縮JPEG,MPEG) 
儲存設備(硬碟,光碟,記憶卡…)
• 數位影像畫面 (解壓縮後的還原畫面) 
BT.601/656 介面 
影像編碼器 (Video encoder, TV encoder: ADI7311)  顯
示器 (TV, LCD, CRT…)
BLANK
HSYNC
VSYNC
N: 32
P: 24
N: 244
P: 264
EAV
F 0 0 X 8 1 8 1
F 0 0 Y 0 0 0 0
…...
1th
SAV
8 1 F 0 0 X C
C
C
Y
Y
0 0 F 0 0 Y b
r
b
4
C
C
Y
Y
b
r
…...
4
N: 20th
N: 276
P: 23th
P: 288
1440
N: 240
P: 288
Top field active region
N: 259th
P: 310th
BLANK
HSYNC
VSYNC
N: 32
EAV
F 0 0 X 8 1 8 1
F 0 0 Y 0 0 0 0
4
N: 244
P: 264
P: 24
…...
N: 858
P: 864
N: 262th
P: 312th
SAV
8 1 F 0 0 X C
C
C
Y
Y
0 0 F 0 0 Y b
r
b
…...
C
C
Y
Y
b
r
N: 263th
P: 313th
4
N: 283th
P: 336th
Bottom field active region
N: 522th
P: 623th
N: 1716
P: 1728
N: 525th
P: 625th
數位影像
介面
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面
• 16-bit BT.656 data bus
數位影像介面
數位影像
介面
• VESA:
Video
Electronics
Standards
Association
數位影像介面
解析度
畫面/每秒
Fields/每秒
NTSC
720 x 480
30畫面/秒
60 fields/秒
PAL
720 x 576
25畫面/秒
50 fields/秒
總條數
有效條數
總畫素/每條
525
480
1716
625
576
1728
有效畫素/每條
頻率(MHz)
480
27
(1/27M) x 1716 x
525 x 29.97 = 1
576
27
(1/27M) x 1728 x
625 x 25 = 1
數位影像處理與設計
• 任意畫面的Display BT.601/656介面設計
• 規格:
Input: clock
Output: Data bus (8-bit or 16-bit)
Inout: HSYNC, VSYNC, BLANK
假設: 已經準備好影像來源,且不考慮頻率不同
步的問題
數位影像處理與設計
數位影像處理與設計
數位影像處理與設計
•
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•
•
•
•
•
Pixel counter + Pixel reset
Line counter + Line reset
Master  Slave
Interlaced  Progressive
8-bit  16-bit
Active data  EAV, SAV  blanking
SYNC delay, polarity
Test signal: internal colorbar
數位影像處理與設計
Resolution
720 x 480i
720 x 480p
720 x 480p
720 x 576i
720 x 576p
720 x 576p
clock (MHz)
27
27
54
27
27
54
frame rate (Hz)
29.97
59.94
59.94
25
50
50
output data (bit)
8
16
8
8
16
8
F0_blank0
19
44
44
22
44
44
F0_blank1
3
1
1
2
5
5
F1_blank0
20
N/A
N/A
23
N/A
N/A
F1_blank1
3
N/A
N/A
2
N/A
N/A
F_act
240
480
480
288
576
576
H_blank0
32
16
32
24
12
24
H_blank1
244
122
244
264
132
264
H_act
1440
720
1440
1440
720
1440
Pro_inter
0
1
1
0
1
1
V_total
525
525
525
625
625
625
H_total
1716
858
1716
1728
864
1728
數位影像處理與設計
影像的應用
Scan line
Fps
地區
其他
NTSC
525
30
NTSC-J
525
30
北美洲, 中美洲,
菲律賓, 臺灣…
日本
黑色更黑
PAL
(I,D,N,B,
G,H…)
625
25
歐洲, 南非, 部份
亞洲
PAL-M
525
30
巴西
SECAM
625
25
法國,俄羅斯,北非
影像的應用
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HDTV 部份規格
解析度1280 x 768 (WXGA)
亮度：500cd/m2
對比：600：1
超廣可視角( H / V )：170度 / 170度
數位訊號輸入介面：DVI-I( HDCP )
數位音訊輸入介面：HDMI
雙頻道子母畫面：2 Tuner PIP
色差輸入：480i / 480p / 1080i / 720p
影像的應用
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•
QVGA
VGA
SVGA
XGA
WXGA
SXGA
320 x 240
640 x 480
800 x 600
1024 x 768
1280 x 768, 1366 x 768
1280 x 1024
影像的應用
• 以亮度來說，有些標示的是最大亮度，但此種標示方式是有點曖
昧不清的，因為最大是在100台內只測到1台還是100台有99台都有
此亮度很難講。一般來說LCD Monitor的對比大約是250cd/㎡~350
cd/㎡電視大約是400~550 cd/㎡，自然界的景致在日正當中時約
1700 cd/㎡~2500 cd/㎡。
• 在對比方面，LCD Monitor的對比大約是350:1~500:1，電視大約
是500:1~900:1，自然界景色最大的差異約在5000:1。
• 總之，亮度與對比值的標示方式很曖昧不清，所以最好自己去看
樣品。
影像的應用
影像的應用
• 類比接頭
Composite
S-Video
Component
15-pin D-SUB
• 數位接頭 (DVI: Digital Visual Interface,
HDMI: High Definition Multimedia Interface)
影像的應用
影像的應用
BEFORE
AFTER
影像的應用
影像的應用
影像的應用
影像的應用
• HDTV在NTSC下的規格
480i  720 x 480 interlaced (SDTV)
480p  720 x 480 progressive
1080i  1920 x 1080 interlaced
720p  1280 x 720 progressive
參考資料
• Keith Jack, “Video Demystified 4th edition”
• Analog Devices, Inc.
http://www.analog.com
• HDMI website. http://www.hdmi.org/
• VESA Monitor Timing Standard