視頻顯示基礎(chǔ)

視頻顯示基礎(chǔ)第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.1顯示掃描原理

5.1.1逐行掃描 當(dāng)攝像管或顯像管的水平(行)和垂直(場(chǎng))偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)分別流過行、場(chǎng)鋸齒波電流ix和iy時(shí)，在水平方向和垂直方向兩個(gè)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的控制下，電子束在攝像管的靶面上或顯像管的屏幕上作勻速直線掃描。電子束沿水平方向從左到右、從上到下以均勻速度順序掃描，稱為逐行掃描。電子束移動(dòng)軌跡的集合就形成了光柵。逐行掃描形成的光柵稱逐行掃描光柵，如圖5-1所示。第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-1逐行掃描光柵第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 圖中表示了加在水平和垂直方向的鋸齒波及其對(duì)應(yīng)的光柵。

其中：fx=1/Tx(行頻)；fy=1/Ty(幀頻)；Z為一幀中的光柵數(shù)。 逐行掃描簡(jiǎn)單、可靠、圖像清晰，但是要求傳輸通道具有很寬的頻帶(足夠的圖像數(shù)據(jù)速率)。目前在廣播電視系統(tǒng)中采用隔行掃描方式，而在計(jì)算機(jī)顯示器中采用逐行掃描方式。第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.1.2隔行掃描 隔行掃描光柵及相應(yīng)的行、場(chǎng)掃描鋸齒波形如圖5-2所示。圖5-2隔行掃描光柵及相應(yīng)的行、場(chǎng)掃描鋸齒波形第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 為了簡(jiǎn)化，圖中忽略了行、場(chǎng)掃描鋸齒波的逆程時(shí)間。Tx為行掃描鋸齒波的周期，Tv為場(chǎng)掃描鋸齒波的周期。TF=2Tv是幀周期，一幀光柵由兩場(chǎng)光柵嵌套而成。由圖5-2可見，同樣頻率的一幀光柵，若采用隔行掃描方式，水平掃描鋸齒波的頻率可以降低一半。 行掃描光柵各幀必須重合，每幀的掃描行數(shù)Z為整數(shù)，即滿足 為了形成隔行光柵，還必須保證偶數(shù)場(chǎng)的各行正好均勻地嵌套在奇數(shù)場(chǎng)的各行之間，所以對(duì)于奇數(shù)行的隔行光柵來(lái)說，設(shè)光柵行數(shù)Z=2n+1，則每一場(chǎng)的掃描線應(yīng)為Z/2=n+1/2，也就是說每一場(chǎng)掃描光柵總有一個(gè)半根。同樣，總存在關(guān)系第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

我國(guó)電視制式是625行隔行掃描光柵，分兩場(chǎng)掃描，行掃描頻率為15625Hz，周期為64μs；場(chǎng)掃描頻率為50Hz，周期為20ms；幀頻是25Hz，是場(chǎng)頻的一半，周期為40ms。第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.1.3掃描的同步

1.同步 要想在電視接收機(jī)的屏幕上顯示出清晰穩(wěn)定的圖畫，發(fā)送和接收端的行、場(chǎng)動(dòng)作必須嚴(yán)格一致，以保證各個(gè)像素在圖像中相應(yīng)的幾何位置。在電視技術(shù)中，收、發(fā)端的電子束掃描順序完全相同，即掃描電流波形既同頻又同相，而波形幅度并不要求完全相同。

第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-3同步信號(hào)與掃描電流(a)同步脈沖信號(hào)；(b)掃描電流波形第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 因?yàn)樵趻呙璧哪娉虝r(shí)間內(nèi)不傳送圖像信號(hào)，所以，可以利用行、場(chǎng)逆程時(shí)間來(lái)分別傳送各自的同步脈沖信號(hào)，即在發(fā)送端每掃完一行加入一個(gè)行同步信號(hào)，每掃完一場(chǎng)加入一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)，它們與圖像信號(hào)一起被發(fā)送出去。

2.復(fù)合消隱信號(hào)和復(fù)合同步信號(hào) 如前所述，掃描逆程期是不傳送圖像信號(hào)的，在這期間應(yīng)使攝像管和顯像管的掃描電子束截止，使之不干擾圖像。為此，需在行、場(chǎng)掃描逆程期加入消隱信號(hào)。消隱信號(hào)有行消隱和場(chǎng)消隱之分，兩者均混在一起便成為復(fù)合消隱信號(hào)。第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 該信號(hào)的形狀是不同寬度的矩形脈沖，幅度相當(dāng)于黑色電平。設(shè)一行的時(shí)間為1H(在625行、50場(chǎng)的系統(tǒng)中，1H＝64μs)，根據(jù)規(guī)定，行消隱脈沖寬度為0.18H，場(chǎng)消隱脈沖寬度為25H，如圖5-4(a)所示。由于采用隔行掃描，復(fù)合消隱脈沖信號(hào)有奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)的區(qū)別。 同步信號(hào)有行同步、場(chǎng)同步之分，兩者混在一起而成為復(fù)合同步信號(hào)，其形狀也是不同寬度的矩形脈沖。根據(jù)規(guī)定，行同步脈沖寬度為0.075H，場(chǎng)同步脈沖寬度為2.5～3.0H。復(fù)合同步脈沖信號(hào)也有奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)的區(qū)別，如圖5-4(b)所示。同步信號(hào)也是在逆程中傳送的，為了在接收端便于分離，它是“騎”在消隱脈沖頂部的，如圖5-4(d)所示。復(fù)合同步信號(hào)主要用在接收端，發(fā)送端的同步通常使用行推動(dòng)脈沖信號(hào)和場(chǎng)推動(dòng)脈沖信號(hào)。第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-4消隱脈沖和同步脈沖信號(hào)復(fù)合消隱脈沖信號(hào)；(b)復(fù)合同步脈沖信號(hào)；(c)圖像信號(hào)；(d)視頻信號(hào)第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.2色度學(xué)基礎(chǔ)

5.2.1三基色原理

1.色彩三要素 彩色光作用于人眼，使之產(chǎn)生彩色視覺。為了能確切地表示某一彩色光的度量，可以用亮度、色調(diào)和色飽和度等三個(gè)物理量來(lái)描述，并稱之為色彩三要素。

1)亮度 亮度是描述光刺激人眼時(shí)引起視覺的明暗程度。一般說來(lái)，彩色光輻射的功率越大，亮度越高；反之，亮度越低。對(duì)于不發(fā)光的物體，其亮度取決于反射光功率的大小。第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2)色調(diào) 色調(diào)是指顏色的類別，如紅色、綠色、藍(lán)色等不同顏色就是指的色調(diào)。

3)色飽和度 色飽和度是指某一顏色的深淺程度(或濃度)。

2.三基色原理 人眼的彩色視覺有這樣一種特性，即某一單色光的彩色視覺可以由不同光譜的光組合而獲得，并與該單色光產(chǎn)生相同的彩色感覺。第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 三基色原理的主要內(nèi)容如下：

(1)自然界幾乎所有的顏色都可以用紅、綠、藍(lán)三種互為獨(dú)立的基色按一定比例混合而得到。

(2)自然界中絕大多數(shù)顏色可以分解成紅、綠、藍(lán)三種基色。

(3)混合色的亮度等于各個(gè)基色亮度之和。在彩色電視中之所以選用紅、綠、藍(lán)作為三基色，其原因如下：

(1)人眼對(duì)紅、綠、藍(lán)三種顏色比較敏感; (2)紅、綠、藍(lán)三基色彼此互為獨(dú)立;

第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(3)紅、藍(lán)色分布在可見光譜的兩端，綠色處在中間，它們?cè)诠庾V位置上相隔較遠(yuǎn)，因而由紅、綠、藍(lán)三基色混合而成的彩色較為豐富，幾乎能重現(xiàn)自然界的各種彩色。 彩色電視就是基于三基色原理，對(duì)自然景物及其色彩進(jìn)行錄入、處理、傳輸并重現(xiàn)彩色圖像的。彩色顯像管選擇R、G、B三基色顯示彩色信號(hào)，如圖5-5所示。第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-5彩色電視圖像的攝取第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

3.相加混色和相減混色 由三基色原理可知，適當(dāng)選擇三種基色，按不同比例混合，就可引起不同的色彩感覺。 合成彩色的亮度是三個(gè)基色的亮度之和，而色度(色調(diào)和飽和度)則由三個(gè)基色的比例決定。對(duì)人眼的混色可分為兩類，即相加混色和相減混色。

1)相加混色 彩色電視將三種基色光按不同比例相混而獲得不同彩色光的方法稱為相加混色，如RGB混合，如圖5-6所示。

第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-6RGB相加混色第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 相加混色按下列兩種方法進(jìn)行。

(1)將三種不同亮度的基色光同時(shí)投到一個(gè)全反射表面上從而合成不同的彩色——直接混合。

(2)利用人眼的視覺特性進(jìn)行相加。 ˙將三種基色光按一定順序輪流投射到同一表面上，只要輪流速度足夠快，人眼產(chǎn)生的感覺就與直接混合時(shí)相同。這種方法稱時(shí)間混合，是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。 ˙將三種基色光分別投射到同一表面上鄰近的三個(gè)點(diǎn)上，只要足夠鄰近，由于人眼分辨率的限制，也會(huì)產(chǎn)生相加混色，這是空間混合。第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 ˙利用兩只眼睛同時(shí)分別看兩種不同顏色的同一圖像，也會(huì)產(chǎn)生相加混色效果，這就是生理混合。

2)相減混色(CMY相減混色)

用彩色墨水或顏料進(jìn)行混合得到的彩色稱為相減混色。之所以稱為相減混色，是因?yàn)樗鼫p少(吸收)了人眼識(shí)別顏色所需要的反射光。 理論上，任何一種顏色都可以用三種基色顏料按一定比例混合得到。青色(Cyan)、品紅(Magenta)、黃色(Yellow)這三種基色顏料混合稱為CMY相減混色模型。在相減混色中，當(dāng)三種基色等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色；第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-7CMY相減混色

等量黃色(Y)和青色相減而品紅(M)為0時(shí)，得到綠色(G)。三基色相減的結(jié)果如圖5-7所示。彩色打印機(jī)和印刷彩色圖片以及畫家的顏料色彩都利用了相減混色原理。第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 按每個(gè)像素每種顏色用1位表示，則相減混色和相加混色各自生成的色彩以及它們之間的關(guān)系如表5-1所示。

第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三相加混色相減混色生成色關(guān)系R(紅)G(綠)B(藍(lán))C(青)M(品紅)Y(黃)顏色互為反碼000111黑001110藍(lán)010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白表5-1RGB相加混色與CMY相減混色的關(guān)系第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 相加色與相減色之間有一個(gè)直接的關(guān)系，自然就可以把顯示的顏色轉(zhuǎn)換成輸出打印的顏色。相加混色與相減混色之間成對(duì)出現(xiàn)互補(bǔ)色。若RGB彩色空間和CMY彩色空間使用1個(gè)正立方體表示，也可表示出這種色彩的互補(bǔ)性，如圖5-8所示。

圖5-8RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.2.2彩色的度量 按照三基色原理，彩色也是物理量。為了對(duì)彩色這個(gè)物理量進(jìn)行度量和計(jì)算，國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)選用物理三基色進(jìn)行了配色試驗(yàn)，并于1931年建立了RGB計(jì)色系統(tǒng)。

1.配色實(shí)驗(yàn)——比色計(jì) 比色計(jì)是兩塊互成直角的白板，它們能將光波全反射，如圖5-9所示。

第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-9配色實(shí)驗(yàn)原理圖第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2.配色方程與RGB計(jì)色系統(tǒng)

1)配色方程 物理三基色實(shí)質(zhì)是紅、綠、藍(lán)三種單色光，它們的波長(zhǎng)分別為700nm、546.1nm和435.8nm。通過配色試驗(yàn)測(cè)量，用R、G、B三基色光配成白光Ew時(shí)，所需R、G、B基色光的光通量之比為1:4.5907:0.0601。為便于計(jì)算，根據(jù)這個(gè)比例規(guī)定了三基色光的單位，分別用［R］、［G］、［B］表示：

1個(gè)紅基色光單位［R］=1光瓦

1個(gè)綠基色光單位［G］=4.5907光瓦

1個(gè)藍(lán)基色光單位［B］=0.0601光瓦第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 其中

1光瓦=680lm(流明)

所以，標(biāo)準(zhǔn)白光Ew可以用每個(gè)基色單位為1的物理三基色配出，即

F(Ew)=1[R]+1[G]+1[B]。 若每個(gè)基色分量同時(shí)增加K倍，配出的光仍然是標(biāo)準(zhǔn)白光Ew，只是光通量增大K倍而已。 確定基色單位［R］、［G］、［B］之后，對(duì)任意一種彩色光F，可由配色方程

F=R[R]+G[G]+B[B]第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 確定。式中的系數(shù)R、G、B為配出某種彩色光所需的一個(gè)單位基色光通量的倍數(shù)，稱為三基色系數(shù)，它們的大小決定彩色光F的光通量，三者之間的比例決定F的色度。 例如，系數(shù)為R、G、B色光的光通量為

|F|=(R+4.5907G+0.0601B)lm R[R]、G[G]、B[B]稱為F色光的三色分量。在不考慮光通量(亮度)只考慮彩色光的色度的情況下，起決定作用的是三色系數(shù)R、G、B的比例，而不是其值的大小。

2)RGB計(jì)色系統(tǒng) 已知配色方程為第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

F=R[R]+G[G]+B[B]

令m=R+G+B r=，g=，b=

則r+g+b=1

這說明r、g、b中只有兩個(gè)系數(shù)是獨(dú)立的。則

F=m{r[R]+g[G]+b[B]} |F|=m{r+4.5907g+0.0601b}

其中，m稱為色模。該式的含義為：當(dāng)規(guī)定所用的三基色單位總量為1時(shí)，為配出某給定色度的彩色光所需要的［R］、［G］、［B］的數(shù)值，即系數(shù)R、G、B。第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

3)RGB色度圖 因?yàn)?/p>

r+g+b=1

所以只需其中兩個(gè)色系數(shù)就可以表示彩色。用一個(gè)二維圖表示RGB色度圖，如圖5-10所示。

圖5-10RGB色度圖第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三由圖5-10可知：(1)單位紅基色［R］的色度坐標(biāo)為r=1，g=b=0單位綠基色［G］的色度坐標(biāo)為g=1，r=b=0單位藍(lán)基色［B］的色度坐標(biāo)為b=1，r=g=0(r、g坐標(biāo)的原點(diǎn))［R］［G］［B］構(gòu)成一個(gè)直角三角形。第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(2)直角三角形的中心r=g=1/3(b=1/3)處為等能白光E。

(3)［R］與［G］的連線，r+g≡1，即b=0。在［R］［G］［B］彩色三角形之內(nèi)，

r＋g≤1，r、g、b均為正值，說明三基色相加混合彩色均在彩色三角形之內(nèi)。 但是配色實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于某些飽和度很高的色光(RGB三角形之外舌形曲線上的單色光)，不論用怎樣的r、g、b比例均無(wú)法用三基色相加配出，而必須把1個(gè)或2個(gè)基色光移到待配色一側(cè)，才能使屏幕兩側(cè)呈同一色感。被移置的那個(gè)基色光視為“負(fù)”的基色光，即色系數(shù)為“負(fù)值”。具有這類性質(zhì)的彩色的色度坐標(biāo)處在彩色三角形之外。第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

3.XYZ計(jì)色系統(tǒng) 按三基色原理，選擇三種基色可以合成任意顏色。

XYZ計(jì)色系統(tǒng)規(guī)定的三基色，并不是真正的彩色，因此稱之為假想三基色或計(jì)算三基色。

1)配色方程 由圖5-10所示的RGB計(jì)色系統(tǒng)，可以寫出計(jì)算三基色的配色方程：

F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]

其中，［X］、［Y］、［Z］為基色單位，X、Y、Z為系數(shù)。 選定［X］，［Y］，［Z］的條件如下：第三十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(1)當(dāng)用它們配出實(shí)際彩色光時(shí)，配色方程中的系數(shù)X、Y、Z均應(yīng)為正數(shù)；

(2)系數(shù)Y值代表合成彩色光的總光通量，即彩色光的亮度只由Y反映，X、Z不含亮度信息，彩色光的色度仍由X、Y、Z的比例確定；

(3)當(dāng)X=Y=Z時(shí)，合成等能白光E白。

2)配色方程歸一化

第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 在只計(jì)算彩色光色度時(shí)，只需考慮X、Y、Z的相對(duì)比例，因此配色方程可改寫為

x+y+z=1

其中x、y、z是三基色的相對(duì)系數(shù)，即有

x=，y=，z=

3)色度圖 由R、G、B計(jì)色系統(tǒng)和X、Y、Z計(jì)色系統(tǒng)的關(guān)系，按標(biāo)準(zhǔn)觀察者(色度儀)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，并轉(zhuǎn)換到x、y坐標(biāo)上，可得到X、Y、Z色度圖，如圖5-11所示。第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

圖5-11XYZ色度圖

m為反映三基色單位總量的色模，即m=X+Y+Z。 因?yàn)槿齻€(gè)相對(duì)比例系數(shù)之和總為1，所以也是只有兩個(gè)系數(shù)是獨(dú)立的，即兩個(gè)系數(shù)就可以表示色度。第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 由圖5-11可知：

(1)所有單色光(λ不同)都在舌形曲線上，自然界所有實(shí)際彩色都在曲線之內(nèi)，且所有配色方程的系數(shù)都為x、y、z。

(2)RGB系統(tǒng)選用的物理三基色都在XYZ色度圖的舌形曲線上，[R]、[G]、[B]三點(diǎn)連線的三角形內(nèi)是混色后能得到的彩色范圍。

(3)E點(diǎn)代表白光，E(0.33,0.33)到舌形曲線單色光的連線上的點(diǎn)都有相同的色調(diào)，不同的彩色表示摻入白光的量(飽和度)，越靠近E點(diǎn)，說明摻入白光的量越大(飽和度越低)，越遠(yuǎn)離E點(diǎn)，說明摻入白光的量越小(飽和度大)，舌形曲線上的單色光純度為100%。第三十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

4.顯像三基色和亮度方程

1)顯像三基色 彩色顯像管利用空間混色重現(xiàn)彩色，但它的基色不是標(biāo)準(zhǔn)的［R］、［G］、［B］，只是與人眼感覺類似。選擇顯像三基色要求如下：

(1)將所選的三基色混合時(shí)應(yīng)盡可能獲得盡可能多的彩色，即三基色構(gòu)成的三角形面積要盡可能大；

(2)基色的亮度足夠亮，熒光粉的發(fā)光效率要高，以獲得必要的亮度。

第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2)亮度方程 按電視機(jī)中選用的熒光粉及C白(白天自然光的色度坐標(biāo))光源參數(shù)進(jìn)行推算(配色)，可得到顯示三基色［Re］、［Ge］、［Be］與[X]、[Y]、[Z]計(jì)算三基色之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即

或反之

(5.1)第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 用顯示三基色的任意比例進(jìn)行配色的配色方程為

Fe=Re[Re]+Ge[Ge]+Be[Be](5.2)

同樣，用計(jì)算三基色的任意比例進(jìn)行配色的配色方程為

Fe=X[X]+Y[Y]+Z[Z](5.3)

將式(5.2)和式(5.3)代入式(5.1)，可得到計(jì)算三基色與顯示三基色系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即

第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 其中只有Y代表亮度(選擇計(jì)算三基色單位［X］、［Y］、［Z］的條件)。所以亮度方程為

色度信號(hào)為X、Z(X、Y、Z中只有兩個(gè)信號(hào)是獨(dú)立的)。第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.3彩色電視制式 國(guó)際上采用三種兼容制彩色電視制式，即：

(1)正交平衡調(diào)幅制NTSC(NationalTelevisionSystemsCommittee，國(guó)家電視制式委員會(huì))。這種制式在美國(guó)、加拿大、大部分西半球國(guó)家、臺(tái)灣、日本、韓國(guó)、菲律賓采用。

(2)逐行倒相正交平衡調(diào)制PAL(Phase-AlternativeLine)。這種制式在我國(guó)、西德、英國(guó)、朝鮮采用。

(3)順序傳送彩色與存儲(chǔ)制SECAM(SequentialCouleuràMémorire(法文))。這種制式在法、俄、東歐等國(guó)家使用。第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.3.1兼容制彩色電視制式

1.兼容的含義 因?yàn)楹诎纂娨暜a(chǎn)生和發(fā)展在先，彩色電視推廣在后，所以必須在制式上使黑白電視與彩色電視兼容，以避免資源的浪費(fèi)。 兼容的含義是：

(1)黑白電視機(jī)能接收彩色電視廣播、顯示黑白圖像，稱正兼容; (2)彩色電視機(jī)能接收黑白電視廣播，稱為逆兼容。

2.兼容措施第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(2)將攝像機(jī)輸出的三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色度信號(hào)，并組合成彩色全電視信號(hào)發(fā)送(圖像信號(hào)、伴音信號(hào)、行消隱、場(chǎng)消隱、行同步和場(chǎng)同步等信號(hào)的組合)，接收端恢復(fù)成三基色信號(hào)，顯示彩色。

3.彩色電視信號(hào) 由前面的分析已知，為了傳送彩色電視信號(hào)，該信號(hào)必須包括亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)。 由顯示三基色X、Y、Z方程可得

第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

從而顯示彩色。 因?yàn)槿齻€(gè)色差方程中，只有兩個(gè)是獨(dú)立的，所以可以選色差信號(hào)

U=B-Y，V=R-Y

將亮度信號(hào)Y與色差信號(hào)U、V調(diào)制后發(fā)送，接收端解調(diào)后還原成三基色。即

從而顯示彩色。第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.3.2彩色電視制式

1.NTSC制(正交平衡調(diào)幅制) 1)YUV

為了實(shí)現(xiàn)兼容性，彩色電視要在同一頻帶內(nèi)傳送亮度信號(hào)和色差信號(hào)，高端傳送色差信號(hào)，低端傳送亮度信號(hào)。由同一載波頻率的付載波傳送兩個(gè)色差信號(hào)，也就是使用兩個(gè)色差信號(hào)調(diào)制頻率相同，相位相差90°的兩個(gè)付載波，然后混合發(fā)送，如下式所示。

其中，振幅為

第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 相位

合成以后的復(fù)合彩色信號(hào)電平中最多的是黃色和青色。因此要限制兩個(gè)色差信號(hào)的幅度B－Y和R－Y，將合成的彩色電平幅度限制在一定的范圍內(nèi)，以符合人的視覺要求(黃色和青色不要太明顯)，即 ，，，第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 由于K1，K2小于1，于是得到RGB與YUV的彩色轉(zhuǎn)換矩陣：

圖5-12I、Q坐標(biāo)系與U、V坐標(biāo)系 然后對(duì)U、V兩個(gè)色差信號(hào)進(jìn)行正交平衡調(diào)制。第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2)YQI

對(duì)人眼視覺特性的研究表明，人眼對(duì)紅黃之間的顏色分辨力最強(qiáng)，而對(duì)藍(lán)品紅之間的顏色的分辨力最弱。圖5-12中的I軸表示人眼最敏感的色軸，而與之垂直的Q軸表示最不敏感的色軸。定量地說，IQ軸與UV正交軸有33°的夾角。這樣，任一色度，既可由U、V表示，也可由Q、I表示。它們之間的關(guān)系為

利用亮度信號(hào)計(jì)算公式

Y=0.299R+0.587G+0.114B

及

第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以后對(duì)Y、Q、I進(jìn)行正交平衡調(diào)制發(fā)送。

2.PAL逐行倒相正交平衡調(diào)制 若將色度信號(hào)U、V混色后表示為時(shí)間函數(shù)(混色)，則

其中

第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 可見，由色差信號(hào)U、V混色形成的基色與補(bǔ)色的色度信號(hào)可以用U、V坐標(biāo)系中的矢量表示，如圖5-13所示。圖5-13在U、V坐標(biāo)系中的彩色信號(hào)第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 圖5-13中標(biāo)出了8種基色和補(bǔ)色的矢量，從圖中看出，品紅色矢量處于第1象限內(nèi)，當(dāng)矢量逆時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，顏色變化的順序是品紅－紅－黃－綠－青－藍(lán)－品紅。 彩色相序的倒相可以按幀頻、場(chǎng)頻或行頻、點(diǎn)頻進(jìn)行。 發(fā)送端混色信號(hào)為

其中

第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

3.SECAM(順序傳送彩色與存儲(chǔ)制)

這種制式也是為了克服NTSC制的相位敏感性而研制的電視制式。 ˙發(fā)送：在SECAM制中，發(fā)送時(shí)由于依次逐行傳送色差信號(hào)B－Y和R－Y，因而，在傳送通道中同一時(shí)間內(nèi)只存在一種色差信號(hào)，這就不可能產(chǎn)生互串現(xiàn)象，但亮度信號(hào)仍是每行都傳送，所以SECAM制是一種順序——同時(shí)制。 ˙接收：在接收機(jī)中必須同時(shí)存在Y、R－Y和B－Y三種信號(hào)，才能提供重現(xiàn)彩色圖像所需要的R、G、B三種基色信號(hào)，因此SECAM制解碼器使用延遲線把收到的每一個(gè)色差信號(hào)使用兩次。第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 即在被傳送的一行使用1次，并存儲(chǔ)一行的時(shí)間(64μs)，然后再使用1次。也就是說每一行的色差信號(hào)，在當(dāng)前行的U要與上行存儲(chǔ)的V，或當(dāng)前行的V要與上一行的U作為當(dāng)前行的兩個(gè)色差信號(hào)連同亮度一起去轉(zhuǎn)換為顯示R、G、B三基色。 由于每一行只傳送一個(gè)色差信號(hào)，因此不必采用正交平衡調(diào)幅，可以采用調(diào)頻發(fā)送。

4.電視信號(hào)傳送過程 彩色電視信號(hào)的編碼解碼框圖如圖5-14所示。其工作原理如下：第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

圖5-14彩色電視信號(hào)的編碼解碼框圖第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 原始彩色圖像的R、G、B信號(hào)，經(jīng)過坐標(biāo)空間變換，轉(zhuǎn)換成亮度信號(hào)和色差信號(hào)(Y、U、V)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換(采樣，量化)得到數(shù)字信號(hào)，然后發(fā)送。若Y、U、V各取8位，則每個(gè)像素需24位數(shù)據(jù)量，這種編碼方式就是PCM編碼。 接收端恢復(fù)R、G、B信號(hào)顯示彩色圖像。 發(fā)送端的“映射變換”以及量化器和編碼器用于進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，減少原始數(shù)據(jù)的相關(guān)性和數(shù)據(jù)冗余度，如JPEG標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行的處理。第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.4電視圖像數(shù)字化 由于電視和計(jì)算機(jī)的顯示機(jī)制不同，因此要在計(jì)算機(jī)上顯示動(dòng)態(tài)視頻圖像需要作許多技術(shù)處理。例如，電視是隔行掃描，計(jì)算機(jī)的顯示器通常是非隔行掃描；電視是亮度(Y)和色度(C)的復(fù)合編碼，而計(jì)算機(jī)的監(jiān)視器工作在RGB空間；電視圖像的分辨率和顯示屏的分辨率也各不相同等等。這些問題在電視圖像數(shù)字化過程中都需考慮。第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 在大多數(shù)情況下，數(shù)字電視系統(tǒng)都希望用彩色分量來(lái)表示圖像數(shù)據(jù)，如RGB、YUV、YIQ彩色空間分量。電視圖像數(shù)字化常用的方法有兩種：

(1)先從復(fù)合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化。我們現(xiàn)在接觸到的大多數(shù)電視信號(hào)都是復(fù)合的彩色全電視信號(hào)，如錄像帶、激光視盤、攝像機(jī)等。對(duì)這類信號(hào)的數(shù)字化，通常是先將其分離成YUV、YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)，然后用3個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別進(jìn)行數(shù)字化。

(2)先對(duì)彩色電視信號(hào)數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YUV、YIQ或RGB分量信號(hào)。用這種方法對(duì)電視圖像數(shù)字化時(shí)，只需一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器。第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.4.1電視圖像的采樣格式 計(jì)算機(jī)中的彩色圖像一般都用R、G、B分量表示，而電視圖像一般都用一個(gè)亮度(Y)分量和兩個(gè)色差(U和V)分量表示，YUV組成一個(gè)復(fù)合的電視信號(hào)。亮度分量的帶寬是色差分量帶寬的兩倍。過去，電視圖像數(shù)字化系統(tǒng)一般都使用分量數(shù)字化，對(duì)亮度和色差分別進(jìn)行數(shù)字化，原因是復(fù)合電視信號(hào)和分量信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換比較容易。 電視圖像的采樣格式主要有三種，通常用“Y∶U∶V”的形式表示，Y、U、V分別代表亮度Y、色差U、色差V的樣本數(shù)。電視圖像的采樣格式如表5-2所示。第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三表5-2電視圖像的采樣格式第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.4.2電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn) 為了在PAL制、NTSC制和SECAM制之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)制定了演播室質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)，在美國(guó)稱為D1標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)多媒體的開發(fā)應(yīng)用相當(dāng)重要，目前開發(fā)的許多多媒體硬件都以CCIR601作為基礎(chǔ)。 表5-3給出了CCIR601推薦的采樣頻率與其他頻率之間的關(guān)系。第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三表5-3電視數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)(CCIR601)摘要第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 表中的CR和CB為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)中的V和U色差信號(hào)。在數(shù)字電視信號(hào)值一欄中，亮度為220級(jí)，而色度為225級(jí)，因?yàn)槊總€(gè)Y、CR、CB采樣后都量化為8位二進(jìn)制數(shù)，即256個(gè)等級(jí)?？紤]到系統(tǒng)的需要，亮度和色差均留出了一些量化值，以備它用。

CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率。這個(gè)采樣頻率也用于遠(yuǎn)程圖像通信網(wǎng)絡(luò)中的圖像信號(hào)采樣，如ISDN、電視會(huì)議、CCITT-H.261及光纖通信等。對(duì)PAL制和SECAM制，采樣頻率fs為

fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz

N=864第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 其中，N為每行的采樣點(diǎn)數(shù)。 對(duì)NTSC制，采樣頻率fs為

fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz

N=858

對(duì)4∶2∶2的電視圖像采樣格式，Y用13.5MHz的采樣頻率，CR和CB用6.75MHz的采樣頻率。采樣時(shí)，采樣頻率信號(hào)要和行同步信號(hào)同步。 對(duì)PAL制和SECAM制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣864個(gè)樣本；對(duì)NTSC制的亮度信號(hào)，每一條掃描行采樣858個(gè)樣本。對(duì)所有的制式，每一掃描行的有效采樣樣本均為720個(gè)。每一掃描行的采樣結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-15CCIR601的亮度采樣結(jié)構(gòu)第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 按照每一采樣點(diǎn)為8bit計(jì)算，那么每個(gè)像素點(diǎn)數(shù)字化后的數(shù)字率應(yīng)為

(13.5+6.75+6.75)×8=216Mb/s

即數(shù)據(jù)采樣速率為每秒216Mb。 雖然CCIR601對(duì)每行的有效樣本作了規(guī)定，但在實(shí)際顯示圖像時(shí)也有例外。例如在計(jì)算機(jī)中顯示電視圖像時(shí)通常采用下列分辨率：

NTSC制：640×480; PAL制和SECAM制：768×576。第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 電視圖像既是空間的函數(shù)，又是時(shí)間的函數(shù)，而且又是隔行掃描，因而它的采樣是按照掃描線的順序?qū)Ω飨袼攸c(diǎn)的值進(jìn)行的，掃描完一幀，依次再掃描下一幀，從而得到連續(xù)視頻圖像。第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.5圖像的屬性和分類

5.5.1分辨率 我們經(jīng)常遇到的分辨率有兩種：顯示分辨率和圖像分辨率。

1.顯示分辨率 顯示分辨率是指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 計(jì)算機(jī)用的CRT和家用電視機(jī)用的CRT之間的主要差別是顯像管玻璃面上的孔眼掩膜和所涂的熒光物不同?？籽壑g的距離稱為點(diǎn)距(DotPitch)，因此常用點(diǎn)距來(lái)衡量一個(gè)顯示屏的分辨率。電視機(jī)用的CRT的平均分辨率為0.76mm，而標(biāo)準(zhǔn)SVGA顯示器的分辨率為0.28mm?？籽墼叫。直媛示驮礁?，這就需要更小更精細(xì)的熒光點(diǎn)。因此，同樣尺寸的計(jì)算機(jī)顯示器比電視機(jī)的價(jià)格貴得多。 早期用的計(jì)算機(jī)顯示器的分辨率是0.41mm，隨著技術(shù)的進(jìn)步，分辨率已由0.41mm提高到0.26mm以下。第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2.圖像分辨率 圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，圖像看起來(lái)就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。 在用掃描儀掃描彩色圖像時(shí)，通常要指定圖像的分辨率，用每英寸多少點(diǎn)(dotsperinch，dpi)表示。如果用300dpi來(lái)掃描一幅8英寸×10英寸的彩色圖像，就得到一幅2400×3000個(gè)像素的圖像。分辨率越高，像素就越多。第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 圖像分辨率與顯示分辨率是兩個(gè)不同的概念。圖像分辨率確定的是組成一幅圖像的像素?cái)?shù)目，而顯示分辨率確定的是顯示圖像的區(qū)域大小。它們之間的關(guān)系是：

(1)圖像分辨率大于屏幕分辨率時(shí)，在屏幕上只能顯示部分圖像。例如，當(dāng)圖像分辨率為800×600，屏幕分辨率為640×480時(shí)，屏幕上只能顯示一幅圖像的64%左右。

(2)圖像分辨率小于屏幕分辨率時(shí)，圖像只占屏幕的一部分。例如，當(dāng)圖像分辨率為320×240，屏幕分辨率為640×480時(shí)，圖像只占屏幕的四分之一。第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.5.2像素深度 像素深度是指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，它也是用來(lái)度量圖像的分辨率的。像素深度決定彩色圖像的每個(gè)像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像的每個(gè)像素可能有的灰度級(jí)數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個(gè)像素用R、G、B三個(gè)分量表示，若每個(gè)分量用8位，那么一個(gè)像素共用24位表示，就是說像素的深度為24，每個(gè)像素可以是224＝16777216種顏色中的一種。在這個(gè)意義上，往往把像素深度說成是圖像深度。表示一個(gè)像素的位數(shù)越多，它能表達(dá)的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 雖然像素深度或圖像深度可以很深，但各種VGA的顏色深度卻受到限制。例如，標(biāo)準(zhǔn)VGA支持4位16種顏色的彩色圖像，多媒體應(yīng)用中推薦至少用8位256種顏色。由于設(shè)備的限制，加上人眼分辨率的限制，一般情況下，不一定要追求特別深的像素深度。此外，像素深度越深，所占用的存儲(chǔ)空間越大。相反，如果像素深度太淺，也會(huì)影響圖像的質(zhì)量，圖像看起來(lái)就很粗糙，很不自然。 在用二進(jìn)制數(shù)表示彩色圖像的像素時(shí)，除R、G、B分量用固定位數(shù)表示外，往往還增加1位或幾位作為屬性(Attribute)位。例如，RGB5∶5∶5表示一個(gè)像素時(shí)，用2個(gè)字節(jié)共16位表示，其中R、G、B各占5位，剩下一位作為屬性位。在這種情況下，像素深度為16位，而圖像深度為15位。第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 屬性位用來(lái)指定該像素應(yīng)具有的性質(zhì)。例如，在CD-I系統(tǒng)中，用RGB5∶5∶5表示的像素共16位，其最高位(b15)用作屬性位，并把它稱為透明(Transparency)位，記為T。T的含義可以這樣來(lái)理解：假如顯示屏上已經(jīng)有一幅圖存在，當(dāng)這幅圖或者這幅圖的一部分要重疊在上面時(shí)，T位就用來(lái)控制原圖是否能看得見。例如，定義T＝1，原圖完全看不見；定義T＝0，原圖能完全看見。第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5.5.3真彩色、偽彩色與直接色 搞清真彩色、偽彩色與直接色的含義，對(duì)于編寫圖像顯示程序、理解圖像文件的存儲(chǔ)格式有直接的指導(dǎo)意義，也就能理解為什么用真彩色表示的圖像經(jīng)過VGA顯示器顯示后卻不是原來(lái)圖像的顏色。

1.真彩色(TrueColor)

真彩色是指組成一幅彩色圖像的每個(gè)像素值中，有R、G、B三個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 如果用RGB8∶8∶8方式表示一幅彩色圖像，就是R、G、B都用8位來(lái)表示，每個(gè)基色分量占一個(gè)字節(jié)，共3個(gè)字節(jié)，每個(gè)像素的顏色就是由這3個(gè)字節(jié)中的數(shù)值直接決定的，可生成的顏色數(shù)就是224＝16777216種。用3個(gè)字節(jié)表示的真彩色圖像所需要的存儲(chǔ)空間很大，而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的，因此在許多場(chǎng)合真彩色往往用RGB5∶5∶5來(lái)表示，每個(gè)彩色分量占5個(gè)位，再加1個(gè)顯示屬性控制位，共2個(gè)字節(jié)，生成的真顏色數(shù)目為215＝32K。真彩色示意圖如圖5-16(a)所示。

第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 在許多場(chǎng)合，真彩色圖通常是指RGB8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱為全彩色(FullColor)圖像。但在顯示器上顯示的顏色就不一定是真彩色，要得到真彩色圖像需要有真彩色顯示適配器，目前在PC上用的VGA適配器是很難得到真彩色圖像的。

2.偽彩色(PseudoColor)

偽彩色圖像的每個(gè)像素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表(ColorLook-UpTable，CLUT)的表項(xiàng)入口地址去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R、G、B強(qiáng)度值，用查找出的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三 彩色查找表是一個(gè)事先做好的表，表項(xiàng)入口地址也稱為索引號(hào)。例如，16種顏色的查找表，0號(hào)索引對(duì)應(yīng)黑色，…，15號(hào)索引對(duì)應(yīng)白色。彩色圖像本身的像素?cái)?shù)值和彩色查找表的索引號(hào)有一個(gè)變換關(guān)系，這個(gè)關(guān)系可以使用Windows95/98定義的變換關(guān)系，也可以使用用戶自己定義的變換關(guān)系。使用查找表得到的數(shù)值顯示的彩色是真的，但不是圖像本身真正的顏色，它沒有完全反映原圖的彩色，所以稱之為偽彩色，如圖5-16(b)所示。第八十頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖5-16真彩色和偽彩色圖像之間的差別(a)真彩色示意圖；(b)偽彩色示意圖第八十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

3.直接色(DirectColor)

每個(gè)像素值可分為R、G、B三個(gè)分量，每個(gè)分量作為單獨(dú)的索引值對(duì)像素值作變換，也就是通過相應(yīng)的彩色變換表找出基色強(qiáng)度。用變換后得到的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色，它的特點(diǎn)是對(duì)每個(gè)基色進(jìn)行變換。 直接色系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色與真彩色系統(tǒng)的相同之處是都采用R、G、B分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是前者的基色強(qiáng)度直接用R、G、B決定，而后者的基色強(qiáng)度由R、G、B經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來(lái)真實(shí)且很自然。

第八十