第三章视频信息处理ver30-课件.ppt

1、第三章第三章 视频信息处理视频信息处理1 人类感知客观世界有人类感知客观世界有7070的信息是由视觉获取的。的信息是由视觉获取的。8080年代年代末多媒体计算机技术的出现，使计算机具有了综合处理声音、末多媒体计算机技术的出现，使计算机具有了综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，它以形象丰富的声、文、图信文字、图像和视频信息的能力，它以形象丰富的声、文、图信息和方便的交互性，极大地改善了人机界面，改变了使用计算息和方便的交互性，极大地改善了人机界面，改变了使用计算机的方式，从而为计算机进入人类生活和生产的各个领域打开机的方式，从而为计算机进入人类生活和生产的各个领域打开了大门，它为计算机产业

2、开辟了非常广阔的市场。了大门，它为计算机产业开辟了非常广阔的市场。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理23.1 3.1 视频及应用视频及应用3.23.2 图像的彩色空间表示及其转换图像的彩色空间表示及其转换（重点）（重点）3.3 3.3 视频分类视频分类（重点）（重点）3.4 3.4 模拟视频数字化模拟视频数字化（重点）（重点）3.5 3.5 视频技术视频技术3.6 3.6 视频信息的处理视频信息的处理第三章第三章 视频信息处理视频信息处理3一、什么是视频一、什么是视频?视频（视频（video）：）：指随时间变化的图象指随时间变化的图象 时变图象是一种时时变图象是一种时-空（颜色）密度模式（

3、空（颜色）密度模式（spatial-temporal intensity pattern），可以表示为），可以表示为s(x,y,t)，其中，其中(x,y)是空间变量，是空间变量，t是时间变量是时间变量(x,y)t 颜色颜色 图象图象 时变图象时变图象第三章第三章 视频信息处理视频信息处理4二、视频应用领域二、视频应用领域1、广播电视、广播电视地面、卫星电视广播地面、卫星电视广播有线电视（有线电视（CATV：Community Antenna TV）数字视频广播（数字视频广播（DVB：Digital Video Broadcast）交互式电视（交互式电视（ITV：Interactive TV）高

4、清晰度电视（高清晰度电视（HDTV：High Definition TV）第三章第三章 视频信息处理视频信息处理52、通信通信可视电话（可视电话（Videophone）视频会议（视频会议（Videoconferencing）视频点播（视频点播（VOD：Video On Demand）视频数据库视频数据库第三章第三章 视频信息处理视频信息处理63、个人娱乐个人娱乐 录象节目录象节目 VCD（Video Compact Disk）DVD（Digital Versatile Disk）电视购物电视购物 家庭摄象家庭摄象 视频游戏视频游戏第三章第三章 视频信息处理视频信息处理7一、颜色的基本概念一、颜

5、色的基本概念 某一景物的颜色，某一景物的颜色，是在特定光源照射下，所反射的某些是在特定光源照射下，所反射的某些可见可见光谱成份光谱成份在人眼所引起的视觉效果，称在人眼所引起的视觉效果，称彩色视觉彩色视觉（color vision）或者）或者彩色感彩色感。彩色感或者色感是人眼主观和客观光源及其反射、吸收彩色感或者色感是人眼主观和客观光源及其反射、吸收相结合所引起的相结合所引起的生理生理物理物理过程。过程。我们经验中对形成的颜色观念基本上是建立在以我们经验中对形成的颜色观念基本上是建立在以太阳太阳为为光源的基础上的。光源的基础上的。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理8 太阳光谱和单色光太阳光谱

6、和单色光 1672年牛顿用三棱镜将太阳光（白光）分解成红、橙、年牛顿用三棱镜将太阳光（白光）分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫（品红）顺序排列渐变的彩带，这黄、绿、青、蓝、紫（品红）顺序排列渐变的彩带，这种现象称作种现象称作色散色散（dispersion）。）。只具有单一波长的色光或者所占波谱宽度小于只具有单一波长的色光或者所占波谱宽度小于5nm的色的色光，称作光，称作单色光单色光第三章第三章 视频信息处理视频信息处理9 下表示出下表示出可见光波长与颜色可见光波长与颜色的对应关系可见一定波长的光与的对应关系可见一定波长的光与某种颜色相对应；某种颜色相对应；一定波长范围的光可引起相同色感，即色对光

7、的反映关一定波长范围的光可引起相同色感，即色对光的反映关系并不是单一的系并不是单一的色光名色光名称称紫紫蓝蓝青青绿绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红波长范波长范围围(nm)380-430430-470470-500500-530530-560560-590590-620620-780第三章第三章 视频信息处理视频信息处理10二、颜色的三要素二、颜色的三要素 色调色调（hue）：彩色的感觉，反映颜色的种类。色调与光波）：彩色的感觉，反映颜色的种类。色调与光波的波长有关，的波长有关，不同的波长反映不同的颜色感不同的波长反映不同的颜色感。饱和度饱和度（saturation）：颜色的纯度）：颜色的纯度/深浅深浅/

8、浓淡，即掺入白浓淡，即掺入白光的程度，掺入白光多，饱和度就低，反之饱和度就高。光的程度，掺入白光多，饱和度就低，反之饱和度就高。白光的饱和度为白光的饱和度为0。亮度亮度（brightness）：颜色作用于人眼所引起的）：颜色作用于人眼所引起的明暗视觉程明暗视觉程度度。对于色调和饱和度固定的光而言，当其全部。对于色调和饱和度固定的光而言，当其全部能量增强能量增强时，亮度增加时，亮度增加，因此亮度与光功率有关。，因此亮度与光功率有关。人眼的视觉是主观视感对客观色存在的反映，视觉包括光人眼的视觉是主观视感对客观色存在的反映，视觉包括光觉和色觉，也就是觉和色觉，也就是亮度视觉和彩色视觉亮度视觉和彩色视

9、觉第三章第三章 视频信息处理视频信息处理11三、同色异三、同色异谱谱（equivalence color but differential spectrum）现象现象 由由不同的光谱不同的光谱成分混合出成分混合出相同颜色相同颜色的现象，称为的现象，称为同色异谱同色异谱 彩色感与波长不是单值关系彩色感与波长不是单值关系 如果用波长如果用波长540nm的绿光和的绿光和700nm的红光按照一定比例混合，的红光按照一定比例混合，同时作用于人眼时，可以得到相当于同时作用于人眼时，可以得到相当于580nm的黄光色感；此的黄光色感；此时，眼感分辨不出是时，眼感分辨不出是单色黄光单色黄光，还是由红、绿两种光，

10、还是由红、绿两种光混合混合而成的黄光而成的黄光。同色异谱现象同色异谱现象为人工仿造自然界彩色提供了为人工仿造自然界彩色提供了理论依据理论依据 人们可以用少数几种颜色的混合色来代替光谱色，同样可人们可以用少数几种颜色的混合色来代替光谱色，同样可以还原出自然景物的色彩。以还原出自然景物的色彩。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理12四、三基色（四、三基色（tri-chrominance primary）基色基色（primary color）基色是指基色是指互为独立的单色互为独立的单色，任一基色都不能由其它两种基，任一基色都不能由其它两种基色混合产生（类似空间的基向量）。色混合产生（类似空间的基向

11、量）。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理13 三基色三基色（tri-chrominance primary）根据人眼对彩色视觉的大量实验证明，选择根据人眼对彩色视觉的大量实验证明，选择红色、绿色和蓝红色、绿色和蓝色色这三种相互独立的基色，按照不同比例组合，可以配出的这三种相互独立的基色，按照不同比例组合，可以配出的大部分颜色与自然界的色彩相符，能引起人眼各种不同的彩大部分颜色与自然界的色彩相符，能引起人眼各种不同的彩色感，这就是色度学中最基本原理色感，这就是色度学中最基本原理 三基色原理三基色原理。绝大多数颜色也可以绝大多数颜色也可以分解成分解成红绿蓝红绿蓝三种色光三种色光。三基色的选择不

12、唯一三基色的选择不唯一，也可选择另外三种颜色为三基，也可选择另外三种颜色为三基 色色（CMYCyan、Magenta、Yellow）。）。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理14 三基色图三基色图第三章第三章 视频信息处理视频信息处理15五、混色效应五、混色效应空间混色效应空间混色效应（effect of space-mixed color）利用人眼空间分辨能力有限的特性，当两种或者多种颜色细利用人眼空间分辨能力有限的特性，当两种或者多种颜色细节（细点或者细线）在空间排列够近时，如果人眼在一定距节（细点或者细线）在空间排列够近时，如果人眼在一定距离以外观看，在分辨角小到一定范围时，人眼就分辨

13、不出各离以外观看，在分辨角小到一定范围时，人眼就分辨不出各自不同的颜色，而是几种颜色混合彩色感。自不同的颜色，而是几种颜色混合彩色感。大部分大部分视频显示设备的基础视频显示设备的基础时间混色效应时间混色效应（effect of time-mixed color）将三种基色光，按时间顺序轮流投射到同一表面上，只要轮将三种基色光，按时间顺序轮流投射到同一表面上，只要轮换速度足够快，由于视觉残留特性，将同样会产生相加混色换速度足够快，由于视觉残留特性，将同样会产生相加混色的效果。的效果。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理16六、彩色空间（颜色模型）六、彩色空间（颜色模型）1、RGB与与CMY颜色

14、空间颜色空间 RGB是在三基色理论基础上开发的是在三基色理论基础上开发的相加相加混色颜色空间。使混色颜色空间。使用用RGB生成颜色容易实现，因此在使用阴极射线管（生成颜色容易实现，因此在使用阴极射线管（CRT）的图像显示系统中得到广泛的应用。的图像显示系统中得到广泛的应用。特点：特点：RGB颜色空间是与颜色空间是与设备相关的。设备相关的。（随显示器的（随显示器的亮度和对比度亮度和对比度的改变而改变）的改变而改变）视觉对颜色的感知视觉对颜色的感知是非线性是非线性的的 对颜色的指定不直观对颜色的指定不直观第三章第三章 视频信息处理视频信息处理17在多媒体计算机技术中用的最多的是在多媒体计算机技术中

15、用的最多的是RGBRGB彩色空间彩色空间表示，表示，因为计算机彩色监视器的输人需要因为计算机彩色监视器的输人需要RGBRGB三个彩色分量，三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，可在显示屏幕上合成所需要通过三个分量的不同比例，可在显示屏幕上合成所需要的任意颜色，所以的任意颜色，所以不管多媒体系统中采用什么形式的彩不管多媒体系统中采用什么形式的彩色空间色空间，最后的输出一定要转换成，最后的输出一定要转换成RGBRGB彩色空间彩色空间。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理18 CMY（cyan magenta yellow）也是在三基色理论基础上开也是在三基色理论基础上开发的颜色空间，不过它是发的

16、颜色空间，不过它是相减相减混色颜色空间。该空间主要混色颜色空间。该空间主要用在用在印刷和打印系统印刷和打印系统。特点：特点：CMY(K)颜色空间是与颜色空间是与设备相关的设备相关的 视觉对颜色的感知视觉对颜色的感知是非线性是非线性的的 对颜色的指定不直观。对颜色的指定不直观。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理192、计算机图形颜色空间计算机图形颜色空间 HSV（hue：色调色调，saturation：饱和度，饱和度，and value）HLS/HSL（hue，saturation and lightness：明度）：明度）HIS（hue，saturation and intensity：强

17、度）：强度）HSB（hue，saturation and brightness：亮度）：亮度）HCI（hue，saturation and chroma/colourfulness）HVC（hue,value and chroma）等都是类似的颜色空间，）等都是类似的颜色空间，都是从都是从RGB颜色空间变换而来的，而且都是与颜色空间变换而来的，而且都是与设备相关的设备相关的颜颜色空间。色空间。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理203、电视、电视系统颜色空间系统颜色空间YUV和和YIQ颜色空间颜色空间PAL、SECAMYUV模型模型 Y亮度，亮度，U、V 色差，色差，U、V是构成彩色的两个分

18、量是构成彩色的两个分量NTSC YIQ模型模型 Y亮度，亮度，I、Q 两个彩色分量两个彩色分量说明：说明：YUV和和YIQ颜色空间都把颜色空间都把RGB颜色空间分离成亮度和色度，颜色空间分离成亮度和色度，目的是为了更有效地压缩图像的数据量，以便充分利用传目的是为了更有效地压缩图像的数据量，以便充分利用传输通道的带宽或者节省存储容量。输通道的带宽或者节省存储容量。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理21采用采用YUV彩色空间的好处如下：彩色空间的好处如下：亮度信号亮度信号Y解决了彩色电视机与黑白电视机的解决了彩色电视机与黑白电视机的兼容兼容问题问题 解决了彩色图像的解决了彩色图像的清晰度清晰度

19、问题，问题，降低了降低了存储容量。存储容量。说明：说明：YUV表示法表示法是其是其亮度信号（亮度信号（Y）和色度信号（）和色度信号（U、V）是）是相相互独立互独立的，可以对这些单色图的，可以对这些单色图分别进行编码分别进行编码。可以可以利用人眼的特性来降低数字彩色图像所需要的存储容利用人眼的特性来降低数字彩色图像所需要的存储容量。量。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理22例如：例如：要存储要存储RGB 8 8 8的彩色图像，即的彩色图像，即R、G和和B分量都用分量都用8位二进制数表示，图像的大小为位二进制数表示，图像的大小为640480像素，那末所需要像素，那末所需要的存储容量为的存储容量

20、为64048038/8=921600字节字节。如果用如果用YUV来表示同一幅彩色图像来表示同一幅彩色图像，分辨率仍然为，分辨率仍然为640480，并且，并且Y分量仍然用分量仍然用8位表示，而对每四个相邻像素位表示，而对每四个相邻像素（22）的）的U、V值分别用相同的一个值表示，那末存储同样值分别用相同的一个值表示，那末存储同样的一幅图像所需的存储空间就减少到的一幅图像所需的存储空间就减少到64048083/(82)=460800字节字节。这实际上也是这实际上也是图像压缩技术图像压缩技术的一种方法。的一种方法。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理23无论是用无论是用YIQYIQ、YUVYUV模

21、型来表示彩色图像，由于现在所有的模型来表示彩色图像，由于现在所有的显示器都采用显示器都采用RGBRGB值来驱动，这就要求在显示每个像素之前，须值来驱动，这就要求在显示每个像素之前，须要把要把彩色分量值转换成彩色分量值转换成RGBRGB值值。这种转换需要。这种转换需要花费大量的计算时花费大量的计算时间间。这是一个要在软硬件设计中需要综合考虑的因素。这是一个要在软硬件设计中需要综合考虑的因素。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理24从技术上角度区分，颜色空间可分成如下从技术上角度区分，颜色空间可分成如下三类三类：RGB RGB 型颜色空间型颜色空间/计算机图形颜色空间：计算机图形颜色空间：这类模

22、型主要用这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。例如，于电视机和计算机的颜色显示系统。例如，RGBRGB，HSI,HSL HSI,HSL 和和HSV HSV 等颜色空间。等颜色空间。XYZ XYZ 型颜色空间型颜色空间/CIE/CIE 颜色空间：颜色空间：这类颜色空间是由国际这类颜色空间是由国际照明委员会照明委员会 (Commission In-ternational DeLEclairage)定义的定义的颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。例如，度量方法。例如，CIE 1931 XYZCIE 1931 X

23、YZ，L L*a a*b b，L L*u u*v v 和和LCH LCH 等颜色等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。空间就可作为过渡性的转换空间。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理25 YUV 型颜色空间型颜色空间/电视系统颜色空间：电视系统颜色空间：由于广播电视需求的由于广播电视需求的推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例如，地播送彩色电视图像。例如，YUV，YIQ，ITU-R BT.601 YCbCr,ITU-R BT.709 YCbCr 和和SMPTE-240M YPbPr 等颜等颜色空间。色

24、空间。注：注：RGB(red，green and blue)和和CMY(cyan,magenta and yellow)是是最流行最流行的颜色空间，前者用在显示器上，后者用在打的颜色空间，前者用在显示器上，后者用在打印设备上。印设备上。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理26七、彩色空间的转换七、彩色空间的转换 1、RGBRGB与与YUVYUV和和YIQYIQ之间的转换之间的转换BGRVUY096.052.061.044.029.015.011.059.03.0BGRQIY31.052.021.032.028.06.011.059.03.0第三章第三章 视频信息处理视频信息处理27 2、HS

25、I与与RGB彩色空间之间的转换彩色空间之间的转换 3BGRI,;180;,0)3arctan(903601BGBGFHBGBGRF2其中：其中：IBGRS),min(1第三章第三章 视频信息处理视频信息处理28 按照处理方式的不同，视频分为按照处理方式的不同，视频分为 模拟视频（模拟视频（Analog Video）数字视频数字视频（Digital Video）一、一、模拟视频模拟视频（Analog Video）目前大多数视频的处理仍然是模拟方式目前大多数视频的处理仍然是模拟方式 以模拟电信号的形式来记录以模拟电信号的形式来记录 依靠模拟调幅的手段在空间传播依靠模拟调幅的手段在空间传播 使用盒式

26、磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上第三章第三章 视频信息处理视频信息处理291、模拟视频信号、模拟视频信号模拟视频信号模拟视频信号f(t)是一维时间变量的电信号，它是通过对是一维时间变量的电信号，它是通过对s(x,y,t)在在时间坐标时间坐标t和垂直分量和垂直分量y上上采样采样得到的。得到的。周期性地采样称之为周期性地采样称之为扫描扫描（scanning）最常用的最常用的扫描方法扫描方法是是光栅扫描光栅扫描，分为：，分为：隔行扫描隔行扫描（interlaced scanning）逐行扫描逐行扫描（progressive scanning）第

27、三章第三章 视频信息处理视频信息处理30光栅扫描光栅扫描扫描线扫描线帧帧水平回扫期水平回扫期垂直回扫期垂直回扫期第三章第三章 视频信息处理视频信息处理31 隔行扫描隔行扫描第三章第三章 视频信息处理视频信息处理32隔行扫描：隔行扫描：一幅完整的画面分成两场，称作奇数场和偶数场（一幅完整的画面分成两场，称作奇数场和偶数场（field），），每帧画面需要扫描两次，一次奇数场，一次偶数场。每帧画面需要扫描两次，一次奇数场，一次偶数场。一场一场160秒，（场频秒，（场频60HZ），（帧频），（帧频30HZ）通过通过隔行扫描隔行扫描，画面的更新频率仍为，画面的更新频率仍为60HZ，降低了闪烁效，降低了闪

28、烁效应。应。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理33逐行扫描：逐行扫描：在逐行扫描中，电子束在逐行扫描中，电子束从显示屏的左上角一行从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。示一幅完整的图像。逐行扫描一次为一帧逐行扫描一次为一帧注意：注意：黑白电视和彩色电视都用黑白电视和彩色电视都用隔行扫描隔行扫描，而计算机显示图而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描像时一般都采用非隔行扫描（逐行扫描逐行扫描）。）。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理342 2、模拟视频信号的几个重要参数模拟视频信号的几个重要参数垂直清晰度垂直清

29、晰度（vertical resolutionvertical resolution）眼睛可分辨的水平线数目眼睛可分辨的水平线数目宽高比宽高比（aspect ratioaspect ratio）帧率帧率（frame rateframe rate）场率场率（field ratefield rate）心理视觉研究表明如果显示的刷新率大于心理视觉研究表明如果显示的刷新率大于5050次次/秒，人眼就秒，人眼就感觉不到闪烁。为了在较低的传输带宽下降低闪烁，电视感觉不到闪烁。为了在较低的传输带宽下降低闪烁，电视系统采用了系统采用了隔行扫描隔行扫描。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理353、模拟视频标准模

30、拟视频标准 分量模拟视频（分量模拟视频（CAV）接口）接口每个分量都是一个单独的单色视频信号，每个分量都是一个单独的单色视频信号，最佳的色彩再现最佳的色彩再现三个分量（三个分量（R、G、B）完全同步，三倍以上的带宽）完全同步，三倍以上的带宽用于电视演播室系统用于电视演播室系统第三章第三章 视频信息处理视频信息处理36 复合视频（复合视频（Composite Video）接口（端子）接口（端子）也称为也称为AV（Audio Video）接口、）接口、Video接口或接口或RCA接口。接口。将将色度信号加载到亮度信号上合成为一个单独信号色度信号加载到亮度信号上合成为一个单独信号，占用，占用单单倍带

31、宽倍带宽传输；传输；复合信号的色度亮度相互干扰，而导致图像质量受损；复合信号的色度亮度相互干扰，而导致图像质量受损；是声、画分离的视频端子，由三个独立的是声、画分离的视频端子，由三个独立的RCA插头（又叫莲插头（又叫莲花接口花接口RCAjack）组成，其中：）组成，其中：V接口接口连接复合视频信号，连接复合视频信号，为黄色插口；为黄色插口；L接口连接左声道声音信号信号，为白色插口；接口连接左声道声音信号信号，为白色插口；R接口连接右声道声音信号，为红色插口。接口连接右声道声音信号，为红色插口。应用：应用：普通电视普通电视第三章第三章 视频信息处理视频信息处理37第三章第三章 视频信息处理视频信

32、息处理38屏蔽地线信号线第三章第三章 视频信息处理视频信息处理39 S-video（Separate 端子端子）也叫二分量视频接口，是将亮度和色度信号分开传输的设备。也叫二分量视频接口，是将亮度和色度信号分开传输的设备。主要是为了克服视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰，主要是为了克服视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰，以提高画面质量。以提高画面质量。两路视频亮度信号、两路视频色度信号两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路和一路公共屏蔽地线公共屏蔽地线 屏蔽地线信号线第三章第三章 视频信息处理视频信息处理414、彩色电视制式彩色电视制式PAL、NTSC、SECAM、HDTV PAL

33、：（：（625/50）Phase Alternation Line逐行倒相正交平衡调幅制。逐行倒相正交平衡调幅制。6262年诞生于德国，主要用于年诞生于德国，主要用于中国、德国、新加坡、英国中国、德国、新加坡、英国等西欧和北欧等西欧和北欧国家（国家（Pal-BPal-B、D D、G G、H H、I I、N N、NCNC）。主要扫描特性：主要扫描特性：(1)625 行行(扫描线扫描线)/帧，帧，25 帧帧/秒秒(40 ms/帧帧)（水平分辨率（水平分辨率240400个像素，个像素，隔行扫描隔行扫描）(2)长宽比长宽比(aspect ratio)：4:3 (3)隔行扫描，隔行扫描，2 场场/帧，帧

34、，312.5 行行/场场 (4)颜色模型：颜色模型：YUV特点：特点：图像彩色误差较小，与黑白电视兼容好。图像彩色误差较小，与黑白电视兼容好。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理42 NTSC：（：（525/60）National Television Standards Committee国国家电视标准委员会，是家电视标准委员会，是美国美国一个专门制订彩色电视标准的组织一个专门制订彩色电视标准的组织。又称平衡正交调幅制，又称平衡正交调幅制，53年诞生于美国，主要用于年诞生于美国，主要用于美国、美国、加拿大、日本、韩国加拿大、日本、韩国等地。等地。主要特性：主要特性：(1)525 行行/帧帧

35、,30 帧帧/秒秒(29.97 fps,33.37 ms/frame)(2)高宽比：电视画面的长宽比（电视为高宽比：电视画面的长宽比（电视为4:3；电影为；电影为3:2；高；高清晰度电视为清晰度电视为16:9）(3)隔行扫描：一帧分成隔行扫描：一帧分成2 场场(field)，262.5 线线/场场 第三章第三章 视频信息处理视频信息处理43 (4)在每场的开始部分保留在每场的开始部分保留20 扫描线作为控制信息，因此只扫描线作为控制信息，因此只有有485 条线的可视数据。条线的可视数据。(5)每行每行63.5 微秒，水平回扫时间微秒，水平回扫时间10 微秒（包含微秒（包含5 微秒的水平微秒的水

36、平同步脉冲），所以显示时间是同步脉冲），所以显示时间是53.5 微秒。微秒。(6)颜色模型：颜色模型：YIQ特点：特点：与黑白电视兼容好，相位容易失真、色彩不稳定。与黑白电视兼容好，相位容易失真、色彩不稳定。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理44 SECAM制式制式与与PAL类似类似：（：（625/50）法文法文Sequential Couleur Avec Memoire的缩写，按顺序传送彩色的缩写，按顺序传送彩色与存储与存储 顺序传送与存储彩色电视系统，也称行轮换调频制式。顺序传送与存储彩色电视系统，也称行轮换调频制式。每秒每秒25帧，水平扫描线为帧，水平扫描线为625条、水平分辨率条

37、、水平分辨率625，隔行扫描隔行扫描。由法国人提出，主要用于由法国人提出，主要用于 法国、俄罗斯、前苏联和东欧国家以法国、俄罗斯、前苏联和东欧国家以及部分非洲国家及部分非洲国家。特点特点：不怕干扰，彩色效果好，但其兼容性较差。：不怕干扰，彩色效果好，但其兼容性较差。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理45 HDTV HDTV（High Definition TVHigh Definition TV）高清晰度电视，是目前正在蓬勃发展的电视标准，尚无高清晰度电视，是目前正在蓬勃发展的电视标准，尚无完全统一。完全统一。一般认为：宽高比例一般认为：宽高比例16:916:9，每帧扫描在，每帧扫描在10

38、001000行以上，采行以上，采用逐行扫描方式，有较高扫描频率，传送信号全部用逐行扫描方式，有较高扫描频率，传送信号全部数字化数字化。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理46模拟电视收看数字电视机顶盒（模拟电视收看数字电视机顶盒（Set Top Box，STB）是一种扩展电视机功能的新的家用电器。是一种扩展电视机功能的新的家用电器。可以把卫星直播可以把卫星直播数字电视信号数字电视信号、地面数字电视信号、有线电视、地面数字电视信号、有线电视网数字信号甚至互联网的数字信号网数字信号甚至互联网的数字信号转换成模拟电视机可以接收转换成模拟电视机可以接收的信号。的信号。电视机顶盒：电视机顶盒：通过接收

39、数字编码的电视信号通过接收数字编码的电视信号(来自卫星或有线来自卫星或有线电视网，使用电视网，使用MPEG压缩方式压缩方式)，获得更清晰，更稳定的图像，获得更清晰，更稳定的图像和声音质量。和声音质量。网络机顶盒：网络机顶盒：内部包含操作系统和互联网浏览软件，通过电话内部包含操作系统和互联网浏览软件，通过电话网或有线电视网连接互联网，使用电视机作为显示器，从而实网或有线电视网连接互联网，使用电视机作为显示器，从而实现没有电脑的上网。现没有电脑的上网。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理47二、数字视频二、数字视频使用使用彩色信号彩色信号的分量表示方法，有效避免复合编码造成的的分量表示方法，有效

40、避免复合编码造成的虚虚象象（artifacts）。）。易于处理易于处理传输稳定，抗干扰能力强，不失真传输稳定，抗干扰能力强，不失真交互能力强，集成各种视频应用交互能力强，集成各种视频应用按照需要和传输能力改变按照需要和传输能力改变图像质量和传输速率图像质量和传输速率需要大容量存储和高传输带宽，故必须进行需要大容量存储和高传输带宽，故必须进行数字视频压缩。数字视频压缩。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理48三、数字视频标准三、数字视频标准在不同的行业对视频有不同的标准，但是随着数字视频在不同的行业对视频有不同的标准，但是随着数字视频通信的出现，横贯所有行业的通信的出现，横贯所有行业的标准化进

41、程标准化进程已经开始。已经开始。在计算机行业，定义了标准的在计算机行业，定义了标准的显示分辨率显示分辨率在广播电视行业，有在广播电视行业，有数字化演播室数字化演播室标准标准在通信行业已经建立了标准的在通信行业已经建立了标准的网络协议网络协议第三章第三章 视频信息处理视频信息处理491、计算机行业的、计算机行业的视频视频显示分辨率标准显示分辨率标准1)有关概念有关概念 分辨率分辨率显示分辨率显示分辨率图像分辨率图像分辨率 指指组成一幅图像的像素密度的度量方法组成一幅图像的像素密度的度量方法，通常用每英，通常用每英寸多少点（寸多少点（dots per inch，DPI）表示。）表示。第三章第三章

42、视频信息处理视频信息处理50图像分辨率与显示分辨率图像分辨率与显示分辨率是两个是两个不同不同的概念。的概念。图像分辨率是确定图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目组成一幅图像的像素数目，而显示分辨，而显示分辨率是确定率是确定显示图像的区域大小显示图像的区域大小。如：显示屏的分辨率为如：显示屏的分辨率为640640480480 一幅一幅320320240240的图像，只占显示屏的的图像，只占显示屏的1/41/4；一幅一幅2400240030003000的图像在这个显示屏上就不能显示一个的图像在这个显示屏上就不能显示一个完整的画面。完整的画面。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理51 显示存储器

43、与位平面显示存储器与位平面显示存储器显示存储器（帧缓冲存储器、刷新存储器、视频存储器）（帧缓冲存储器、刷新存储器、视频存储器）作用：存储屏幕上像素的颜色值作用：存储屏幕上像素的颜色值普通显卡普通显卡=视频控制器视频控制器+显存显存图形加速卡图形加速卡=视频控制器视频控制器+显存显存+显示处理器显示处理器 视频控制器：建立帧缓存与屏幕像素间的一一对应，负视频控制器：建立帧缓存与屏幕像素间的一一对应，负责责刷新刷新第三章第三章 视频信息处理视频信息处理52第三章第三章 视频信息处理视频信息处理53视频控制器视频控制器CRT位位平平面面 位平面（像素深度）：指存储每个像素所用的位数，决定位平面（像素

44、深度）：指存储每个像素所用的位数，决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，彩色图像的每个像素可能有的颜色数，第三章第三章 视频信息处理视频信息处理54问题：问题：帧缓存的容量、帧缓存的位平面数、显示器的分帧缓存的容量、帧缓存的位平面数、显示器的分辨率、显示器所显示的颜色数有何关系？辨率、显示器所显示的颜色数有何关系？容量分辨率容量分辨率位平面数位平面数 位平面数位平面数n，颜色数，颜色数2n第三章第三章 视频信息处理视频信息处理55 真彩色、伪彩色与彩色表真彩色、伪彩色与彩色表 真彩色：真彩色：是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R R，G G，B B

45、三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为强度，这样产生的彩色称为真彩色。真彩色。真彩色：真彩色：2424个位平面，个位平面，RGB 8:8:8RGB 8:8:8，即图像的颜色数等于，即图像的颜色数等于2 22424，也常称为全彩色也常称为全彩色(full color)(full color)图像。图像。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理56 彩色表（彩色表（查色表查色表）：）：显存问题：显存问题：高分辨率和真彩要求有大的显存；高分辨率和真彩要求有大的显存；1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字节显存字节

46、显存 分辨率高、颜色丰富、显存容量大；显存容量大，刷新分辨率高、颜色丰富、显存容量大；显存容量大，刷新速度慢速度慢。问题！问题！解决方法解决方法：采用：采用查色表查色表(Lookup Table）或称彩色表或称彩色表(Color Table)第三章第三章 视频信息处理视频信息处理57 彩色表（彩色表（查色表查色表）：）：是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，它的长它的长度由帧缓存单元的位数度由帧缓存单元的位数（位平面数）（位平面数）决定决定。例如：每单。例如：每单元有元有8位，则查色表的长度为位，则查色表的长度为28256 目的：在帧缓存单元的位数

47、不增加的情况下，具有目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有大范大范围内挑选颜色的能力围内挑选颜色的能力。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理58 伪彩色：伪彩色：通过彩色表显示的颜色为伪彩色通过彩色表显示的颜色为伪彩色第三章第三章 视频信息处理视频信息处理592)计算机行业的计算机行业的视频视频显示分辨率标准显示分辨率标准 由视频电子标准协会（由视频电子标准协会（VESA）制定）制定 第一代标准第一代标准：MDA和和CGAMDA（Monochrome Display Adaptor）显示卡。它只有字符）显示卡。它只有字符显示模式，每一屏可显示显示模式，每一屏可显示8025个字符，其显示

48、缓冲存储器的个字符，其显示缓冲存储器的容量为容量为4KB。80年代初，年代初，CGA（Color Graphics Adaptor）显示方式出现。）显示方式出现。它有字符和图形两种显示模式，图形分辨率为它有字符和图形两种显示模式，图形分辨率为320200，可以，可以显示显示4种颜色，显示缓冲存储器的容量为种颜色，显示缓冲存储器的容量为16KB。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理60 第二代标准：第二代标准：EGA 1984年，年，IBM推出了推出了EGA（Enhanced Graphics Adaptor）显示适配器（显示卡），它与显示适配器（显示卡），它与MDA和和CGA 完全兼容，最高

49、完全兼容，最高图形分辨率为图形分辨率为640350，可以同时显示，可以同时显示16种颜色，显示缓冲种颜色，显示缓冲存储器的容量为存储器的容量为256KB，分成，分成4个位平面，并配有一张个位平面，并配有一张166位的彩色表。不久，位的彩色表。不久，IBM又推出了又推出了SEGA（Super Enhanced Graphics Adaptor）。）。第三章第三章 视频信息处理视频信息处理61 第三代标准第三代标准：VGA1987年，年，IBM开发出了开发出了VGA（Video Graphics Adaptor）标准。）标准。它既可以做在主板上，也可以作为独立的插卡使用，与以前出现它既可以做在主板

50、上，也可以作为独立的插卡使用，与以前出现的的MDA、CGA、EGA均兼容。它的最高图形分辨率为均兼容。它的最高图形分辨率为640480，可以同时显示可以同时显示16种颜色，所能显示颜色的总数为种颜色，所能显示颜色的总数为218种，显示缓冲种，显示缓冲存储器的容量为存储器的容量为256512KB。后来，美国后来，美国IBM公司又研制出了公司又研制出了专业图形适配器专业图形适配器PGA（Professional Graphics Adaptor）。）。PGA的分辨率与的分辨率与VGA基本相基本相同，有同，有8个个位平面位平面，可同时显示，可同时显示256种颜色，所能显示颜色的总数种颜色，所能显示颜