1、彩色数字图像基础彩色数字图像基础彩色数字电视基础彩色数字电视基础主要内容主要内容n 视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知n 图像的颜色模型图像的颜色模型n 图像的三个基本属性图像的三个基本属性n 图像的种类图像的种类n 伽马伽马()校正校正n JPEG压缩编码压缩编码n 常用图像文件格式常用图像文件格式主要内容主要内容n 视觉的时间域响应特性视觉的时间域响应特性n YUV、YIQ与与YCrCb颜色空间颜色空间n 彩色电视制式彩色电视制式n 彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型n 电视图像数字化电视图像数字化n 图像子采样图像子采样n 数字电视简介数字电视简介Part 1n彩色数字图像基础彩
2、色数字图像基础n 可见光可见光波长范围为波长范围为380nm780nmn 大多数可见光大多数可见光由由不同波长的光不同波长的光组合而成组合而成n 眼睛眼睛本质上是一个照相机本质上是一个照相机人的人的视网膜视网膜(human retina)通过神经元来感知外部世界的颜色通过神经元来感知外部世界的颜色神经元神经元或者是一个对颜色敏感的或者是一个对颜色敏感的锥体锥体(cone)，或者是一个对颜色，或者是一个对颜色不敏感的不敏感的杆状体杆状体(rod)人的视网膜有对人的视网膜有对红、绿、蓝红、绿、蓝颜色敏感程度不同的颜色敏感程度不同的三种锥体细胞三种锥体细胞另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的
3、另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞杆状体细胞n 颜色颜色只存在于眼睛和大脑中，是只存在于眼睛和大脑中，是视觉系统对可见光的感知结果视觉系统对可见光的感知结果红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度感知程度不同，对不不同，对不同同亮度亮度的的感知程度感知程度也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不同的颜色不同的颜色视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等）视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个
4、波长的光的强度相等）视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知n 颜色响应曲线表明颜色响应曲线表明 人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度敏度n 亮度响应曲线表明亮度响应曲线表明 人眼对波长为人眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感左右的黄绿色最为敏感视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知n 光谱与颜色光谱与颜色 许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜色）是一样的，对应是多对一的色）是一样的，对应是多对一的n 匹配等色匹配等色 光谱分布不同而看上去相同的两种颜色，也称为光谱分布不同而看上去相同的两
5、种颜色，也称为条件等色条件等色n 三刺激理论三刺激理论 绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红（700nm）、绿（）、绿（546.1）、蓝（）、蓝（435.8nm）三色）三色光按不同比例和强度的混合来等效表示光按不同比例和强度的混合来等效表示视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知n 从人的主观感觉角度，颜色包含三个要从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素素 色调（色调（hue）n色调反映颜色的类别反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等n色调
6、大致对应光谱分布中的主波长主波长视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知饱和度（饱和度（Saturation）n饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅深浅或纯洁程度纯洁程度n对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低n高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光n100%饱和度饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知明亮度（明亮度（luminance）n明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉明
7、亮程度的感觉n一般来说，彩色光能量大则显得亮光能量大则显得亮，反之则暗n试验表明人的眼睛能分辨128种不同的色调种不同的色调1030种不同的饱和度种不同的饱和度而对亮度非常敏感对亮度非常敏感人眼大约可以分辨35万种颜色万种颜色颜色模型颜色模型n 颜色模型（颜色模型（color model）用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间n 颜色空间通常用三维模型表示颜色空间通常用三维模型表示空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定空间中的颜色通常使用代
8、表三个参数的三维坐标来指定n HSL颜色模型颜色模型对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色n RGB颜色模型颜色模型对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描述颜色述颜色n CMYK颜色模型颜色模型对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色的用量来指定颜色HSL颜色模型颜色模型n 在在HSL模型中，模型中，H定义色定义色调；调；S定义颜色的深浅程定义颜色的深浅程度或饱和度；度或饱和度；L定义亮度。定
9、义亮度。n RGB模型和模型和CMYK模型主模型主要是面向设备的，而要是面向设备的，而HSL模型更容易被人理解和控模型更容易被人理解和控制。制。n 理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿、蓝(RGB)三色光按不同比例和强度的混合来表示 颜色CR(红色的百分比)G(绿色的百分比)B(蓝色的百分比)n RGB模型称为相加混色模型相加混色模型，用于光照、视频和显示器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩色RGB颜色模型颜色模型CMYK颜色模型颜色模型n 在理论上，绝大多数颜色都可以用三种在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色基本颜料（青色cyan、品红、品红magenta、和黄色和黄
10、色yellow）按一定比例混合得到）按一定比例混合得到n 理论上，青色、品红和黄色三种基本色理论上，青色、品红和黄色三种基本色素等量混合能得到黑色素等量混合能得到黑色 实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混合实际上产生一种土灰色，必须与黑色合实际上产生一种土灰色，必须与黑色(K)油墨油墨混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为基本色形成基本色形成CMYK颜色模型颜色模型n CMYK模型称为相减混色模型模型称为相减混色模型相加色与相减色的关系相加色与相减色的关系RGB模型到模型到CMYK模型的转换模型的转换
11、分色算法（F代表白色）颜色模型的空间表示颜色模型的空间表示RGB彩色空间和CMY彩色空间的表示法图像的分类图像的分类n 矢量图与点位图矢量图与点位图 矢量图矢量图n是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。用数学方法来描述一幅图n矢量图的优点缩放、旋转、移动时图像不会失真存储和传输时数据量较小n矢量图的缺点图像显示时花费时间比较长真实世界的彩色图像难以转化为矢量图图像的分类图像的分类n矢量图与点位图矢量图与点位图 点位图点位图n是将一副图像在空间上离散化，即将图像分成许许多多的像素，每个象素用若干个二进制位来指定该像素的颜色或灰度值n点位图的优点显示速度快真实世界
12、的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转化为点位图n点位图的缺点存储和传输时数据量比较大缩放、旋转时算法复杂且容易失真图像的分类图像的分类矢量图点位图图像的分类图像的分类n 灰度图灰度图与彩色图与彩色图标准单色图 标准灰度图图像的分类图像的分类n 灰度图与灰度图与彩色图彩色图256色标准图像 24位标准图像n 分辨率分辨率 显示分辨率n指显示屏上能够显示出的象素数目n同样大小显示屏能够显示的象素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高n640480，1024 768 图像分辨率n指组成一副图像的像素的密度，一般用单位长度上包含像素的个数来衡量n常用单位为DPI（dot
13、s per inch），即每英寸多少点图像的基本属性图像的基本属性n 像素深度像素深度 存储每个像素所用的存储每个像素所用的位数位数 决定彩色图像每个像素可能有的决定彩色图像每个像素可能有的颜色数颜色数，或灰度，或灰度图像每个像素可能有的图像每个像素可能有的灰度级数灰度级数n 调色板调色板 假如一个彩色图像只包含假如一个彩色图像只包含24位真彩色空间位真彩色空间中的中的16个离散的点个离散的点（16色图色图），则可以建立一个），则可以建立一个颜色查颜色查找表找表，表中的，表中的每一行记录一组每一行记录一组RGB值值，实际像素，实际像素的值用来指定该点颜色在查找表中的索引值，这的值用来指定该点颜
14、色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量样就可以大大缩小存储量n这个颜色查找表就叫做调色板图像的基本属性图像的基本属性n 真彩色、伪彩色与直接色真彩色、伪彩色与直接色真彩色真彩色：是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B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真彩色。直接色直接色：每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后得到的R，G，B强度值产生的彩色称为直接色。伪彩色伪彩色：每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表(调色板)的表项入口地址
15、，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，用查找出的R，G，B强度值产生的彩色称为伪彩色。图像的基本属性图像的基本属性n 设备设备 图像系统中一般包含图像系统中一般包含输入设备输入设备（扫描仪、摄像机、（扫描仪、摄像机、数码相机）、数码相机）、存储设备存储设备（胶片、磁盘）和（胶片、磁盘）和输出设输出设备备三大模块三大模块n 设备的输入输出特性曲线设备的输入输出特性曲线 光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是非线非线性性的的 表现为幂函数的形式：表现为幂函数的形式：yxn 输出(输入)（按照惯例，（按照惯例，“输入输入”和和“输出输出”都缩放到都缩放到
16、01之间）之间）整个图像系统的传递函数是一个幂函数整个图像系统的传递函数是一个幂函数n 12n伽马伽马()校正校正伽马伽马()校正校正n 再现原始场景再现原始场景若图像再现环境为明亮环境，则必须使整个系统的若图像再现环境为明亮环境，则必须使整个系统的1如果为暗淡环境，则整个系统的如果为暗淡环境，则整个系统的 1.25如果为黑暗环境，则使系统的如果为黑暗环境，则使系统的 1.5n 伽马伽马()校正校正实际图像系统的实际图像系统的 值并非符合我们要求的值并非符合我们要求的 值，且是不能随意值，且是不能随意改变的改变的加入一个中间环节来校正整个系统的加入一个中间环节来校正整个系统的 值，即补偿系统的
17、非值，即补偿系统的非特性曲线，使之接近于应用环境所要求的特性曲线，使之接近于应用环境所要求的 值值伽马伽马()校正校正Photoshop 中提供的Gamma校正功能JPEG压缩编码压缩编码n JPEGJPEG专家组开发的压缩算法专家组开发的压缩算法采用以离散余弦变换采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform(Discrete Cosine Transform，DCT)DCT)为基础的有损压缩算法为基础的有损压缩算法n在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别采用以预测技术为基础的无损压缩算法。采用以预测技术为基
18、础的无损压缩算法。JPEG2000JPEG2000：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波变换。变换。n JPEGJPEG有损压缩方法有损压缩方法利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。JPEG压缩编码压缩编码JPEG压缩编码压缩编码-解压缩算法框图解压缩算法框图JPEG压缩编码压缩编码n JPEGJPEG有损压缩方法大致分成三个步骤有损压缩方法大致分成三个步骤1.1.使用使用DCTDCT把空间域表示
19、的图变换成频率把空间域表示的图变换成频率域表示的图。域表示的图。2.2.使用加权函数对使用加权函数对DCTDCT系数进行量化，这系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。3.3.使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。进行编码。JPEG压缩编码压缩编码n JPEGJPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：压缩编码算法的主要计算步骤如下：1.1.DCTDCT对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8 88 8的图像的图像块，并作为两维离散余弦变换块，并作为两维离散余弦
20、变换DCTDCT的输入。通过的输入。通过DCTDCT变换，变换，把能量集中在少数几个系数上。把能量集中在少数几个系数上。2.2.量化量化(quantization)(quantization)量化是对经过量化是对经过FDCTFDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非减小非“0”0”系数的幅度以及增加系数的幅度以及增加“0”0”值系数的数目。量值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。化是图像质量下降的最主要原因。3.3.Z Z字形编码字形编码(zigzag scan)(zigzag scan)量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的量化后
21、的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”0”系数的系数的个数，就是个数，就是“0”0”的游程长度，方法是按照的游程长度，方法是按照Z Z字形的式样编字形的式样编排排JPEG压缩编码压缩编码4 4使用差分脉冲编码调制使用差分脉冲编码调制(differential ifferential pulse ulse code ode modulationodulation，DPCM)DPCM)对直流系数对直流系数(DC)(DC)进行编码进行编码 8 8*8 8图像块经过图像块经过DCTDCT变换之后得到的变换之后得到的DCDC直流系数有两个特点：一是系直流系数有两个特点：一是系数的数值比较大，二是相
22、邻数的数值比较大，二是相邻8 8 8 8图像块的图像块的DCDC系数值变化不大。根系数值变化不大。根据这个特点，据这个特点，JPEGJPEG算法使用了差分脉冲调制编码算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)(DPCM)技术，对技术，对相邻图像块之间量化相邻图像块之间量化DCDC系数的差值系数的差值(Delta)(Delta)进行编码。进行编码。5 5使用行程长度编码使用行程长度编码(run-un-length ength encodingncoding，RLE)RLE)对对交流系数交流系数(AC)(AC)进行编码进行编码量化量化ACAC系数的特点是系数的特点是1 1*64 64矢量中包含有许多矢
23、量中包含有许多“0”0”系数，并且许多系数，并且许多“0”0”是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)(RLE)对它们进行编码。对它们进行编码。6 6熵编码熵编码(entropy coding)(entropy coding)在在JPEGJPEG有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵JPEG压缩编码压缩编码n 正向离散余弦变换正向离散余弦变换（1）对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分）对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成若干个成若干个88的图像块，如图所示，并作为两维离的图像块
24、，如图所示，并作为两维离散余弦变换散余弦变换DCT的输入。通过的输入。通过DCT变换，把能量集变换，把能量集中在少数几个系数上。中在少数几个系数上。JPEG压缩编码压缩编码（2）DCT变换使用下式计算变换使用下式计算 C(u)，C(v)=(2)-1/2，当，当u,v=0；C(u)，C(v)=1，其他。，其他。f(i,j)经经DCT变换之后，变换之后，F(0,0)是直流（是直流（DC）系数，其）系数，其他为交流（他为交流（AC）系数。）系数。JPEG压缩编码压缩编码（3）在计算两维的）在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式变换时，可使用下面的计算式把两维的把两维的DCT变换变成一维的变换变
25、成一维的DCT变换：变换：JPEG压缩编码压缩编码n 量化量化：对经过：对经过FDCT变换后的频率系数进行量化变换后的频率系数进行量化目的是减小非目的是减小非“0”系数的幅度以及增加系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因是图像质量下降的最主要原因对于有损压缩算法，对于有损压缩算法，JPEG算法使用如下左图所示的均匀量化器进算法使用如下左图所示的均匀量化器进行量化行量化n量化步距按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定n人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量化值（如下的左表）和色差量化值（如下的右表）n人眼对低频分量的
26、图像比对高频分量的图像更敏感，左上角的量化步距要比右下角的量化步距小n表中的数值对CCIR 601标准电视图像已经是最佳的n可以替换成自己的量化表 JPEG压缩编码压缩编码nZ字形编排字形编排量化后的系数要重新编排，以增加连续的量化后的系数要重新编排，以增加连续的“0”系数的个数，系数的个数，就是就是“0”的游程长度的游程长度Z字形的编排如下图所示字形的编排如下图所示把一个把一个88的矩阵变成一个的矩阵变成一个164的矢量，频率较低的系数在矢量顶部的矢量，频率较低的系数在矢量顶部0156141527252471316262942381217253041439111824314044531019
27、233239455254202233384651556021343747505659613536484957586263JPEG压缩编码压缩编码n 直流系数的编码直流系数的编码 DC直流系数有两个特点直流系数有两个特点n系数的数值比较大n相邻88图像块的DC系数值变化不大JPEG算法使用了差分脉冲调制编码（算法使用了差分脉冲调制编码（DPCM）技术对相邻图像块）技术对相邻图像块之间量化之间量化DC系数的差值（系数的差值（Delta）进行编码）进行编码nDeltaDC(0,0)k-DC(0,0)k-1 n 交流系数的编码交流系数的编码 AC系数的特点是系数的特点是164矢量中包含有许多矢量中包含
28、有许多“0”系数，并且许多系数，并且许多“0”是连续的是连续的使用非常简单和直观的游程长度编码使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码对它们进行编码n使用1个字节的高4位来表示连续“0”的个数，而使用它的低4位来表示编码下一个非“0”系数所需要的位数，跟在它后面的是量化AC系数的数值JPEG压缩编码压缩编码n 熵编码熵编码 对对DPCM编码后的直流编码后的直流DC系数和系数和RLE编码后的交编码后的交流流AC系数作进一步的压缩系数作进一步的压缩 JPEG有损压缩算法使用霍夫曼编码器来减少熵有损压缩算法使用霍夫曼编码器来减少熵n可以使用很简单的查表（Lookup Table）方法
29、进行编码n压缩数据符号时，对出现频度比较高的符号分配比较短的代码，而对出现频度较低的符号分配比较长的代码n可变长度的霍夫曼码表可以事先定义好右表所示是右表所示是DC码表符号举例。码表符号举例。如果如果DC的值的值(Value)为为4，符号，符号SSS用于表达实际值所需要的位用于表达实际值所需要的位数，实际位数就等于数，实际位数就等于3。JPEG压缩编码压缩编码n 组成位数据流组成位数据流 JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代码和编码的最后一个步骤是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据编码后的图像数据组成一帧一帧的数据n便于传输、存储和译码器进行译码n这样的组织的数据通常称为J
30、PEG位数据流（JPEG bitstream）JPEG压缩编码压缩编码n 应用应用JPEG算法举例算法举例 源图像样本源图像样本重建图像样本重建图像样本量化表量化表量化表量化表JPEG压缩编码压缩编码规格化量化系数规格化量化系数规格化量化系数规格化量化系数图像文件格式图像文件格式n BMP图像文件格式图像文件格式位图文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的图像文件存储格式，在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持这种格式，BMP位图文件默认的文件扩展名是bmpBMP文件大体上分为四个部分位图文件头位图文件头BITMAPFILEHEADER位图信息头位图信息头B
31、ITMAPINFOHEADER调色板调色板Palette实际的位图数据实际的位图数据ImageDataBMP图像文件格式图像文件格式 文件头文件头typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType;/*说明说明文件的类型文件的类型 */DWORD bfSize;/*说明说明文件的大小文件的大小，用字节为单位，用字节为单位 */WORD bfReserved1;/*保留，设置为保留，设置为0*/WORD bfReserved2;/*保留，设置为保留，设置为0*/DWORD bfOffBits;/*说明从说明从BITMAPFILEHEADER结构结构 开始
32、到实际的图像数据之间的字开始到实际的图像数据之间的字 节节 偏移量偏移量*/BITMAPFILEHEADER;BMP图像文件格式图像文件格式 信息头信息头typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize;/*说明结构体所需说明结构体所需字节数字节数*/LONG biWidth;/*以像素为单位说明图像的宽度以像素为单位说明图像的宽度*/LONG biHeight;/*以像素为单位说明图像的以像素为单位说明图像的高度高度*/WORD biPlanes;/*说明说明位面数位面数，必须为，必须为1*/WORD biBitCount;/*说明说明位数位数/
33、像素像素，1、2、4、8、24*/DWORD biCompression;/*说明图像是否说明图像是否压缩压缩及及压缩类型压缩类型*/DWORD biSizeImage;/*以字节为单位说明以字节为单位说明图像大小图像大小*/LONG biXPelsPerMeter;/*说明说明水平分辨率水平分辨率，像素，像素/米米*/LONG biYPelsPerMeter;/*说明说明垂直分辨率垂直分辨率，像素，像素/米米*/DWORD biClrUsed;/*说明图像实际用到的说明图像实际用到的颜色数颜色数，如果为，如果为0 则颜色数为则颜色数为2的的biBitCount次方次方*/DWORD biCl
34、rImportant;/*说明对图像显示说明对图像显示有重要影响的颜色有重要影响的颜色 索引的数目索引的数目，如果是，如果是0，表示都重要。，表示都重要。*/BITMAPINFOHEADER;BMP图像文件格式图像文件格式 调色板调色板 调色板实际上是一个调色板实际上是一个数组数组，它所包含的，它所包含的元素个数元素个数与位图所具有与位图所具有的的颜色数颜色数相同，决定于相同，决定于biClrUsed和和biBitCount字段。数组中每个字段。数组中每个元元素的类型素的类型是一个是一个RGBQUAD结构结构。typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue;/*指
35、定指定蓝色分量蓝色分量*/BYTE rgbGreen;/*指定指定绿色分量绿色分量*/BYTE rgbRed;/*指定红色分量指定红色分量*/BYTE rgbReserved;/*保留，指定为保留，指定为0*/RGBQUAD;BMP图像文件格式图像文件格式 位图数据位图数据 紧跟在彩色表之后的是图像数据字节阵列。紧跟在彩色表之后的是图像数据字节阵列。图像的图像的每一扫描行每一扫描行由表示图像像素的由表示图像像素的连续的字节连续的字节组成，每一行的组成，每一行的字节数字节数取决于图像的取决于图像的颜色数目颜色数目和和用像素表示的用像素表示的图像宽度图像宽度。扫描行是扫描行是由底向上存储由底向上存
36、储的，这就是说，阵列的，这就是说，阵列中的中的第一个字节第一个字节表示位图表示位图左下角左下角的像素，而的像素，而最后最后一个字节一个字节表示位图表示位图右上角右上角的像素。的像素。图像文件格式图像文件格式n GIF图像文件格式图像文件格式n JPEG图像文件格式图像文件格式 GIF（Graphics Interchange Format）格式由CompuServe公司于87年开发，版本号GIF87a，89年扩充后版本号为GIF89a。GIF图像文件以块(block)为单位存储信息。一个GIF文件由表示图形/图像的数据块、数据子块以及显示图形/图像的控制信息块组成，称为GIF数据流(Data
37、Stream)。数据流中的所有控制信息块和数据块都必须在文件头(Header)和文件结束块(Trailer)之间。GIF图像文件格式图像文件格式GIF图像文件格式图像文件格式1HeaderGIF文件头2Logical Screen Descriptor逻辑屏幕描述块3Gloabal Color Table全局颜色表。扩展模块（任选）4Image Descriptor图像描述块5Local Color Table局部颜色表可6Table Based Image Data表基压缩图像数据重7Graphic Control Extension图像控制扩展块复8Plain Text Extension
38、无格式文本扩展块n9Comment Extension注释扩展块次10Application Extension应用程序扩展块。扩展模块（任选）11GIF TrailerGIF文件结束快GIF图像文件格式图像文件格式n GIF文件采用了文件采用了LZW无损压缩算法来存储图像数据。无损压缩算法来存储图像数据。n GIF文件允许设置背景的透明属性。文件允许设置背景的透明属性。n GIF文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图像并且文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图像并且制作出幻灯片或者动画效果。制作出幻灯片或者动画效果。n GIF文件支持图像数据的交叉存储方式，这样一个大文件支持图像数据的交叉存储方
39、式，这样一个大的图像可以逐步显示，让用户首先看到图像概貌，然的图像可以逐步显示，让用户首先看到图像概貌，然后逐步清晰。后逐步清晰。n GIF文件定义的图像中可以加入文本。文件定义的图像中可以加入文本。GIF文件格式的特点：文件格式的特点：JPEG图像文件格式图像文件格式 JPEG标准委员会没有对JPEG文件格式作出明确的定义，现在被广泛采用的是1992年9月由C-Cube Microsystems公司提出的JPEG文件交换格式（JPEG File Interchange Format，JFIF），版本号为1.02。JFIF文件格式直接使用JPEG标准为应用程序定义的许多标记，因此JFIF格式成
40、了事实上JPEG文件交换格式标准。JEPG文件大体上可以分成两个部分：标记码（tag）和压缩数据。标记码部分给出了JPEG图像的所有信息，如图像的宽、高、Huffman表、量化表等等。JPEG图像文件格式图像文件格式n JPEG文件使用的颜色空间是电视图像文件使用的颜色空间是电视图像信号数字化标准信号数字化标准ITU-RBT 601推荐标准推荐标准规定的规定的YCbCr彩色空间。从彩色空间。从RGB转换成转换成YCbCr的计算公式如下：的计算公式如下：Y=0.299 R+0.587G+0.114 B Cb=-0.1687R-0.3313G+0.5B+128 Cr=0.5 R-0.4187G-0
41、.0813 B+128Part 2n彩色数字电视基础彩色数字电视基础视觉的时间域响应特性视觉的时间域响应特性n 临界闪烁频率临界闪烁频率 让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率，经测定为为46HZn 电影播放每秒投射电影播放每秒投射24幅画面幅画面 每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样
42、每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就得到了就得到了48HZ的闪烁频率的闪烁频率n 保持画面中物体运动连续性保持画面中物体运动连续性 要求每秒钟摄取的画面数约为要求每秒钟摄取的画面数约为25帧帧左右左右YUV、YIQ与与YCbCr颜色空间颜色空间n 人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，通常把细节的分辨能力低，通常把RGB空间表空间表示的彩色图像变换到示的彩色图像变换到YUV或者或者YIQ颜色颜色空间空间 一种一种亮度分量信号亮度分量信号和两种和两种色度分量信号色度分量信号 亮度信号亮度信号(Y)和色度信号和色度信号(U、V)是是相互独立
43、的相互独立的，每，每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备示设备n 彩色电视信号彩色电视信号中采用中采用YIQ或者或者YUV空间空间 一是为了一是为了兼容兼容黑白电视，二是为了实现黑白电视，二是为了实现压缩压缩YUV、YIQ与与YCbCr颜色空间颜色空间n YUV模型用于模型用于PAL制式的电视系统，制式的电视系统，Y表示亮表示亮度，度，UV并非任何单词的缩写。并非任何单词的缩写。Y=0.299R+0.587G+0.114B U=0.493(B Y)V=0.877(R Y)n YUV空间相当于对空间相当于对RGB空间做了一个空间做了一个解相关
44、解相关的线性变化的线性变化U和和V的比值决定的比值决定色调色调，(U2+V2)1/2代表颜色的代表颜色的饱和度饱和度YUV、YIQ与与YCbCr颜色空间颜色空间YUV、YIQ与与YCbCr颜色空间颜色空间n YIQ模型与模型与YUV模型类似，用于模型类似，用于NTSC制式的制式的电视系统电视系统YIQ颜色空间中的颜色空间中的IQ分量分量相当于将相当于将YUV空间中的空间中的UV分量分量做做了一个了一个33度的旋转度的旋转n YCbCr颜色空间是由颜色空间是由YUV颜色空间颜色空间派生派生的一的一种颜色空间种颜色空间主要用于主要用于数字电视数字电视系统中系统中从从RGB到到YCbCr的转换中，输
45、入、输出都是的转换中，输入、输出都是8位二进制格位二进制格式式YUV、YIQ与与YCrCb颜色空间颜色空间隔行扫描隔行扫描(interlaced scanning)逐行扫描逐行扫描(non-interlaced scanning)电视扫描和同步电视扫描和同步行频、场频、帧频彩色电视制式彩色电视制式n 正交平衡调幅制正交平衡调幅制NTSC彩色电视制的主彩色电视制的主要特性要特性 525行行/帧帧,30帧帧/秒秒 高宽比：电视画面的长宽比为高宽比：电视画面的长宽比为4:3 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 在每场的开始部分保留在每场的开始部分保留20扫
46、描线作为控制信息，扫描线作为控制信息，因此只有因此只有485条线的可视数据条线的可视数据 每行每行63.5微秒，水平回扫时间微秒，水平回扫时间10微秒微秒(包含包含5微秒微秒的水平同步脉冲的水平同步脉冲)，所以显示时间是，所以显示时间是53.5微秒微秒 颜色模型：颜色模型：YIQ 美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式彩色电视制式彩色电视制式n 逐行倒相逐行倒相正交平衡调幅制正交平衡调幅制PAL制式电视制式电视信号的特性信号的特性 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧
47、)每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行 高宽比(aspect ratio)：4:3 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 颜色模型：YUV 西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型n 复合电视信号复合电视信号包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视单一电视信号信号，全电视信号，全电视信号n 分离电视信号（分离电视信号（SVideo信号）信号）是是亮度和色差分离亮度和色差分离的一种电视信号，它可以（的一种电视信号，它可以（1）减少亮度）减少亮度信号和色差信号之间的信号和色差信号之间的交叉干扰交叉
48、干扰。（。（2）不须要使用）不须要使用梳状滤梳状滤波器波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽带宽n 分量电视信号分量电视信号是指是指每个基色分量作为独立的电视信号每个基色分量作为独立的电视信号，使用分量电视信，使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号号彩色电视信号的类型彩色电视信号的类型电视图像数字化电视图像数字化n 常用两种方法常用两种方法 先先从复合彩色电视图像中从复合彩色电视图像中分离分离出彩色分量，出彩色分量，然后然后数字化数字化n首先把模拟的全彩色
49、电视信号分离成YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化 先先用一个高速用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行转换器对彩色全电视信号进行数字化数字化，然，然后后在数字域中进行在数字域中进行分离分离，以获得所希，以获得所希望的望的YCbCr，YUV，YIQ或或RGB分量数据分量数据ITU-RBT.601数字化标准数字化标准1、采样频率、采样频率 CCIR为为NTSC制、制、PAL制和制和SECAM制规定了制规定了共同的电视图像采样频率。共同的电视图像采样频率。亮度信号采样频率亮度信号采样频率 fs=13.5 MHZ 色度信号采样频率色度信号采样频率 f
50、c6.75MHZ 或或 13.5MHZ 每行采样点数每行采样点数 N=864 (PAL)，858（NTSC）对于所有制式，每个扫描行的对于所有制式，每个扫描行的有效样本数有效样本数均均为为720。ITU-RBT.601数字化标准数字化标准2、数字信号、数字信号取值范围取值范围 亮度信号亮度信号220级，色度信号级，色度信号225级。级。3、颜色空间颜色空间之间的之间的转换转换公式公式4、图像子采样图像子采样格式格式 4：4：4，4：2：2 4：1：1，4：2：0CIF、QCIF和和SQCIFCIF ：Common Intermediate FormatQCIF：Quarter CIFSQCIF
