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 3.1.1 彩色空间表示及其转换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：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 色调发生变化

三基色三基色 (RGB)(RGB) 的原理： 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：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

用用 YUVYUV 的好处：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：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 代表色调• S ： Saturation 代表饱和度• I ： Intensity 代表强度

RGBRGB 与与 YUVYUV 和和 YIQYIQ 之间的转换之间的转换

• 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

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（ ）的前沿作为一场的起点。

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

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E ． YIQ 彩色空间

答案： BDE

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 3.2.1 视频信息获取技术视频信息获取技术

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：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视频采集卡的功能简介

1. 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几种视频采集卡简介

• 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视频采集卡的工作原理

• 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

• 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

÷N

行同步

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信号获取器的诊断和驱动软件

视频卡的安装和使用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 3.3.1 图像文件格式及其转换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。