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1、第七讲,彩色数字电视基础,主要内容,彩色电视制式彩色电视信号的类型电视图像数字化图像子采样动画、视频常用文件格式,模拟视频的标准也称为电视制式，目前流行的模拟彩色电视有三大制式，即PAL制、NTSC制和SECAM制。美、日、加拿大等国采用是NTSC制。德、英、西欧等国采用是PAL制，我国也采用PAL制。法、俄等国采用的是SECAM制。,彩色电视制式,NTSC（National Television Standards Committee，美国国家电视标准委员会）是1952年定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制式。NTSC采用的是YIQ彩色空间，鉴于人眼难于分辨蓝、品红间的颜色细节和容易分
2、辨红、黄间的颜色细节这个特点，采用蓝、品红间色差信号Q和 红、黄间的色差信号I去代替蓝、红两个色差信号。,彩色电视制式(NTSC),彩色电视制式(NTSC),NTSC彩色电视制的主要特性是：(1)525行/帧,30帧/秒(2)高宽比：电视画面的长宽比为4:3(3)隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场(4)在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。(5)每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒(6)颜色模型：YIQ(7)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
3、式。,PAL（逐行倒相，Phase Alternate Line）是1962年德国制定的彩色电视广播标准，也称为逐行倒相正交平衡调幅制。PAL制式采用YUV颜色模型，它首先是将U和V这两个色差信号（其频率为4.43MHz、相位分别为0及90的副载波信号）进行正交平衡调幅，如色差信号V对副载波进行平衡调幅时，一行为90，另一行为-90。PAL制改善了NTSC制对于相位的敏感性，从而减小了由于相位变化所引起的色调失真。,彩色电视制式(PAL),倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性：625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧)(2)每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效
4、行。(3)高宽比(aspect ratio)：4:3(4)隔行扫描，2场/帧，312.5行/场(5)颜色模型：YUV(6)西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。,彩色电视制式(PAL),SECAM（顺序传送彩色与存储SEquential Couleur Avec Memoire）是法国采用的一种电视制式。1956年由法国工程师亨利.弗朗斯于提出，并于1967年付之实用的兼容性彩色电视制式。SECAM制式电视信号的特性与PAL制式相同，法、俄等国采用这种制式。,彩色电视制式(SECAM),在这三种制式中，NTSC制式最早研究成功，PAL制式和SECAM制式分别针对NTSC制式的缺点而提出的改进制式
5、。制式的主要区别在于其帧频不同、分辨率不同、信号的带宽不同、可载频率不同或色彩空间的转换关系不同。表6-1列出了三种电视制式的主要技术指标。,彩色电视制式(区别),表6-1 三种电视制式的主要技术指标,彩色电视制式(区别),视觉的时间域响应特性,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，经测定为46HZ。电影播放过程中，每秒投射24幅画面，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48HZ的闪烁频率。要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟摄取的画面数约为2
6、5帧左右。,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间,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RGB空间表示的彩色图像变换到YUV或者YIQ颜色空间。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而且亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。彩色电视信号中采用YIQ或者YUV空间一是为了兼容黑白电视，二是为了实现压缩。(原因),YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮度，UV并非任何单词的缩写。Y=0.299R+0.587G+0.114BU=0.493(B Y)V=0.877(R Y)YUV空间相当于对RGB空
7、间做了一个解相关的线性变化。U和V的比值决定色调，而(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间(续),YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转。YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中。从RGB到YCbCr的转换中，输入、输出都是8位二进制格式。,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间(续),YUV、YIQ与YCbCr颜色空间(续),YUV、YIQ与YCbCr颜色空间(续),隔行扫描(interlaced scanning),逐行扫描(
8、non-interlaced scanning),电视扫描和同步,三种制式都采用隔行扫描，帧行数都是奇数。,彩色电视信号的类型,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单一电视信号。分离电视信号（SVideo信号）：是亮度和色差分离的一种电视信号，它可以（1）减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。（2）不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。分量电视信号：是指每个基色分量作为独立的电视信号，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。,彩色电视信号的类型(续),数字电视（DTV），是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收
9、全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视技术。它可以划分为 3大部分：信源部分（发送端）、信道部分（传输/存储过程）和信宿部分（接收端）。,电视图像数字化(数字电视定义),数字电视系统业务可以按照其活动的图像比特率的大小，粗略划分为标准清晰度数字电视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。SDTV和HDTV的数字电视业务都可以应用于不同的 领域和场合，以满足广大消费者多层次的需要。它们两者将长期共存。,电视图像数字化(数字电视分类),电视图像数字化(数字电视优点),数字电视比原来的模拟电视，有以下优点:高清晰度的电视画面：可以可与DVD相媲美（最低：1280720，最高：19201080
10、）。优质的音响效果：伴音可以达到CD质量。丰富的节目内容，有线网的带宽利用率更高。抗干扰功能力强，画面更稳定。扩展功能多：机顶盒除了一些基本功能外，还有许多扩展功能如上网、点播、股票查询、在线交易、远程教育等。,1 图像清晰度好，音频质量高，支持5.1声道的数字环绕声节目源。而数字信号可通过精确的再生过程重建原始信号，可避免非线性失真的影响，还可以采用纠错编码技术提高电视机的抗噪声、抗干扰能力。2 传输效率高。通过使用先进的信道编码和调制方法，一个频带内可实现多路、多套节目的同时传输。3 数字电路成本低、无需调整和调谐、容易维修。,电视图像数字化(数字电视特点),4 提供全新的业务方式。数字电
11、视网、电信网和计算机网的结合，将提供更丰富的信息源、共享方式、交互方式，可扩大用户使用和控制信息使用的自由度。5 便于信号的存储。可以存储多帧的电视信号，而且所用的存储时间与信号的特性无关。6 实现高效的控制。与计算机配合不仅可以实现设备的自动控制和调整，很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术。,电视图像数字化(数字电视特点),电视图像数字化(数字化方法),电视图像数字化常用的方法有两种：第一种是先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。大多数电视信号源都是彩色全电视信号，如来自录象带、激光视盘、摄象机等的电视信号。对这类信号的数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YUV，
12、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。第二种是首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据。,1、采样频率CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。亮度信号采样频率 fs=13.5 MHz色度信号采样频率 fc6.75MHZ 或 13.5MHz每行采样点数 N=864(PAL)，858(NTSC)2、有效显示分辨率对于所有制式，每扫描行的有效样本数均为720。,电视图像数字化(数字
13、化标准),电视图像数字化(数字化标准),彩色电视数字化参数摘要,CIF、QCIF和SQCIF格式CIF：Common Intermediate FormatQCIF：Quarter CIFSQCIF：Sub-Quarter CIF,电视图像数字化(数字化标准),图像子采样,定义：如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。,图像子采样,动画、视频是一种流式媒体，流式媒体格式文件基于宽带技术的视频、音频实时传输技术。通过流媒体服务器还可以把连续的视频、音频信息进行压缩处理，而网络用户可以通过媒体播放器、流媒体下载工具边下载边观看。
14、,动画、视频常用文件格式,流媒体文件中常见的有：AVI（Windows视频格式）、SWF（Flash格式）、MOV（Quick Time格式）、WMV(微软流媒体格式)、和RM（RealMedia格式）。此外，还有光盘流媒体系列格式：VOB(DVD格式)、MPG(DVD,SVCD,VCD格式)、DAT(SVCD,VCD格式)，这些将不在这里讨论。,动画、视频常用文件格式(续),使用不同压缩编码的文件格式必定具有不同的特性。特定格式的视频文件必须要有相应的播放软件。播放软件的功能首先是能够识别视频文件的格式，其次是能够通过解压来回放数据。因此，播放软件只要包含某种格式的解释和解压功能，就能够播放
15、该种格式的视频文件。如VFW（Video for Windows）中的MediaPlayer就能播放MOV和AVI等多种格式的文件。通过软件或硬件可以在不同视频文件的格式之间进行转换。例如，通过视频采集卡将视频数据存储为AVI格式之后，利用视频编辑软件可以对其进行再编辑，并把编辑以后的视频数据存储为AVI格式或MPEG格式。,动画、视频常用文件格式(续),标准的swf格式也就是FLASH影片文件。利用FLASH软件可以创建swf格式文件，而swf格式文件的播放需要特殊的解码器。swf文件是利用Macromedia Flash制作的，当动画设计完成后，首先应该将作品保存成fla格式的文件，便于今
16、后再作修改之用。当要在互联网上发布时，应把它发布为SWF文件。swf文件的主要特点是体积小、封闭了制作过程。但是使用Imperator FLA（flash破解工具软件）仍然可以将SWF文件转换成FLA文件。,动画、视频常用文件格式(swf),MOV（Movie digital video technology）是Apple公司开发的，相应的视频应用软件为 QuickTime。现在有适用于Macintosh和Windows两个版本。QuickTime能够通过Internet提供实时的信息流、工作流和视频回放，所以在许多浏览器上都加入了QuickTime Viewer插件（Plug-in）。利用浏
17、览器，用户不仅可以获得实时的多媒体数据回放，而且能够自行选择不同的连接速度。此外，QuickTime还能提供虚拟现实效果，使得用户可以通过鼠标或键盘，就可对某个物体进行全方位的观察，或者观察某一地点四周的景象。,动画、视频常用文件格式(mov),MOV格式的视频文件可以是经过压缩的，也可以是非压缩方式的。主要的压缩算法包括Cinepak、Intel Indeo Video R3.2 和Video编码。其中Video格式编码适合于采集和压缩模拟视频，该算法支持16位图像深度的帧内压缩和帧间压缩，帧率可达每秒10帧以上。所处理的文件可在硬盘上实现高质量回放。,动画、视频常用文件格式(mov),AV
18、I（Audio Video Interleave）即音频视频交错格式。它是将音频和视频同步组合在一起的多媒体文件格式，这种方式不仅可以提高系统的工作效率，同时也可以实现迅速地加载和快速地启动播放程序，减少播放AVI视频数据时用户的等待时间。AVI格式早期只用于VFW（Video for Windows），现在大多数操作系统都已直接支持。,动画、视频常用文件格式(avi),图像参数:其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。1、视窗尺寸：根据不同的应用要求，AVI的视窗大小或分辨率可按4：3的比例或随意调整：大到全屏幕，小到160120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越
19、大。2、帧率：帧率值可以调整，不同的帧率所会产生不同的画面连续效果。,动画、视频常用文件格式(avi主要参数),伴音参数:在AVI文件中，视像（即可视的图像）和伴音是分别存储的，WAV文件是AVI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也就是WAV文件格式的参数，包括视像与伴音的交织参数和同步控制参数。,动画、视频常用文件格式(avi主要参数),1、视像与伴音的交织参数。表示在AVI格式中每n帧交织存储的音频信号，交织参数值用伴音和视像交替的频率表示，最小值是1帧，即每个视频帧与音频数据交织组织。交织参数越小，回放AVI文件时读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果AVI文件的存储平台的
20、数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。2、同步控制参数。在AVI文件中的视像和伴音能较好地同步，但在MPC中回放AVI文件时，有可能出现视像和伴音不同步的现象，通过同步控制参数，AVI可以通过自调整来适应重放环境。如果MPC的处理能力不够高，而AVI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该AVI文件时，播放器可以通过丢掉某些帧，调整AVI的实际播放数据率来达到视频、音频同步的效果。,动画、视频常用文件格式(avi主要参数),压缩参数：AVI支持256色和RLE压缩。AVI对视频文件采用了一种帧内有损压缩方式，文件压缩时应根据应用环境选择合适的压缩参数。压缩参数与所使用的压缩技术有关
21、，例如MPEG-4方案的音频压缩比是1:101:12，MPEG对图像的压缩所提供的压缩比可以高达200:1。但如果压缩比较高，画面质量就不太好。,动画、视频常用文件格式(avi主要参数),ASF（Advanced Streaming Format）即高级流媒体格式，是微软针对Real公司开发的一种使用了MPEG-4压缩算法的，可以在网上实时观看的流媒体格式。ASF也是在Internet上的一个实时传播多媒体的技术标准。MPEG-4压缩算法可以兼顾高保真以及网络传输的要求，主要的特点包括支持网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载及扩展性。ASF应用的主要部件是NetShow服务器和NetShow播
22、放器。,动画、视频常用文件格式(网络格式),WMV（Windows Media Video）是微软在ASF基础上推出的一种媒体格式，其特点就是体积小，适合于高速网络传输。通过Windows Media Encoder编码可以制作WMV和ASF文件。,动画、视频常用文件格式(网络格式),RMVB即RM（RealMedia）是RealNetworks公司开发的一种流媒体文件格式，RM包含三个格式：RealAudia、Real Video 和RealFlash。RealAudia可传输接近CD音质的音频数据，Real Video可传输连续的视频数据，RealFlash可传输高压缩比的动画数据。RMVB中的VB是指Variable Bit Rate（可变比特率，简称VBR），该格式使用了更低的压缩比特率，这样制成的文件体积更小，而且画质并没有太大的变化。,动画、视频常用文件格式(网络格式),mov文件avi1、wav1、rm1avi2、wav2、rm2,动画、视频常用文件格式(示例),结束,
