多媒体技术之彩色数字电视基础

多媒体技术基础FundamentalsofMultimedia第10章彩色数字电视基础Chapter10FundamentalsofDigitalColorTV计算机科学系多媒体开发与应用技术2大纲电视原理分类数字电视计算机科学系多媒体开发与应用技术3电视的影响最有影响力的媒体之一特别是新闻体育电视剧等“谁掌握媒体就掌握了话语权。”计算机科学系多媒体开发与应用技术4计算机科学系多媒体开发与应用技术5电视的原理视觉暂留计算机科学系多媒体开发与应用技术6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。计算机科学系多媒体开发与应用技术7采样频率的影响Motioncontinuity（连续性）DoweseesmoothmotionorjerksFlicker（闪烁）Doweseetheimageflashingquickly计算机科学系多媒体开发与应用技术8MotionContinuity运动下的采样计算机科学系多媒体开发与应用技术9MotioncontinuityrequirementsWearelesssensitivetocontinuitythantoflickerMoviesuse24fps80+fpsistypicallymorethanenoughForhumans,ofcourse计算机科学系多媒体开发与应用技术10FlickerPerceptiblevariationsinbrightnessWecaneasilydetectlowerfrequencyflicker40Hz(criticalis46)FlickerisNOTmotioncontinuity计算机科学系多媒体开发与应用技术11电视机计算机科学系多媒体开发与应用技术12计算机科学系多媒体开发与应用技术13彩色电视制式NTSC美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾PAL德国、英国等一些西欧国家，及中国、朝鲜等国家SECAM法国、及东欧国家计算机科学系多媒体开发与应用技术14WorldTVStandardsNTSCPALSECAMPAL/SECAMUnknown计算机科学系多媒体开发与应用技术15兼容制式NTSC，PALSECAM都是兼容制式黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像（逆兼容）计算机科学系多媒体开发与应用技术16兼容的要求既兼容又有彩色特性，彩色电视系统应满足采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显象管上重现发送端的彩色图像。计算机科学系多媒体开发与应用技术17RGBYYVU计算机科学系多媒体开发与应用技术18电视扫描和同步扫描分类非隔行扫描（逐行扫描）(progressivescanning)计算机显示器隔行扫描(interlacedscanning)电视计算机科学系多媒体开发与应用技术19显示器的发展NotethatdisplaytechnologyischangingwiththeadventofLCD,ThinFilmTransistor(TFT)薄膜晶体管-basedmonitors,DVDsanddigitalcameras,analternativemethodofbringingtheimagetothescreen,knownasprogressivescanning,hasbeencreated.计算机科学系多媒体开发与应用技术20逐行扫描电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像（一帧）.计算机科学系多媒体开发与应用技术21隔行扫描在隔行扫描中，电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，然后在第5、7、……，行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧(frame)的扫描。计算机科学系多媒体开发与应用技术22计算机科学系多媒体开发与应用技术23隔行扫描隔行扫描的一帧图像由两部分组成：奇数场（奇数行组成）+偶数场（偶数行组成）计算机科学系多媒体开发与应用技术24计算机科学系多媒体开发与应用技术25Wheninterlacedvideoisshownonaninterlaceddisplay,onlyonefieldisdisplayedatatime.Thephysicalpropertiesofthedisplay(e.g.afterglowofthephosphorsofaCRT)andhumanperceptionintegratethefieldssothattheresultingvideoappearscomplete.计算机科学系多媒体开发与应用技术26WhyInterlacedAprogressive625linesystemwith50framespersecondwouldhavealinefrequencyof32.25kHzandavideobandwidthofabout12MHzasuming720activepixelsperline.Thisbandwidthrequirementwastoohigh.AradiofrequencyTVchannelhasanavailablebandwidthof7or8MHz.Thereforetheinterlacedsystemswereintroduced.Theyprovideagoodresolutionandasufficienlyhighfieldfrequencyof50resp.60Hzbutalowerframefrequencyof25resp.30Hzathalfthebandwidthofaprogressivesystem.计算机科学系多媒体开发与应用技术27比较计算机科学系多媒体开发与应用技术28比较ProgressiveScan@50/60HzFrame1Frame2Frame3Frame4InterlacedScan@25/30HzField1(odd)Field2(even)Field3(odd)Field4(even)Frame1Frame2ProgressiveScan@50/60HzInterlacedScan@25/30HzField1(odd)Field2(even)Field3(odd)Field4(even)Frame1Frame2Frame1Frame2Frame3Frame4计算机科学系多媒体开发与应用技术29比较计算机科学系多媒体开发与应用技术30隔行扫描的行数隔行扫描中、扫描的行数必须是奇数一帧画面分两场，第一场扫描总行数的一半，第二场扫描总行数的另一半。隔行扫描要求第一场结束于最后一行的一半，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正是这个原因，才要求总的行数必须是奇数。计算机科学系多媒体开发与应用技术31计算机科学系多媒体开发与应用技术32InterlacedScanning,ShownHerefortheNTSCVideoFormat.PALandSECAMInterlacingisSimilar,withtheDifferenceBeingtheNumberofLinesinEachField计算机科学系多媒体开发与应用技术33计算机科学系多媒体开发与应用技术34隔行扫描只需用逐行扫描一半的时间就能看见整个屏幕显示，因此隔行扫描技术用于较慢的刷新频率。例如刷新频率为30帧/秒，如采用逐行扫描显示，可注意到图形在闪烁，但采用隔行扫描，扫描一帧的时间只用了原来一半，也就是说刷新频率接近60帧/秒，这时图形显示质量提高，不再闪烁。计算机科学系多媒体开发与应用技术35扫描参数行频fH：每秒钟扫描多少行；场频ff：每秒钟扫描多少场；帧频fF：每秒扫描多少帧计算机科学系多媒体开发与应用技术36PALPAL制电视的扫描特性625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40ms/帧)宽高比(aspectratio)：4:3隔行扫描，2场/帧，312.5行/场颜色模型：YUV计算机科学系多媒体开发与应用技术37一帧图像的总行数为625，分两场扫描。行扫描频率是15625Hz，周期为64μs；场扫描频率是50Hz,周期为20ms；帧频是25Hz，是场频的一半，周期为40ms。在发送电视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2μs，其余的11.8μs不传送图像，是行扫描的逆程时间，同时用作行同步及消隐用。每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中25行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示。计算机科学系多媒体开发与应用技术38NTSCNTSC制的扫描特性525行/帧,30帧/秒(29.97fps,33.37ms/frame)宽高比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9)隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场颜色模型：YIQ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。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微秒计算机科学系多媒体开发与应用技术39SECAMSECAM的扫描特性与PAL制类似，区别是SECAM中的色度信号是频率调制(FM）（NTSC，PAL都是QAM）图像格式为4:3，625线，50Hz计算机科学系多媒体开发与应用技术40StandardAdvantagesDisadvantagesNTSCLessFlicker(higherframerate),lessinherentpicturenoiseReducedclarityduetolowernumberofscanlines,huefluctuationPALMorepicturedetail(greaternumberofscanlines),morestablehuesMoreflicker(lowerframerate),worsesignaltonoiseperformanceSECAMStablehuesandconstantsaturation,morepicturedetailaswithPALMoreflicker(sameasPAL),manyvariantscauseincompatibility计算机科学系多媒体开发与应用技术41Inter-lineFlickerAcommonproblemwithInterlaceThelineisrefreshed30timespersecond,not60!(NTSC)(跨线闪烁)计算机科学系多媒体开发与应用技术42Film电影录制过程中，每秒有24幅画面，也就是24fps.Generallydisplayedat72fps(eachframe3x)toreduceflickerFilmhasnoscanningFilmcapturestheentireframeatonceTVvideopresentsthetophalfbeforethebottomhalf计算机科学系多媒体开发与应用技术43Aspectratio(宽高比）Width/HeightTelevision:4:3,16:9HDTV,16:9=1.78:1Film1.85