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：•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(RGB)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：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+0.114BNTSC•Y=0.222R+0.707G+0.071BPAL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YUV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：•Y:U:V=8:4:4•Y:U:V=8:2:2•Y:U:V=8:8:83.YIQ彩色空间NTSC制的YIQ与PAL的YUV的关系：I=VCos33-USin33Q=VSin33+UCos334.HSI彩色空间•H：Hue代表色调•S：Saturation代表饱和度•I：Intensity代表强度RGB与YUV和YIQ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•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64μs图像52.2μs行消隐11.8μs行同步信号4.7μs行延迟1.3μs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：A2.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：A3.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：BDE4.国际上常用的视频制式有（）。（1）PAL（2）NTSC（3）SECAM（4）MPEGA.（1）B.（1）（2）C.（1）（2）（3）D.全部答案：C5.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：D3.2.1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：–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•VideoBlasterSE100卡•VideoBlasterRT300•MegaMotion卡•VideoIt！卡•SNAPplus-VL卡•VideoStarPro卡•IntelSmartVideoRecorderPro卡•MiroVideoDC1卡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：C2.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•模拟锁相电路图PDLFVCO÷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sinwsct+Vcoswsct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•MPG（MPEG）：–序列层（Sequencelayer）–图像组层（GroupofPicture）–图像层（Picture）–片层（Slice）–宏块层（Macroblock）–块层（Blocklayer）•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•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。