1、彩色数字图像基础 彩色数字电视基础,主要内容,视觉系统对颜色的感知 图像的颜色模型 图像的三个基本属性 图像的种类 伽马()校正 JPEG压缩编码 常用图像文件格式,主要内容,视觉的时间域响应特性 YUV、YIQ与YCrCb颜色空间 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 数字电视简介,Part 1,彩色数字图像基础,可见光 波长范围为380nm780nm 大多数可见光 由不同波长的光组合而成 眼睛 本质上是一个照相机 人的视网膜(human retina)通过神经元来感知外部世界的颜色 神经元或者是一个对颜色敏感的锥体(cone)，或者是一个对颜色不敏感的杆状体(rod
2、) 人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞 另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞 颜色 只存在于眼睛和大脑中，是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感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不同的颜色,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）,视觉系统对颜色的感知,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敏度 亮度响应曲线表明 人眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感,视觉系统对颜色的感知,光谱与颜色 许多具有不同
3、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 匹配等色 光谱分布不同而看上去相同的两种颜色，也称为条件等色 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（700nm）、绿（546.1）、蓝（435.8nm）三色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,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,从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素 色调（hue） 色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等 色调大致对应光谱分布中的主波长,视觉系统对颜色的感知,视觉系统对颜色的感知,饱和度（Saturation） 饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度
4、对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低 高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光 100%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,明亮度（luminance） 明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉 一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗 试验表明 人的眼睛能分辨128种不同的色调 1030种不同的饱和度 而对亮度非常敏感 人眼大约可以分辨35万种颜色,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。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色
5、空间 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 HSL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 RGB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述颜色 CMYK颜色模型 对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色,HSL颜色模型,在HSL模型中，H定义色调；S定义颜色的深浅程度或饱和度；L定义亮度。 RGB模型和CMYK模型主要是面向设备的，而HSL模型更容易被人理解和控制。,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
6、百分比) B(蓝色的百分比)RGB模型称为相加混色模型，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,CMYK颜色模型,在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄色yellow）按一定比例混合得到 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 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 (K) 油墨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CMYK颜色模型 CMYK模型称为相减混色模型,相加色与相减色的关系,RGB模型到CMYK模型的转换,分色算法（F代表白
7、色）,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,矢量图与点位图 矢量图 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 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 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,矢量图与点位图 点位图 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 点位图的优点 显示速度快 真实世界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 点位图的缺点
8、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,矢量图,点位图,图像的分类,灰度图与彩色图,标准单色图 标准灰度图,图像的分类,灰度图与彩色图,256色标准图像 24位标准图像,分辨率 显示分辨率 指显示屏上能够显示出的象素数目 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 640480，1024 768 图像分辨率 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 常用单位为DPI（dots per inch），即每英寸多少点,图像的基本属性,像素深度 存储每个像素所用的位数 决定彩色图像每个像素可能有的颜色数，或灰
9、度图像每个像素可能有的灰度级数 调色板 假如一个彩色图像只包含24位真彩色空间中的16个离散的点（16色图），则可以建立一个颜色查找表，表中的每一行记录一组RGB值，实际像素的值用来指定该点颜色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量 这个颜色查找表就叫做调色板,图像的基本属性,真彩色、伪彩色与直接色 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：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
10、色称为直接色。 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，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,设备 图像系统中一般包含输入设备（扫描仪、摄像机、数码相机）、存储设备（胶片、磁盘）和输出设备三大模块 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非线性的 表现为幂函数的形式： yxn 输出(输入) （按照惯例，“输入”和“输出”都缩放到01之间） 整个图像系统的传递函数是一个幂函数 12n,伽马()校正,伽马()校正,再现原始场景 若图像再现
11、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1.25 如果为黑暗环境，则使系统的1.5 伽马()校正 实际图像系统的值并非符合我们要求的值，且是不能随意改变的 加入一个中间环节来校正整个系统的值，即补偿系统的非特性曲线，使之接近于应用环境所要求的值,伽马()校正,Photoshop 中提供的Gamma校正功能,JPEG压缩编码,JPEG专家组开发的压缩算法 采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)为基础的有损压缩算法 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
12、基础的无损压缩算法。 JPEG2000：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波变换。 JPEG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,JPEG压缩编码-解压缩算法框图,JPEG压缩编码,JPEG有损压缩方法大致分成三个步骤 使用DCT把空间域表示的图变换成频率域表示的图。 使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。 使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。,JPEG压缩编码,JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下： DCT 对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8
13、8的图像块，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。 量化(quantization) 量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。 Z字形编码(zigzag scan) 量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度，方法是按照Z字形的式样编排,JPEG压缩编码,4使用差分脉冲编码调制(differential pulse code modulation，DPCM)对直流系数(DC)进行编码 8 * 8图像块经过DCT变换
14、之后得到的DC直流系数有两个特点：一是系数的数值比较大，二是相邻8 8图像块的DC系数值变化不大。根据这个特点，JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量化DC系数的差值(Delta)进行编码。 5使用行程长度编码(run-length encoding，RLE)对交流系数(AC)进行编码 量化AC系数的特点是1 * 64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码。 6熵编码(entropy coding) 在JPEG有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵,JPEG压缩编码,正向离散余弦变换 （
15、1）对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成若干个88的图像块，如图所示，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。,JPEG压缩编码,（2）DCT变换使用下式计算,C(u)，C(v) = (2)-1/2，当u, v = 0； C(u)，C(v) = 1，其他。 f(i, j)经DCT变换之后，F(0,0)是直流（DC）系数，其他为交流（AC）系数。,JPEG压缩编码,（3）在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把两维的DCT变换变成一维的DCT变换：,JPEG压缩编码,量化 ：对经过FDCT变换后的频率系数进行量化 目的是减小非“0”系数的幅度
16、以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因 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行量化 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 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） 人眼对低频分量的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 表中的数值对CCIR 601标准电视图像已经是最佳的 可以替换成自己的量化表,JPEG压缩编码,Z字形编排 量化后的系数要重新编排，以增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度 Z字形的编排如下图所示 把一个88的矩
17、阵变成一个164的矢量，频率较低的系数在矢量顶部,JPEG压缩编码,直流系数的编码 DC直流系数有两个特点 系数的数值比较大 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（DPCM）技术对相邻图像块之间量化DC系数的差值（Delta）进行编码 DeltaDC(0,0)k-DC(0,0)k-1 交流系数的编码 AC系数的特点是164矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的 使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码 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
18、值,JPEG压缩编码,熵编码 对DPCM编码后的直流DC系数和RLE编码后的交流AC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 可以使用很简单的查表（Lookup Table）方法进行编码 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 可变长度的霍夫曼码表可以事先定义好,右表所示是DC码表符号举例。如果DC的值(Value)为4，符号SSS用于表达实际值所需要的位数，实际位数就等于3。,JPEG压缩编码,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后的图像数据组成一帧一帧的数据 便于传输、存储和译码器进行
19、译码 这样的组织的数据通常称为JPEG位数据流（JPEG bitstream）,JPEG压缩编码,应用JPEG算法举例,源图像样本,重建图像样本,量化表,量化表,JPEG压缩编码,规格化量化系数,规格化量化系数,图像文件格式,BMP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bmp BMP文件大体上分为四个部分,BMP图像文件格式 文件头,typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; /* 说明文件
20、的类型 */DWORD bfSize; /* 说明文件的大小，用字节为单位 */WORD bfReserved1; /* 保留，设置为0 */WORD bfReserved2; /* 保留，设置为0 */DWORD bfOffBits; /* 说明从BITMAPFILEHEADER结构开始到实际的图像数据之间的字 节偏移量 */ BITMAPFILEHEADER;,BMP图像文件格式 信息头,typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize; /* 说明结构体所需字节数 */LONG biWidth; /* 以像素为单位说明图像的宽度 */LONG
21、 biHeight; /* 以像素为单位说明图像的高度*/WORD biPlanes; /* 说明位面数，必须为1 */WORD biBitCount; /* 说明位数/像素，1、2、4、8、24 */DWORD biCompression; /* 说明图像是否压缩及压缩类型 */DWORD biSizeImage; /* 以字节为单位说明图像大小 */LONG biXPelsPerMeter; /* 说明水平分辨率，像素/米 */LONG biYPelsPerMeter; /* 说明垂直分辨率，像素/米 */DWORD biClrUsed; /* 说明图像实际用到的颜色数，如果为0则颜色数为
22、2的biBitCount次方 */DWORD biClrImportant; /*说明对图像显示有重要影响的颜色 索引的数目，如果是0，表示都重要。*/ BITMAPINFOHEADER;,BMP图像文件格式 调色板,调色板实际上是一个数组，它所包含的元素个数与位图所具有的颜色数相同，决定于biClrUsed和biBitCount字段。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构。typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; /*指定蓝色分量*/BYTE rgbGreen; /*指定绿色分量*/BYTE rgbRed; /*指定红色分量*/BYTE rgbRe
23、served; /*保留，指定为0*/ RGBQUAD;,BMP图像文件格式 位图数据,紧跟在彩色表之后的是图像数据字节阵列。图像的每一扫描行由表示图像像素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图像的颜色数目和用像素表示的图像宽度。扫描行是由底向上存储的，这就是说，阵列中的第一个字节表示位图左下角的像素，而最后一个字节表示位图右上角的像素。,图像文件格式,GIF图像文件格式 JPEG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
24、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 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,GIF图像文件格式,GIF图像文件格式,GIF文件采用了LZW无损压缩算法来存储图像数据。 GIF文件允许设置背景的透明属性。 GIF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。 GIF文件支持图像数据的交叉存储方式，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，然后逐步清晰。 GIF文件定义的图像中可以加入
25、文本。,GIF文件格式的特点：,JPEG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,JPEG文
26、件使用的颜色空间是电视图像信号数字化标准ITU-RBT 601推荐标准规定的YCbCr彩色空间。从RGB转换成YCbCr的计算公式如下：Y = 0.299 R + 0.587G + 0.114 BCb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5B + 128Cr = 0.5 R - 0.4187G - 0.0813 B + 128,Part 2,彩色数字电视基础,视觉的时间域响应特性,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
27、 电影播放每秒投射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 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25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 一种亮度分量信号和两种色度分量信号 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,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间,YUV模型用于PAL制式的电视系
28、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空间做了一个解相关的线性变化 U和V的比值决定色调，(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间,YUV、YIQ与YCbCr颜色空间,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IQ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
29、是8位二进制格式,YUV、YIQ与YCrCb颜色空间,隔行扫描 (interlaced scanning),逐行扫描 (non-interlaced scanning),电视扫描和同步,行频、场频、帧频,彩色电视制式,正交平衡调幅制NTSC彩色电视制的主要特性 525行/帧, 30帧/秒 高宽比：电视画面的长宽比为4:3 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 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 颜色模型：YIQ 美国、加拿大等大部分西半球国家，
30、及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式,彩色电视制式,逐行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) 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,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，全电视信号 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
31、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,电视图像数字化,常用两种方法 先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化 首先把模拟的全彩色电视信号分离成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,ITU-RBT.601数字化标准,1、采样频率CCIR为NTSC制、PAL制和S
32、ECAM制规定了共同的电视图像采样频率。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）对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720。,ITU-RBT.601数字化标准,2、数字信号取值范围亮度信号220级，色度信号225级。 3、颜色空间之间的转换公式 4、图像子采样格式4：4：4，4：2：24：1：1，4：2：0,CIF、QCIF和SQCIF,CIF ： Common Intermediate Format QCIF ： Quarter CIF SQCIF：Sub-Quart
33、er CIF,图像子采样,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,码流与对应的像素,4:4:4 Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 4:2:2 Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V3 4:1:1 Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0 V2 Y3 U0 V2 4:2:0 Yo0 Uo
34、0 Yo1 Yo2 Uo2 Yo3 Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ve2 Ye3 Yo0 Uo0 Ve0 Yo1 Uo0 Ve0 Yo2 Uo2 Ve2 Yo3 Uo2 Ve2 Ye0 Uo0 Ve0 Ye1 Uo0 Ve0 Ye2 Uo2 Ve2 Ye3 Uo2 Ve2,数字电视,数字电视的定义 数字电视（DTV），是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收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） 数字电视分类 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（
35、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,数字电视,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） 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,高清晰度电视,原则上讲，HDTV是由它所能提供的画面质量定义的 分辨率:HDTV画面水平和垂直的像素
36、目都差不多是常规系统的2倍。垂直方向的高清晰度是由1000多行的扫描线获得的。大约为传统5倍的视频带宽使灰度层次更加丰富，再加上有一些带宽用于单独传输色彩值，使得总带宽就是现有彩色电视系统的58倍。 宽高比:HDTV画面的指定宽高比为16:9=1.777。 采用高清晰显像管，点节距（即荧光点的大小）应小于0.7毫米； 观看距离:由于人眼分辨细节的能力是有限的，所以观看细节更丰富的HDTV画面，观看距离要更近一些,中国数字电视进度表,2000年和2001年是我国数字电视广播试验年，在北京、上海、深圳三个城市进行数字广播试验； 2002年，具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定； 20
37、03年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验； 2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号； 2010年我国计划全面实现数字广播电视； 2015年停止模拟广播电视的播出，数字电视基本上成为我国电视播放主力。,彩色电视信号的兼容问题,兼容黑白电视接收机既能接收彩色电视信号， 也能重现黑白电视信号彩色电视接收机既能接收彩色电视信号， 也能重现黑白电视信号,彩色电视信号的兼容问题,应满足的基本要求 在彩色电视的图像信号中， 要有代表图像亮度的亮度信号和代表图像色彩的色度信号 黑白电视机接收彩色节目时， 只要将亮度信号取出， 就可显示出黑白图像。 彩色电视接收机应具有亮度通道和色度通道
38、 当接收彩色节目时， 亮度通道和色度通道都工作， 重现彩色图像； 当接收黑白节目时， 色度通道自动关闭， 亮度通道相当于黑白电视机， 可显示出黑白图像， 这样就做到了兼容。,彩色电视信号的兼容问题,应满足的基本要求 彩色电视只能占有与黑白电视相同的视频带宽和射频带宽 这要求彩色电视能将色度信号安插到6MHz的视频带宽中去， 采用的方法是频带压缩、 频谱交错等方法 彩色电视应与黑白电视有相同的图像载频、 伴音载频以及两者之间的间距 彩色电视与黑白电视的行、 场扫描频率和行、 场同步信号的各项标准等都应相同,彩色电视信号的兼容问题,信号选取亮度和色差信号 亮度Y=0.30R+0.59G+0.11B
39、 R-Y=R-(0.30R+0.59G+0.11B) =0.70R-0.59G-0.11B B-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B) =-0.30R-0.59G+0.89B (3-1) G-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B) =-0.30R+0.41G-0.11B,彩色电视信号的兼容问题,三个色差信号中只有两个是独立的， 第三个可以由另外两个得到， 只要选择两个色差信号就可以代表色度信号,彩色电视信号的兼容问题,频带压缩 人眼对彩色细节的分辨力比较差， 在传送彩色图像时只要传送一幅粗线条大面积的彩色图像配上亮度细节就可以了， 没有必要传送彩色细节， 这称为大面积着色原理
40、我国电视标准规定， 亮度信号带宽为06 MHz， 色度信号带宽为01.3 MHz,彩色电视信号的兼容问题,频谱交错 亮度信号的频谱 其谱线具有梳齿状结构，且具有很大的间距。色差信号是由基色信号经过线性变换得到的信号，具有与亮度信号相同的频谱结构，仅仅是压缩后占据较窄的频带。 色差信号不能简单地加在亮度信号中传送，否则将造成频谱重合，产生严重的相互干扰 将其调制到一个合适的载频（称副载频，fsc）上，使调制后的色度信号频谱安插在亮度信号频谱的间隙中，达到压缩频带的目的，保证了彩色电视与黑白电视具有相同的频带宽度。,彩色电视信号的兼容问题,调制后的信号称为色度信号 将得到的色度信号与亮度信号、 同
41、步信号叠加为彩色全电视信号 彩色全电视信号再去调制图像载波， 称为二次调制二次调制后的射频信号经功率放大后发射出去,彩色电视信号的兼容问题,黑白电视信号(亮度信号)的频谱结构是线状离散谱 相邻行图像信号相关性很强和采用周期性扫描 亮度信号未占满整个6 MHz 的带宽 亮度信号的能量只集中在行频fH及其谐波nfH附近很窄的范围内， 随谐波次数的升高， 能量逐渐下降 在(n-1/2)fH附近没有亮度信号能量， 留有较大的空隙， 如图（a）所示,彩色电视信号的兼容问题,图 亮度信号频谱图(a) 以行频为间隔的谱线群； (b) 每一谱线群结构,彩色电视信号的兼容问题,图（b）是将nfH附近的一族谱线放
42、大， 可看出在行频主谱线两侧有以帧频、 场频为间隔的副谱线 当图像活动加快时， 各副谱线之间的空隙被填满， 但在(n-1/2)fH附近仍有较大的空隙 慢变化的图像频谱空隙达93%， 较快变化的图像频谱空隙仍有46% 将色度信号的频谱插在亮度信号的频谱空隙中间， 用一个6MHz带宽的通道同时传送亮度信号和色度信号， 这种方法称为频谱交错或频谱间置,彩色电视信号的兼容问题,色差信号有与亮度信号相同的频谱结构， 压缩后占据较窄的频带， 如图（a）所示 其表现也是以行频为间隔的谱线群结构 根据副载波平衡调幅形成的色度信号也发生了频谱迁移， 各谱线群出现在fSCnfH处， 如图（b）所示 只要选用副载频为半行频的奇数倍， 即fSC=(n-1/2)fH， 就能将色度信号正好插在亮度信号频谱的空隙间， 如图（c）所示,彩色电视信号的兼容问题,图 3-2 频谱交错(a) 色差信号频谱； (b) 色度信号频谱； (c) 频谱交错,彩色电视信号的兼容问题,图 3-7 NTSC制的半行频间置,图 3-12 525行NTSC制的频带分配,图 3-17 PAL色度信号频谱,图 3-18 四分之一行频间置后信号频谱,
