1、第10章 彩色数字电视基础,10.1 彩色电视制式,所谓电视制式，实际上是一种电视显示的标准。目前世界上现行的彩色电视制式有三种:NTSC采用这种制式的国家有:美国,加拿大,日本,韩国和中国台湾地区等.PAL采用这种制式的国家有:中国,德国,英国和其它一些西北欧国家 SECAM采用这种制式的国家有:法国,俄罗斯,东欧和非洲一些国家,电视扫描与同步,逐行扫描(非隔行扫描),隔行扫描（实际上是以牺牲一定的图像分辨率为代价的）,PAL扫描特性,1.扫描线 625行/帧, 25帧/秒.2.宽高比: 4:3 3.隔行扫描, 2场/帧, 50场/秒, 312.5 行/场4.颜色模式: YUV,NTSC,1
2、.扫描线 525/帧 30帧/秒.2.高宽比: 4:3 3.隔行扫描 2场/帧, 262.5 行/场4.颜色模式: YIQ,SECAM制式,每秒25帧，每帧625行，采用隔行扫描，场频为50Hz，行频为15.625kHz。宽高比为4：3。上述指标均与PAL制式相同，不同点主要在于色度信号的处理上。,* HDTV（High Definition TV，高清晰度数字电视）,数字电视：拍摄、编辑、制作、传输、播出、接收电视信号全过程都使用数字技术的电视系统。数字电视是当今的一个热点，其中高清晰度是其主要特征之一。虽然数字电视的标准目前还没有完全统一，但HDTV是目前正蓬勃发展的电视标准。一般来说，H
3、DTV的宽高比例为16：9，每帧扫描在1000行以上，传送信号数字化。目前的HDTV主要有三种显示模式： 1280720(非交错式，场频为24、30或60)、19201080(交错式，场频60)，19201080(非交错式，场频为24或30)。HDTV的视频信号采用MPEG2进行压缩，音频信号则采用AC-3压缩。,10.2 彩色电视信号的类型,复合电视信号包含亮度信号,色差信号和所有信号的单一信号Composite video signal，或称为全电视信号质量最低分量电视信号Component video signal，是指每个基色分量作为独立的电视信号。如： R G B , Y U V质量
4、高S-Video信号（S端子）两个色差信号还可以进一步合成一个色度信号C，进而形成Y/C分离信号格式（亮色分离信号）亮度信号与色差信号用两条信号电缆线，如图质量居中。,10.3 电视图象数字化,电视视频是模拟信号，而计算机视频则是数字信号。数字视频是基于数字技术，是影视图像数字化的结果。,与模拟视频相比，数字视频的优点为： 数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。 可以用许多新方法对数字视频进行创造性的编辑，如字幕、特技效果等。数字视频与模拟视频最大区别是数字视频的可操作性(编辑、合成)和可压缩性。可以直接进行随机存储，使电视图象的检索变
5、得很方便。缺陷：处理速度慢数据量大(压缩、光盘),模拟视频与数字视频,计算机获得数字视频有种方法：其一是将模拟视频信号输入计算机进行数字化视频编辑，最后制作成数字视频产品。也就是模拟视频的数字化技术，需要视频卡进行模数转换。其二是由数字摄象机拍摄的视频图象，从信号源开始，就是无失真的数字视频，当输入计算机时不再考虑视频质量的衰减问题，然后通过软件编辑制作成产品。这是纯粹的数字视频技术。可以直接通过IEEE 1394卡进行数据传输。,10.4 图像子采样,对彩色电视图像进行采样时,可以采用两种采样方法.一种是使用相同的采样频率,对图象的亮度信号和色差信号进行采样.另一种对亮度信号和色差信号分别采
6、用不同的采样频率进行采样.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.这样的采样就称图像子采样.,图像子采样理论根据,一.人眼对色度信号的敏感程度比亮度信号的敏感低.利用这个特性可以图像中表达颜色的信号去掉一些而使人不察觉;二.是人眼对图像的细节的分辨能力有一定的限度.利用这个特性可以把图像中的高频信号去掉而使人不易察觉.,目前采用的子采样格式:,4:4:4 它是指每条扫描线上每4个连续的采样点取4个Y样本,4个红色差Cr和4个蓝色差Cb。这种采样格式不是子采样格式。4:2:2它是指每条扫描线上每4个连续的采样点取4个Y样本,2个红色差Cr和2个蓝色差Cb。平均每个象素用2个样本
7、表示。4:1:1它是指每条扫描线上每4个连续的采样点取4个Y样本,1个红色差Cr和1个蓝色差Cb。平均每个象素用1.5个样本表示。4:2:0它是指在水平和垂直上每两个连续的采样点上取2个Y样本,1个红色差Cr和1个蓝色差Cb。平均每个象素用1.5个样本表示。,压缩编码,图像/视频数据压缩是完全可能的，这是因为原始信号数据具有冗余性 1. JPEG标准主要制定静态图像（彩色、灰度）的压缩编码方法标准。2.MPEG标准,10.5 数字照相机、数字摄象机与视频卡,一、数字照相机数码相机是一种与计算机配套使用的照相机，可以在存储器中储存图像数据,A、数码相机的工作原理,使用数字照相机时，通过电荷耦合器
8、件(CCD，Charge Couple Device) 将光信号转换成电信号，再经过模/数转换，将图像的数字信号存在存储器中。数码相机和数字摄象机的心脏是电荷耦合器件，它由很多微小的半导体光敏元件构成，一个光敏元件对应一个象素，通过CCD把光线转换成电荷。数字照相机采用半导体存储器芯片、软磁盘或微型磁光盘（MD）作存储媒体。,B、数码相机的性能指标,（1）CCD象素数量与分辨率CCD芯片分辨率是指芯片上所具有的CCD像素数。CCD是影响数码相机成本的主要因素之一。拍摄分辨率（照片分辨率）是指拍摄时实际参与成像的CCD像素数。是数码相机的最重要的性能指标。数码相机的拍摄分辨率总是小于CCD芯片分
9、辨率。,（2）数码相机的彩色深度彩色深度又叫色彩位数，用来表示数码相机的色彩分辨能力。（3）数据记录类型数据记录类型指数字照相机以什么格式的图象文件存储。一般数码照相机采用JPEG格式，专业数码照相机既可以采用JPEG格式，又可以采用TIFF图象文件格式。（4）存储介质类型和容量数码相机内存的存储能力以及是否具有扩充功能，是重要的指标。数码相机用的存储媒体有内置存贮式和可移动式存储媒体之分。,（5）数据输出方式USB接口IEEE-1394高速接口对于使用扩充卡的相机来说，如果向台式机下载数据，则需要有特殊的读出器还有的相机提供TV接口 （6）数码相机的电池及耗电量：由于数码相机采用耗电量极大的
10、LCD液晶显示屏、闪光灯、存储卡和电动调焦，电池消耗非常厉害。除了厂商的改进，用户在使用中也要注意电池的消耗，增加电池的使用时间。,二、数码摄象机与数码照相机类似，数字摄录机也可以与电脑或数字电信网直接相连，将影音数据输入电脑。数字摄录机采用只有6.3mm宽的磁带作记录媒体。,三、视频卡,视频采集卡又称视频捕捉卡。可以对动态影像进行实时响应，并将其转换成压缩数据存储。视频压缩/解压缩卡采用JPEG和MPEG数据压缩标准，对视频信号进行压缩和解压缩处理。视频转换卡（视频输出卡） 将计算机的VGA显示信号转为PAL制式、NTSC制式或SECAM制式的视频信号，并输出。电视接收卡将电视节目通过转换，
11、可以在计算机显示器上播放。在视频信息处理上，我们用得更多的是视频采集卡,四、USB接口与应用,USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是众多计算机厂商为简化MPC与I/O设备之间的互联而研发的一种标准化连接接口，不仅支持多种PC与I/O设备连接，还支持实现数字多媒体集成。USB接口的规格在1995年公开。由于USB接口具有统一规格，具有热插拔装置，可随时安装或是移除。对于大部分对计算机不是十分了解的使用者而言，实在是一件值得拍手称快的事情。,1USB的结构USB总线采用四线电缆，其中两根用来传送串行数据，另外两根为设备提供电源。USB接口可由主控器（Host）、集线器
12、(Hub)和功能设备3个基本部分组成。USB的工作还要软件的支持，一是USB接口的系统软件，另一是USB的客户软件。,从规格和数据传输速率（资料的传送频宽）来看，USB接口又可分为USB2.0标准与USB1.1标准。USB1.1规格仅仅支持1.5Mb/s与12Mb/s，这种频宽仅能提供低速外围如键盘及鼠标使用。USB 2.0加入了高速传输的模式， USB 2.0标准将带宽提升为USB 1.1的40倍，传输速率最高为480Mb/s，并可向下兼容1.1规格。,3USB接口的应用目前，USB接口已经在扫描仪、数字照相机、数字摄象机、音频系统、可移动磁盘、显示器、各种输入设备、光驱等外设备上得到应用。
13、,五、IEEE1394接口与应用,同通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）一样，IEEE 1394也是一种串行数据传输协议。它们都支持热交换-也就是可以在计算机正在运行时拔插设备。但是同USB相比，IEEE 1394还具有一些优点。最明显的就是，IEEE 1394的数据传输速度要高于USB接口。IEEE1394作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛应用于数字摄像机、数字照相机、电视机顶盒、家庭游戏机、计算机及其外围设备。更新一代的产品如DVD、硬盘录像机等也将使用IEEE1394。IEEE1394的前身是1986年由苹果计算机(Apple)公司起草的。苹果公司称之为火
14、线(FireWire)并注册为其商标。而Sony公司称之为i.Link。德州仪器公司则称之为Lynx。实际上，上述商标名称都是指同一种技术，即IEEE1394。,IEEE 1394最初是由苹果计算机公司于1986年开发的FireWire（火线）规范，这个名称来源于它令人瞠目结舌的传输速度。FireWire完成于1987年，该规范于1995年得到了标准化，名称也由FireWire改为了比较平淡无奇的IEEE 1394。1995年设定的IEEE1394-1995技术规范，允许的最大数据传输率为400Mb/s。因为在IEEE1394-1995中还有一些模糊的定义，后来又出了一份补充文件P1394a，
15、用以澄清疑点、更正错误并添加了一些功能。除此之外，还通过P1394b讨论增加新功能的接口标准。作为一个工作组标准，P1394b是一个高传输率与长距离版本的IEEE1394，它的传输速度则可以达到800Mb/s。在这一方案中，一个重要的特性是，在不同的传输距离与传输速率下可以使用不同的传输媒介。在2000年春季正式通过的IEEE 1394-2000中，最大数据传输速率可达到1.6Gb/s。,欧洲数字化视频广播DVB(DIGITAL VIDEO BROADCASTING)联盟决定把IEEE1394作为相关机器的标准总线;由50多家企业构成的数字化视频摄像机联盟,把IEEE1394作为数字化视频和音
16、频的标准接口规格; 美国硬盘驱动器厂家Seagate等公司把IEEE1394作为硬盘接口。IEEE 1394线缆一般由4到6根线组成：用于数据传输的两对双绞线和用来向外部设备供电的一对电源线（可选的）。为了适应不同的线缆和插孔配置以及多种网络设备的需要，还有6针到4针的转接电缆和1394集线器。实际上，IEEE 1394的另一个优点就在于：它可以同时连接多达63种的设备。,IEEE1394的特点：,高速数据传送USB通常被用在低带宽的应用之中，例如：连接数码照相机和便携式音频播放器等。而IEEE 1394一般用在高带宽应用之中，例如：连接数码摄像机和外部硬盘等。实时数据传输IEEE1394提供
17、同步传输模式，保证发送的时间轴信息(时间标记)以固定的间隔精确复制数据。这一点十分重要，尤其对传输音/视频这些与时间严格相关的信号及数据。这也是IEEE1394用作多媒体计算机的接口，以及用于音/视频设备间信号传输的原因之一。,广泛的互连性与一些专用接口不同，IEEE1394具有广泛的互连性。使用IEEE1394，数字音频、MIDI、数字视频及不同的控制信号都能够一同传输。IEEE1394是一个能够在不同设备间进行互联的接口标准，它消除了音频和视频设备之间的界限。在数字视、音频后期制作间，各种格式的录音机和录像机、调音台、非线性编辑工作站、电子乐器、计算机及外围设备，都可以通过IEEE1394
18、接口实现自由连接，构成一个灵活传输和数据共享的网络系统。数据传输速率的兼容性按照IEEE 1394-1995的结构，几种不同的数据通信速率能同时存在。比如，数据传输率为100、200和400Mb/s的设备可以在同一网络上共存。,即插即用IEEE1394为点对点总线技术，不需要中介，系统工作时任意热插拔都不会影响整个网络。在网络上增减节点，IEEE1394协议都将自动调整网络。它是一个真正的“即插即用”硬件解决方案。不依赖计算机IEEE1394与USB不同。USB主要是用于个人计算机(PC)与其外部设备进行数据文件的传输，即使是两台设备之间的连接和传输也必须经过PC。而IEEE1394除了用于计
19、算机数据文件的传输外，还能用来直接传输音/视频信号及MIDI数据，信号可以在两台设备之间直接传输而无需通过PC。,10.6 视频信息的处理,一、获取视频信息主要有两种方式：将模拟视频信号数字化利用数字摄象机拍摄实际景物，然后传送到计算机。二、常用的视频图象处理软件有：微软公司的Video for Windows苹果公司的QuickTimePremiere（Adobe）。,三、视频文件的格式,1.AVI文件AVI(Audio Video Interleave) 是一种标准的视频格式；是由MicroSoft公司在1992年开发制定的标准。AVI(Audio Video Interleave)是一种
20、音频视频交叉文件格式，可以在微机上同步记录和播放音频、视频数据。特点：AVI采用帧内压缩，可用一般的视频编辑软件进行编辑。 提供无硬件视频回放，其窗口大小和帧率可根据播放环境调整。,2.MOV文件（或为*.qtm） MOV(Movie digital video)文件是Apple公司在其Macintosh机推出的视频文件格式，其相应的视频应用软件QuickTime。 信号质量高于AVI。MOV文件格式的压缩算法Video编码支持16位图像深度的帧内压缩和帧间压缩。,3.MPG文件MPG文件是采用MPEG算法进行压缩的全运动视频文件格式。注：DAT文件也是基于MPEG压缩算法的一种文件格式,它是Video CD数据文件的扩展名。,
