1 / 92

彩色数字电视简介

彩色数字电视简介. 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46 HZ。 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48 HZ 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25帧左右。. YUV、YIQ 与 YCbCr 颜色空间.

rex
Télécharger la présentation

彩色数字电视简介

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 彩色数字电视简介

  2. 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25帧左右。

  3. 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。

  4. YUV、YIQ与YCbCr颜色空间 • 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 + 0.114B U = 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，而(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。

  5. YUV、YIQ与YCbCr颜色空间

  6. 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。

  7. YUV、YIQ与YCrCb颜色空间

  8. 清晰度（分辨率）的表达方法 • 不同行业表达清晰度（分辨率）的方法 • 电视清晰度的表示法 • 线、电视线、带宽、调制度 • 胶片清晰度的表示法 • 每毫米线对（Line Pair/mm） • 计算机图形、数码相机清晰度表示法 • 像素 • 总的趋势是不同的行业都采用像素表达清晰度 • 数字电视和数字电影的拍摄和显示都采用了有限像素的器件如CCD、CMOS、LCD、PDP • 电视/电影信号数字化后其取样点数量是有限的 • 采用像素有利于统一不同行业有关清晰度的表达方法

  9. 电视清晰度的表达法– 线、电视线、带宽、调制度 • 模拟电视时代用“线”或“电视线”表示清晰度 • 垂直清晰度 • 垂直清晰度用线数表示，与有效扫描行数相关 • 垂直清晰度一般相当于有效扫描行数的50–70% （科尔系数） • 在理想的极端条件下其最大值与有效扫描行数相同

  10. 水平清晰度 – 绝对清晰度（线） • 水平清晰度的两种表达法 • 绝对清晰度：线 • 相对清晰度：电视线 • 绝对清晰度的定义: 水平方向上实际显示的黑白线条数 • 例如，在水平方向上显示400条线 (黑色/白色各200条) 时称水平清晰度为400线

  11. 水平清晰度 – 相对清晰度（电视线） • 相对清晰度考虑了画面宽高比的因素 • 因为电视画面的宽高比是4:3，所以在象素宽高尺寸相同的条件下水平方向上能够容纳的象素数量是垂直方向上的4/3倍 • 例如，在线距相同的情况下垂直方向显示300条线时水平方向上能够显示400条线

  12. 相对清晰度（电视线） • 为了在同一系统中用相同的度量方法表示不同方向上的清晰度，在电视技术中把画面宽高比与水平方向上显示线条数的乘积称为电视线 • 例如，在水平方向上显示400条线时称水平清晰度为 400 x 3/4 = 300 电视线

  13. 相对清晰度（电视线） • 因为用电视线表达的水平清晰度是相对值，所以在显示相同线条数量的情况下画面宽高比不同时水平清晰度是不同的 • 例如，同样在水平方向上显示400条线时如果画面宽高比是16 : 9则水平清晰度为400 x 9/16 = 225 电视线

  14. 水平清晰度 – 带宽与调制度 • 电视的水平清晰度还可以用带宽或调制度表示 • 带宽与调制度是频率与电平（幅度）之间的函数关系，是MTF（调制传输函数）在电视技术中的专用表述 • 带宽是在约定电平值的位置计量频带宽度 • 电视技术中经常使用的三种带宽 • 0dB带宽，最大电平处对应的带宽 • -1dB带宽，与0dB相比电平下降10%处对应的带宽 • -3dB带宽，与0dB相比电平下降30%处对应的带宽 • 调制度是在约定频率点的位置计量电平值 • 例如标清摄像机以0.5MHz的输出幅度作为参考电平，5MHz频率点的输出电平与参考电平之比即为调制度，用百分比表示

  15. 某电视系统的幅度 – 频率特性 0dB带宽 4MHz -1dB带宽 5MHz -3dB带宽 6MHz 5MHz调制度 90% 6MHz调制度 70%

  16. 53.3μS内正弦波 变化200个周期 1行 电视信号传输带宽与水平清晰度的关系 • 标准清晰度电视 (ITU R BT.601-2)在水平方向上显示400条黑色和白色线条相当于在一行的有效扫描期间(53.3微秒)内使正弦波变化200次 200个周期 / 53.3微秒 = 3.75 MHz

  17. 标清传输带宽与水平清晰度的关系 • 标准清晰度电视画面宽高比为4:3时在水平方向上显示400条黑白线称水平清晰度为400线或300电视线 每1 MHz带宽相当于 300电视线 / 3.75 MHz = 80电视线 / 1 MHz 或400线 / 3.75 MHz = 107线 / 1 MHz • 标准清晰度电视亮度信号的0dB传输带宽为6 MHz，相当于水平清晰度 6 MHz x 80电视线 / 1 MHz = 480电视线 或6 MHz x 107线 / 1 MHz = 640线 （ITU-R BT.601-5规定的标清亮度信号0dB带宽为5.75MHz，但实际产品的0dB带宽大多为6MHz） • 重现720线需要的带宽为 720 / 107 = 6.75 MHz (取样频率13.5 MHz的1/2)

  18. 25.858μS内正弦波 变化200个周期 1行 高清传输带宽与水平清晰度的关系 • 高清晰度电视 (ITU-R BT.709-3)在水平方向上显示400条黑色和白色线条相当于在一行的有效扫描期间(25.858微秒)内使正弦波变化200次 200个周期 / 25.858微秒 = 7.734 MHz

  19. 高清传输带宽与水平清晰度的关系 • 高清晰度电视画面宽高比为16:9，在水平方向上显示400条黑白线称水平清晰度为400线或225电视线 每1 MHz带宽相当于 225电视线 / 7.734 MHz = 29电视线 / 1 MHz 或400线 / 7.734 MHz = 52线 / 1 MHz • 高清晰度电视亮度信号的0dB传输带宽为30 MHz，相当于水平清晰度 30 MHz x 29电视线 / 1 MHz = 870电视线 或30 MHz x 52线 / 1 MHz = 1550线 • 重现1920线需要的带宽为 • 1920 / 52 = 37.125 MHz (取样频率74.25 MHz的1/2)

  20. 电影胶片清晰度的表达方法 – 线对 • 胶片采用每毫米线对（Line Pair/mm）表示清晰度 • 电视与胶片对清晰度的定义不同 • 胶片：400线清晰度是指400线对（Line Pair），显示400线对就是800条线 • 电视：400线清晰度是指显示400条线，相当于胶片的200线对

  21. 数字影像清晰度的表达方法 – 像素 • 像素是组成图像的最小单位 • 数字影像（如数码相机等）和计算机图形处理采用像素表示清晰度 • 传送彩色图像需要RGB（或Y/B-Y/R-Y）三个独立的分量，因此每个像素实际上都是由3个单色像素组成的 • 用像素表达数字电视清晰度 • 标清数字电视 • 480/60i：每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线480行 720 x 480，每帧画面34万像素 • 576/50i，每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线576行 720 x 576，每帧画面41万像素 • 高清数字电视 • 1080i或P：每行1920个取样点（亮度），每帧有效扫描线1080行 1920 x 1080，每帧画面207万像素 • 720P：每行1280个取样点（亮度），每帧有效扫描线720行 1280 x 720，每帧画面92万像素

  22. 清晰度表达方式小结 • 表达清晰度的方式 • 电视采用线、电视线 • 摄影胶片采用每毫米线对（Line Pair/mm） • 计算机图形处理采用像素 • 上述三种表达方式的优点是简单直观，缺点是不够严谨 • 调制传输函数（MTF） • 优点：可以准确清晰地表达系统性能 • 缺点：不够简单直观 • 带宽和调制度 • 带宽和调制度实际上就是MTF在电视行业的应用特例 • 常用表示法 • 用带宽描述系统性能 • 用调制度描述摄像机的清晰度 • 像素既可以表达拍摄、显示和放映设备的清晰度，也可以表达系统性能

  23. 电视信号的数字化 • 数字化就是把在时间轴和电平轴上连续变化的模拟电视信号离散化 • 包括电视信号在内的各种信息的原始形态都是模拟的，需要用有限的取样点和有限的电平阶去表现在时间和电平上无限变化的模拟信号 • 取样 • 取样就是把电视信号在时间轴上离散化，用有限像素表现无限清晰的景物 • 根据尼奎斯特定理，只要了解了取样频率（单位时间内的取样点数）就知道了该系统能够传输信号的带宽，也就是清晰度 • 量化 • 量化就是把电视信号在电平（幅度）轴上离散化，用有限的灰度阶表现无限的灰度 • 只要了解了量化比特就知道了该系统所能达到的最高信噪比

  24. 电影、模拟电视和数字电视 • 看电影相当于隔着一个巨大的旋转扇叶观看活动的景物 • 观众看到的只是在两个扇叶之间未被遮挡的画面，当旋转的扇叶挡住眼睛的时候观众什么都看不到 • 实际上这也是一种取样，这个取样就是把空间运动离散化，用有限数量的静止画面表达在空间上连续运动的景物 • 看电视相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物 • 扇叶的旋转速度就是场频或帧频 • 帘子的缝隙相当于扫描线，观众只能看到帘子缝隙间的景物，被帘子挡住的部分看不到 • 帘子的缝隙数量越多相当于扫描线越多，图像的垂直清晰度就越高 • 扫描也是一种取样，这个取样就是在垂直方向上对两维空间画面离散化，用有限数量的水平扫描线表达完整的静止画面 • 看数字电视相当于隔着一个旋转的扇叶和筛子观看景物 • 电视信号数字化后原来在时间轴上连续变化的每行信号被离散化成了有限的取样点 • 筛子水平方向上的孔越多相当于取样点越多也就是取样频率越高，图像的水平清晰度就越高

  25. 胶片电影 看电影相当于隔着一个巨大的旋转扇叶观看景物

  26. 模拟电视 看电视相当于隔着一个旋转的扇叶和帘子观看景物

  27. 数字电视 看数字电视相当于隔着一个旋转的扇叶和筛子观看景物

  28. 正交取样 • 正交取样是指在每行扫描线上的取样点都处于相同的位置，把这些样点用直线连接起来，连线与扫描线正交 • 正交取样是图形和图像计算机处理的基础 • 正交取样结构对人的视觉干扰小，目前所有演播室分量数字电视标准都采用了正交取样结构 • 实现正交取样的条件是取样频率必须是水平扫描频率（行频）的整倍数 取样点 取样点 扫描线 扫描线

  29. 方形像素 • 如果每个像素在水平和垂直方向上的大小是相同的，那么在画面的垂直和水平方向上所能容纳的像素数量之比应该与画面的宽高比相同 • 方形像素的概念最早是在计算机行业提出并实际应用的，目前计算机行业绝大多数显示标准都符合方形像素原则 • 例如: • VGA（640x480） • SVGA（800x600） • XGA（1024x768） • UXGA（1600x1200）均符合方形像素原则 • 只有SXGA（1280x1024）例外。 • 方形像素有利于图形和图像的计算机处理，早期1125行高清电视标准中有效扫描行数是1035行，为符合方形像素的原则已经将有效扫描行数修改为1080行 • 16:9宽高比高清电视系统均符合方形像素原则，如1920x1080，1280x720。而4:3宽高比的标准清晰度电视720x576和720x480都不是方形像素

  30. 取样结构（清晰度） • 在数字电视技术中经常用4:2:2、4:2:0等方式表达数字分量电视信号的取样结构 • 这种表示法的原始含义是亮度与色度信号的取样频率之比或取样点数量之比 • 例如 • 4:2:2表示Y/B-Y/R-Y取样，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半 • 4:2:2:4最后的4表示键控信号的取样点数 • 4:4:4表示RGB取样，RGB信号的取样点数量一样 • 4:0:0表示每行电视信号中只有亮度信号 • 取样结构表示法的原始含义是亮度与色度信号的取样频率之比 • 4:2:2，4表示亮度信号的取样频率，2和2 表示两个色差信号的取样频率 • 4的原始含义是亮度信号的取样频率是付载波的4倍即13.5MHz （NTSC的付载波频率是3.58MHz） • 2的含义是色差信号的取样频率是付载波的2倍即6.75MHz

  31. 取样结构（清晰度） • 扩展应用 • 目前取样结构的表示法不光代表了亮度与色度信号的取样频率之比，还用于表示亮度与色度的取样点数量之比 • 如果不特别说明，标清数字分量信号的4:2:2取样表示每行亮度与色差信号的取样点数量之比是720:360:360，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半；亮度信号的带宽是6MHz，色度信号的带宽是3MHz • 1920高清数字分量信号的4:2:2表示每行亮度与色度信号的取样点数量之比是1920:960:960，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半；亮度信号的带宽是30MHz，色度信号的带宽是15MHz • 如果说明亮度取样点数量是1440取样结构是4:2:0，那么色度信号水平和垂直方向取样点数量就是720和540，分别是亮度信号1440和1080的一半，仿照4:2:0的说法也可以称为3:1.5:0（如果把1920称为4按比例计算1440就是3）

  32. 4:4:4（RGB）的取样结构 G N行 B R N+1行 N+2行 N+3行

  33. 4:2:2（Y/R-Y/B-Y）的取样结构 Y N行 B-Y R-Y N+1行 N+2行 N+3行

  34. 4:1:1（Y/R-Y/B-Y）的取样结构 Y N行 B-Y R-Y N+1行 N+2行 N+3行

  35. 4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（MPEG-2） Y N行 B-Y R-Y Y N+1行 N+2行 4:2:2 4:0:0 N+3行

  36. 4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（MPEG-1） Y N行 B-Y R-Y Y N+1行 Y N+2行 B-Y R-Y Y N+3行

  37. 4:2:0（Y/R-Y/B-Y）的取样结构（DVB） Y N行 B-Y Y N+1行 R-Y Y N+2行 B-Y Y R-Y N+3行

  38. 不同取样方式的清晰度-标清 720 720 720 720x576 4:4:4取样 G B R 576 576 576 720 360 360 720x576 4:2:2取样 Y Cb Cr 576 576 576 720 180 180 720x576 4:1:1取样 Y Cb Cr 576 576 576 720 360 360 Cb Cr 288 288 720x576 4:2:0取样 Y 576

  39. 不同取样方式的清晰度-高清 1920 1920 1920 1920x1080 4:4:4取样 G B R 1080 1080 1080 1920 960 960 1920x1080 4:2:2取样 Y Cb Cr 1080 1080 1080 1920 480 480 1920x1080 4:1:1取样 Y Cb Cr 1080 1080 1080 1920 960 960 Cb Cr 540 540 1920x1080 4:2:0取样 Y 1080

  40. 不同高清记录格式的取样结构（清晰度） 1920 1920 1920 G B R 1080 1080 1080 4:4:4 1920 960 960 Y Cb Cr 1080 1080 1080 HD D5 4:2:2 1440 480 480 Y Cb Cr 1080 1080 1080 3:1:1 1440 720 720 Cb Cr 540 540 Y 1080 XDCAM HD 3:1.5:0 (基于1440的4:2:0) 640 640 1280 DVCPRO HD Y Cb Cr 1080 1080 1080 2.6:1.3:1.3 (基于1280 的4:2:2)

  41. 不同取样结构（清晰度）的码率 8比特 1920 1920 1920 1920x1080/60i 8比特4:4:4取样 1492.992 Mbps G B R 1080 1080 1080 8比特 1920 960 960 1920x1080/60i 8比特4:2:2取样 995.328 Mbps Y Cb Cr 1080 1080 1080 8比特 1920 960 960 1920x1080/60i 8比特4:2:0取样 746.496 Mbps Cb Cr 540 540 Y 1080 8比特 1440 480 480 1440x1080/60i 8比特3:1:1取样 622 Mbps Y Cb Cr 1080 1080 1080 8比特 1440 720 720 1440x1080/60i 8比特3:1.5:0取样 （基于1440的4:2:0） 560 Mbps Cb Cr 540 540 Y 1080

  42. 不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

  43. 不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

  44. 不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

  45. 不同取样结构的样本 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0 MPEG-1 4:2:0 MPEG-2 4:2:0 DVB

  46. 取样结构小结 • 把4:4:4的取样结构经预滤波（亚取样）转变成 4:2:2、4:1:1或4:2:0的目的是用不压缩的方法通过降低彩色分辨率的方式减少数字电视信号的数据量 • 同样地，把4:4:4的取样结构经预滤波（亚取样）转变成 3:1.5:0 （基于1440的4:2:0）的目的也是用不压缩的方法通过降低亮度和彩色分辨率的方式减少数字电视信号的数据量 • 高清4:4:4适用于最高质量的节目拍摄/制作以及复杂特技如高精度色键合成 • 高清4:2:2是电视台高质量节目制作的标准 • 4:2:0适用于一点对多点的播出和发行 • 高清3:1.5:0（基于1440的4:2:0）适用于新闻、专题等简单制作，不适合制作复杂特技

  47. 量化 • 量化就是把电视信号在电平（幅度）轴上离散化，用有限的灰度阶表现无限的灰度 • 量化的比特越高传输电平的精度越高，只要了解了量化比特数就知道了该系统所能达到的最高信噪比 • 8比特（256灰度阶）是再现图像连续灰度的最低要求 • 低于8比特时人眼可能分辨出灰度层级中的灰度差，出现版画感 • 高质量记录和制作需要10比特（1024灰度阶） 8比特 256灰度阶 4比特 16灰度阶 3比特 8灰度阶

  48. 数字电视格式的表示法 • SMPTE的表示法 • 1920x1080/60/I表示清晰度为1920x1080，垂直扫描频率60Hz，隔行扫描 • 1280x720/60/P表示清晰度为1280x720，垂直扫描频率60Hz，逐行扫描 • 最后的字母I表示隔行（Interlace）扫描，P表示逐行（Progressive）扫描 • EBU的表示法 • 1920x1080/I/25（简化表示为1080/I/25）表示每行取样点数量1920，每帧有效扫描行数1080，25帧（50场）隔行扫描 • 1280x720/P/50表示每行取样点数量1280，每帧有效扫描行数720，50帧逐行扫描 • 中间的字母I表示隔行（Interlace）扫描，P表示逐行（Progressive）扫描 • 在EBU表示法中最后的数字表示帧频，因此EBU的1920x1080/I/25与SMPTE的1920x1080/50/I含义完全相同，有时容易造成误解

  49. 数字电视格式的表示法 • 简化表示法 • 因为SMPTE的表示法比较长，为求简便在很多文件中经常把SMPTE表示法简化使用 • 1920 x 1080/60/I表示为1080/60i • 1280 x 720/60/P表示为720/60P • 采用简化表示法美国的NTSC可表示为480/60i，中国和欧洲的PAL可表示为576/50i • 这是目前使用最多的表示法之一

  50. 数字电视格式的表示法 • 目前数字电视格式并没有统一的表示法，因此在各种文献中也经常可以见到其它的表示法 • 已知帧/场频时用1080i、720P表示有效扫描线数和扫描方式 • 已知扫描线数时用50i或60P表示帧/场频和扫描方式 • 有些资料用1080/50/2:1表示1080/50i，720/60/1:1表示720/60P • 有时用@代替/，如1080@60i，720@60P • 有的文件用扫描线总数代替有效扫描线，如1125/60i，750/60P，625/50i，525/60i • 欧洲经常用1080i25或1080i/25表示帧频25Hz的隔行扫描，这是从EBU表示法简化来的，相当于一般简化表示法的1080/50i • 同样地，在欧洲也经常用720p50表示720/50P • 1080/50i有时被表示为1080i50或1080i/50Hz。

More Related