2.4 模拟彩色电视信号在线视频

这一讲

我们介绍模拟彩色电视信号

对模拟彩色电视信号

我们首先来看一下视频信号的带宽

我们假设每帧图像的总扫描函数是z

那么我们定义

扫描完整一个画面所需要的时间

我们把它叫做是长扫描周期那么长

那么长扫描周期中

完成信号拾取的这个扫描时间

我们把它叫做是长扫描的正常时间

那么正常时间

占整个场扫描时间的比例

我们用k1来表示

对于行扫描也是一样

那么我们行正程扫描时间

占整个行周期的时间

我们用k2来表示

那么我们来看一下一个图像帧

它正程扫描的有效行数

就可以用k1·Z来表示

那么k1·Z我们用n来描述

那么这个n

就是我们正常扫描的有效函数

那也就是说我们在进行

行扫描的时候不是说

每一个扫描的过程都拾取有效的信息

只在正程扫描的过程中

我们才拾取有效的信息

那么正程扫描的全部函数中

有一部分是不能够被分辨的

所以说可分辨的函数

我们用K·n来描述

那这个K就是指0.7

K是Kell系数

那么这样子系统可以

分辨的最高垂直空间频率

我们就可以用这个表达式给出来

那么在这儿H是我们整个画面的高度

k·n对应的是

我们有效的可分辨的函数

那么在整个画面中

我们能够分辨的行数是K·n

那么两行对应的是一个周期

我们可以按照整个画面中

黑白相邻调分部的这种情况来进行讨论

那么这样子一个黑条和一个白的条

构成一个周期

所以我们的垂直方向上

在高度为H的这样一个距离上

那么我们周期变化的数量是多少呢

是2分之K·n

所以说我们得到的

垂直的这个空间频率

就是2H分之K·n

嗯

那么我们用Fymax来表示

那么我们用Fymax来表示

那么我们一般认为

水平方向上的空间频率和垂直

方向上的空间频率应该是一样的

所以基于我们

刚才给出来的垂直方向上的空间频率

我们可以求出

水平方向上的空间频率

而且我们现在分析的这种场景是

我们认为整个屏幕上

整个画面中所包含的这个扫描函数

对应着黑白相间的条

那么这个是可以说

构成了最高的垂直方向上的空间频率

所以我们这个地方的垂直方向的空间频率呢

是用Fymax来表示

那么基于Fxmax和

Fymax之间的关系

那么我们就可以利用

刚才空间频率到时间频率的转换式子

来求出

这样一个空间频率经过

空间频率到时间频率的转换

那么我们得到的时间频率的最高频率

fmax就可以确定下来

那么基于这个关系

我们把上面的这些

关系式子带进来之后

那么我们就得到了这样子的一个

时间最大频率跟一个画面的

总扫描行数Z以及这个Ff

那么Ff是什么呢

是我们扫描的帧率

也就是说

每秒钟完成多少个完整画面的扫描

那么最大的时间频率

是跟这两个值有关系的

那么我们就可以说

视频信号的带宽主要由

扫描函数Z和帧频Ff决定

那么我们一般

对于电视信号来说

我们希望它的最大频率越低越好

或者说电视信号的带宽越窄越好

所以 我们可以在扫描行数一定的情况下

通过降低帧率来实现对带宽的降低

那么最复杂的图像是什么样子的

我们看一下

这个黑白点构成的这样一个图

那么这就是一个最复杂的这么一个图像

那么这个图给出来的是

亮度在水平方向和垂直方向

都剧烈变化的这样一个图像

所以他可以说是我们能够

呈现的最复杂的这样一个图像

那么我们对于这个图像进行一个扫描

我们就得到了最高的时间频率信号

那么电视信号的带宽

怎么样来确定

那么我们确定了最高信号的频率

那么最低的信号频率

我们看一个没有任何亮度

变化的这样子的一个画面

那么我们在对他进行扫描的时候

我们看到我们得到的

时间频率可以是零

所以我们电视信号的带宽

就可以基于这样子的一个

关系来计算得到

那么在这个表达式中

前面的这个系数是

把我们刚才表达式中的那些

常量k1 k2 K以及图像的宽高比

作为一个固定值计算出来

那么我们就能够得到我们电视信号的这个带宽

它跟整个扫描函数

以及帧频之间的对应关系

那么我们要想降低这个带宽

我们可以怎么做呢

可以减小扫描的总行数

可以调整这个扫描的帧率

但是如果我们减小了

这个扫描的总行数的话

我们拾取的信息就少了

那么我们还原的图像的分辨率就会降低

所以

在我们后面的内容中

大家会看到

那么我们有相应的技术

来在这个分辨率

以及带宽之间取一个折中

那么我们看一下彩色空间的解相关

构成彩色的三个基色分量

RGB之间是具有相关性的

那么在电视发展的过程中

从黑白电视发展到彩色电视

在这个过程中

彩色电视的发展

需要解决跟黑白电视兼容的问题

要解决黑白电视和彩色电视的兼容

那么我们在传输电视信号的时候

就要传输两个基本的信号

一个是亮度信号代表着图像的亮度

一个是色度信号

它代表的是图像的彩色信息

那么为了实现

黑白电视和彩色电视之间的兼容

彩色电视系统在信号传输中

它传输的就不是

R G B三个量

而是解出了一定相关性的

Y U V或者是Y I Q这样三个量

那么我们前面的介绍 大家已经知道

这个Y代表着亮度U和V

I和Q代表的是色度

那么对于Pal制来说

它的色度分量是UV

那么这两个分量

是通过我们看一下

分量彩色信号跟

跟亮度信号求差来得到的

所以说U和V

我们都把它称为色差信号

那么U和V的比值关系

决定了颜色的色调

那么颜色的饱和度

由U和V的拇指

得到

那么下面这张图

展示了

黑白电视和彩色电视

基于Y U V三个分量信号

实现兼容的这样一个事例

在彩色电视的发端

彩色信号

要进行Y U V信号的形成

也就是说我们在发端R G B三个量

我们通过线性运算

解除他们之间的相关性

形成亮度和色差分量

那么

传输信号传输的是什么呢

传输的是Y U V这三个量合成的

复合信号

那么在接收端如果是黑白电视的话

那么我们只要把亮度信号

取出来进行还原

那么我们看到的就是一个黑白的图像

在彩色电视机这一端

那么我们把Y U V三个量拿过来

经过一个线性的反变化

得到R G B三个量

这样我们就能够还原出一个彩色的画面

通过这样子的一种

RGB彩色分量的相关处理

我们就解决了

黑白电视和彩色电视的兼容问题

那么在摄像机这一端

把光信号转换为电信号

在我们的电视机

或者接收机这一端显示器

这端我们把电信号转换为光信号

那么这种电光转换和光电转换

它是一种非线性的转换关系

那么比方说是在显示器这边

光强跟电信号之间

它是一个非线性关系

那么光强近似于电信号的强度Y之间

是一个γ次方的这样一个关系

所以说

为了解决这样一个非线性的

光电转换和电光转换问题

那么我们一般是要对于传输的信号

进行一个非线性的矫正

也就是γ矫正

那么我们在这个图中看到

我们在形成Y U V三个分量信号之前

是先对R G B三个量进行了γ矫正

那么以γ矫正之后的

RGB量通过一个线性运算

得到我们的Y U V三个分量信号

那么它们之间的转换关系由这个剧震给出来

那么基于这样一个矩阵

我们把摩尼的R G B三个分量

转换为Y U V三个模拟分量

那么Y的取值在0~1之间

UV的取值在-0.5~0.5之间

那么对于

R G B三个量如何形成Y U V

以及Y U V三个量

如何合成为一路电视信号进行传输

它的方式不同

那么就

形成了世界上三大模拟电视制式

一个是PAL制 一个是NTSC制

一个是SECAM制

那么我们国家采用的是

PAL/D制

在这样子的一个彩色电视支持下

我们的亮度信号的带宽是6MHz

两个色差分量的带宽

是1.3MHz

那么可以这么做的原因是因为

前面我们讨论了人眼的视觉特性

我们的人眼对于亮度信号的

分辨率高一些

对彩色信息的分辨率要低一些

所以基于人眼的这样一个特性

我们可以把代表彩色的

UV分量它的带宽减小

这样子方便我们后续对

Y U V三个量进行合成