多媒体技术基础及应用

多媒体技术基础及应用 北京广播电视大学　吕小星　副教授

第3章视频信号的获取与处理 3.1 彩色空间表示及其转换 3.2 视频信息获取技术 3.3 图像文件格式及其转换

第3章视频信号的获取与处理 本章重点介绍视频信号获取器的工作原理

第3章视频信号的获取与处理 本章讲课思路: 视频信号获取器的工作原理黑白全电视信号和彩色全电视信号彩色空间表示及其转换

3.1.1 彩色空间表示及其转换 本节讲课思路: 彩色空间表示及其转换颜色的表示三基色原理

1.三基色(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，这就是色度学中最基本的原理———三基色原理。三基色的选择不是唯一的，三种颜色必须是相互独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。

红色+绿色=黄色 红色+蓝色=品红绿色+蓝色=青色红色+绿色+蓝色=白色

分色棱镜

3.1 彩色空间表示及其转换 本节讲课思路: 彩色空间表示及其转换颜色的表示三基色原理

2.亮度、色调、饱和度 • I(Y) 亮度：光的强和弱。 • H 色调：光的波长、人眼的感觉(反映)颜色(的基本特征)。 • S 饱和度：颜色渗入白光的程度(表示)颜色深浅的程度。

一幅图像颜色的表示 一幅图像f（x，y）其分辨率为 512512 256256 f(x0,y511) f(x0,y0) f(x511,y0) f(x511,y511)

x0 X f ( x0 , y0 ) y0 位图 f ( x , y ) Y X Y的离散化称为采样 f（x，y）值的离散化称为量化

什么叫位图呢？ • 将画面中的每一点的颜色都以二进制数字形式存储为数字矩阵中的一个元素。数字矩阵中的元素称为像素；数字化的矩阵放在显示缓冲区中，与显示器上的点一一对应，这就是位图图像。位图图像也称为“栅格图像”，将一幅位图图像放大到一定程度，就会发现它是由小方格（图像网格）组成，这些小方格就是像素。

位图图像

一幅图像颜色的表示 一幅图像f（x，y）其分辨率为 512512 256256 f(x0,y511) f(x0,y0) f(x511,y0) f(x511,y511)

采样和量化 多媒体计算机处理图像和视频，首先必须把连续的图像函数f (x,y) 进行空间和幅值的离散化处理。

采样和量化 • 采样：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。 • 数字化：两种离散化结合在一起，叫做数字化. 离散化的结果称为数字图像。

视频图像的表示 PAL制 25帧/秒 NTSC制 30帧/秒图像是二维数据视频是三维数据

3.彩色空间 RGB 彩色空间 YUV 彩色空间 YIQ 彩色空间 HIS 彩色空间

3. 彩色空间 (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 r+g+b=1

RGB和黑白电视信号不兼容，希望空中发射的信号转换成YUV信号。当白光的亮度用Y来表示时，它和红、绿、蓝三色的关系可用如下方程描述： Y=0.299R+0.587G+0.114B

(2)YUV 彩色空间 PAL 用 YUV空间 NTSC 用 YIQ空间 • 亮度 Y • 色差 U V

Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B U = m (B-Y) = 0.493 (B-Y) V = n (R-Y) = 0.877 (R-Y) 把 B-Y、R-Y 叫色差。

Y 0.3 0.59 0.11 R U = -0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B

Y=0.3R+0.59G+0.11B 实现: R 运放 Y G B

（3）YIQ彩色空间 大量实验统计，人眼对红黄之间的颜色变化最敏感，而分辨蓝和紫之间颜色变化最不敏感。所以把相角为123 的橙色（红黄之间的颜色）及其相反相角的303 的青色定义为I轴。与I正交的色度信号轴，通过33—0 —213 线，叫Q轴。。。。。。

（3）YIQ彩色空间 I = V Cos33 - U Sin33 Q = V Sin33 + U Cos33 。。。。

（4）HSI空间 • H：Hue 代表色调（纯度、颜色） • S：Saturation 代表饱和度 • I：Intensity 代表亮度、强度

例: 黄色=>蓝色 R 143——>31 G 143——>31 B 31——>255 H60——>240 S180——>180 I105——>105

用YUV和YIQ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。

用YUV和YIQ的好处： (2). 大量实验表明，人眼对色差信号不敏感，而对亮度信号特别敏感。

用YUV和YIQ的好处： Y 带宽4.43MHz（PAL）（因为敏感） U、V 带宽1.3MHz (因为不敏感) 电视台的一个节目频道为6M

(3). 传输电视信号 相角幅度 V U

(4). 量化比例 由于人眼对亮度信号敏感，选择量化的比例为： Y:U:V= 8:4:4 Y:U:V= 8:2:2 Y:U:V= 8:8:8

(4). 量化比例 X 0 Y1 Y2 Y3 Y4 UV Y

4. 彩色空间的转换 • RGB与YUV和YIQ之间的转换 • HSI空间与RGB之间的转换

（1）RGB与YUV之间的转换 Y 0.3 0.59 0.11 R U = -0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B

（2）RGB与YIQ之间的转换 Y 0.3 0.59 0.11 R I = 0.6 -0.28 -0.32 G Q 0.21 -0.52 0.31 B

HSI彩色空间与RGB彩色空间之间的转换

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