亮度值，從而把彩色圖像轉換為黑白圖像。這樣很容易實(shí)現彩色電視信號與黑白電視信號的兼容。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是節省帶寬。說(shuō)這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候要先說(shuō)說(shuō)大面積著(zhù)色原理。實(shí)驗發(fā)現，人眼對亮度信息是敏感的，主要通過(guò)亮度差別來(lái)分辨物體形狀的細節，而對彩色信息是不敏感的，人眼區分不出物體顏色上的細小的變化，或者說(shuō)人眼不容易覺(jué)察出來(lái)圖像的色彩的細節部分的變化。因此，可以對亮度信號用較高的采樣頻率采樣，而對色度信號用較低的采樣頻率采樣（或者用較低的量化深度），比如幾個(gè)相鄰的像素的亮度值不同，但是卻可以使用一個(gè)相同的色度值。這就是大面積著(zhù)色原理?；谶@個(gè)原理，在電視信號傳輸中，U或V信號的帶寬遠小于V信號的帶寬，這樣就節約了帶寬。換個(gè)方式來(lái)說(shuō)，比如在計算機中，用RGB方式描述一個(gè)像素需要R、G、B共3個(gè)字節。而用YUV方式描述，則對于每2個(gè)像素，Y用2個(gè)字節，U取相同的值，用一個(gè)字節，V取相同的值，用一個(gè)字節，平均每個(gè)像素2個(gè)字節?；蛘呙總€(gè)像素Y用一個(gè)字節，U用半個(gè)字節，V用半個(gè)字節，共2個(gè)字節。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強。由于亮度信號是單獨表示的，所以如果色差信號受到干擾，不會(huì )影響到亮度，主觀(guān)感覺(jué)噪聲不會(huì )明顯增加。 在電視機中，彩色視頻信號首先分解為亮度信號Y和色度信號，色度信號再分解為U色差信號和V色差信號，最后由YUV三個(gè)分量經(jīng)過(guò)矩陣運算變換為RGB信號，以便在顯像管上顯示。那么YUV具體是怎樣變換為RGB呢？這個(gè)問(wèn)題又叫做“彩色空間變換”，我將在本文的后面詳細地討論這個(gè)問(wèn)題。 通過(guò)前面的討論，我們已經(jīng)知道：黑白視頻信號帶寬6 MHz，由幀、場(chǎng)、行、像素等組成，像素用亮度值Y來(lái)描述。彩色視頻信號在黑白視頻信號中插入了一個(gè)帶寬1.3 MHz的色度信號，由這個(gè)信號來(lái)得到UV色差信號，最后把YUV變換為RGB來(lái)描述像素。 現在我們來(lái)分析一下視頻信號的缺點(diǎn)。1、幀頻低。視頻信號的幀頻只有25 Hz，必然導致圖像閃爍。2、分辨率低。在一幀中有效的行只有576行。由于采用了隔行掃描，一幀圖像要由連續的兩場(chǎng)來(lái)拼合而成，而實(shí)際上很難保證兩場(chǎng)中的行準確地錯開(kāi)（對準間隙），這進(jìn)一步導致垂直方向的分辨能力損失。3、亮色串擾。亮度信號和色度信號混合在一起，解碼的時(shí)候不能很好地分開(kāi)，導致亮度信號和色度信號互相干擾。4、缺乏改進(jìn)余地。除非重新制定新的標準，否則前面提到的三個(gè)問(wèn)題在現有基礎上都很難改進(jìn)。視頻信號格式有這么多缺點(diǎn)，是因為受當年制定這個(gè)標準時(shí)的技術(shù)條件制約造成的，而近年來(lái)通過(guò)在電視中加入一些數字處理的手段，比如倍頻掃描（100 Hz場(chǎng)頻）、使用數字梳狀濾波器等方法，電視的圖像質(zhì)量也得到一些提高。而現在正在研究的數字電視，是重新制定的全新的標準，用以獲得膠片質(zhì)量的圖像，可能會(huì )徹底淘汰現在的視頻標準和電視設備，當然這是將來(lái)的事情，也不是我討論的主題。 我想討論的是“數字視頻”，而前面說(shuō)的都是模擬視頻，這是因為我所說(shuō)的數字視頻是現有的模擬視頻的數字表示，先搞清楚了模擬視頻，下面的討論就很簡(jiǎn)單了。 視頻信號起初是以模擬信號的形式保存在錄像磁帶上的，而現在隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展，可以變成數字信號保存在光盤(pán)或計算機硬盤(pán)中，當然這些離不開(kāi)功能強大的計算機，實(shí)際上，在嵌入式領(lǐng)域，數字視頻也是可以應用的，比如用單片機或DSP來(lái)處理數字視頻數據。下面，我們就來(lái)討論數字視頻數據的格式、轉換、保存、顯示等方面的問(wèn)題。 從哪個(gè)問(wèn)題開(kāi)始呢？我們先來(lái)討論一下模擬視頻信號解碼并量化成連續的數字視頻流后所包含的一些信號元素。前面我們已經(jīng)討論了，模擬視頻信號每秒25幀，每幀周期40ms，而每幀又分為2場(chǎng)，每場(chǎng)20ms，先輸出的是奇場(chǎng)，然后是偶場(chǎng)，奇場(chǎng)的行號為第1至312.5行，偶場(chǎng)的行號為第312.5至625行，其中，奇場(chǎng)的第23.5至310行包含有效的視頻信號，偶場(chǎng)的第336至622.5行包含有效的視頻信號。把模擬視頻信號解碼為YUV分量后，分別進(jìn)行A/D量化采樣，轉換為數字視頻流，時(shí)間上也應該是按上面的順序依次輸出。有幾個(gè)相關(guān)的國際標準對此作了一些約定。比如1994年國際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì )出臺了CCIR601標準，這個(gè)標準主要是針對演播室的要求制定的，其中規定亮度信號的采樣頻率是13.5 MHz，色度信號的采樣頻率是6.75 MHz，采用8位PCM編碼。這樣，每行的Y采樣數為864個(gè)，其中有效的Y采樣數為720個(gè)。而每行的U或V采樣數為432個(gè)，有效的U或V采樣數為360個(gè)。平均描述每個(gè)像素的YUV的位數分別為8bit、4bit、4bit，又叫做YUV422編碼方案（當然還有很多別的方案，如YUV411等）。國際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì )還出臺了CCIR656建議，其中規定視頻數據的量化值中的0和255保留不用，而量化數據串行輸出的順序是：U0、Y0、V0、Y1，U2，Y2，V2，Y3，U4，Y5，V4，Y6，如此循環(huán)。通過(guò)上面的討論，我們可以看出，數字視頻流應包含的元素有：奇偶場(chǎng)指示信號FI（有的稱(chēng)為ODD）、場(chǎng)同步信號、行同步信號、像素時(shí)鐘、YUV數據輸出。在此我們順便計算一下數字視頻流的數據量，每秒的數據量=（720像素*576行*25幀）*2字節=20736000字節，數據率約165Mbps，由此可見(jiàn)數字視頻的數據量之大，數據率之高！ 可以想象，保存和描述數字視頻流的最簡(jiǎn)單辦法當然就是記錄和描述連續的一幀幀的靜止圖像。保存靜止圖像的最簡(jiǎn)單格式是BMP格式，就是位圖。我們現在就來(lái)分析一下BMP文件格式。BMP文件記錄圖像的方式實(shí)際上有很多種，甚至可以直接在其中記錄YUV分量，但是我不準備討論那么多。BMP文件由文件頭、圖像特征描述、顏色表、圖像數據四部分構成。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面用的是VB的語(yǔ)法，下面用到的數字沒(méi)特別說(shuō)明的都是十進(jìn)制表示。 BMP文件頭數據結構如下： Type BitMapFileHeader ‘共14字節 bfType As Integer ‘2個(gè)字節,填入字符”BM”,即 4D42（16進(jìn)制） bfSize As Long ‘4個(gè)字節,填入整個(gè)BMP文件的字節數大小 bfReserverd1 As Integer ‘2個(gè)字節,保留,填入0 bfReserverd2 As Integer ‘2個(gè)字節,保留,填入0 bfOffBits As Long ‘4個(gè)字節,表示圖像數據在整個(gè)BMP文件中的起始位置 End Type 圖像特征描述塊的數據結構如下： Type BitMapInfoHeader ‘共40字節 biSize As Long ‘4個(gè)字節,表示本結構的字節數大小,填入固定的值40 biWidth As Long ‘4個(gè)字節,填入圖像水平方向像素數，其值必須是4的整數倍 biHeight As Long ‘4個(gè)字節,填入圖像垂直方向像素數 biPlanes As Integer ‘2個(gè)字節,填入固定的值1 biBitCount As Integer ‘2個(gè)字節,表示每個(gè)像素的位數,灰度圖填8,24位真彩圖填24 biCompression As Long ‘4個(gè)字節,填入0表示不壓縮 biXSizeImage As Long ‘4個(gè)字節,表示圖像的像素總數 biXPelsPerMeter As Long ‘4個(gè)字節,填入固定值3780 biYPelsPerMeter As Long ‘4個(gè)字節,填入固定值3780 biClrUsed As Long ‘4個(gè)字節,填入固定值0 biClrlmportant As Long&
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