图3.19视频信号获取器诊断调试软件框图
3.20
3.3 视频信号的实时处理
3.3.1 视频数字信号快速处理器的作用 3.3.2 基于DSP的视频信号快速处理器 3.3.3 流水线结构的图像处理机
3.3.1 视频数字信号快速处理器的作用
数学运算 ： （1）点处理
（2）二维卷积运算
（5）统计量计算
3.1.4
彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
电视摄像机是一种广泛使用的视频和 图像的输入设备，它能将景物、图片等光 学信号转变为全电视信号，目前主要有黑 白和彩色两种摄像机。
3.1.4 黑白和彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号
全电视信号主要由三个部分组成： 图像信号 复合消隐信号
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。 (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。
Y 带宽4.43MHz（PAL） （因为敏感） U、V 带宽1.3MHz (因为不敏感)
(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
度
饱和度 色调 黄 橙
红
黑
图3.4 颜色立体图
4. 其它彩色空间表示
• 彩色空间表示还有很多种，如CIE（国际照明委员会）
制定的CIE XYZ，CIE LAB彩色空间，CCIR（ Consultative Committee International Radio）制定的 CCIR601-2YCbCr彩色空间。 • 按照CCIR601-2建议，欧洲电视专家组将非线性的RGB 信号编码成YCbCr，编码过程开始是先采用符合 SMPTE-CRGB（它定义了三种荧光粉及一种参考白光 ，应用于演播室监视器及电视接收机标准的RGB）基 色作为校正信号。非线性RGB信号很容易与一个常量 矩阵相乘而得到亮度Y和两个色差信号Cb和Cr。靠近 中心轴的彩色，其亮度信号与CIEXYZ的Y成分的r校正 形式非常接近，CCIR601-2YCbCr通常在图像压缩时选 作彩色空间，而在通信中是一种非正式标准。
图3.8示出了PAL制的平衡正交调制的L制色度信号Ch的表达式 Ch = UsinωSCt + S(t)VcosωSCt （3.16） 式中，S(t)称为PAL开关函数，它是双极性矩形脉冲，其重 复周期为行周期Th的两倍，幅度为+1和-1。PAL开关函数S(t) 代表PAL制系统的根本特征，它的引入相当有效地克服了 NTSC制系统中对信道微分相位敏感的缺点，这是PAL制取得 成功的原因。
复合同步信号
从时间上看全电视信号：
每行时间为 64 μs
图像
行消隐 行同步信号
53.2µ s
11.8µ s 4.7 μs
行延迟
1.3 μs
一帧 = 奇数场 + 偶数场 625行= 313.5 + 313.5 场消隐 = 25 64 + 11.8 = 1600 + 11.8 = 1611.8 μs
（4）坐标变换
（3）二维正交变换
• 举一个简单的例子，一个装配机器人的视觉系统，要
在传送带上识别出所要的机械零件，确定该零件的位 置，然后命令机械手把它抓起来，根据已有的装配工 艺知识进行装配。相对来说，这是一个比较简单的计 算机视觉问题，其计算理论及算法已经解决。具体的 作法是计算机把摄像机摄到的图像数字化成一幅512 × 512 × 8bit的数字图像，然后把图像上的零件分割 出来，抽取特征，进行识别匹配，确定几何位置，最 后，命令机械手完成抓取和装配的任务。处理一幅512 × 512 × 8bit的图像，把零件和背景、零件和零件分 割出来的典型运算是进行 3 × 3的卷积（Sobel算子） 。如果卷积是实时的（25帧/s），则运算速度要求为 ： • 512 × 512 × 9 × 2 × 25/s＝ 118MOPS
这部分只选用了数字或多制式视频 信号编码器SAA7199。它是以数字方式 进行视频信号编码的编码器，支持PAL 和NTSC 两种制式。
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3.2.3 视频信号获取器的 诊断和驱动软件
在设计制造视频信号获取器的过程 中，为了调试硬件的正确性，并给用户 提供方便的编程环境，还需要设计：诊 断软件、在DOS和Windows环境下的演 示软件，应用软件以及库函数。
3.1.2 彩色空间
1. RGB彩色空间 显示器需要的彩色空间 2 . YUV 和 YIQ 彩色空间 PAL 制式使用YUV 彩色空间 NTSC制式使用YIQ彩色空间 3. HSI彩色空间 4. 其它彩色空间表示
Y是亮度，UV和IQ是色差
1. RGB 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[R]、g[G]、b[B]为F色光的三色分量
R G B
3. HSI空间 H：Hue S： Saturation I： Intensity 代表色调（纯度、颜色） 代表饱和度 代表亮度
HSI彩色空间与RGB彩色空间之间的转换
例: 黄色=>蓝色
RGB处理 黄 蓝 黄 HSI处理 蓝
红 143 绿
31 31
色调 60 饱和度 180 亮度 105 HSI值 组成黄色像素 色调值60 饱和度180 亮度105
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。
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
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
1. A/D变换和数字解码 3. 窗口控制器 3. 帧存储器系统 4. 数模转换和矩阵变换 5. 视频信号和VGA信号的叠加 6. 数字式多制式视频信号编码部分
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图3.10 多媒体计算机视频信号获取器总体框图
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1. A/D变换和数字解码
图3.11 视频模拟输入接口TDA 8708原理方框图
最后将亮度、复合同步信号混合放大 ， 形成PAL制彩色全电视信号。以100%幅度 和100%饱和度(简写为100/100)的彩条信号 为例的彩色全电视信号如图所示。
在75欧负载上 ，100/100彩 条的彩色全电 视信号各部分 的电平标准（ 输入信号R、 G、B、幅度 为0.7V时)
3.2.1 视频信号获取器的工 作原理
240 180 105
255 143 RGB值 组成黄色像素 31 红色值143 绿色值143 蓝色值31 蓝 新的RGB值 组成蓝色像素 红色值31 绿色值31 蓝色值255
新的HSI值 组成蓝色像素 色调值240 饱和度180 亮度105
• 多媒体计算机系统涉及到多种彩色空间，在CD-I
系统中，支持的图像格式、视频方式有DYUV、 RGB5:5:5、CLUT8、CLUT7、CLUT4、RL7以 及RL3。其中DYUV方式与CCIR601-2YCbCr有 密切联系；RGB5:5:5方式采用RGB彩色空间， RGB每个分量占用5位；CLUT8、CLUT7、 CLUT4、RL7以及RL3采用的也是RGB彩色空间 ，它用彩色查找表（Color Look-up Table-CLUT ，也叫调色板）进行映射和解码。在DVI系统中 采用YUV彩色空间，它所支持的图像格式又涉及 到YIQ、RGB彩色空间，其中RGB支持8位、16 位和24位。综上所述，搞清楚彩色空间表示以及 它们之间的转换，是多媒体计算机彩色图形、静 态图像以及动态图像（Video）处理算法的基础 。
3.1.3 彩色空间的转换其实现技 术
RGB与YUV和YIQ之间的转换 HSI空间与RGB之间的转换
1. RGB与YUV和YIQ之间的转换
Y 0.3 0.59 0.11 U = -0.15 -0.29 0.44 V 0.61 -0.52 -0.096 R G B
Y I = Q
0.3 0.59 0.11 0.6 -0.28 -0.32 0.21 -0.52 0.31
3. HSI彩色空间
• 在HSI彩色空间中，人们常用H、S、I3个
参数描述颜色特性，其中H表示色调（ Hue），S表示颜色的饱和度（Saturation ），I表示光的强度（Intensity）。用一 个三维空间的枣形立体图（见图3.4）， 可以把颜色的这三个参量的特性更加形 象的表示出来。
白
亮 和 蓝 蓝绿 绿 绿黄 亮度 绿蓝 紫
场同步 = 3 64 = 192 μs
全电视信号
3.1.4 黑白和彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
3. 彩色全电视信号
在现代彩色电视系统中，通常采用 YUV彩色空间或YIQ彩色空间，Y为亮度信 号，它可以与黑白全电视信号兼容，U和V 用载波频率ωSC调制加到亮度Y上，最后形 成彩色全电视信号，如下式所示： CVBS = Y + UsinωSCt + S (t)VcosωSCt
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4. 数模转换和矩阵变换 这部分由两个器件组成，即D/A转换器 SAA9065和视频信号处理器TDA4680。 5. 视频信号和VGA信号的叠加 由于两路信号均为模拟信号，因此使 用了模拟开关电路实现两信号的叠加。 色键：Color Key