【音视频基础】(十):YUV颜色空间之彩色电视制

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继续这篇文章之前,先确保上篇没有不懂的内容。上篇讲了彩色电视到数字电视的发展,进而更深层次的,讲了模拟电视信号,和数字电视信号。其实收音机的信号传输方式,也是这么个发展。

但是光知道模拟信号和数字信号,依然不够,因为它只是电视传输图像数据,使用的方式。而具体到更细节的东西,比如图像的扫描参数、电视信号的带宽,以及射频特性,就需要制定一套标准,来进行统一。而这就是这篇要讲的,电视制。

1. 电视制是啥?

简单来说,它就是传输图像和声音的方法。像前面说的,电视制按扫描参数、电视信号带宽和射频特性,来划分。就比如说,扫描参数包括了扫描方式(在显示器里说的,隔行扫描或逐行扫描)、扫描行频(一秒扫描多少行)、帧频(一秒扫多少?。?,再加上信号带宽,声音的载波频率(不用管),信号的调制方法(不用管),还有比较重要的,使用的颜色空间,等等这些,就构成了电视制。

看到电视制包含了这么多参数,就知道世界上的电视制也不只一种。就黑白电视来讲,世界上在用和不在用的,就有大约14种。而值得庆幸的是,彩色电视制,在黑白电视制基础上,按其在处理三种基色信号的不同方式,进一步进行了划分。目前世界上,主要使用的彩色电视制有三种。

2. 彩色电视制

黑白电视制就不说了,直接来到彩色电视制。世界上现行的模拟彩色电视制主要有三种,分别为:NTSC、PAL、和SECAM,它们互不兼容。

2.1 NTSC

NTSC制是比较早制定的彩色电视广播标准,在美国、加拿大等大部分西半球国家,以及日本、韩国、菲律宾和台湾地区采用这种制式。

它的主要特性是,使用的YIQ信号,也就是YIQ颜色空间,并不是YUV,色度信号使用正交幅度调制(QAM,知道就好)。

它的扫描参数会在下面列在表格里,下同。

2.2 PAL

PAL彩色电视制是在NTSC之后,开播的彩色电视广播标准。PAL制称为逐行倒相(Phase-Alternative Line, PAL)彩色电视制,使用的也是正交幅度调制。它是为了克服NTSC制存在的相位敏感,而造成的彩色失真而开发的。恩,知道就好。

它的使用范围为:德国、英国等一些西欧国家,以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。而在这种制式下,更细节的一些参数也不太相同,因此PAL制有PAL-G,PAL-I,PAL-D等制式,我国大陆(注意是大陆,不包括台湾)使用的是PAL-D。

它使用的颜色空间是YUV。

2.3 SECAM制

SECAM制不同于NTSC和PAL,它由法国提出并制定,SECAM是法文的缩写。它广泛应用在法国、俄罗斯、东欧、中东等约60多个地区和国家。

和NTSC和PAL不同的是,它的色度信号,使用的不是正交幅度调制,而是频率调制(FM)。它使用的颜色空间也是一种新的颜色空间,和YUV类似。

3. 电视制的兼容性

NTSC、PAL、SECAM互不兼容,意思就是,PAL制的电视机不能观看NTSC和SECAM制的电视节目,同理NTSC和SECAM也一样。

虽然它们之间互不兼容,但是它们却都是彩色和黑白兼容的制式。意思是:

一:黑白电视机能够接收彩色电视广播,显示的是黑白图像。

二:彩色电视机能够接收黑白电视广播,显示的也是黑白图像。

而为了实现这种兼容性,对彩色电视系统有两点要求:

一:必须采用和黑白电视相同的一些基本参数,比如扫描方式、行频、帧频、图像载波、声音载频等。

二:需要将摄像机采集图像,输出的三基色RGB信号,转换成一个亮度信号,以及代表色度的两个色差信号(NTSC、PAL、SECAM使用的颜色空间都是如此,如YIQ、YUV,Y为亮度,IQ和UV分别为色差,等之后介绍YUV的时候会进一步明白),并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。

然后在接收端的时候,彩色电视机将彩色全电视信号,重新转换成三个基色信号,在显示器上重现发送端的彩色图像。

流程图如下:

电视显示系统

图中Y表示亮度信号,C1和C2表示两个色差信号,在实际应用中,C1、C2与具体的应用有关。比如如果图中电视机为NTSC彩色电视机,则C1和C2分别表示I、Q两个色差信号,如果是PAL彩色电视机,则C1、C2分别表示U和V。而在后面要讲的ITU-R BT.601里,C1和C2分别表示Cr、Cb两个色差信号。

这里说的色差,就是三基色(即R、G、B)与亮度(Y)的差。

4. 国际彩色电视标准

因为电视制不少,国际电信联盟(ITU,记住这个词,后面还会用),给每一种黑白电视制分配了A~N的字母标识,这样黑白电视制的字母与NTSC、PAL和SECAM彩色电视制结合,就制定了世界上所有的电视制。如我国大陆的PAL-D,美国的NTSC-M。如下表(连带各制式的扫描参数):

国际彩色电视标准

表中的场频很好理解,前面说过电视机的扫描方式分为:隔行扫描和逐行扫描。如果是隔行扫描的情况下,电子束从第一行开始扫,接着是3、5、7…这样扫完奇数行后,扫偶数行,相当于一帧图像,分成两场扫。第一场扫描总行数的一半,第二场扫描另一半,因而括号内场频是帧频的二倍。

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