從技術(shù)上角度區(qū)分，顏色空間可考慮分成如下三類：
Ø RGB型顏色空間/計(jì)算機(jī)圖形顏色空間：這類模型主要用于電視機(jī)和計(jì)算機(jī)的顏色顯示系統(tǒng)。例如，RGB，HSI, HSL和HSV等顏色空間。
Ø XYZ型顏色空間/CIE顏色空間：這類顏色空間是由國際照明委員會(huì)定義的顏色空間，通常作為國際性的顏色空間標(biāo)準(zhǔn)，用作顏色的基本度量方法。例如，CIE1931 XYZ，L*a*b，L*u*v和LCH等顏色空間就可作為過渡性的轉(zhuǎn)換空間。
ØYUV型顏色空間/電視系統(tǒng)顏色空間：由廣播電視需求的推動(dòng)而開發(fā)的顏色空間，主要目的是通過壓縮色度信息以有效地播送彩色電視圖像。例如，YUV，YIQ，ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr和SMPTE-240MY'PbPr等顏色空間。
4 顏色空間的轉(zhuǎn)換
不同顏色可以通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系相互轉(zhuǎn)換：
Ø 有些顏色空間之間可以直接變換。例如，RGB和HSL，RGB和HSB，RGB和R'G'B', R'G'B'和Y'CrCb，CIE XYZ和CIE L*a*b*等。
Ø 有些顏色空間之間不能直接變換。例如，RGB和CIE La*b*, CIE XYZ和HSL，HSL和Y'CbCr等，它們之間的變換需要借助其他顏色空間進(jìn)行過渡。
R'G'B'和Y'CbCr兩個(gè)彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系用下式表示：
Y = 0.299R + 0.587G +0.114B
Cr = (0.500R - 0.4187G -0.0813B) + 128
Cb = (-0.1687R - 0.3313G +0.500B) + 128
二、彩色電視的制式及其顏色空間
1、彩色電視制式
目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：NTSC制、PAL制和SECAM制。這里不包括高清晰度彩色電視HDTV (High-Definition television)。
NTSC(National TelevisionSystems Committee)彩色電視制是1952年美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為正交平衡調(diào)幅制。美國、加拿大等大部分西半球國家，以及日本、韓國、菲律賓等國和中國的臺(tái)灣采用這種制式。
NTSC彩色電視制的主要特性是：
(1) 525行/幀, 30幀/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame)
(2) 高寬比：電視畫面的長寬比(電視為4:3；電影為3:2；高清晰度電視為16:9)
(3) 隔行掃描，一幀分成2場(field)，262.5線/場
(4) 在每場的開始部分保留20掃描線作為控制信息，因此只有485條線的可視數(shù)據(jù)。Laserdisc約~420線，S-VHS約~320線
(5) 每行63.5微秒，水平回掃時(shí)間10微秒(包含5微秒的水平同步脈沖)，所以顯示時(shí)間是53.5微秒。
(6) 顏色模型：YIQ
一幀圖像的總行數(shù)為525行，分兩場掃描。行掃描頻率為15 750 Hz， 周期為63.5μs；場掃描頻率是60 Hz，周期為16.67ms；幀頻是30 Hz，周期33.33 ms。每一場的掃描行數(shù)為525/2=262.5行。除了兩場的場回掃外，實(shí)際傳送圖像的行數(shù)為480行。
由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺點(diǎn)，因此德國(當(dāng)時(shí)的西德)于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。德國、英國等一些西歐國家，以及中國、朝鮮等國家采用這種制式。
PAL電視制的主要掃描特性是：
(1) 625行(掃描線)/幀，25幀/秒(40 ms/幀)
(2) 長寬比(aspect ratio)：4:3
(3) 隔行掃描，2場/幀，312.5行/場
(4) 顏色模型：YUV
法國制定了SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，稱為順序傳送彩色與存儲(chǔ)制。法國、蘇聯(lián)及東歐國家采用這種制式。世界上約有65個(gè)地區(qū)和國家試驗(yàn)這種制式。
這種制式與PAL制類似，其差別是SECAM中的色度信號(hào)是頻率調(diào)制(FM)，而且它的兩個(gè)色差信號(hào)：紅色差(R'-Y')和藍(lán)色差(B'-Y')信號(hào)是按行的順序傳輸?shù)?。法國、俄羅斯、東歐和中東等約有65個(gè)地區(qū)和國家使用這種制式，圖像格式為4:3，625線，50 Hz，6 MHz電視信號(hào)帶寬，總帶寬8 MHz。
2、彩色電視的顏色空間
在彩色電視中，用Y、C1,C2彩色表示法分別表示亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，C1，C2的含義與具體的應(yīng)用有關(guān)。在NTSC彩色電視制中，C1，C2分別表示I、Q兩個(gè)色差信號(hào)；在PAL彩色電視制中，C1，C2分別表示U、V兩個(gè)色差信號(hào)；在CCIR601數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，C1，C2分別表示Cr，Cb兩個(gè)色差信號(hào)。所謂色差是指基色信號(hào)中的三個(gè)分量信號(hào)(即R、G、B)與亮度信號(hào)之差。
NTSC的YIQ顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
Y=0.30R+0.59G+0.11B
I=0.74(R－Y)－0.27(B－Y) = 0.60R+0.28G+0.32B
Q=0.48(R－Y)－0.27(B－Y) = 0.21R+0.52G+0.31B
PAL的YUV顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
Y=0.30R+0.59G+0.11B
U=0.493(B－Y) =－0.15R－0.29G+0.44B
Q=0.877(R－Y) = 0.62R－0.52G－0.10B
三、視頻圖像采樣
模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問題，如電視信號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUV信號(hào)方式，而計(jì)算機(jī)工作在RGB空間；電視機(jī)是隔行掃描，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換以及分辨率的統(tǒng)一。
模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到YUV或YIQ分量，然后用三個(gè)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別采樣并進(jìn)行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成RGB空間。
1、圖像子采樣
對(duì)彩色電視圖像進(jìn)行采樣時(shí)，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對(duì)圖像的亮度信號(hào)（Y）和色差信號(hào)（Cr，Cb）進(jìn)行采樣，另一種是對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣。如果對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。由于人的視覺對(duì)亮度信號(hào)的敏感度高于對(duì)色差的敏感度，這樣做利用人的視覺特性來節(jié)省信號(hào)的帶寬和功率，通過選擇合適的顏色模型，可以使兩個(gè)色差信號(hào)所占的帶寬明顯低于Y的帶寬，而又不明顯影響重顯彩色圖像的觀看。
目前使用的子采樣格式有如下幾種：
(1) 4:4:4這種采樣格式不是子采樣格式，它是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、4個(gè)紅色差Cr樣本和4個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，這就相當(dāng)于每個(gè)像素用3個(gè)樣本表示。
(2) 4:2:2這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差Cr樣本和2個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用2個(gè)樣本表示。
(3) 4:1:1這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。
(4) 4:2:0 這種子采樣格式是指在水平和垂直方向上每2個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差Cr樣本和1個(gè)藍(lán)色差Cb樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。
2、CIF、QCIF和SQCIF格式
為了既可用625行的電視圖像又可用525行的電視圖像，CCITT規(guī)定了稱為公用中分辨率格式CIF(Common IntermediateFormat)，1/4公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和(Sub-Quarter Common IntermediateFormat，SQCIF)格式對(duì)電視圖像進(jìn)行采樣。
CIF格式具有如下特性：
(1) 電視圖像的空間分辨率為家用錄像系統(tǒng)(Video Home System，VHS)的分辨率，即352×288。
(2) 使用非隔行掃描(non-interlaced scan)。
(3) 使用NTSC幀速率，電視圖像的最大幀速率為30 000/1001≈29.97幅/秒。
(4) 使用1/2的PAL水平分辨率，即288線。
(5) 對(duì)亮度和兩個(gè)色差信號(hào)(Y、Cb和Cr)分量分別進(jìn)行編碼，它們的取值范圍同ITU-RBT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。
下面為5種CIF 圖像格式的參數(shù)說明。參數(shù)次序?yàn)?/span>“圖象格式 亮度取樣的象素個(gè)數(shù)(dx) 亮度取樣的行數(shù)(dy) 色度取樣的象素個(gè)數(shù)(dx/2) 色度取樣的行數(shù)(dy/2)”。
sub-QCIF 128 96 64 48
QCIF 176 144 88 72
CIF 352 288 176 144
4CIF 704 576 352 288
16CIF 1408 1152 704 576
H.263數(shù)字視頻壓縮
一、視頻壓縮編碼的基本概念
視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。
在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念：
1 有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損（Lossy ）和無損（Lossless）的概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復(fù)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一般越差。此外，某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失。
2 幀內(nèi)和幀間壓縮：幀內(nèi)（Intraframe）壓縮也稱為空間壓縮（Spatialcompression）。當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。
采用幀間（Interframe）壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性，或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據(jù)這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮（Temporal compression），它通過比較時(shí)間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。
3 對(duì)稱和不對(duì)稱編碼：對(duì)稱性（symmetric）是壓縮編碼的一個(gè)關(guān)鍵特征。對(duì)稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計(jì)算處理能力和時(shí)間，對(duì)稱算法適合于實(shí)時(shí)壓縮和傳送視頻，如視頻會(huì)議應(yīng)用就以采用對(duì)稱的壓縮編碼算法為好。不對(duì)稱或非對(duì)稱意味著壓縮時(shí)需要花費(fèi)大量的處理能力和時(shí)間，而解壓縮時(shí)則能較好地實(shí)時(shí)回放，也即以不同的速度進(jìn)行壓縮和解壓縮。一般地說，壓縮一段視頻的時(shí)間比回放（解壓縮）該視頻的時(shí)間要多得多。
二、H.263壓縮編碼格式
1H.263壓縮編碼格式
H.263 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是專為中高質(zhì)量運(yùn)動(dòng)圖像壓縮所設(shè)計(jì)的低碼率圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。H.263 采用運(yùn)動(dòng)視頻編碼中常見的編碼方法，將編碼過程分為幀內(nèi)編碼和幀間編碼兩個(gè)部分。I幀內(nèi)用改進(jìn)的DCT 變換并量化，在幀間采用1/2 象素運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測補(bǔ)償技術(shù)，使運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償更加精確，量化后適用改進(jìn)的變長編碼表（VLC）地量化數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，得到最終的編碼系數(shù)。
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