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视频基础知识
多媒体的应用已经深入人们生活，视频会议已经成为工作会议、教学中重要的手段之一。
高清电视、高清视讯也是现在人们茶余饭后的谈资，那么什么是高清的标准？
什么是高清的分辨率？
计算机行业中的显示器与电视行业中的分辨率有什么区别？
为什么视频会议、数字电视在图像采样上采用子采样的方式？
高清视频会议和高清电视是怎么统一起来的？
本文就为你解开视频的层层面纱，深入了解视频会议的基础知识。
1颜色空间
1.1光和颜色
可见光是波长在380nm～780nm之间的电磁波，我们看到的大多数光不是一种波长的光，而是由许多不同波长的光组合成的。
如果光源由单波长组成，就称为单色光源。
该光源具有能量，也称强度。
实际中，只有极少数光源是单色的，大多数光源是由不同波长组成，每个波长的光具有自身的强度。
这称为光源的光谱分析。
颜色是视觉系统对可见光的感知结果。
研究表明，人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞。
红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同。
自然界中的任何一种颜色都可以由R，G，B这3种颜色值之和来确定，以这三种颜色为基色构成一个RGB颜色空间，基色的波长分别为700nm（红色）、546.1nm（绿色）和435.8nm（蓝色）。
颜色＝R（红色的百分比）＋G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比），只要其中一种不是由其它两种颜色生成，可以选择不同的三基色构造不同的颜色空间。
图4颜色构成原理
1.2颜色的度量
图像的数字化首选要考虑到如何用数字来描述颜色。
国际照明委员会CIE（InternationalCommissiononIllumination）对颜色的描述作了一个通用的定义，用颜色的三个特性来区分颜色。
这些特性是色调，饱和度和明度，它们是颜色所固有的并且是截然不同的特性。
色调（hue）又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。
色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫等术语来刻画。
用于描述感知色调的一个术语是色彩（colorfulness）。
饱和度（saturation）是相对于明度的一个区域的色彩，是指颜色的纯洁性，它可用来区别颜色明暗的程度。
完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色，例如仅由单一波长组成的光谱色就是完全饱和的颜色。
明度（brightness）是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。
它和人的感知有关。
由于明度很难度量，因此国际照明委员会定义了一个比较容易度量的物理量，称为亮度（luminance）来度量明度，亮度（luminance）即辐射的能量。
明度的一个极端是黑色（没有光），另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。
光亮度（lightness）是人的视觉系统对亮度（luminance）的感知响应值，光亮度可用作颜色空间的一个维，而明度（brightness）则仅限用于发光体,该术语用来描述反射表面或者透射表面。
1.3颜色空间
颜色空间是表示颜色的一种数学方法，人们用它来指定和产生颜色，使颜色形象化。
颜色空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定，这些参数描述的是颜色在颜色空间中的位置，但并没有告诉我们是什么颜色，其颜色要取决于我们使用的坐标。
从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：
Ø RGB型颜色空间/计算机图形颜色空间：
这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。
例如，RGB，HSI,HSL和HSV等颜色空间。
Ø XYZ型颜色空间/CIE颜色空间：
这类颜色空间是由国际照明委员会定义的颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。
例如，CIE1931XYZ，L*a*b，L*u*v和LCH等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。
Ø YUV型颜色空间/电视系统颜色空间：
由广播电视需求的推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。
例如，YUV，YIQ，ITU-RBT.601Y'CbCr,ITU-RBT.709Y'CbCr和SMPTE-240MY'PbPr等颜色空间。
1.4颜色空间的转换
不同颜色可以通过一定的数学关系相互转换：
Ø 有些颜色空间之间可以直接变换。
例如，RGB和HSL，RGB和HSB，RGB和R'G'B',R'G'B'和Y'CrCb，CIEXYZ和CIEL*a*b*等。
Ø 有些颜色空间之间不能直接变换。
例如，RGB和CIELa*b*,CIEXYZ和HSL，HSL和Y'CbCr等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行过渡。
其中，R'G'B'和Y'CbCr两个彩色空间之间的转换关系可以用下式表示：
Y=0.299R+0.587G+0.114B
Cr=（0.500R-0.4187G-0.0813B）+128
Cb=（-0.1687R-0.3313G+0.500B）+128
图5色彩空间的变换
Y'CbCr中，Y表示亮度，CbCr表示色差。
Y'CbCr彩色空间的特点：
Ø 亮度信号和色度信号相互独立的 ----可以对这些单色图分别进行编码。
这就是为什么黑白电视能接收彩色电视信号的原因。
Ø 人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低----可以把几个相邻像素不同的彩色值当作相同的彩色值来处理，从而减少所需的存储容量和传输量。
2电视制式
2.1彩色电视制式
目前世界上现行的彩色电视制式有三种：
NTSC制、PAL制和SECAM制。
这里
不包括高清晰度彩色电视HDTV（High-Definitiontelevision）。
1.NTSC制式
NTSC（NationalTelevisionSystemsCommittee）彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。
美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。
NTSC彩色电视制的主要特性是：
（1）525行/帧,30帧/秒（29.97fps,33.37ms/frame）；
（2）高宽比：
电视画面的长宽比（电视为4:
3；电影为3:
2；高清晰度电视为16:
9）；
（3）隔行扫描，一帧分成2场（field），262.5线/场；
（4）在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据；
（5）每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒（包含5微秒的水平同步脉冲），所以显示时间是53.5微秒；
（6）颜色模型：
YIQ。
一帧图像的总行数为525行，分两场扫描。
行扫描频率为15750Hz，周期为63.5μs；场扫描频率是60Hz，周期为16.67ms；帧频是30Hz，周期33.33ms。
每一场的扫描行数为525/2=262.5行。
除了两场的场回扫外，实际传送图像的行数为480行。
2.PAL制式
由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点，因此德国于1962年制定了PAL（Phase-AlternativeLine）制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。
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。
PAL电视制的主要扫描特性是：
（1）625行（扫描线）/帧，25帧/秒（40ms/帧）；
（2）长宽比（aspectratio）：
4:
3；
（3）隔行扫描，2场/帧，312.5行/场；
（4）颜色模型：
YUV。
3.SECAM制式
法国制定了SECAM（法文：
SequentialColeurAvecMemoire）彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。
法国、苏联及东欧国家采用这种制式。
世界上约有65个地区和国家试验这种制式。
这种制式与PAL制类似，其差别是SECAM中的色度信号是频率调制（FM），而且它的两个色差信号：
红色差（R'-Y'）和蓝色差（B'-Y'）信号是按行的顺序传输的。
图像宽高比为4:
3，625线，50Hz，6MHz电视信号带宽，总带宽8MHz。
表1电视制式的比较
制式名
历史
应用
区别
NTSC制（NationalTelevisionSystemsCommittee）正交平衡调幅制
1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准
美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式
525行/帧,30帧/秒;隔行扫描;颜色模型：
YIQ
PAL制（Phase-AlternativeLine）逐行倒相正交平衡调幅制
德国（当时的西德）于1962年制定
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
625行（扫描线）/帧，25帧/秒;隔行扫描，2场/帧，;颜色模型：
YUV
SECAM制。
（法文：
SequentialColeurAvecMemoire）顺序传送彩色与存储制
法国制定
法国、苏联及东欧国家采用这种制式。
世界上约有65个地区和国家试验这种制式
625行（扫描线）/帧，25帧/秒;隔行扫描
3.2彩色电视的颜色空间
在彩色电视中，用Y、C1,C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号，C1，C2的含义与具体的应用有关。
在NTSC彩色电视制中，C1，C2分别表示I、Q两个色差信号；在PAL彩色电视制中，C1，C2分别表示U、V两个色差信号；在CCIR601数字电视标准中，C1，C2分别表示Cr，Cb两个色差信号。
所谓色差是指基色信号中的三个分量信号（即R、G、B）与亮度信号之差。
（1）NTSC的YIQ颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下：
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
（2）PAL的YUV颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下：
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
4视频图像采样
模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。
因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。
模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到Y
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