mm05.ppt多媒體概論 1

視訊訊號的介面與處理

電視訊號、 VGA 、數位電視MPEG 壓縮

mm05.ppt多媒體概論 2

影像與視訊

• Analog signal:- composite TV signal- RGB --> YIQ (Y: 亮度 , I,Q 色差 )

• Digital signal:- pixel-based (gray level, color)- RGB

mm05.ppt多媒體概論 3

電視信號• 黑白電視

– 25 f/s （每秒傳 25 個 畫面）– 每畫面含 625 列，前場及後場各 312.5 列，其中 25 列為場消

隱時間， 287.5 列為有效信號– 螢幕寬高比為 4:3(625x835 光點，有效光點 572x676) 。– 最高視訊頻率 =25x835x625 /2=6.5MHz

• 彩色電視– 為了與黑白電視相容，把 RGB 信號轉為亮度信號 Y 和兩個色

差信號。– NTSC 彩色電視制： YIQ ，美、加、日、韓、菲、台灣使用。– PAL 彩色電視制： YUV ，德、英等西歐國家、大陸使用。

mm05.ppt多媒體概論 4

色彩模式

RGB, 通常用於電腦顯示器紅綠藍三原色

CMYK, 通常用於印刷產業藍綠色、紫紅色、黃色、黑色

HSB, CIE 顏色模型 ( 國際照明學會 ) 色調、飽和度、亮度

mm05.ppt多媒體概論 5

Additive colors

Cyan Yellow

Magenta

mm05.ppt多媒體概論 6

Subtractive colors

RedGreen

Blue

mm05.ppt多媒體概論 7

CMYK model

•印表機和其他周邊使用的一種色彩模式 •四種顏色的墨水：藍綠色 (C) 、紅紫色(M) 、黃色 (Y) 和黑色 (K)

mm05.ppt多媒體概論 8

CIE color space

mm05.ppt多媒體概論 9

RGB 與 YUV

• Y=0.299R+0.587G+0.114B

• U=0.493(B-Y), V=(R-Y)

Y 0.299 0.587 0.114 R

I = -0.147 - 0.289 - 0.436 G

Q 0.615 - 0.515 0.100 B

mm05.ppt多媒體概論 10

RGB 與 YIQ

• I = V cos33 - U sin33

• Q = V sin33 + U cos33

Y 0.299 0.587 0.114 R

I = 0.596 - 0.275 - 0.322 G

Q 0.212 - 0.523 0.311 B

mm05.ppt多媒體概論 11

視訊處理方塊圖

輸入處理

電腦顯示圖形生成

輸出處理

Frame BufferI/O 介面

主機部分

視訊訊號 視訊訊號

mm05.ppt多媒體概論 12

VGA 顯示器

• VGA(Video Graphics Adapter) 顯示器接收 VGA卡的 D-Sub 連接器的 15 pin 信號 , 含

- R,G,B 三原色- H-sync 水平同步信號 (controls begin/end of each scan line)- V-sync 垂直同步信號 (assembles scan lines to form a frame display)

mm05.ppt多媒體概論 13

H-sync and V-sync

V-sync

H-sync

Vertical-retrace

Horizontal-retrace

mm05.ppt多媒體概論 14

VGA 顯示卡

• VGA: 640x480, 16 colors• SVGA: 800x600, 16 bit colors• H-sync frequency: 31.5kHz, 35.5kHz, 48kHz,

82kHz• V-sync frequency 60Hz, 72Hz, 120Hz (3D

graphics)• Multi-sync 功能

mm05.ppt多媒體概論 15

數位電視• Digital TV：電視訊號的傳送過程數位化

– 美國 CEA(Consumer Electronics Association 消費電子協會 ) 將數位電視訊號又分成三類：高畫質數位電視(HDTV) 、加強畫質數位電視 (EDTV)與標準畫質數位電視 (SDTV) 。

mm05.ppt多媒體概論 16

數位電視與現有電視有什麼差別 ?

• 現有的電視均是類比系統，發展至今已超過 50 年。

• 再接上一個數位 / 類比的轉換盒 (DTV Set-Top Box 數位電視解碼器 ) ，現有電視也可收看數位電視節目。

• 但現有電視無法呈現數位電視節目高解析度的清晰畫質。

mm05.ppt多媒體概論 17

數位電視的發展因素• 多媒體系統的進展

– 各種不同型態的資訊數位化之後，儲存在同一個記憶裝置內，由同一傳輸線路傳送，並在同一個設備內處理、顯示及輸出

– 數位電視以「 0 」與「 1 」的數位方式傳送，可避免外界的干擾，「鬼影」與畫面模糊便不存在。

• 頻率資源的不足• 人類對影像畫質、聲音音質的追求

– 數位電視將 525 條掃描線提高到 1080 條 – 在 6MHz （ NTSC 系統）頻道內作 HDTV 廣播 – Dolby AC-3 的 5.1 聲道家庭劇院

• 多樣化服務– 付費節目 、隨次計費節目 (Pay Per View ； PPV) 、電影選播系統

(Movie On Demand ， MOD) 、歌唱點播 (Karaoke On Demand ， KOD) 、新聞選取 (News On Demand ， NOD) 、電視線上購物、網路電玩、居家銀行及網際網路 (Internet) 等新穎服務。

mm05.ppt多媒體概論 18

數位電視目前的廣播進度 • 數位電視廣播有經由衛星傳送，或透過目前正在推行

的地面廣播 ( 天線接收 ) ，以及未來藉由有線 (Cable)系統廣播的三種方式。

• 在國內，地面廣播部份從 89 年 6 月 27 日起，國內四家無線電視台 ( 台視、中視、華視、民視 ) 以陽明山竹子湖發射台所涵蓋的苗栗以北地區開始數位電視的試播。

• 初期實驗台每天播出五個小時的節目，節目內容為前段播一小時高畫質數位電視，採用 16 ： 9 畫面比例、 AC-3 5.1 聲道模式播出；後段四小時播標準畫質數位電視，採用 4 ： 3 畫面比例

• 預計於 2001 年底台灣地區全區開播數位電視，並於2006 年收回現有的類比頻道全面進入數位電視時代。

mm05.ppt多媒體概論 19

High-definition TV(HDTV)：高畫質電視

mm05.ppt多媒體概論 20

影像壓縮技術的類別• 數學轉換為基礎 (transform-based

coding)

• 利用空間域 (spatial domain) 的redundancy

• 利用時間域 (temporal domain) 的redundancy

mm05.ppt多媒體概論 21

視訊壓縮• Moving Picture Experts Group

• MPEG-1 : VCD

• MPEG-2 : DVD

• MPEG-4

• MPEG-7 ( 審定中 )

mm05.ppt多媒體概論 22

MPEG-1 的工作原理• Video resolution: 320x240, 30 frames/sec

• 第一階段 JPEG ( 空間域壓縮 )

• 第二階段 Motion compensation( 時間域壓縮 )

• 第三階段 Entropy coding

mm05.ppt多媒體概論 23

時間域的壓縮• 將畫面分為三種 : intra (I) pictures,

predicted (P) pictures, and bidirectionally interpolated (B) pictures.

• I 是關鍵畫面 (every 12-15 frames)

• P 是由前一畫面 (I or P) 加上 motion vector 組成

• B 是由 I,P 以內插法計算而來

mm05.ppt多媒體概論 24

I,P,B 畫面的關係

mm05.ppt多媒體概論 25

Motion Compensation

• 每張圖片分成 16 x 16 之區塊 , 稱為macroblock.

• Compute motion vector by minimizing:

mm05.ppt多媒體概論 26

MPEG-2 工作原理• Frame DCT and Field DCT