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-Definition television)。

1. NTSC制式

NTSC(National Television Systems Committee)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(29.97 fps, 33.37 ms/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15750 Hz，周期为63.5μs；场扫描频率是60 Hz，周期为16.67 ms；帧频是30 Hz，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-Alternative Line)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(40 ms/帧)；
(2) 长宽比(aspect ratio)：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：Sequential Coleur Avec Memoire)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，50 Hz，6 MHz电视信号带宽，总带宽8 MHz。

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

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CCIR 601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YUV或YIQ分量，然后用三个模／数转换器对三个分量分别采样并进行数字化，最后再转换成RGB空间。

对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号（Y）和色差信号（Cr，Cb）进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。由于人的视觉对亮度信号的敏感度高于对色差的敏感度，这样做利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率，通过选择合适的颜色模型，可以使两个色差信号所占的带宽明显低于Y的带宽，而又不明显影响重显彩色图像的
观看。
目前使用的子采样格式有如下几种：
(1)4:4:4这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相当于每个像素用3个样本表示。
(2)4:2:2这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示。
(3)4:1:1这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。
(4)4:2:0这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。