數位影像介面概論 Introduction to Digital Video Interface
丁文初2005/12/22
大綱• 影像基本觀念• 影像訊號概要• 數位影像介面• 數位影像處理與設計• 影像的應用
影像基本觀念— 顏色空間
• RGB ( 紅綠藍 )
• HSI ( 色調、濃度、亮度 )
• YUV or YCbCr ( 亮度、彩度 )
• YIQ, CMYK……
影像基本觀念— 顏色空間• RGB YCbCr 顏色空間轉換例子
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
Cb = – 0.172R – 0.339G + 0.511B + 128
Cr = 0.511R – 0.428G – 0.083B + 128
R = Y + 1.371 (Cr – 128)
G = Y – 0.698 (Cr – 128) – 0.336 (Cb – 128)
B = Y + 1.732 (Cb – 128)
影像基本觀念— 顏色空間
影像基本觀念—畫素
影像基本觀念—畫面與解析度• 800 x 600, 1024x768, 720x480……
• VCD: 352x240, DVD:704x480
• 手機 30 萬畫素 640x480 = 307,200
• For example:
R(8-bit), G(8-bit), B(8-bit) 1 pixel
352x240x3 = 253440 (bytes)
影像基本觀念—取樣• 4:4:4 YCbCr 取樣
( 無數位失真 )• 4:2:2 YCbCr 取樣
(Digibeta, 數位廣播 )
影像基本觀念—取樣• 4:1:1 YCbCr 取樣
(DV)• 4:2:0 YCbCr 取樣
(VCD, DVD…)
影像基本觀念—取樣• 4:2:0 YCbCr 取樣
影像訊號概要
影像訊號概要• NTSC PAL
• 60 fields (30 frames) 50 fields (25 frames)
• 720 x 480 720 x 576
• 交錯的 (interlaced)
• 非交錯的 (non-interlaced) 或 連續的 (progressive)
影像訊號概要
Top1 Bottom1 Top2 Bottom2
Original interlacedTV image:60 fields/sec
De-interlace: 把 interlace 影像轉變成 progressive 影像
720
240
480
Interlacecapture
Progressivedisplay
影像訊號概要
Top1 Bottom1 Top2 Bottom2
Original interlacedTV image:60 fields/sec
720
240Interlacecapture
Progressivedisplay
影像訊號概要
影像訊號概要
影像訊號概要
數位影像介面• ITU-R BT.601 (CCIR601)
• ITU-R BT.656 (CCIR656)
• CLOCK, DATA, HSYNC, VSYNC, BLANK(FIELD)
ITU : International Telecommunication Union
數位影像介面• 影像來源 (CMOS, CCD, VCD, DVD player…)
影像解碼器 (Video decoder, TV decoder: philips7113, TI5150, Techwell9903, ADI…) BT.601/656 介面 數位影像處理器 ( 去交錯 Deinterlace, 畫面縮小 scaling, 影像壓縮 JPEG,MPEG) 儲存設備 ( 硬碟 , 光碟 , 記憶卡… )
• 數位影像畫面 ( 解壓縮後的還原畫面 ) BT.601/656 介面 影像編碼器 (Video encoder, TV encoder: ADI7311) 顯示器 (TV, LCD, CRT…)
數位影像介面
1th
N: 20th
P: 23th
P: 310th
N: 259th
P: 336th
N: 283th
P: 623th
N: 522th
P: 625th
N: 525th
Top field active region
Bottom field active region
FF
00
00
XY
80
10
80
10
…...Cb
FF
00
YCr
YCb
…...00
XY
80
10
44
P: 288
N: 276
SAVEAV
P: 1728
N: 1716
P: 24N: 32
P: 264
N: 244
HSYNC
VSYNC
Cb
YCr
Y
FF
00
00
XY
80
10
80
10
…...Cb
FF
00
YCr
YCb
…...00
XY
80
10
4
SAVEAV P: 24
N: 32
P: 264
N: 244
HSYNC
VSYNC
Cb
YCr
Y
P: 864
N: 858
4
P: 313th
N: 263th
1440
P: 288N: 240
BLANK
BLANK
P: 312th
N: 262th
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面
數位影像介面• 16-bit BT.656 data bus
數位影像介面
數位影像介面
• VESA:
Video
Electronics Standards Association
數位影像介面NTSC PAL
解析度 720 x 480 720 x 576
畫面 / 每秒 30 畫面 / 秒 25 畫面 / 秒Fields/ 每秒 60 fields/ 秒 50 fields/ 秒
總條數 525 625
有效條數 480 576
總畫素 / 每條 1716 1728
有效畫素 / 每條 480 576
頻率 (MHz) 27 27
(1/27M) x 1716 x 525 x 29.97 = 1
(1/27M) x 1728 x 625 x 25 = 1
數位影像處理與設計• 任意畫面的 Display BT.601/656 介面設計• 規格 :
Input: clock
Output: Data bus (8-bit or 16-bit)
Inout: HSYNC, VSYNC, BLANK
假設 : 已經準備好影像來源 , 且不考慮頻率不同步的問題
數位影像處理與設計
數位影像處理與設計
數位影像處理與設計• Pixel counter + Pixel reset
• Line counter + Line reset
• Master Slave
• Interlaced Progressive
• 8-bit 16-bit
• Active data EAV, SAV blanking
• SYNC delay, polarity
• Test signal: internal colorbar
數位影像處理與設計Resolution 720 x 480i 720 x 480p 720 x 480p 720 x 576i 720 x 576p 720 x 576p
clock (MHz) 27 27 54 27 27 54
frame rate (Hz) 29.97 59.94 59.94 25 50 50
output data (bit) 8 16 8 8 16 8
F0_blank0 19 44 44 22 44 44
F0_blank1 3 1 1 2 5 5
F1_blank0 20 N/A N/A 23 N/A N/A
F1_blank1 3 N/A N/A 2 N/A N/A
F_act 240 480 480 288 576 576
H_blank0 32 16 32 24 12 24
H_blank1 244 122 244 264 132 264
H_act 1440 720 1440 1440 720 1440
Pro_inter 0 1 1 0 1 1
V_total 525 525 525 625 625 625
H_total 1716 858 1716 1728 864 1728
數位影像處理與設計
影像的應用Scan line Fps 地區 其他
NTSC 525 30 北美洲 , 中美洲 , 菲律賓 , 臺灣…
NTSC-J 525 30 日本 黑色更黑
PAL (I,D,N,B,G
,H…)
625 25 歐洲 , 南非 , 部份亞洲
PAL-M 525 30 巴西
SECAM 625 25 法國 , 俄羅斯 , 北非
影像的應用• HDTV 部份規格• 解析度 1280 x 768 (WXGA)• 亮度: 500cd/m2 • 對比: 600 : 1 • 超廣可視角 ( H / V ) : 170 度 / 170
度 • 數位訊號輸入介面: DVI-I( HDCP ) • 數位音訊輸入介面: HDMI • 雙頻道子母畫面: 2 Tuner PIP • 色差輸入: 480i / 480p / 1080i / 720p
影像的應用• QVGA 320 x 240
• VGA640 x 480
• SVGA 800 x 600
• XGA1024 x 768
• WXGA 1280 x 768, 1366 x 768
• SXGA 1280 x 1024
影像的應用• 以亮度來說,有些標示的是最大亮度,但此種標示方式是有點曖
昧不清的,因為最大是在 100 台內只測到 1 台還是 100 台有 99 台都有此亮度很難講。一般來說 LCD Monitor 的對比大約是250cd/ ㎡ ~350 cd/ ㎡電視大約是 400~550 cd/ ㎡,自然界的景致在日正當中時約 1700 cd/ ㎡ ~2500 cd/ ㎡。
• 在對比方面, LCD Monitor 的對比大約是 350:1~500:1 ,電視大約是 500:1~900:1 ,自然界景色最大的差異約在 5000:1 。
• 總之,亮度與對比值的標示方式很曖昧不清,所以最好自己去看樣品。
影像的應用
影像的應用
ComponentS-Video
• 類比接頭
• 數位接頭 (DVI: Digital Visual Interface,
HDMI: High Definition Multimedia Interface)
Composite
15-pin D-SUB
影像的應用
影像的應用BEFORE
AFTER
影像的應用
影像的應用
影像的應用
影像的應用• HDTV 在 NTSC 下的規格
480i 720 x 480 interlaced (SDTV)
480p 720 x 480 progressive
1080i 1920 x 1080 interlaced
720p 1280 x 720 progressive
參考資料• Keith Jack, “Video Demystified 4th edition”
• Analog Devices, Inc. http://www.analog.com
• HDMI website. http://www.hdmi.org/
• VESA Monitor Timing Standard
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