Цвет в компьютерной графике

       

Цветопередача


Система телевидения, используемая в Западной Европе, PAL, является развитием Американской NTSC системы. Те же самые соображения, данные в разделе видео, также можно применить к кодированию телепередачи. Однако имеются дополнительные ограничения, которые должны быть приняты во внимание, если должны быть произведены картинки приемлемого качества.

Видео сигнал яркости объединен со сложным (составным) сигналом цветности (который модулирован на цветовую несущую частоту), сигналом цветовой синхронизации и сигналом синхронизации, чтобы формировать единый сложный видео сигнал, готовый к телепередаче. Подробности этого процесса не касаются нас, но после того, как видео сигнал яркости и цветности были смешаны вместе, они не могут никогда быть полностью отделены снова, даже самыми лучшими, качественными декодерами. Неизбежна некоторая интерференция между каналами цветности и яркости. Это вызывает много типов цветовых искажений.

Сложные видеомагнитофоны записывают телевизионный сигнал (или некоторую промежуточную стадию) и таким образом подчиняются тем же самым ограничениям, как если бы сигнал должен был быть передан по телевидению.

5.3.1 UV кодирование

Формирование (образование) U и V составляющих - первый шаг к подготовке видеосигнала для телевещания. Сигналы цветности масштабируются так, что сумма видео сигнала яркости и составного сигнала цветности - меньше чем 1.34:

U = 0·493 C2

V = 0·877 C1

Это выполнено таким образом, что конечный сложный сигнал оставался внутри допустимых пределов модуляции несущей. Затем U и V компоненты субдискретизируются с коэффициентом два, чтобы уменьшить ширину полосы частот.

Некоторые компьютерные графические системы, разработанные специально для телевизионного использования, допускают цветовую спецификацию непосредственно в YUV. В то время как не являясь особенно легким в использовании, оно имеет преимущество в том, что не воспроизводимые цвета не обрабатываются.

5.3.2 Комбинированный сигнал цветности


Комбинированный сигнал цветности производится путем модуляции U и V сигналов на 4.43 MHz цветовой несущей частоте, t:

C = U cos(t) + V sin (t)

Рисунок 46 показывает как фаза и амплитуда этого сигнала соответствует первоначальным U и V составляющим.





Рисунок 46: Фаза (f) и амплитуда (A) составного сигнала цветности.

5.3.3 S Видео

S видео - компромисс между полной раздельной записью и составной записью. Видео сигнал яркости и составной сигнал цветности записываются как два отдельных сигнала; хотя имеется ухудшение в качестве цвета, вызванное использованием цветовой поднесущей частоты, нет интерференции между видео сигналом яркости и составным сигналом цветности.

Наиболее общим примером S видео системы является S-VHS. Входные соединительные кабели помечены Y/C, чтобы показать, что видео сигнал яркости (Y) и комбинированный сигнал цветности (C) разделены. Другие форматы, которые записывают раздельно Y и C сигналы, это U-Matic и Hi-8 видео.

5.3.4 Система PAL

Составной сигнал цветности объединяется с видео сигналом яркости, синхронизацией и другой информацией управления, чтобы формировать единый, составной сигнал. В результате смешивания сигнала яркости и сигнала цветности некоторые очень яркие, насыщенные RGB цвета преобразуются в сигналы, которые не могут быть переданы по телевидению; или потому что они перегружают передающее оборудование, или потому что они дают мерцающие, неустойчивые цвета. Хотя такие высоко насыщенные цвета обычно не встречаются при съемке реального мира, они являются проблемой в изображениях, генерируемых компьютером, и эти цвета должны быть преобразованы к цветам, которые можно транслировать по телевидению, уменьшением яркости или насыщенности.

Ограничения на допустимые цвета имеют место во-первых потому, что амплитуда составного сигнала цветности должна быть меньше чем 53, и во-вторых, что сумма видео сигнала яркости и составного сигнала цветности должна быть меньше чем 1.2.



При передаче телевизионные сигналы чувствительны к ошибкам фазы, которые изменяют фазу цветности f и, таким образом, изменяют оттенок. Чтобы исправить при малых ошибках, система PAL инвертирует Фазу V на дополнительных строках развертки, отсюда и название. Путем усреднения последовательных строк развертки ошибка фазы сбрасывается за счет дальнейшего уменьшения в вертикальном разрешении.

Другим следствием смешивания сигнала цветности и видео сигнала яркости является то, что два сигнала взаимодействуют. Информация высокочастотного видео сигнала яркости декодируется как цветность, давая мерцающие радуги цвета на фрагментах типа параллельных линий. Цветовая поднесущая частота не полностью удаляется из информации видео сигнала яркости, давая периодическое изменение в яркости по растровой строке. Быстродействующие переходы в цвете создают мерцающий край, действие которого может быть уменьшено путем сглаживания изображения до его кодирования.

Домашнее VHS видео записывает составной видео сигнал, и таким образом переносит все дефекты качества цвета, которые были отмечены для телевидения. Это должно приниматься во внимание при планировании видео анимации, которая должна быть показана на конференции или презентации. Наиболее общим форматом для использования является VHS; поэтому, хотя отснятый материал не является телепередачей, он подвергается всем ограничениям телепередающей среды.

5.3.5 NTSC телепередача

Это система телепередачи используется в США и Японии. Поскольку она явилась основой для PAL, большинство комментариев в предыдущем разделе также касаются NTSC. Некоторые отличия от PAL:

 - 525 строк, а не 625 строк вертикальная разрешающая способность;

 - частота смены кадров - 30, а не 25 раз в секунду;

 - нет чередования фазы, поэтому есть ошибки оттенка;

 - используется меньшая ширина полосы частот, чем в Европе.

Как первоначально определено, NTSC использует I и Q, а не U и V, определяемые:

I = V cos(33°) -- U sin(33°)

Q = V sin(33°) + U cos(33°)

Это - простой поворот и смещение осей, таким образом Q содержит синие и фиолетовые цвета; как было замечено в разделе 2.7, это цвета, для которых пространственная разрешающая способность глаза является беднейшей. Чтобы справиться с узко-доступной шириной полосы частот (шириной спектра), сигнал Q транслируется при намного более низкой разрешающей способности, чем Y или I. Принимая во внимание, что полоса пропускания Y сигнала - 100%, I использует 25%, а Q только 10%. Современное производственное оборудование использует U и V, а не I и Q; декодер не обнаруживает различие.


Содержание раздела







Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий