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