Download
1 / 37
470 likes | 884 Views
計測情報処理論. ビデオ信号の基礎. ビデオ信号とは？. 映像信号を伝達する多数の方式がある. ビデオ信号 (1). 映像中の「明るさ」は電圧の高さで表される 画像の明るさは 端から順次送り出される. 電気信号. テレビの動作. 電子銃により発した陰極線が蛍光物質に衝突し発光 陰極線はコイル（電磁石）が発する磁界により偏向 （上下方向，左右方向）. ビデオ信号 (2). 走査・同期とは. 送信側と受信側でタイミングを合わせる必要あり. 白黒ビデオ信号. 140IRE = 1V. 明るさ 0 V~0.7V 同期信号 約 -0.3V. 映像信号部分.
E N D
計測情報処理論 ビデオ信号の基礎
ビデオ信号とは？ • 映像信号を伝達する多数の方式がある
ビデオ信号(1) • 映像中の「明るさ」は電圧の高さで表される • 画像の明るさは端から順次送り出される 電気信号
テレビの動作 • 電子銃により発した陰極線が蛍光物質に衝突し発光 • 陰極線はコイル（電磁石）が発する磁界により偏向（上下方向，左右方向）
ビデオ信号(2) • 走査・同期とは 送信側と受信側でタイミングを合わせる必要あり
白黒ビデオ信号 140IRE = 1V • 明るさ 0V~0.7V • 同期信号約 -0.3V 映像信号部分 同期信号部分 1/15750 秒
飛び越し走査(1) • 走査線を１本飛ばしに伝送する • 同じ走査線本数でも画面の書き換え回数が倍速（60回／秒）になる
飛び越し走査(2) • １枚の画像全体をフレームと呼ぶ • １回の垂直走査で得られる画像をフィールドと呼ぶ • NTSC方式：約30フレーム／秒，６０フィールド／秒
NTSCの同期周波数 • 垂直同期周波数 • フィールドレートと同じ • 約60Hz (59.94Hz) • 水平同期周波数 • フレームレート(約30Hz)×走査線数(525) • 15.75kHz (15734Hz) • 古いテレビをつけたときに聞こえる非常に高い「キーン」という感じの音の周波数 t のこぎり波（偏向ヨークに流れる電流）
インタレースコム • 動物体を撮影した場合，奇数フィールドと偶数フィールドの撮影時刻のずれにより，画像が櫛(comb)状になること • 動画像処理の大敵
カラービデオ信号(NTSC)(1) • 色は高周波成分の位相と振幅で表す • 3.58MHz の正弦波をカラーキャリアと呼ぶ • 白黒機器との互換性がある カラー 白黒
カラービデオ信号（NTSC)(2) • カラーバースト（色基準信号）からの位相差で色相を表す（振幅で彩度を表す） カラーバースト
NTSC における色の表現 赤 R, G, B • 原点からの距離（振幅）：彩度 • 回転（位相）：色相 Y, R-Y, B-Y (Ｙ=0.587G + 0.114B + 0.299R） 青 緑 Y, I, Q (３３度回転） 人間はＩ軸の解像度が高いことによる
色信号 • I （オレンジ/シアン）のほうが Q （グリーン/マゼンタ）より高解像度 • I: 帯域幅1.5MHz • Q:帯域幅 0.5MHz
NTSC 信号の生成 • カラーサブキャリア信号を R-Y, B-Y 信号で AM 変調 • キャリアの位相は 90度ずらす • 輝度信号と色信号を足し合わせる
AM変調について • AM変調（振幅変調） amplitude modulation • f : 搬送波周波数 • s(t)変調波 • AM変調の帯域 • S(t)=sin(2πgt)とすると g 周波数 f
周波数変調 • FM変調 • 変調波に応じて周波数を変化させる 搬送波 変調波 変調波
NTSC の占有帯域（放送） • 色信号領域(I,Q)は輝度信号領域と重なっている • 色信号領域の帯域幅は輝度信号より狭い
ＹＣ分離 • 色信号と輝度信号を分離すること YC 分離の概念
ＹＣ分離の問題点 • 輝度信号の周波数が高い（縞模様が細かい）と色信号へノイズが乗る（色が付いてしまう） • クロスカラー妨害と言う • 輝度信号の帯域が制限されてしまう • 色信号の解像度が低くなってしまう • 色のにじみを生じる
カラーインタリーブとくし型フィルタ • 色搬送波の位相は走査線ごとに反転している • ビデオ信号を１走査線分だけ遅らせて加減算 • ディレイは正確である必要がある
くし形フィルタとYC分離信号 １５．７３４KHｚ 3.58MHｚ (水平同期周波数 29.27 * 525) (カラーサブキャリア 29.97 * 525 * 455 / 2) • 周波数応答は櫛の歯状（コムフィルタ） • YC分離結果はカラークロストークが少ないため優れている（色再現性，解像度とも）
YC分離 • 映像信号は走査線同士の相関が高い • 水平同期周波数の高調波成分 • その隙間に色信号を配置
デジタルコムフィルタ ＮＴＳＣ コンポジット信号 ＡＤコンバータ 演算 Ｙ • コンポジット信号を直接AD変換 • デジタル値の演算で Y/C 分離を行う（例えば前後走査線間の加減算など） • ＡＤ変換のサンプリング周波数はカラーサブキャリア周波数 (3.58MHz）の倍数 Ｃ Bt878
YC信号，コンポーネント信号 • ＹＣ分離を避けるために Ｓ端子（ＹＣ端子） • 色信号と輝度信号が別々に流れている • 通常のビデオ信号はコンポジット信号と呼ぶ • その他，RGB 信号，YCrCb 信号が用いられる
ガンマ特性 • ブラウン管の輝度特性を送り手側で補償 • NTSC の場合 γ＝2.2(v = iγ )
デジタルスチルカメラ 高速化 静止画用 画像センサ 画像センサ 独自化 テレビ用 画像センサ ビデオカメラ 高解像度化 画像センサの変遷 • テレビ・ビデオ技術は規格の縛りが強い • デジタルカメラは新価値の模索へ JPEG MPEG 高速度 撮影 圧縮技術 ハイビジョン 30fps H.264 AVCHD デジタル化
民生用機器の発展 • デジタルカメラの例 • カシオ EX-F1(300-1200fps高速度撮影)http://dc.casio.jp/product/exilim/ex_f1/ • ビデオカメラの例 • ソニー Handycam(1020万画素静止画）http://www.sony.jp/products/Consumer/handycam/PRODUCTS/HDR-SR11SR12/ • http://www.watch.impress.co.jp/av/docs/20080312/zooma349.htm
デジタルインタフェース • IEEE1394 • 別名：FireWire, i.Link • 圧縮（DV），非圧縮の双方がある • 非圧縮でも色解像度が輝度解像度の半分のものが多い（YUV 4:2:2方式など） • USB • 画像データの規格が比較的まちまち
画像処理用のカメラ • Point Grey / ViewPLUS (主にIEEE1394) • http://www.viewplus.co.jp/ • 東芝テリー • http://www.toshiba-teli.co.jp/index_j.htm • アルゴ • http://www.argocorp.com/ • 独自信号規格（専用ドライバ必要）多し • 部分読み出し，シャッタータイミング etc. • webcam は規格統一が進んでいる
YUV422 • 輝度解像度に比べて色解像度が低い • YUV422 • YUV444
YUV422 • 輝度解像度に比べて色解像度が低い • YUV420 • YUV411
8×8画素のブロック毎に DCT 量子化 量子化テーブル 原画像 DC 近傍のブロック間で１次予測 伝送・ 記録 ハフマン符号化 AC ハフマン符号化 ジグザグ走査 JPEG • 高周波成分は捨てられる
ビデオ処理時の注意 • カメラの組み合わせ • 白黒処理 • 白黒機材の組み合わせがベスト • カラーカメラを白黒キャプチャした場合，ノイズが乗るＳ信号のY成分を入力する方法もある • 白黒カメラをカラーキャプチャした場合，カラーバーストがないため色信号からノイズが乗る場合がある • 白黒機材がない場合，S信号利用がよい • カラー処理 • RGB分離信号がベスト，次はS信号 • インタレース • フィールドごとに処理をする • プログレッシブカメラを用いる
キャプチャとアスペクト比 • コンポジット信号を直接AD変換してデジタル的にYC分離するものも多い • サンプリング周波数は色副搬送波の整数倍3.58MHz*4 / 15.75KHz * 0.828 = 753垂直の有効走査線数(5０5本)の1.5倍 • アスペクト比が正確に得られるキャプチャボードを選択する必要がある • きちんとキャリブレーションする場合は必ずしもその必要はない
