CN100584048C - 用于电视的彩色信号发生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于电视的彩色信号发生方法及装置，该方法和装置是利用存储器，可编程逻辑器件、视频编码芯片、视频解码芯片，计算所要检测的色彩对应的各个点的色度值，将上述的色度值存储到相应的地址中，并将上述的色度值从相应的地址中读出，并生成标准的视频数据格式输入到电视机的输入端，即可完成电视机任意点彩色视频信号的检查与测试可以呈现我们肉眼所能看到的几乎所有的颜色，从而进行电视全色彩的检查和测试，提高电视机的测试效率，可以为消费者提供满意的最终产品。

Description

用于电视的彩色信号发生方法及装置

【技术领域】

本发明涉及一种视频信号发生方法及装置，特别是一种用于电视信号检查和测试的全彩色视频信号的发生方法及装置。

【背景技术】

在电视的生产过程中，常常需要利用彩色信号发生装置对电视的色彩相关功能进行检查和测试。现有的彩色信号发生器一般设置于电视机内，由于测试手段及条件限制，其所能发生的视频信号一般为标准彩条、灰阶、单色场、多波群等信号，它只能产生红、绿、蓝三基色和品、黄、青三种饱和色及白色7种彩色信号，不能表述其它非饱和色以及它们千变万化的各种混合色。而电视实时播出的彩色信号则往往包括了肤色、蓝天、草地等色彩区域的所有色彩，所以这样的信号发生器因为无法产生出较多种类的彩色信号，不能用于电视全色彩还原与失真的检查和测试。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于电视的彩色信号发生方法及装置，该方法及装置可随时根据需要生成所检测的任何彩色信号，便于电视机的视频信号的检查和测试。

本发明的另一个目的是提供一种用于电视的彩色信号发生方法及装置，该方法和装置是利用可以呈现我们肉眼所能看到的几乎所有的颜色，从而进行电视全色彩的检查和测试，提高电视机的测试效率，可以为消费者提供满意的最终产品。

首先，本发明的原理是：引起色感的彩色光由三个基本参量来决定的，即亮度、色调和饱和度。亮度是光作于人眼时引起的明亮程度的感觉。色调反映了颜色的类别，如红色和绿色指的就是色调。饱和度是指彩色光所呈现彩色的深浅程度。对同一色调而言，饱和度越高，则颜色越深。高饱和度的彩色光可以参乳白光而使饱和度降低，因而饱和度也反映了色的纯度。色调和饱和度又合称色度，它既反映了颜色的类别，又反映了颜色的深浅程度。

彩色图像的重现并不要求恢复原景物反射光的光谱成分，而是获得与原景物同样的色彩感。自然界中绝大多数颜色都可以由红、绿、蓝三种基色光按照一定的比例混合而成。根据三基色原理，任何一种彩色光F都可以用红、绿、蓝按不同比例混配而得，可用数学方程式表示为

F＝R[R]+G[G]+B[B]    (1)

此方程称为配色方程。其中，[R]、[G]、[B]称基色单位，简称基色量，是由CIE(国际照明委员会)规定的；R、G、B是混配系数，也称三色系数或三刺激值，可以通过配色实验得到；R[R]、G[G]、B[B]称F色光的三个基色分量，即三色分量；方程式中的等号表示人眼视觉上的颜色相等，即等式两边是同色异谱色。这个方程式表示F色光可由R个红基色单位，G个绿基色单位和B个蓝基色单位混配而得。

为了准确的对颜色进行计算，CIE规定其波长各为：标准红基色的波长选为700nm，标准绿基色光选为546.1nm，标准蓝基色光为435.8nm。CIE还规定当各以1个单位的上述红、绿、蓝三基色光混合时，恰能产生出等能白(即E自)光，这时的红、绿、蓝的单位量称为基色量或基色单位，并用符号[R]、[G]、[B]标记，即：

E白＝1[R]+1[G]+1[B]    (2)

RGB计色系统是利用物理三基色和规定的基色量[R]、[G]、[B]建立的一套计色系统，因此也称为物理计色系统，用它可以对一切彩色进行计量和表示。

在只考虑彩色光的色度而不考虑其光通量(即亮度)时，起作用的是三色系数R、G、B的比例关系，而不是其数值大小。所以，可以将三色系数R、G、B分别对三色系数总和(R+G+B)进行归一化，得到r、g、b三个数，即

$\left.\begin{array}{c}R+G+B=m\\ r=\frac{R}{m},g=\frac{G}{m},b=\frac{B}{m}\end{array}\right\}---\left(3\right)$

其中，m称为色模，代表彩色光所含三基色单位的总量，也是三色系数的总和；r、g、b称为相对色系数，也称色坐标，分别表示当三基色单位总量为1时，混配某一色光所需的[R]、[G]、[B]的系数。显然，r+g+b＝1。

由于相对色系数的总和为1，所以r、g、b三个值中只有任两个值是独立的，也就是说，用其中的两个量就可以明确表示色度。这样一来，各种彩色的色度就可以用二维的色度图来表示。一般采用r、g两个参量，并以r-g平面直角坐标标记色度。即以r、g两值为坐标值，每种颜色的色度可在r-g直角坐标系中一一表示出来。这样得到的平面几何图形称为RGB色度图或r-g色度图，如图1所示。在图1中：

a)红基色单位[R]的色度坐标为r＝1，g＝b＝0；绿基色单位[G]的色度坐标为g＝1，r＝b＝0；蓝基色单位[B]的色度坐标为b＝1，r＝g＝0。而 $r=g=b=\frac{1}{3},$ 表示等能白光E_白。

b)由[R]，[G]，[B]三点连成的三角形称为彩色三角形。舌型曲线称为谱色轨迹，曲线上的数据表示相应谱色光的波长，谱色轨迹不包括[R]，[B]两点的直线，因为该直线上的彩色光是非谱色光。

c)越靠近曲线轨迹，对应的彩色就越纯，饱和度就越高；越靠近E点，饱和度就越低。

d)曲线出现负值，说明某些颜色不能由配色试验配出，而要把某一光移到待配光一边。

RGB计色系统采用物理三基色，因而物理意义清楚，但使用起来却很不方便。为此，CIE规定了另一种计色系统，即XYZ计色系统，又称标准计色系统。

在XYZ计色系统中，基色XYZ并不是实际存在的颜色，它们只是假想的三基色，但是借助它们来计算各种实际颜色却十分方便。选择XYZ计色系统的目的就是为了克服RGB计色系统的缺点，因此，在确定基色量[X]、[Y]、[Z]时有一些特定的要求：

a)用配色方程F＝X[X]+Y[Y]+Z[Z]配色时，三个色系数均应为正值；

b)为便于计算，合成彩色光F的亮度应仅由Y[Y]项的系数Y决定，与X、Z值无关，且要求1[Y]的亮度即为11w。不过，合成光F的色度仍由X、Y、Z的比例关系决定。

c)X＝Y＝Z时，仍代表等能白光，且其光通量为11w。

根据这三点要求，可在RGB色度图上确定[X]、[Y]、[Z]的位置，如图2所示。

由图2可知，整个舌形图全部包含在由X、Y、Z连成的三角形内。另外，还可找出XYZ计色系统与RGB计色系统之间的关系，即XYZ计色系统中的三基色单位量[X]、[Y]、[Z]与RGB计色系统中的三基色单位量[R]、[G]、[B]的关系为

$\left[\begin{array}{c}\left[X\right]\\ \left[Y\right]\\ \left[Z\right]\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.4185& -0.0912& 0.0009\\ -0.1587& 0.2524& -0.0025\\ -0.0828& -0.0157& 0.1786\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\left[R\right]\\ \left[G\right]\\ \left[B\right]\end{array}\right]---\left(4\right)$

$\left[\begin{array}{c}\left[R\right]\\ \left[G\right]\\ \left[B\right]\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2.7690& 1.0000& 0.0000\\ 1.7513& 4.5907& -0.0565\\ 1.130& 0.0601& 5.5943\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\left[X\right]\\ \left[Y\right]\\ \left[Z\right]\end{array}\right]---\left(5\right)$

XYZ计色系统中的三色系数X、Y、Z与RGB计色系统中的三色系数R、G、B的关系为

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2.7689& 1.7518& 1.1302\\ 1.0000& 4.5907& 0.0601\\ 0.0000& 0.0565& 5.5943\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(6\right)$

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.4185& -0.1587& -0.0828\\ -0.0912& 0.2524& -0.0157\\ 0.0009& -0.0025& 0.1786\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(7\right)$

与RGB计色系统相仿，XYZ计色系统也可以引入相对色系数x、y、z，即：

$x=\frac{X}{m^{\′}}$

$y=\frac{Y}{m^{\′}}---\left(8\right)$

$z=\frac{Z}{m^{\′}}$

其中m’为色模，且：

m’＝X+Y+Z    (9)

由于x、y、z满足x+y+z＝1，故可用x-y直角坐标系表示各种彩色的色度，这样就得到了XYZ色度图或称x-y色度图。如图3所示。

图3中从380nm到780nm的谱色轨迹形成一条舌形曲线全部位于第一象限内，舌形曲线上的每一点对应于一种波长的谱色光。将380nm和780nm两点连接起来的连线是非谱色光，代表不同的(偏红或偏蓝)品色。从而得到一个封闭的舌形曲线，自然界中一切实际彩色的色度在舌形区内都有对应的坐标位置。其中：

a)E_白所处位置坐标为 $x=y=z=\frac{1}{3}.$

b)舌型曲线内任一点表示一种实色，其色度可由x，y计算得出，y代表亮度。

c)图中还同时标出了各种基准白的色度坐标位置。过E_白画一条直线交舌型线于M，N两点，则M，N为互补色，越靠近E_白饱和度越低。E_白为饱和度为0％的白色区域，舌形曲线边缘是饱和度为100％的各种谱色色调，中央到边缘是饱和度自0％向100％渐增的各种色调。

d)任两点连线上的所有点，表示这两种颜色所有的配色。

e)任何三种基色(如RGB三基色)的所有混色包含在这三点(如RGB三点)所包围的三角形内，包围面积越大，混色越丰富。

因为最终电视屏幕上呈现的彩色图像是由电视显像管中所用的红、绿、蓝荧光粉发光相加混色而成。所以，电视三基色就是显像三基色。

显像三基色的选取要考虑两方面：首先，三基色荧光粉的光色应尽可能接近物理三基色，以使显像三基色构成的彩色三角形的面积尽量大，即重现的色域尽量大；其次，所选三基色荧光粉的发光效率应足够高，以使彩色图像有足够高的亮度。

对于显像三基色，以混配出辐射功率为1瓦波长为λ的谱色光所需的三色系数r_e(λ)，g_e(λ)，b_e(λ)为分布色系数，所画出的三条曲线称为显像荧光粉的混色曲线。沿用对辐射功率为1光瓦波长为λ的同一谱色光，满足：

r_e(λ)(R_e)+g_e(λ)(G_e)+b_e(λ)(B_e)＝x(λ)(X)+y(λ)(Y)+z(λ)(Z)

对NTSC制荧光粉，推导后得出：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{r_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{g_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{b_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)\end{array}\right]---\left(10\right)$

以此公式计算后可作出显像三基色混色曲线如图4所示。

由图4可知，混色曲线上任一谱色光的r_e(λ)，g_e(λ)，b_e(λ)值中至少有一个为负值，这是因为在x-y色度图上谱色轨迹在荧光粉显像三基色组成的彩色三角形之外。

接下来，计算出色度图中每一点的YCrCb值：

a)将XYZ色度图中的x轴，y轴与电视机屏幕上的x方向，y方向对应起来。

具体说明：

1)设色度信号发生器的X方向和Y方向的彩色分辨率分别为：N_xresolution和N_yresolution，为计算方便，取N_xresolution＝256，N_yresolution＝144。

色度图在XY平面内的坐标区域设定为：

x：[A_x，B_x]

取A_x＝0，B_x＝0.8

y：[A_y，B_y]

取A_y＝0.1，B_y＝0.7

XY单位长度为：

$\mathrm{\Δx}=\frac{B_x-A_x}{N_{\mathrm{xresolution}}}=\frac{0.8-0}{256}=0.003125$

$\mathrm{\Δy}=\frac{B_y-A_y}{N_{\mathrm{yresolution}}}=\frac{0.7-0.1}{144}=0.004167$

2)XY的取值可以通过下式得到：

$x_i\underset{i=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{xresolution}}}{\→}\mathrm{\Δx}\×i=\frac{B_x-A_x}{N_x}\×i=\frac{0.8-0}{256}\×i=0.003125\×i$

$y_j\underset{j=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{yresolution}}}{\→}\mathrm{\Δy}\×j=\frac{B_y-A_y}{N_y}\×j=\frac{0.7-0.1}{144}\×j=0.004167\×j$

由式(10)和x+y+z＝1，可得

${\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]}_{(x_i,y_j)}=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_j\\ 1-x_i-y_j\end{array}\right]---\left(11\right)$

从而可得到R，G，B的值。

因此，只要给出坐标平面上各点的坐标(x，y)，就可以计算出这一点对应的RGB值。通过该值可以生成具体的彩色信号。

基于此，本发明是按照如下方式实现的：

一种用于电视的彩色信号发生方法，其步骤是：

1、计算所要检测的色彩对应的各个点的色度值，

2、将上述的色度值存储到相应的地址中，

3、将上述的色度值从相应的地址中读出，并生成标准的视频数据格式输入到电视机的输入端，即可完成电视机任意点彩色视频信号的检查与测试。

所述的用于电视的彩色信号发生方法，其对于色度值的计算，首先根据所要检测的色彩范围确定XYZ色度图中三角形大小，并将三角形以外的区域决定为黑色，其三个顶点的坐标点定为白色(或其它颜色)。接下来在所确定的三角形中任取数个坐标点，将所取坐标点和标准白点定为黑色，再通过之前所述的公式计算出三角形内各点的色度值。

所述的用于电视的彩色信号发生方法，其步骤二是将不同视频信号的各点Y、Cb、Cr分量值，放入相应的地址区域内。

上述的用于电视的彩色信号发生方法，其色度值的计算方式是：

a)将XYZ色度图中的x轴，y轴与电视机屏幕上的x方向，y方向对应起来。

具体说明：

设色度信号发生器的X方向和Y方向的彩色分辨率分别为：N_xresolution和N_yresolution，为计算方便，取N_xresolution＝256，N_yresolution＝144。

色度图在XY平面内的坐标区域设定为：

x：[A_x，B_x]

取A_x＝0，B_x＝0.8

y：[A_y，B_y]

取A_y＝0.1，B_y＝0.7

XY单位长度为：

$\mathrm{\Δx}=\frac{B_x-A_x}{N_{\mathrm{xresolution}}}=\frac{0.8-0}{256}=0.003125$

$\mathrm{\Δy}=\frac{B_y-A_y}{N_{\mathrm{yresolution}}}=\frac{0.7-0.1}{144}=0.004167$

XY的取值可以通过下式得到：

$x_i\underset{i=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{xresolution}}}{\→}\mathrm{\Δx}\×i=\frac{B_x-A_x}{N_x}\×i=\frac{0.8-0}{256}\×i=0.003125\×i$

$y_j\underset{j=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{yresolution}}}{\→}\mathrm{\Δy}\×j=\frac{B_y-A_y}{N_y}\×j=\frac{0.7-0.1}{144}\×j=0.004167\×j$

由式(10)和x+y+z＝1，可得

${\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]}_{(x_i,y_j)}=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_j\\ 1-x_i-y_j\end{array}\right]---\left(11\right)$

从而可得到R，G，B的值；

b)将R，G，B的值作γ校正

摄像管光电变换引起的γ失真，其值为γ₁＝0.95，显像管电光转换引起的γ失真，其值为γ₂＝2.8，选取

$\mathrm{\γ}=\frac{1.26}{{\mathrm{\γ}}_1\·{\mathrm{\γ}}_2}=0.474$

在实际的色度信号发生器中，选取的γ值为1/0.474＝2.11，取近似值为2；

c)将RGB的值进行γ校正并做数字化、归一化处理

1.数字化

首先，求出RGB的最大值R_max、G_max、B_max：

将C_白点的XY坐标值(0.316，0.316)代入(11)式，计算出C_白点所对应的R_白G_白B_白值：

R_白＝G_白＝B_白＝0.316＝1/3R_max＝1/3G_max＝1/3B_max，

所以有R_max＝G_max＝B_max＝0.948；

设R_d，G_d和B_d为传输后的RGB值，数字化后的R_d＝G_d＝B_d＝N_iesolution(这里设显示器的最高分辨率N_resolution＝256)，所以：

$R_{d\max }=G_{d\max }=B_{d\max }=\frac{N_{\mathrm{resolution}}}{256}=\frac{256}{0.948}=270$

2.γ校正并归一化、取整：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{intR}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intG}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intB}}_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\left[R_{\mathrm{\γ}}\right]\\ \left[G_{\mathrm{\γ}}\right]\\ \left[B_{\mathrm{\γ}}\right]\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{R_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\\ \left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{G_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\\ \left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{B_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\end{array}\right]\underset{\underset{N_x=256}{\mathrm{\γ}\≈2}}{\→}\left[\begin{array}{c}[256\×\sqrt{\frac{R_d}{256}}]\\ [256\×\sqrt{\frac{G_d}{256}}]\\ [256\×\sqrt{\frac{B_d}{256}}]\end{array}\right]$

d)计算YCrCb三个分量值：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_r\\ C_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.257& 0.504& 0.98\\ 0.439& -0.368& -0.071\\ -0.148& -291& 0.439\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{intR}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intG}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intB}}_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}16\\ 128\\ 128\end{array}\right]$

通过以上的各组公式就可以在给定一组坐标值的情况下计算出各点的Y、Cr、Cb值。

一种用于电视的彩色信号发生装置，其主要由存储器，可编程逻辑器件、视频编码芯片、视频解码芯片四个部分组成，其中存储器用来存储生成的彩色信号的数字视频图像数据；可编程逻辑器件是将存储器中的数据调用并生成为标准的视频格式，并调用相应视频编、解码芯片的寄存器数据，并将其写入视频编码芯片及视频解码芯片中，控制他们正常工作；视频编码芯片是将可编程逻辑器件产生的视频格式，转换为标准的复合视频信号及S-VIDEO格式信号输出；视频解码芯片则产生一组标准的分量信号输出，即Y输出信号，Cb输出信号以及Cr输出信号；可编程逻辑器件通过I²C总线与上述的存储器、视频编码芯片、视频解码芯片进行连接及数据的传输。

所述的用于电视的彩色信号发生装置，其还包括有微控制器，微控制器连接于可编程逻辑器件上，其主要作用就是控制指示灯，按照操作正常点亮，以指示工作状态。

所述的可编程逻辑器件是CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)芯片。

上述的CPLD芯片可用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片或DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)芯片等可编程逻辑器件代替。

本装置的数字视频流的产生是依据前面所描述的理论公式，计算出，然后以二进制的文件格式输出至存储器，最后，按照CCRI(国际无线电协商委员会)601标准取各点的值放入存储器中固定的区段即可。

使用时，只需将本装置的分量输出信号连接至电视机的分量输入端，即可在电视机屏幕上显示出一个彩色坐标图，以进行电视色彩还原与失真的检查和测试。

本发明与现有技术相比具有以下优点：CIE色度图中可以呈现我们肉眼所能看到的几乎所有的颜色，所以本发明的彩色信号发生装置可以产生电视常用的肤色、蓝天、草地等色彩区域的所有色彩，从而进行电视全色彩的检查和测试。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。

图1为RGB色度图，

图2为已确定[X]、[Y]、[Z]位置的RGB色度图，

图3为XYZ色度图，

图4为包括显像三基色混色曲线的XYZ色度图，

图5为本发明彩色信号发生器的硬件结构示意图，

图6为彩色信号数字视频流产生的流程图。

【具体实施方式】

显像三基色混色曲线如图4所示。

由图4可知，混色曲线上任一谱色光的r_e(λ)，g_e(λ)，b_e(λ)值中至少有一个为负值，这是因为在x-y色度图上谱色轨迹在荧光粉显像三基色组成的彩色三角形之外。

接下来，计算出色度图中每一点的YCrCb值：

e)将XYZ色度图中的x轴，y轴与电视机屏幕上的x方向，y方向对应起来。

具体说明：

3)设色度信号发生器的X方向和Y方向的彩色分辨率分别为：N_xresolution和N_yresolution，为计算方便，取N_xresolution＝256，N_yresolution＝144。

色度图在XY平面内的坐标区域设定为：

x：[A_x，B_x]

取A_x＝0，B_x＝0.8

y：[A_y，B_y]

取A_y＝0.1，B_y＝0.7

XY单位长度为：

$\mathrm{\Δx}=\frac{B_x-A_x}{N_{\mathrm{xresolution}}}=\frac{0.8-0}{256}=0.003125$

$\mathrm{\Δy}=\frac{B_y-A_y}{N_{\mathrm{yresolution}}}=\frac{0.7-0.1}{144}=0.004167$

4)XY的取值可以通过下式得到：

$x_i\underset{i=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{xresolution}}}{\→}\mathrm{\Δx}\×i=\frac{B_x-A_x}{N_x}\×i=\frac{0.8-0}{256}\×i=0.003125\×i$

$y_j\underset{j=1\mathrm{\Λ}{N}_{\mathrm{yresolution}}}{\→}\mathrm{\Δy}\×j=\frac{B_y-A_y}{N_y}\×j=\frac{0.7-0.1}{144}\×j=0.004167\×j$

由式(10)和x+y+z＝1，可得

${\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]}_{(x_i,y_j)}=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_j\\ 1-x_i-y_j\end{array}\right]---\left(11\right)$

从而可得到R，G，B的值。

因此，只要给出坐标平面上各点的坐标(x，y)，就可以计算出这一点对应的RGB值。

f)将R，G，B的值作γ校正

γ失真会引起彩色电视机的彩色失真和灰度失真。γ失真由摄像管的光电转换以及显象管的电光转换引起。所以在电路中要进行γ校正。

因为电视全彩色信号发生器相当于一个电视信号源，由于其电路中没有γ校正电路，所以要使信号源发出的信号重现时不产生γ失真，就需要信号源发出的信号带有γ校正信息。

摄象管光电变换引起的γ失真，其值为γ₁＝0.95，显象管电光转换引起的γ失真，其值为γ₂＝2.8。理论上我们选取的γ值应为：

$\mathrm{\γ}=\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_1\·{\mathrm{\γ}}_2}=0.376$

实际情况中，显象管有一定的底色亮度及外来光照射，会降低图像的灰度对比，再加上人们比较喜欢对比度大的图像，因为可以得到较为鲜艳的色彩，因此一般采用系统的γ值为1.26，所以最终我们选取的

$\mathrm{\γ}=\frac{1.26}{{\mathrm{\γ}}_1\·{\mathrm{\γ}}_2}=0.474$

在实际的色度信号发生器中，选取的γ值为1/0.474＝2.11，取近似值为2。

g)将RGB的值进行γ校正并做数字化、归一化处理

1.数字化

首先，求出RGB的最大值R_max、G_max、B_max：

将C_白点的XY坐标值(0.316，0.316)代入(11)式，计算出C_白点所对应的R_白G_白B_白值：

R_白＝G_白＝B_白＝0.316＝1/3R_max＝1/3G_max＝1/3B_max，

所以有R_max＝G_max＝B_max＝0.948。

设R_d，G_d和B_d为传输后的RGB值，数字化后的R_d＝G_d＝B_d＝N_resolution(这里设显示器的最高分辨率N_resolution＝256)，所以：

$R_{d\max }=G_{d\max }=B_{d\max }=\frac{N_{\mathrm{resolution}}}{256}=\frac{256}{0.948}=270$

2.γ校正并归一化、取整：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{intR}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intG}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intB}}_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\left[R_{\mathrm{\γ}}\right]\\ \left[G_{\mathrm{\γ}}\right]\\ \left[B_{\mathrm{\γ}}\right]\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{R_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\\ \left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{G_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\\ \left[N_{\mathrm{resolution}}\sqrt[\mathrm{\γ}]{\frac{B_d}{N_{\mathrm{resolution}}}}\right]\end{array}\right]\underset{\underset{N_x=256}{\mathrm{\γ}\≈2}}{\→}\left[\begin{array}{c}[256\×\sqrt{\frac{R_d}{256}}]\\ [256\×\sqrt{\frac{G_d}{256}}]\\ [256\×\sqrt{\frac{B_d}{256}}]\end{array}\right]$

h)计算YCrCb三个分量值：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_r\\ C_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.257& 0.504& 0.98\\ 0.439& -0.368& -0.071\\ -0.148& -291& 0.439\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{intR}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intG}}_{\mathrm{\γ}}\\ {\mathrm{intB}}_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}16\\ 128\\ 128\end{array}\right]$

通过以上的各组公式就可以在给定一组坐标值的情况下计算出各点的YCrCb值。

本发明彩色信号器的较佳实施方式的硬件结构如图5所示，主要由存储器10、20，CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)芯片30、视频编码芯片40、视频解码芯片50和微控制器60五个部分组成。各部分的主要功能为：存储器10、20用来存储彩色信号的数字视频图像数据；CPLD芯片30的作用是将存储器10、20中的数据调用并生成为标准的ITU 656视频格式，即8位的YUV数据流，并且产生一组标准的I²C总线，从存储器10、20中调用相应编、解码的寄存器数据，并将其写入视频编码芯片40及视频解码芯片50中，控制他们正常工作；视频编码芯片40的作用是将CPLD芯片30产生的656格式，转换为标准的复合视频信号71及S-VIDEO格式信号73输出；视频解码芯片50的作用是产生一组标准的分量信号输出，即Y输出信号75，Cb输出信号77以及Cr输出信号79；微控制器60的主要作用就是控制指示灯，按照操作正常点亮。

在本发明的其他实施方式中，可以将CPLD芯片30用FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片或DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)芯片等可编程逻辑器件代替。

存储器10、20中的数字视频数据是通过C语言程序产生并写入的，其中的二进制数就是本彩色数字视频色度图图形各点的Y、Cb、Cr分量值。

本装置的数字视频流的产生是依据前面所描述的理论公式，在一电脑中(图未示)通过C语言计算出不同视频信号的各点Y、Cb、Cr分量值，放入相应的地址区域内，然后以二进制的文件格式输出至存储器10、20。其流程图如图6所示：首先根据所要检测的色彩范围确定XYZ色度图中三角形大小，并将三角形以外的区域决定为黑色，其三个顶点的坐标点定为白色(或其它颜色)。接下来在所确定的三角形中任取数个坐标点，将所取坐标点和标准白点定为黑色，再通过之前所述的公式计算出三角形内各点的色度值。最后，按照CCRI(国际无线电协商委员会)601标准取各点的值放入存储器10、20中固定的区段即可。使用时，只需将本装置的分量输出信号连接至电视机的分量输入端，即可在电视机屏幕上显示出一个彩色坐标图，以进行电视色彩还原与失真的检查和测试。

Claims (4)

1、一种用于电视的彩色信号发生方法，其特征在于彩色信号的发生步骤是：

a、计算所要检测的色彩对应的各个点的色度值，

b、将上述的色度值存储到相应的地址中，

c、将上述的色度值从相应的地址中读出，并生成标准的视频数据格式输入到电视机的输入端，即可完成电视机任意点彩色视频信号的检查与测试；

对于色度值的计算，首先根据所要检测的色彩范围确定XYZ色度图中三角形大小，并将三角形以外的区域设定为黑色，其三个顶点的坐标点定为白色，接下来在所确定的三角形中任取数个坐标点，将所取坐标点和标准白点定为黑色，再通过计算算出三角形内各点的色度值。

2、如权利要求1所述的用于电视的彩色信号发生方法，其特征在于其步骤b是将不同彩色信号的各点Y、Cb、Cr分量值，放入相应的地址区域内。

3、如权利要求1所述的用于电视的彩色信号发生方法，其特征在于其色度值的计算方式是：

1)将XYZ色度图中的x轴，y轴与电视机屏幕上的x方向，y方向对应起来，从而得到欲在电视机屏幕上显示的R、G、B的值；

2)将R，G，B的值作γ校正；

3)对γ校正后的RGB值进行数字化、归一化处理，计算出各点的Y、Cr、Cb值。

4、如权利要求3所述的用于电视的彩色信号发生方法，其色度值的计算方式是：

所述将XYZ色度图中的x轴，y轴与电视机屏幕上的x方向，y方向对应起来，具体说明：

设色度信号发生器的X方向和Y方向的彩色分辨率分别为：N_xresolution和N_yresolution，为计算方便，取N_xresolution＝256，N_yresolution＝144。

色度图在XY平面内的坐标区域设定为：

x：[A_x，B_x]

取A_x＝0，B_x＝0.8

y：[A_y，B_y]

取A_y＝0.1，B_y＝0.7

XY单位长度为：

$\mathrm{\Δx}=\frac{B_x-A_x}{N_{\mathrm{xresolution}}}=\frac{0.8-0}{256}=0.003125$

$\mathrm{\Δy}=\frac{B_y-A_y}{N_{\mathrm{yresolution}}}=\frac{0.7-0.1}{144}=0.004167$

XY的取值可以通过下式得到：

而对NTSC制荧光粉有：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{r_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{g_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{b_e}\left(\mathrm{\λ}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\\ \stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)\end{array}\right]---\left(10\right)$

由式(10)和x+y+z＝1，可得

${\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]}_{(x_i,y_j)}=\left[\begin{array}{ccc}1.910& -0.532& -0.288\\ -0.985& 1.999& -0.028\\ 0.058& -0.118& 0.897\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_j\\ 1-x_i-y_j\end{array}\right]---\left(11\right)$

从而可得到R，G，B的值；

所述将R，G，B的值作γ校正

摄像管光电变换引起的γ失真，其值为γ₁＝0.95，显像管电光转换引起的γ失真，其值为γ₂＝2.8，选取

$\mathrm{\γ}=\frac{1.26}{{\mathrm{\γ}}_1\·{\mathrm{\γ}}_2}=0.474$

在实际的色度信号发生器中，选取的γ值为1/0.474＝2.11，取近似值为2；

所述将RGB的值进行γ校正并做数字化、归一化处理

A.数字化

首先，求出RGB的最大值R_max、G_max、B_max：

将C_白点的XY坐标值(0.316，0.316)代入(11)式，计算出C_白点所对应的R_白G_白B_白值：

R_白＝G_白＝B_白＝0.316＝1/3R_max＝1/3G_max＝1/3B_max，

所以有R_max＝G_max＝B_max＝0.948；

设R_d，G_d和B_d为传输后的RGB值，数字化后的R_d＝G_d＝B_d＝N_resolution，这里设显示器的最高分辨率N_resolution＝256，所以：

$R_{d\max }=G_{\max }=B_{d\max }=\frac{N_{\mathrm{resolution}}}{R_{\max }}=\frac{256}{0.948}=270$

B.γ校正并归一化、取整：

C、计算YCrCb三个分量值：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ C_r\\ C_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.257& 0.504& 0.98\\ 0.439& -0.368& -0.071\\ -0.148& -291& 0.439\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{int}{R}_{\mathrm{\λ}}\\ \mathrm{int}{G}_{\mathrm{\λ}}\\ \mathrm{int}{B}_{\mathrm{\λ}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}16\\ 128\\ 128\end{array}\right]$

通过以上的各组公式就可以在给定一组坐标值的情况下计算出各点的Y、Cr、Cb值。

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