中国大陆使用的彩色电视制式是（29）制式，这种制式的彩色全电视信号使用的颜色模型是..

2017年上半年上午试卷综合知识

第 29 题


知识点	颜色空间的表示信号
关键词	电视信号颜色模型颜色
章/节	多媒体图形图像的处理与编辑

中国大陆使用的彩色电视制式是（29）制式，这种制式的彩色全电视信号使用的颜色模型是（30）。

A. NTSC

B. PAL

C. YIQ

D. SECAM

相关试题颜色空间

第41题

2012年上半年

彩色印刷技术使用CMYK颜色模型，青色油墨印刷在白纸上，在蓝光环境下看上去是(40)颜色，在红光环境下看上去是（41）颜色。

第49题

2012年上半年

模拟彩色电视制式中，(48)制式的场扫描频率为50场/秒。NTSC制式的电视信号帧速率为（49），通常胶片电影的快门速率为（50）。

第28题

2015年上半年

以下颜色模型中适用于彩色印刷的是(28)颜色模型，它属于(29)模型。黄色油墨印在白纸上，在绿光下看上去是(30)色，在蓝光下看上去是(31)颜色。

知识点讲解

· 颜色空间的表示

· 信号

颜色空间的表示

颜色空间是颜色集合的数学表示。颜色空间的表示方法有很多，最常用的颜色模型有：RGB、CMYK、YIQ、YUV、YCbCr、HSI、HSV。

①RGB颜色空间。

RGB颜色空间是最常用的一种颜色表示方法，任何一种颜色都可以利用红（Red）、绿（Green）和蓝（Blue）三种颜色混合而成，公式如下。

C=a×R+b×G+c×B

其中，C表示任何一种颜色，a、b、c是系数，需满足a, b, c均大于0且a+b+c=1。

在计算机系统中，通常利用1字节的整数表示RGB所占的系数分量，常见的一些颜色系数分量如下表所示。

常见颜色的系数分量表

RGB颜色空间主用应用于彩色显示器、计算机图形学等领域。CRT显示器利用RGB三种颜色的电子枪投射到屏幕上形成彩色图像。LCD显示器的每个单元格前面都有RGB三个过滤器，当光线通过单元格时就可以在屏幕上显示出彩色图像。另外，在计算机图形学中，RGB颜色空间可以简化系统的构架与设计，所以通常被采用。

②CMYK颜色空间。

CMY分别是指青色（Cyan）、洋红色（Magenta）、黄色（Yellow），这三种颜色分别是RGB三种颜色的互补色，即如果两种颜色混合后形成中性的灰黑色，则这两种色彩为互补色。

CMYK颜色空间主要用于印刷，也称印刷色彩模式。从理论上来说，印刷只需要CMY三种油墨就足够了，它们加在一起就能得到黑色，但是由于目前的制造工艺还不能制造出高纯度的油墨，CMY相加的实际结果是暗红色，因此还需要加入一种专门的黑墨（Black）进行调和。

CMYK和RGB相比有一个很大的不同：RGB模式是一种发光的色彩模式，在黑暗的房间内仍然可以看见屏幕上的内容，这是因为屏幕本身可以发光；CMYK是一种依靠反光的色彩模式，CMYK颜色模式的基础并不是增加光线，而是减去光线。人们是怎样阅读报纸的呢？这是由于阳光或灯光照射到报纸上再反射到人们的眼中，因此人们才能看到内容，它需要外界光源，而在黑暗的房间内人们是无法阅读报纸的。所以RGB又称加色模型，而CMYK则称为减色模型。

③YUV、YIQ和YCrCb颜色空间。

发明电视以后，为了更有效地压缩图像的数据量以充分利用传输通道的带宽或节省存储空间，人们开发了许多颜色空间，如模拟PAL和SECAM彩色电视制式采用的YUV颜色空间，NTSC彩色电视制式采用的YIQ颜色空间，数字电视系统采用的YCrCb颜色空间。这些颜色空间都需要把用RGB颜色空间表示的电视图像转换成用其他颜色空间表示的图像。

在YUV颜色空间中，Y表示亮度，也就是灰度值，U和V表示色差。亮度是通过RGB输入信号建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。色差信号的作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

YIQ颜色空间的参数值与YUV相似，Y表示明亮度，I和Q表示色差。所不同的是，Q、I正交坐标轴与U、V正交坐标轴之间有33°的夹角。

YCrCb是从YUV颜色空间派生的一个颜色空间，主要用于数字电视系统。其中，Y仍表示明亮度，Cr反映了RGB输入信号的红色部分与RGB信号亮度值之间的差异，Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

电视系统所采用的颜色空间的主要优点有两个：一是亮度信号和色度信号相互独立，即Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号（以YUV颜色空间为例）构成的两幅单色图是相互独立的，这就使得人们可以对YUV三个信号分别进行编码，也使得彩色电视信号和黑白电视信号可以相互兼容；二是可以利用人眼的特性降低数字彩色图像所需要的存储容量，由于人眼对色彩细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，所以可以把色彩分量的分辨率降低而不明显影响图像的质量。

④HSI和HSV颜色空间。

此类颜色空间是从人的视觉系统出发的，利用色调（hue）、颜色饱和度（saturation）和明亮度（intensity或value）描述色彩。色调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征；饱和度是指颜色的纯度，即掺入白光的程度，表示颜色的深浅程度；明亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关，主要表现光的强和弱。

HSI和HSV颜色空间的差异在于亮度分量（I或V）的计算方式。HSI颜色空间适合传统的图像处理函数，如卷积、均化、直方图等，可以通过处理亮度值实现这些操作，因为亮度I对R、G、B值的依赖程度是一样的。HSV颜色空间适合处理色度和饱和度，因为它可以使饱和度具有更大的动态取值范围。HSV使用单六角锥的颜色模型，HSI使用双六角锥的颜色模型。

由于HSI和HSV颜色空间在设计及颜色感知和解释的方式上与人很接近，因此人们在手动指定颜色值时会经常使用它们，例如在图像设计软件Photoshop中。

⑤CIE色度模型。

RGB颜色模型采用物理三基色，其物理意义非常清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型，即每一种设备（包括人眼、扫描仪、监视器和打印机等）使用RGB模型时都有不太相同的定义，这就造成这些设备之间的颜色不能相互通用。

为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月，国际照明委员会（Commission Internationale de L'Eclairage, CIE）在英国召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家在RGB模型的基础上创建了一个新的颜色系统——CIE XYZ。在CIE XYZ色彩空间中，三刺激值并不是真正的红色、绿色和蓝色，而是从红色、绿色和蓝色导出来的参数，近似对应于红色、绿色和蓝色。CIE 1931色度图如下图所示，横坐标表示红色分量，纵坐标表示绿色分量。环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色（或称光谱色）光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色也在色度图的舌形曲线上。

CIE 1931色度图

1976年，CIE又召开了一次具有重要意义的会议，在该会议上规定了两种颜色空间：一种是用于自照明的颜色空间，称为CIE LUV；另一种是用于非自照明的颜色空间，称为CIE 1976L^*a^*b^*，或称CIE LAB。CIE LUV是由CIE XYZ空间简单变换得到的，具有视觉统一性。CIE LAB系统使用的坐标称为对色坐标（opponent color coordinate），如下图所示。CIE LAB使用b^*、a^*和L^*坐标轴定义CIE颜色空间，其中L^*代表光亮度，其值为0（黑色）～100（白色），b^*和a^*代表色度坐标，其中a^*代表红-绿轴，b^*代表黄-蓝轴，它们的值为0～10。a^*=b^*=0表示无色，因此L^*代表从黑到白的比例系数。

CIE 1976 LAB颜色空间图

信号

任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间，可以通过相互发送信号的方式，来协调它们之间的运行步调。

所谓的信号，指的是系统给任务的一个指示，表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部（如其他的任务、硬件或定时器），也可能来自于内部（如执行指令出错）。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR（Asynchronous Signal Routine），与中断服务程序不同的是，ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候，如果它收到了一个信号，将暂停执行当前的指令，转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换，因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。

信号机制与中断处理机制非常相似，但又各有不同。它们的相同点是：

.都具有中断性：在处理中断和异步信号时，都要暂时地中断当前任务的运行；

.都有相应的服务程序；

.都可以屏蔽响应：外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽，任务也能够选择不对异步信号进行响应。

信号机制与中断机制的不同点是：

.中断是由硬件或特定的指令产生，而信号是由系统调用产生；

.中断触发后，硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行；而信号则通过发送信号的系统调用来触发，但系统不一定马上对它进行处理；

.中断处理程序是在系统内核的上下文中运行，是全局的；而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行，是任务的一个组成部分。

实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞，可能出现优先级反转的现象，即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时，高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞，问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务，导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。

一个优先级反转的示例

如上图所示，系统存在任务1、任务2、任务3（优先级从高到低排列）和资源R。某时，任务1和任务2都被阻塞，任务3运行且占用资源R。一段时间后，任务1和任务2相继就绪，任务1抢占任务3运行，由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3，任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R，因此任务1一直被阻塞。极端情况下，任务1永远无法运行，处于饿死状态。

解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。

优先级继承协议

L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol，PIP）。

PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用，而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是：当低优先级任务正在使用资源，高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时，低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别，保证低优先级任务继续使用当前资源，以尽快完成访问，尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行，从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中，继承了高优先级任务的优先级，所以该协议被称作优先级继承协议。

由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时，优先级继承才会发生，在此之前，高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行，所以优先级继承协议不能防止死锁，而且阻塞是可以传递的，会形成链式阻塞。另外，优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下，一个需要μ个资源，并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min（μ，v）次。

优先级冲顶协议

J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议（Priority Ceiling Protocol，PCP）。

PCP协议扩展了PIP协议，能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的，每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值，等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻，当前系统冲顶值（current priority ceiling）等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问，则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时，只有其优先级高于当前系统冲顶值，或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源，否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。

已经证明，PCP协议的执行规则能防止死锁，但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞（Priority ceiling blocking）。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞，而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞（avoidance blocking），意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此，在PCP协议下，每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后，能静态分析和确定任务之间的资源竞争，计算出任务可能经历的最大阻塞时间，从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下，高优先级任务被阻塞时会放弃处理器，因此，访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。

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