視頻基礎知識

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多媒體的應用已經深入人們生活,視頻會議已經成爲工作會議、教學中重要的手段之一。高清電視、高清視訊也是現在人們茶餘飯後的談資,那麼什麼是高清的標準?什麼是高清的分辨率?計算機行業中的顯示器與電視行業中的分辨率有什麼區別?爲什麼視頻會議、數字電視在圖像採樣上採用子採樣的方式?高清視頻會議和高清電視是怎麼統一起來的?本文就爲你解開視頻的層層面紗,深入瞭解視頻會議的基礎知識。

1 逐行掃描與隔行掃描

隔行(interlaced)和逐行(progressive)都是CRT時代顯示器的水平掃描方式。CRT的每一幀畫面都通過電器槍自上而下的掃描來完成。這一過程中,如果逐一完成每一條水平掃描線,就稱作逐行掃描。如果先掃描所有奇數掃描線,再完成偶數掃描線,就是隔行掃描,每一幀(Frame)圖像通過兩場(Filed)掃描完成,第一場只掃描奇數行,第二場只掃描偶數行。

             圖1 隔行掃描(左圖是奇數場,右圖是偶數場)

           圖2 逐行掃描

進入到數字時代,雖然採用液晶、等離子等數字技術的電視機本身不再採用CRT掃描顯示方式,但是隔行和逐行卻仍然成爲高清信號的兩種格式。經常見到的720p、1080i、1080p中的P就是指逐行掃描,I指隔行掃描。

逐行掃描和隔行掃描的特點:

  • 逐行掃描的圖像畫面平滑、無閃爍;
  • 隔行掃描行間閃爍比較明顯、會造成鋸齒現象,它們是由組成單一幀的兩個視場間的相對位移造成的;
  • 隔行掃描是一種壓縮方式,用幀週期一半的時間,通過偏置兩個視場來組建一幀,減少了一半需要傳輸或儲存的信息量;對於未被壓縮的隔行高清晰度視頻,這個數據產生速度大約是前面的兩倍。

圖3 逐行掃描與隔行掃描圖像質量對比

2 顏色空間

2.1 光和顏色

可見光是波長在380 nm~780 nm 之間的電磁波,我們看到的大多數光不是一種波長的光,而是由許多不同波長的光組合成的。如果光源由單波長組成,就稱爲單色光源。該光源具有能量,也稱強度。實際中,只有極少數光源是單色的,大多數光源是由不同波長組成,每個波長的光具有自身的強度。這稱爲光源的光譜分析。

顏色是視覺系統對可見光的感知結果。研究表明,人的視網膜有對紅、綠、藍顏色敏感程度不同的三種錐體細胞。紅、綠和藍三種錐體細胞對不同頻率的光的感知程度不同,對不同亮度的感知程度也不同。

自然界中的任何一種顏色都可以由R,G,B 這3 種顏色值之和來確定,以這三種顏色爲基色構成一個RGB 顏色空間,基色的波長分別爲700 nm(紅色)、546.1nm(綠色)和435.8 nm(藍色)。

顏色=R(紅色的百分比)+G(綠色的百分比)+B(藍色的百分比),只要其中一種不是由其它兩種顏色生成,可以選擇不同的三基色構造不同的顏色空間。

圖4 顏色構成原理

2.2 顏色的度量

圖像的數字化首選要考慮到如何用數字來描述顏色。國際照明委員會CIE(International Commission on Illumination )對顏色的描述作了一個通用的定義,用顏色的三個特性來區分顏色。這些特性是色調,飽和度和明度,它們是顏色所固有的並且是截然不同的特性。
    色調(hue)又稱爲色相,指顏色的外觀,用於區別顏色的名稱或顏色的種類。色調用紅、橙、黃、綠、青、藍、靛、紫等術語來刻畫。用於描述感知色調的一個術語是色彩(colorfulness)。
    飽和度(saturation)是相對於明度的一個區域的色彩,是指顏色的純潔性,它可用來區別顏色明暗的程度。完全飽和的顏色是指沒有滲入白光所呈現的顏色,例如僅由單一波長組成的光譜色就是完全飽和的顏色。
    明度(brightness)是視覺系統對可見物體輻射或者發光多少的感知屬性。它和人的感知有關。由於明度很難度量,因此國際照明委員會定義了一個比較容易度量的物理量,稱爲亮度(luminance) 來度量明度,亮度(luminance)即輻射的能量。明度的一個極端是黑色(沒有光),另一個極端是白色,在這兩個極端之間是灰色。
    光亮度(lightness)是人的視覺系統對亮度(luminance)的感知響應值,光亮度可用作顏色空間的一個維,而明度(brightness)則僅限用於發光體,該術語用來描述反射表面或者透射表面。

2.3 顏色空間

顏色空間是表示顏色的一種數學方法,人們用它來指定和產生顏色,使顏色形象化。顏色空間中的顏色通常使用代表三個參數的三維座標來指定,這些參數描述的是顏色在顏色空間中的位置,但並沒有告訴我們是什麼顏色,其顏色要取決於我們使用的座標。

從技術上角度區分,顏色空間可考慮分成如下三類:

Ø         RGB 型顏色空間/計算機圖形顏色空間:這類模型主要用於電視機和計算機的顏色顯示系統。例如,RGB,HSI, HSL 和HSV 等顏色空間。

Ø         XYZ 型顏色空間/CIE 顏色空間:這類顏色空間是由國際照明委員會定義的顏色空間,通常作爲國際性的顏色空間標準,用作顏色的基本度量方法。例如,CIE 1931 XYZ,L*a*b,L*u*v 和LCH 等顏色空間就可作爲過渡性的轉換空間。

Ø         YUV 型顏色空間/電視系統顏色空間:由廣播電視需求的推動而開發的顏色空間,主要目的是通過壓縮色度信息以有效地播送彩色電視圖像。例如,YUV,YIQ,ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr 和SMPTE-240M Y'PbPr 等顏色空間。

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