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一、视频图像相关的基本概念

一、视频图像相关的基本概念

作者: LucXion | 来源:发表于2023-05-21 12:37 被阅读0次

图像输出设备的规格不同,色彩空间也不同,相同的图像在不同的设备上的输出可能有差异。比如一个使用RGB色彩空间的PNG图像可能在计算机屏幕上显示为鲜艳的颜色,但在印刷时可能会失去一些颜色饱和度。而一个使用CMYK色彩空间的PNG图像可能在印刷时显示得更加准确,但在计算机屏幕上可能会失去一些颜色饱和度。
有人反馈偏色问题时可以优先考虑是色彩空间的差异导致的,需要调整视频格式(Video Format)、色彩原色(Colour primaries)、转换特性(Transfer characteristics)和矩阵系数(Matrix coefficients)等颜色空间扩展参数
图像以数字的形式存储,每个像素一组数字

像素:图像中的最小可操作单元,每个像素对应屏幕上的一个物理点。
分辨率:一张分辨率为1920x1080的数字图片就有1920个像素宽和1080个像素高。像素数量越多,图像分辨率就越高,图像也就越清晰。

颜色表示:YUV、RGB、HSL、HSV、GRAY

1. GRAY:灰度模式,应用与黑白电视,每个像素点占8位,单通道,全值域0-255表示灰度,0为黑,255最亮,在352 * 255分辨率下,一帧图像所占的内存空间为:352x288x1 = 101376B

2. YUV:Y、U、V三通道,Y表示亮度,U、V表示颜色,一般每个像素点平均低于24位。A:B:C表示法

YCbCr 4:4:4 > 每个像素点Y、U、V取样1:1:1,共24位
YCbCr 4:2:0 > 每2x2像素中, Y取4个,U、V各取1个,4个像素共6个字节
YCbCr 4:2:2 > 每2个像素,Y取2,U、V各取1,共4字节,在352 * 255分辨率下,一帧图像所占的内存空间为:352x288/2 * 4 = 202752 B
YCbCr 4:1:1 > 每4个像素,Y取4,U、V各取1,每一帧内存大小跟4:2:0一样,但数字的排序不一样

YUV是一种模拟视频编码中使用的颜色空间
YCbCr则是一种数字视频编码中使用的颜色空间

YUV三通道各自生成图片

3. RGB 三原色光模式,红、绿、蓝三通道
一般是每象素 24 位编码的全值域的 RGB 值,但和YUV一样,根据色度分量的定义方式不同,也有一些细分。

16位RGB:红、蓝各占5位,绿色占6位,因为人眼对绿色较敏感
32位RGB:四通道,每条通道占8位,除了红绿蓝,还有透明度通道8位。

数字视频的 RGB 不是全值域的。视频 RGB 有比例和偏移量的约定,即 (16, 16, 16)是黑色,(235, 235, 235)是白色。

HSL 与 HSV 是将 RGB 色彩模型中的点放在圆柱坐标系中的表示法,在视觉上会比 RGB 模型更加直观。

HSL,就是色相(Hue)、饱和度( Saturation)、亮度( Lightness)。
HSV 是色相(Hue)、饱和度( Saturation)和明度(Value)。
色相(H)是色彩的基本属性,就是平常我们所说的颜色名称,如红色、黄色等;
饱和度(S)是指色彩的纯度,越高色彩越纯,低则逐渐变灰,取 0~100% 的数值;
明度(V)和亮度(L),同样取 0~100% 的数值。

视频逐行、隔行扫描
隔行扫描(Interlaced):同一张图片刷两次,交换扫描偶数行、奇数行。占用带宽较小,图像会显示条纹。

隔行扫描

逐行扫描(Progressive):从上至下扫描每帧,因极阴射线荧光衰减,视频可能出现闪烁。

帧率
不同时代的设备,不同场景的视频显示设备,刷新的能力也不同,所以针对不同的场景也出现了很多种标准,例如:
NTSC 标准的帧率是 30000/1001,大约为 29.97 fps;
PAL 标准的帧率是 25/1,为 25 fps;
QNTSC 标准的帧率是 30000/1001,大约为 29.97 fps;
QPAL 标准的帧率是 25/1,为 25 fps;
SNTSC 标准的帧率是 30000/1001,大约为 29.97 fps;
SPAL 标准的帧率是 25/1,为 25 fps;
FILM 标准的帧率是 24/1,为 24 fps;
NTSC-FILM 标准的帧率是 24000/1001,大约为 23.976 fps。

NTSC制式的标准中,每个视频帧由两个场组成,每个场包含262.5条扫描线。其中,亮度信号采样频率为每条扫描线上的样本数为858,每秒钟的采样频率为29.97Hz;而色度信号采样频率为每条扫描线上的样本数为429,每秒钟的采样频率为59.94Hz。这样可以使得亮度和色度信号的频率比例接近4:3,从而减少失真色差的影响。
当亮度和色度信号的频率比例接近4:3时,它们的频率比例就能够更好地匹配,从而减少失真色差的影响。这是因为亮度和色度信号的频率比例接近4:3时,它们之间的相对偏移量较小,更容易被人眼所接受。

分辨率

即使视频源输出的分辨率为1080p,电视机本身也不一定具有1920×1080的物理分辨率,只是把1920×1080的图像经过处理降低到电视实际的物理分辨率后,显示出来。1080P和1080i的区别就在于前者使用的是逐行扫描,后者使用的是隔行扫描。

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