数字视频的基本概念 数字视频光端机的概念

作者&投稿:荤晓 2024-06-30
4K超高清数字电影的定义

4K分辨率即3840x2160或4096×2160的像素分辨率,它是2K投影机和高清电视分辨率的4倍,属于超高清分辨率。在此分辨率下,观众将可以看清画面中的每一个细节,每一个特写。影院如果采用惊人的4096×2160像素,因此无论在影院的哪个位置,观众都可以清楚的看到画面的每一个细节,影片色彩鲜艳、文字清晰锐丽,再配合超真实音效。1080p 能够显示的有效像素为2,073,600(1920×1080),Quad Full HD 能够显示的有效像素为8,294,400(3840×2160),4K 至少能提供近千万像素的显示品质,显示细腻度为 1080p 的 4 倍以上。4K 分辨率(4K Resolution)是一种新兴的数字电影及数字内容的解析度标准,4k 的名称得自其横向解析度约为 4000 像素(pixel),电影行业常见的 4K 分辨率包括 Full Aperture 4K(4096 x 3112)、Academy 4K(3656 × 2664)等多种标准。4K超高清数字电影是指分辨率为4096×2160的数字电影,即横向有4千个像素点,是分辨率最高的数字电影。目前国内大多数的数字电影是2K的,分辨率为2048×1080,还有部分数字电影是1.3K(1280×1024)的,而所谓有农村电影放映的是0.8K(1024×768)的。真正意义上的4K电影由4K摄像机拍摄,用4K放映机放映。还有的4K电影是由35mm胶片拍摄的,再转成4K的数字格式。由于胶片电影的分辨率与4K大致相当或者会略好,故转录之后也能保证电影的清晰度。对于主流的家电而言,他们更倾向于制造接近 4K 的 Quad Full HD(3840×2160)设备,因为这个分辨率标准的显示比例为 16:9,与消费者接受的观看比例比较接近。而实际达到4k技术的代表芯片为西格玛的sigma8756,SMP8756芯片系统将把拥有高处理能力的ARMCortex A9 CPU的HEVC(H.265)压缩标准和ARM Mali 400 GPU结合起来,从而提供独一无二的操作能力和用户体验以及画面质量。SMP8750系列芯片系统支持HEVC(H.265)的第十等级,允许处理多达10位色采样。

① 数字视频质量越高数据量越大

视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像,因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处,但是运动的视频还有其自身的特性,因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念: 帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系,所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。
采用帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值(Frame differencing)算法是一种典型的时间压缩法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。 如果使用数字视频,需要考虑的一个重要因素是文件大小,因为数字视频文件往往会很大,这将占用大量硬盘空间。解决这些问题的方法是压缩—让文件变小。
使用文本文件,大小问题就显得不那么重要了,因为这样的文件充满了“空格”,可以大幅度压缩—一个文本文件至少可以压缩 90%,压缩率是相当高的(压缩率是指已压缩数据与未压缩数据之比值)。其他类型的文件,如 MPEG 视频或 JPEG 照片几乎无法压缩,因为它们是用非常紧密的压缩格式制成的。 数字视频之所以需要压缩,是因为它原来的形式占用的空间大得惊人。视频经过压缩后,存储时会更方便。数字视频压缩以后并不影响作品的最终视觉效果,因为它只影响人的视觉不能感受到的那部分视频。例如,有数十亿种颜色,但是我们只能辨别大约 1024 种。因为我们觉察不到一种颜色与其邻近颜色的细微差别,所以也就没必要将每一种颜色都保留下来。还有一个冗余图像的问题—如果在一个 60 秒的视频作品中每帧图像中都有位于同一位置的同一把椅子,有必要在每帧图像中都保存这把椅子的数据吗?
压缩视频的过程实质上就是去掉我们感觉不到的那些东西的数据。标准的数字摄像机的压缩率为 5 比 1,有的格式可使视频的压缩率达到 100 比 1。但过分压缩也不是件好事。因为压缩得越多,丢失的数据就越多。如果丢弃的数据太多,产生的影响就显而易见了。过分压缩的视频会导致无法辨认。
压缩视频的时候,请始终尝试几种压缩设置。目的是尽可能将数据压缩到最小,当数据丢失到从画面中能够明显看到时,再将压缩率稍微向回调一点儿。这样就可以在文件大小和画面质量之间达到最佳平衡。不要忘记,每个视频作品都各不相同—有些视频经过高度压缩后看上去仍不错,有些却不是,所以您需要通过试验才能得到最好的效果。 位速是指在一个数据流中每秒钟能通过的信息量。您可能看到过音频文件用 “128–Kbps MP3” 或 “64–Kbps WMA” 进行描述的情形。Kbps 表示 “每秒千比特数”,因此数值越大表示数据越多:128–Kbps MP3 音频文件包含的数据量是 64–Kbps WMA 文件的两倍,并占用两倍的空间。(不过在这种情况下,这两种文件听起来没什么两样。原因是什么呢?有些文件格式比其他文件能够更有效地利用数据,64–Kbps WMA 文件的音质与 128–Kbps MP3 的音质相同。)需要了解的重要一点是,位速越高,信息量越大,对这些信息进行解码的处理量就越大,文件需要占用的空间也就越多。
为项目选择适当的位速取决于播放目标:如果您想把制作的 VCD 放在 DVD 播放器上播放,那么视频必须是 1150 Kbps,音频必须是 224 Kbps。典型的 206 MHz Pocket PC 支持的 MPEG 视频可达到 400 Kbps—超过这个限度播放时就会出现异常。 可以用多种不同的方法和策略压缩数字媒体文件,使之达到便于管理的大小。下面是几种最常用的方法:
1.心理声学音频压缩
心理声学 一词似乎很令人费解,其实很简单,它就是指“人脑解释声音的方式”。压缩音频的所有形式都是用功能强大的算法将我们听不到的音频信息去掉。例如,如果我扯着嗓子喊一声,同时轻轻地踏一下脚,您就会听到我的喊声,但可能听不到我踏脚的声音。通过去掉踏脚声,就会减少信息量,减小文件的大小,但听起来却没有区别。
2.心理视觉视频压缩
心理视觉视频压缩与和其对等的音频压缩相似。心理视觉模型去掉的不是我们听不到的音频数据,而是去掉眼睛不需要的视频数据。假设有一个在 60 秒的时间内显示位于同一位置的一把椅子的未经压缩的视频片段,在每帧图像中,都将重复这把椅子的同一数据。如果使用了心理视觉压缩,就会把一帧图像中椅子的数据存储下来,以在接下来的帧中使用。这种压缩类型—叫做“统计数据冗余”—是 WMV、MPEG 和其他视频格式用于压缩视频并同时保持高质量的一种数学窍门。
3.无损压缩
无损 一词的意思是“不丢失数据”。当一个文件以无损格式压缩时,全部数据仍然存在,这与压缩文档很相似—文档文件虽然变小了,但解压缩之后每一个字都还存在。您可以反复保存无损视频而不会丢失任何数据—这种压缩只是将数据压缩到更小的空间。无损压缩节省的空间较少,因为在不丢失信息的前提下,只能将数据压缩到这一程度。
4.有损压缩
有损压缩丢弃一些数据,以便获得较低的位速。心理声学压缩和心理视觉压缩是有损压缩技术,压缩结果是文件变小,但包含的源数据也更少。每次以有损文件格式保存文件时,都会损失很多数据—即使用同一种格式保存也是如此。一条好的经验是,只在项目的最后阶段才使用有损压缩。




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