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2019-03-24

农村青少年科学探究 2019年10期
关键词:模拟信号数字信号色度

以一个分辨率1920×1280、帧率30的视频为例。1920×1280=2,073,600(Pixels 像素),每个像素是24bit,相当于每幅图片2073600×24=49766400bit,8 bit(位)=1 byte(字节),所以,49766400bit=6220800byte≈6.22MB。一幅1920×1280图片的原始大小,再乘以帧率30,也就是说,每秒视频的大小是186.6MB,每分钟大约是11GB,一部90分钟的电影,约是1000GB!

吓傻了吧?就算你现在电脑硬盘是4TB的(实际也就3600GB),也放不下几部大片啊!

不仅要存储,还要传输,不然视频从哪来呢?如果按照100M的网速(12.5MB/s),下载那部电影,需要22个小时!崩溃了吧?

正因如此,必须对视频进行编码。什么是编码?编码,就是按指定的方法,将信息从一种形式(格式),转换成另一种形式(格式),说到底就是为了压缩。各种五花八门的视频编码方式,都是为了让视频变得体积更小,有利于存储和传输。

我们先来看看视频从录制到播放的整个过程吧。

首先是视频采集。通常我们会使用摄像机、摄像头进行视频采集。采集了视频数据之后,就要进行模数转换,将模拟信号变成数字信号。现在都是摄像机直接输出数字信号。信号输出之后,要进行预处理,将RGB信号变成YUV信号。YUV是另外一种颜色数字化表示方式。视频通信系统之所以要采用YUV,而不是RGB,主要是因为RGB信号不利于压缩。

在YUV这种方式里面,加入了亮度这一概念。眼睛对于亮和暗的分辨要比对颜色的分辨更精细一些,也就是说,人眼对色度的敏感程度要低于对亮度的敏感程度。所以,在视频存储中,没有必要存储全部颜色信号。可以把更多带宽留给黑——白信号(被称作“亮度”),将稍少的带宽留给彩色信号(被称作“色度”)。于是,就有了YUV。YUV里面的“Y”,就是亮度(Luma),“U”和“V”则是色度(Chroma)。Y'CbCr,也称为YUV,是YUV的压缩版本,不同之处在于,Y'CbCr 用于数字图像领域,YUV用于模拟信号领域,MPEG、DVD、摄像机中常说的YUV 其实就是Y'CbCr。

YUV(Y'CbCr)是如何形成图像的呢?

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