Re: [請益] webcam的速度?

看板PC_Shopping作者jk21234時間15年前 (2009/05/26 05:34)推噓33(33推 0噓 9→)

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※ 引述《wahaha99 (此方不可長)》之銘言： : → kuninaka:640*480*8*3 這樣呢 05/23 00:38 : → kuninaka:一個像素應該至少存255,255,255 05/23 00:39 : → kuninaka:所以是三個8bit 請webcam專業人士出來回答吧XD 05/23 00:41 : → kuninaka:那三組是RGB 05/23 00:41 : → kuninaka:有請圖學專家XD 05/23 00:41 : → kuninaka:所以才說請專業人士回答XDD 沒碰過這塊XD 05/23 01:00 通常不會是RGB格式....一般影像會用YUV或者是YCbCr儲存, 其中Y是亮度,後兩個是彩度....組成彩色影像. 會這樣做的主要原因是符合大多數過去的影片或者是電視系統等, 而過去用YUV也有包袱問題,也就是從黑白電視電影時代,系統只傳送亮度.為了跟這些相容,彩色電視電影影片等也就以YUV為主.黑白電視系統接受到Y以外的訊號會無視. 不過,現在在電腦上數位化後,即使電腦大量採用RGB為基礎的LCD/CCD 來顯示/儲存影像.影片壓縮格式仍然會以YUV/YCbCr為主.不會回到RGB. 這有一個明顯的好處.人眼對亮度比較敏感,對彩度比較不敏感,所以影像格式可以只把資料空間留給Y值,將剩下兩個彩度值縮減,對影像的品質影響還不大. 自從MPEG出來後,應該沒有多少電腦上的影像格式還保留在RGB的.. (古早dos的抓圖軟體自定格式,以及Win 3.1的MS"原始AVI"是RGB格式.....) 不過,640x480全彩,即使用YUV 各8bit/4bit/4bit儲存,再用字典壓縮法也頂多只能把一個畫面900KB壓縮成300KB而已,這仍然不夠. 所以.....進階的影像壓縮是怎麼做的呢 ?? 只要從JPEG/MJPEG/MPEG開始介紹起,再介紹到MPEG4/H.264就差不多了, 技術概念上要理解的部分不算很多啦..... 為什麼我們看的見顏色 ??顏色的物理性質是 ?? R,G,B在物理上是三種不同頻率的光,不過為什麼是這三種顏色是基本色主要是生理性質而非物理性質.人眼中負責感光的細胞有四種. 一種是只會感應光的亮度的桿狀細胞,三種是感應特定波長的光的錐狀細胞,這三種當然最會產生反應的對象範圍在是R,G,B三個波長附近.... 紅外 ||紅橙黃綠藍紫 || 紫外弱弱弱強強弱弱無無無無錐1 無無弱弱弱強強弱弱無無錐2 無無無無無無弱弱強弱弱錐3 視覺的黃色,可能是完全反射了570nm,純的黃色光. (但是除非用雷射直接打眼睛,否則應該沒機會:: ) 讓錐狀1跟錐狀2兩種細胞各產生強弱的反應,在腦部神經中組合成"看見黃色"的感覺. 也可以是看到一定比例的紅光(僅錐狀1有反應),一定比例的綠光(錐狀2有反應,其他無).這兩種到了腦部認知中會完全等價. 所以說,用RGB三種光的強弱也可以調配出各種顏色.不是因為紅光加上綠光兩個頻率會互相中和變成黃光(物理上不可能) 色彩學有點離題.反正只要先知道YUV或者是YCbCr,一個是亮度, 後面兩個代表的彩度..可以組成跟RGB系統幾乎等價的座標軸就好. 接著前面已經說過了,彩度的儲存資料量可以減少,人眼比較不敏感. 這個過程可以以4:4:4(不縮減彩度),4:2:2(彩度精確度是亮度的一半),以及更進階的4:2:0....這個要稍微解釋一下,不是只留下一種彩度,而是彩度輪流儲存,沒存的跟隔壁掃描線補.所以正確的4:2:0應該說是4:2:0和4:0:2交錯掃描線N 4:2:0 -----------> N+1 4:0:2 -----------> N+2 4:2:0 -----------> 當然,要做比較簡單的4:1:1也可以. 不過只這樣,相對RGB好像只減少了1/3~1/2的資料量吧 ?? 接下來就是失真影像壓縮最重要的觀念,量化表(Quantilation Table) 基本觀念就是....任何連續的資料stream如影像,聲音等. 把它資料化以後,也和富立葉轉換一樣.可以以無限個不同頻率/振幅的波表示. 只是影像部分是2D的波,聲音以及其他是1D的波那......如果我覺得我只要嘗試用少量的波型去趨近原來的資料分布, 少部分失真沒關係,但是省去大量的資料量,這樣可行嗎? 可行的,如果省略的是分析出的波裡面的高頻部分,只留下低頻部分. 那麼實際上跟原本的資料分部只會有少部分誤差...也就是 2D資料 --> 頻率資料(也是NxN) -->量化 N 低 * * * * 低* * * *高 * * * * N * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 留下這些就好了,其他當0,不用存 * * * * * * * * * 高這樣又可以省去大量的資料量,而得到略為失真的結果. 接下來.把這些資料以無失真壓縮法儲存起來,才會是最後的結果. 這個過程中,總共的壓縮率達到5~10倍以上. 補充一下,jpeg是用變相的4:2:0儲存彩度問題,接著在量化時候以DCT 而非富立葉轉換處理,最後的非失真壓縮則以huffman encoding處理. 使用DCT/FFT的壓縮會有甚麼問題呢?由於他們用的都是SIN/COS波. 在數位資料上.瞬間變化很大的部分只能以高頻率表示.比如我們以黑底 (RGB=0,0,0)紅字(RGB=255,0,0)當例子 ----黑紅紅黑---> 255 |-----| | | | | | | | | 0----| |----- 這個不管以SIN/COS波來模擬,都需要以頻率近乎無限大的波.如果只使用低頻率的波那麼就............. ----淺淺紅淺淺---> 255 --- / \ / \ / \ / \ 0--| |-- 中間會留下一大段範圍是淺紅色.這個自行拿jpeg壓縮一個X底紅字然後放大看就知道了.相當於本來明確的邊緣,會被破壞的很模糊... 所以說JPEG/MPEG,只適合自然拍攝的影像.不適合人工產生的如動畫,CG 等等.當然如果壓縮率設太高,也就是中高頻資料砍的差不多,只剩下最低頻的來還原原本資料....那不管本來是甚麼都會很模糊. 上面介紹完了JPEG,用同樣的方法,把靜態影像每張都存起來,變成動態. 就成為Motion-JPEG了,但是到真正的MPEG,技術上還缺了一個稱為動作補償的東西. OK,這動作補償又是甚麼 ?? 由於是動態影像,所以每張圖取的都是相差一點點時間的動作,那麼一般而言, 這些圖應該是大同小異的變化.比如說拍電影,取景的背景不變,只有人物在前面演戲. 那麼就這一串影像而言,只有前景的人物是有改變的.背景幾乎都和之前相同..... 有沒有甚麼辦法節省這些畫面上不動的部分,告訴他們"其實取上一個畫面來補充"就好了 ?? 相對於完整的frame(稱為I),MPEG設計了P(向前一個畫面參考),以及B(向前面以及 "後面"的frame參考資料).如果MPEG中不使用P/B兩種frame,就相當於Motion JPEG, 使用到的話..在B/P frame裡面保存的資料只有有變化的區塊,所以實際資料量比較少. 但是B/P使用太多的話,那麼要跳著存取就不方便了,因要這樣就得跨很大量的資料幫你重新組合出完整的資料.所以一個考量過的平衡的標準是IBBPBBP的循環. MPEG1/MPEG2的動作補償只以區塊為單位,會造成的缺陷是,如果是整個畫面都有變化 (攝影機的視角變化,轉動就造成如此現象).這時候對整個影像會有相當大的影響. 比如說視角一轉動就滿螢幕馬賽克現象. 上面大概介紹完了MPEG-1,那麼...MPEG-2相對於MPEG-1的技術有改進嗎? 其實只以技術來看,技術上兩者差不多,資料量上以及門檻兩者就有差了. MPEG-2是希望能對應當時的完整的SDTV/5.1聲道,以及可接受至少超過LD的影像品質. 而MPEG-1卻要適應當時的CD容量以製作VCD,也要適應當時硬體處理的能力. 所以MPEG-1比較像是過渡規格.這也是很多高收入地方不曾流行過VCD,直接轉到DVD的原因. MPEG 1/2後的後繼者.MPEG 3/4/7等.其中3原本希望對應HDTV,但是後來發現並不需要特別訂出MPEG-3,因為MPEG-2提高資料量後,也可以很好的對應 HDTV的傳送.因此MPEG-3並沒有推展.另外MPEG-7個人理解為一種資料庫檢索影像的方式.跟影像規格沒有直接關係.....所以MPEG2最重要的後繼者就是 MPEG-4 MPEG-4當然包含了前面在MPEG-1/MPEG-2中介紹的做法.同時也定義了從簡單到完整的多個層次的實作以給不同的廠商遵循,不過若只要談技術上最大改進的話.... 相比之前,最大的改進還是更好的動作補償.前面說過MPEG 1/2的動作補償. 主要以區塊為主,然後跟前一個/後一個frame比較.但是MPEG-4把分別的標準設定為前景物件們跟背景.當一個物件移動的時候,MPEG 1/2的所有被影響到的範圍內的區塊都會有變化,但是MPEG-4卻會把這個當成"物件的影像變化"+"物件的移動方向"來處理.所以在低流量的時候,可以做到更好更低流量的動作補償. 不過,要是輸入的影像是拍攝的,如何偵測分離出前景物件來儲存呢? 這就是在mpeg-4技術規格中的shape coding以及texture coding了. (略...webcam應該沒有即時壓縮mpeg-4的) 至於其他很多大家會聽到的規格啦,不過很多都是MJPEG-->MPEG4這一條線為基礎衍生出來的.比如說Quicktime衍生自MJPEG,WCDMA手機的3GP影像衍生自MPEG4等. 基本上....... H.261 H.262 -->H.263 \ /\ /\ \ || || \ Motion JPEG --> MPEG -->MPEG 2 -->MPEG 4 --> H.264/AVC || || | || || \/ \/ | \/ \/ QuickTime VC-1 | 3GP FLV 最早最早的 | V WMV,ASF 技術上比較獨立無關的: Intel Indeo Video(低流量為主),同時也被VfW跟Quicktime支援 RealMedia RealVideo(一開始低流量為主,而且被評為品質比MPEG-1還慘, 直到做出rmvb後才有改善) webcam有些採用現成的codec,有些採用自家的codec...不過大多數自家的 codec,也大量採用了現成的技術.所以說從MJPEG-->MPEG-->MPEG4開始理解起的話, 就可以對大部分的影像壓縮技術有個七八成的理解了. -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.114.78.62 ※ 編輯: jk21234 來自: 140.114.78.62 (05/26 05:37)

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