H264系列二 視頻圖像分辨率

參考
【標(biāo)準(zhǔn)】混淆的概念:SIF與CIF、4CIF與D1
視頻處理中各個(gè)分辨率/數(shù)字電視系統(tǒng)顯示格式 的介紹(QCIF,CIF,4CIF,D1,720P,1080I,1080P等)

《H.264 and MPEG-4 Video Compression》 作者: Iain E. Richardson 譯者: 歐陽(yáng)合 / 韓軍

一娜睛、CIF

CIF(Common Intermediate Format,通用媒介格式)也稱(chēng)為FCIF(Full CIF)方库,是一種用于規(guī)范YCbCr色差分量視頻信號(hào)的像素分辨率的標(biāo)準(zhǔn)格式障斋,常用于電信領(lǐng)域的視頻會(huì)議系統(tǒng)。

CIF格式是國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在1990年推出的的H.261視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(ITU-T H.261)中首次被定義的一種格式標(biāo)準(zhǔn)(后續(xù)H.263對(duì)CIF系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善)邀层,其設(shè)計(jì)目的是為了便于與電視行業(yè)的NTSC和PAL兩種視頻制式標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接(【注】SECAM制式與PAL制式差異很斜患谩)涧团,推動(dòng)電信領(lǐng)域和電視領(lǐng)域之間的互聯(lián)互通泌绣。

為了便于和PAL和NTSC兩種制式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,由于視頻尺寸變換時(shí)“縮小”要比“放大”處理起來(lái)簡(jiǎn)單元媚,因此CIF格式定義時(shí)采用了最大兼容原則(二者相比取較大者)苗沧,在分辨率上采用與PAL制的SIF(Source Input Format)格式相同的352×288待逞,在幀率上則采用與NTSC制相同的29.97 fps(30000幀/1001秒),色彩空間編碼則采用YCbCr 4:2:0標(biāo)準(zhǔn)嗤无。

QCIF含義為"Quarter CIF"怜庸,即四分之一CIF的意思,其分辨率的寬和高都是CIF格式的一半嚎卫;SQCIF含義為"Sub Quarter CIF"拓诸,其分辨率的寬為CIF的4/11,高為CIF的1/3恰响,像素?cái)?shù)為CIF的4/33胚宦;類(lèi)似的格式定義還有4CIF(4×CIF)和16CIF(16×CIF)枢劝,都是以CIF格式做為基準(zhǔn)進(jìn)行定義卜壕。

CIF格式圖像尺寸大小之所以確定為352×288,是因?yàn)樵贖.261定義的視頻壓縮/解壓的算法中鹤盒,采用了基于宏塊(大小為16×16像素)的DCT變換(Discrete Cosine Transform侦副,離散余弦變換),實(shí)際上CIF格式視頻的幀是由22×18個(gè)宏塊組成尺碰,因此每一幀圖像的像素?cái)?shù)為352×288译隘。

需要注意的是,國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)定義的xCIF系列標(biāo)準(zhǔn)中的所采用的像素都是非正方形像素(像素顯示時(shí)橫縱比為12:11)题篷,像素?cái)?shù)量橫縱比(即存儲(chǔ)橫縱比)為352:288(即11:9)悼凑。因此璧瞬,當(dāng)xCIF系列標(biāo)準(zhǔn)視頻在正方形像素顯示設(shè)備(計(jì)算器顯示器、大部分HDTV高清數(shù)字電視)中顯示時(shí)渔欢,需要將畫(huà)面橫向拉長(zhǎng)為原來(lái)的12/11倍(約為109.1%)奥额,分辨率變?yōu)?84×288(正方形像素),像素?cái)?shù)量的橫縱比從原來(lái)的11:9變?yōu)?:3垫挨。

二、SIF

動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組(MPEG)在1992年推出的MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)中首次定義了SIF(Source Input Format哀峻,源輸入格式), SIF是一種用于數(shù)字視頻的存儲(chǔ)和傳輸?shù)囊曨l格式剩蟀,常用于VCD(MPEG-1視頻編碼)切威、DVD(MPEG-2的視頻編碼)和某些視頻會(huì)議系統(tǒng)中。

動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組(MPEG)在定義SIF(Source Input Format)格式標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照了國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)定義的CIF格式標(biāo)準(zhǔn)缰冤,因此SIF標(biāo)準(zhǔn)格式幾乎與CIF標(biāo)準(zhǔn)格式相同锋谐,兩者的區(qū)別在于:SIF格式在NTSC制式(525-line)下為352×240@29.97fps截酷,在PAL/SECAM制式(625-line)下為352×288@25fps;而CIF格式則無(wú)制式之分三热,標(biāo)準(zhǔn)格式固定為352×288@29.97fps(在H.263中幀率標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展支持7.49fps就漾、14.99fps、59.94fps等值)抑堡。

由于計(jì)算機(jī)行業(yè)廣泛采用正方形像素首妖,因此在計(jì)算機(jī)行業(yè)里SIF格式(正方形像素版本)被定義為:分辨率為320×240(相當(dāng)于計(jì)算機(jī)行業(yè)的QVGA標(biāo)準(zhǔn))或者384×288像素爷恳,幀率則可以是計(jì)算機(jī)支持的任意刷新頻率(60Hz、75Hz棚壁、85Hz、……)史隆。

三逆害、D1(又稱(chēng)為D-1蚣驼、Sony's D1)

D1是一種專(zhuān)業(yè)數(shù)字視頻格式標(biāo)準(zhǔn)颖杏,主要應(yīng)用于數(shù)字廣播電視和錄像行業(yè)坛芽。D1標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生在CIF和SIF標(biāo)準(zhǔn)之前咙轩,早于20世紀(jì)80年代就在Sony(索尼)和Bosch-BTS(博世-BTS)公司的DVR(數(shù)字錄像機(jī))產(chǎn)品中被首次使用。1986年丐膝,在電影電視工程師協(xié)會(huì)(SMPTE)工程師委員會(huì)的努力下钾菊,D1被采用為SMPTE標(biāo)準(zhǔn)煞烫,主要在DVTR(數(shù)字磁帶錄像機(jī))產(chǎn)品中使用,是視頻錄像行業(yè)中的第一種主流格式滞详。

D1采用非壓縮數(shù)字復(fù)合視頻料饥,顏色編碼采用CCIR 601(于1981年定義)的YCbCr 4:2:2格式,音頻采用PCM格式暖哨;音頻和視頻被同步存儲(chǔ)在19mm(3/4")的盒式錄像帶上,D1錄像帶最大存儲(chǔ)時(shí)間為94分鐘沛慢。D1的分辨率在NTSC制式下定義為720×486(非正方形像素)团甲,在PAL/SECAM制式下為720×576(非正方形像素)。早期的D1系統(tǒng)復(fù)雜且操作困難躺苦,雖然后來(lái)迅速穩(wěn)定下來(lái)匹厘,但就當(dāng)時(shí)(1986年)來(lái)說(shuō)脐区,D1以其華麗的畫(huà)質(zhì)(相當(dāng)于后來(lái)的SD,即標(biāo)準(zhǔn)清晰度畫(huà)質(zhì))炕柔、價(jià)格的昂貴媒佣、配置要求高、升級(jí)成本高等因素而著稱(chēng)欢嘿。

在當(dāng)時(shí)也糊,由于D1采用非壓縮復(fù)合視頻占用的帶寬過(guò)大,因此后續(xù)很快就推出了D2系統(tǒng)框弛。D2系統(tǒng)雖然也采用非壓縮復(fù)合視頻格式瑟枫,但D2在D1的基礎(chǔ)上降低了采樣率指攒,做為一種經(jīng)濟(jì)型選擇和D1一起供用戶使用。D1格式直到2003年仍然在使用膝擂,后來(lái)的許多技術(shù)都引入了D1格式,而現(xiàn)代的許多數(shù)字視頻錄像產(chǎn)品也將其作為一種通用格式狞山。在D1格式的基礎(chǔ)上叉寂,后續(xù)還出現(xiàn)了D2、D3勘纯、D5/D5 HD等一系列標(biāo)準(zhǔn)驳遵,廣泛用于美國(guó)和日本的電視演播錄像堤结、VHS家用錄像帶等視頻錄像行業(yè)。

四、對(duì)比
格式 分辨率 備注
8K 7680x4320 作為國(guó)際的8K超高畫(huà)質(zhì)電視(SHV)標(biāo)準(zhǔn)系吩,SHV作為超越現(xiàn)行數(shù)字電視的“超高精細(xì)影像系統(tǒng)”
4K 4096×2160的像素分辨率 它是2K投影機(jī)和高清電視分辨率的4倍穿挨,屬于超高清分辨率
2K 主流2K分辨率為2560x1440 分辨率指屏幕橫向像素達(dá)到2000以上
D5 1920×1080(水平1080線肴盏,逐行掃描) 1080p Full HD全高清格式 行頻為67.5KHZ
D4 1280×720(水平720線,逐行掃描) 720P 行頻為45kHz
D3 1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080線贞绵,隔行掃描) 行頻為33.75kHz
D2 480P格式(525p):720×480(水平480線榨崩,逐行掃描) 較D1隔行掃描要清晰不少母蛛,和逐行掃描DVD規(guī)格相同乳怎,行頻為31.5kHz
4CIF或D1 704*576(水平480線,隔行掃描) 行頻為15.25kHz
HD1 352*576
DCIF 528*384
2CIF 704*576
CIF 352*288
QCIF 176*144

在實(shí)際應(yīng)用中恕出,最容易混淆的三種格式為4CIF筷登、PAL制式的4SIF,以及PAL制式的D1狈醉,這三種格式的主要區(qū)別如下:

  • 應(yīng)用領(lǐng)域不同惠险;
  • 制定的標(biāo)準(zhǔn)化組織不同;
  • 刷新頻率(幀率)定義不同渣慕;
  • 在非正方形像素模式下分辨率不同。
格式標(biāo)準(zhǔn) 分辨率(非正方形像素) 分辨率(正方形像素) 標(biāo)準(zhǔn)幀率(幀/秒)
4CIF 704 × 576 768 × 576 29.97 fps
4SIF@PAL/SECAM制式 704 × 576 768 × 576 25 fps
D1@PAL/SECAM制式 720 × 576 768 × 576 25 fps
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