视频压缩有时会导致视觉异常 称为伪像

祁晨韵
导读 所有的视觉媒体都是压缩的。电子媒体的目的是以可打包的格式存储信息。数字视频的质量、清晰度和保真度都取决于压缩后通常产生的一些因素。

所有的视觉媒体都是压缩的。电子媒体的目的是以可打包的格式存储信息。数字视频的质量、清晰度和保真度都取决于压缩后通常产生的一些因素。传输速率、文件大小、源质量和源复杂性在视频压缩中都起着至关重要的作用,用于捕获、存储和显示视听媒体数据的硬件设备也是如此。视频伪像通常是指信号处理输出中的像差,而在数字视频中,它们可能会分散注意力,在极端情况下,它们可能会破坏整个广播。然而,它们的存在是有原因的,了解不同工件的独特功能可以帮助视频技术人员和工程师识别编码链中的弱点。以下是现代数码视频中一些最常见的伪像。

宏块

宏块是在图像处理中广泛使用的视频格式,例如H.264和MPEG-2。宏块处理包括采用彩色二次抽样图像的数学方程,并通过一系列变换将它们量化为编码数据。它的存在是为了提高编码效率,但可能会导致称为宏块错误的视频伪像。宏块伪影的视觉特征通常类似于高度像素化的图像,但它们具有更清晰定义的盒状像素组,这有点类似于帧中错位的拼图块。

一般来说,宏块可归因于以下任何或所有因素:数据传输速度、信号中断和视频处理性能。有线电视、卫星和互联网流媒体服务特别容易受到宏块的影响,因为它们的多通道传输基础设施通常需要过度的视频压缩。然而,伪像也可能出现在不太拥挤的信号流中(尽管它们并不常见)。虽然宏块仍然是一种常见的视频伪像,但它正在被高效视频编码(HEVC)淘汰,高效视频编码利用了宏块处理的创新替代方案。

另一个名字

Alias描述了将信号处理数据重建为受损输出的过程或效果。它主要影响具有复杂和重复模式的空间和时间媒体片段,这通常可以归因于采样率不足。如果没有以适当的速率对源进行采样,并且出现混叠,可能会对帧内模式造成奇怪的拖动效果。混叠的视觉表现取决于源的性质,但其最常见的表现之一看起来像所谓的莫尔条纹。

为了描述这种现象,想象两个相同的网格堆叠在一起。如果排列正确,你几乎不会注意到它们中的两个而不是一个。但是如果你旋转顶部的炉排,即使只是一点点,炉排也不会排成一行。现在,未对准的行和列将被扭曲,而以前的图案是简单和统一的,导致偏移图案倾向于波动。别名的另一个类比可能是旋转车轮中的自行车辐条。拍摄时,在转弯速度足够快的情况下,有时似乎辐条旋转的方向与实际转弯的方向相反。这是因为捕获装置的采样率不够快,不足以精确地描绘车轮的旋转速度,从而在其位置产生不同的视觉图案(或混叠)。

梳理/交错的文物

在现代逐行视频发展之前,占主导地位的广播视频扫描模式是交错的,现在仍在有限使用。对于NTSC视频,它最初意味着每帧大约30帧,每帧交替扫描525行视频。先扫描奇数行,再扫描偶数行,每组(称为“场”)组成半帧。因为这些场相互交错,所以每个场都有梳状的外观。并且当场扫描的定时或模式被中断时(通常是通过帧速率转换),图像中出现梳状伪像,这可能非常细微或令人分心。

电影技术早期的两种主要形式是电影和视频,它们的标准帧速率互不相同。如上所述,每秒30帧通常或多或少是视频和电视的标准(在支持NTSC视频的地区),而电影通常以每秒24帧的速度拍摄和放映。当一种格式转换为另一种格式时(这个过程称为“电视电影”或“反向电视电影”),这就导致了与六帧差的不一致。为了解决这个问题,复杂的时序调整(称为“下拉模式”)被标准化,以在尽可能少的显著质量损失的情况下调整帧速率。(关于帧率的更多信息,视频技术:将重点从高分辨率转移到高帧率。)

这些模式跳过或重复场,以补偿输入和输出媒体之间的频率差异,这自然会导致来自部分帧或残留场的梳状赝像。这些伪像在描绘运动的帧部分中最为明显,并且通常看起来像跟随任何运动的水平线。有一些去分组滤波器可以在一定程度上补偿交错伪像。

视频压缩科学每天都在发展,变得越来越高效。然而,只要存在各种编解码器、压缩方案和视频格式,在它们的转换中就会存在伪像。新的视频技术将在转码过程中产生新形式的质量损失,以及解决这些问题的新方案。

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