2.1.2.1 Khụng gian màu
+ Khụng gian màu RGB
(Red-Green-Blue) mó húa hệ thống đồ họa sử dụng ba byte (28)3 =16 triệu màu phõn biệt. Mỏy tớnh cú thể phõn biệt bất kỳ màu gỡ sau khi được mó húa, nhưng việc mó húa cú thể khụng trỡnh bày được những sự khỏc biệt trong thế giới thực. Mỗi điểm ảnh RGB bao gồm một byte cho màu R, một byte cho màu G và một byte cho màu B. Việc mó húa một màu tựy ý trong dóy hiển thị được làm bằng cỏch tổ hợp ba màu chớnh. Vớ dụ: Red(255,0,0), Green(0,255,0), Blue(0,0,255), Black(0,0,0). Hệ thống màu RGB là một hệ thống màu cộng vào bởi vỡ mỗi màu được tạo nờn bằng cỏch cộng thờm cỏc phần tử vào màu đen(0,0,0) Khuụn dạng của khụng gian màu RGB là định dạng phổ biến nhất của ảnh số và Video số, lý do chớnh là tớnh tương thớch với màn hỡnh hiển thị chớnh là màn hỡnh mỏy tớnh.
Hỡnh 14.Mụ hỡnh màu RGB.
+ Khụng gian màu YUV
Trong khụng gian màu RGB, 3 thành phần cơ bản là quan trọng như nhau và được lưu với cựng độ phõn giải. Tuy nhiờn cú thể biểu diễn cỏc hỡnh màu hiệu quả hơn bằng cỏch tỏch độ chúi từ thụng tin màu và biểu diễn cỏc thành phần màu với độ phõn giải ớt hơn do thị giỏc của con người thường ớt nhạy cảm về màu hơn là độ
chúi. Chớnh vỡ vậy, trong kỹ thuật Video người ta thường sử dụng thờm khụng gian màu là YUV.
Khụng gian màu YUV qui định một khụng gian được tạo bởi một độ sỏng và hai thành phần màu (chrominance). YUV được sử dụng trong hệ thống phỏt súng truyền hỡnh theo chuẩn PAL, đõy là chuẩn ở phần lớn cỏc nước.
Khụng gian màu YUV giỳp tạo ra màu đỳng với nhận thức của con người hơn chuẩn RGB, là loại được dựng trong cỏc thiết bị đồ hoạ mỏy tớnh, nhưng khụng chuẩn bằng khụng gian màu HSV.
Y đại diện cho thành phần độ sỏng, U và V là đại diện cho cỏc thành phần màu. Khụng gian màu YCbCr hay YPbPr, được sử dụng trong cỏc thiết bị phỏt hỡnh, đều xuất phỏt từ nú (Cb/Pb và Cr/Pr là những phiờn bản biến thể của U và V), và đụi khi bị gọi một cỏch khụng chớnh xỏc là "YUV". Khụng gian màu YIQ được dựng trong cỏc hệ thống truyền hỡnh NTSC cũng liờn quan đến nú, tuy nhiờn lại đơn giản hơn nú nhiều.
Cỏc tớn hiệu YUV đều xuất phỏt từ cỏc nguồn RGB. Cỏc giỏ trị trọng số của R, G và B được cộng lại với nhau để tạo ra một tớn hiệu Y đơn, để biểu diễn độ sỏng chung tại một điểm đú. Tớn hiệu U sau đú được tạo ra bằng cỏc trừ Y khỏi tớn hiệu xanh lam (B của RGB), và được nhõn với một tỉ lệ cú sẵn; cũn V được tớnh bằng cỏch trừ Y khỏi màu đỏ (R của RGB), và nhõn tỉ lệ với một hệ số khỏc.
Cỏc cụng thức sau cú thể dựng để tớnh toỏn Y, U và V từ R, G và B: Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.492(B − Y) = − 0.147R − 0.289G + 0.436B V = 0.877(R − Y) = 0.615R − 0.515G − 0.100B Hoặc, sử dụng ma trận:
Ở đõy, R, G, B được giả sử là nằm trong khoảng 0 đến 1, với 0 biểu diễn cường độ bộ nhất cũn 1 là lớn nhất.
Cú hai vấn đề cần chỳ ý:
- Hàng trờn cựng là đồng nhất với cụng thức dựng trong khụng gian màu YIQ.
- Nếu [R, G, B]T = [1, 1, 1] thỡ [Y, U, V]T = [1, 0, 0]. Núi cỏch khỏc, cỏc hệ số ở hàng trờn cựng cú tổng là 1 và hai hàng sau cú tổng là 0.
+ Khụng gian màu YCbCr
Khụng gian màu YCbCr là khụng gian màu YUV được sử dụng trong cỏc thiết bị phỏt hỡnh.
Thành phần cơ bản Y trong khụng gian màu YCbCr được tớnh toỏn theo cỏc thành phần màu cơ bản (trong khụng gian màu RGB) như sau:
Y = krR + kgG + kbB Cỏc thành phần Cb, Cr được tớnh như sau:
Cb = U/2 +0.5 Cr = V/1.6 + 0.5
Khụng gian màu YCbCr cú một ưu điểm quan trọng so với khụng gian màu RGB là cỏc thành phần màu Cb, Cr cú thể được biểu diễn với độ phõn giải thấp hơn thành phần Y bởi vỡ thị giỏc của con người ớt nhạy cảm được yờu cầu để biểu thị cỏc thành phần màu mà khụng ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan trực giỏc của con người. Một hỡnh ảnh trong khụng gian màu RGB cú thể được chuyển đổi sang khụng gian màu YCbCr sau khi thu nhận để giảm khụng gian lưu trữ và yờu cầu về truyền dẫn, trước khi hiển thị hỡnh ảnh nú cú thể được chuyển đổi sang RGB.
2.1.2.2 Frame rate
Frame rate (tốc độ khung hỡnh) số khung hỡnh đọc được trong một giõy của một Video. Thụng thường, đối với chuẩn SD, tốc độ khung hỡnh là 25 hỡnh/s hoặc 30 hỡnh/s. Cũn đối với chuẩn HD, tốc độ khung hỡnh là 60 hỡnh/s
2.1.2.3 Video bitrate
Cỏc thiết bị Video số khi thực hiện mó húa hoặc phỏt lại cỏc tớn hiệu video số, sẽ phải thực hiện chuyển đối dữ liệu từ số sang tương tự hoặc ngược lại với một tốc độ thực hiện nhất định để đảm bảo cú đủ số khung hỡnh với kớch thước theo yờu cầu. Khi đú, người ta cú thể đo được lượng thụng tin mà nú xử lý trong một giõy gọi là Video bitrate.
Ta cú thể tớnh dung lượng thụng tin của Video chưa mó húa với vớ dụ như sau:
Một ảnh màu cú độ phõn giải 800x600 pixel với biểu diễn một điểm ảnh là
24 bit sẽ cú kớch thước là: 800x600x24= 1.4Mbytes
Video bitrate của một Video cú tốc độ khung hỡnh (Frame rate) 25 hỡnh trờn 1 giõy sẽ là: 800x600x24x25 = 275Mbit/s
2.1.2.4 Cỏc định dạng hỡnh trong Video số
Trong Video số cú rất nhiều cỏc chuẩn định dạng hỡnh khỏc nhau. Cỏc chuẩn nộn Video cũng cú thể nộn rất nhiều định dạng khung hỡnh khỏc nhau. Tuy nhiờn trờn thực tế cỏc định dạng đú thường được chuyển thành định dạng trung gian để nộn và truyền đi trong cỏc ứng dụng.
Chuẩn định dạng CIF (Common Intermediate Format), cũn được gọi là FCIF (Full Common Intermediate Format), là một định dạng được sử dụng để tiờu chuẩn húa số điểm ảnh theo chiều ngang và chiều dọc trong khụng gian màu YCbCr của cỏc tớn hiệu video, thường được sử dụng trong cỏc hệ thống truyền thụng video. Chuẩn định dạng này được đề xuất lần đầu tiờn trong cỏc tiờu chuẩn ITU H.261.
CIF định nghĩa một chuỗi video với độ phõn giải 352 ì 288 với màu sắc mó húa
bằng cỏch sử dụng YCbCr 4:2:0.
QCIF cú nghĩa là Quarter CIF, tức là một phần tư của CIF. Tương tự như vậy với SQCIF (Sub Quarter CIF), 4CIF (4xCIF) và 16CIF(16xCIF)
SIF (Source Input Format) thực tế là giống như CIF nhưng được định nghĩa từ MPEG1 chứ khụng phải là tiờu chuẩn của ITU. SIF dựa trờn hệ thống quột 525
dũng (NTSC) hoặc 625 dũng (PAL) cú độ phõn giải là 352 ì 240 tương đương với CIF (352 ì 288). SIF và 4SIF thường được sử dụng trong cỏc hệ thống truyền hỡnh hội nghị. TT Định dạng Độ phõn giải 1 SQCIF 128 ì 96 2 QCIF 176 ì 144 3 SIF(525) 352 x 240 4 CIF/SIF(625) 352 ì 288 5 4SIF(525) 704 x 480 6 4CIF/4SIF(625) 704 ì 576 7 16CIF 1408 ì 1152 Bảng 2. Cỏc định dạng hỡnh 2.1.2.5 Cỏc cấu trỳc lấy mẫu và số húa tớn hiệu Video
Trong khụng gian màu YCbCr cú 3 kiểu lấy mẫu. Lấy mẫu 4:4:4 cú nghĩa là cỏc thành phần Y, Cb, Cr cú cựng độ phõn giải, mỗi điểm ảnh đều được lấy mẫu cả 3 thành phần trong khụng gian màu YCbCr. Lấy mẫu 4:2:2, cỏc thành phần màu cú cựng độ phõn giải với cỏc thành phần độ chúi theo chiều dọc nhưng theo chiều ngang thỡ độ phõn giải của cỏc thành phần màu bằng ẵ độ phõn giải của thành phần độ chúi. Lấy mẫu 4:2:0 cỏc thành phần màu cú độ phõn giải bằng ẵ độ phõn giải của độ chúi theo cả 2 hướng chiều dọc và chiều ngang. Cỏc định dạng khung hỡnh, cỏc kiểu lấy mẫu trong khụng giai YCbCr, số lượng bit được sử dụng cho việc mó húa 1 giỏ trị lấy mẫu và chu kỳ lấy mẫu cỏc khung hỡnh theo thời gian tạo ra sự đa dạng cho cỏc kiểu hỡnh trong cỏc ứng dụng khỏc nhau.
Đối với truyền hỡnh số NTSC và PAL, chuỗi Video gồm cỏc khung hỡnh cú
độ phõn giải 576x720, cỏc dũng chứa 720 điểm ảnh được lấy mẫu và số húa theo
Hỡnh 15.Lấy mẫu và số húa chuỗi Video khung hỡnh 576x720
Với cấu trỳc 4:2:2
Một dũng ngang Video TV màu 720 điểm, gồm một tớn hiệu độ chúi Y và hai tớn hiệu màu Cb, Cr được lấy mẫu như sau:
Hỡnh 16.Lấy mẫu và số húa cấu trỳc 4:2:2
Cấu trỳc 4:2:0 được lấy mẫu như sau:
2.1.2.6 Chuẩn SD và chuẩn HD
+ HD (Hight Definition - độ phõn giải cao): hiện nay nhu cầu thưởng thức hỡnh ảnh ngày càng cao, cựng với sư phỏt triển rất nhanh của cụng nghệ đó cho phộp chỳng ta sử lý được những hỡnh ảnh video với độ phõn giải cao, hỡnh ảnh chi tiết và rừ nột. Khung hỡnh của full HD là : 1920ì1080 – 29.97 fps – 24fps hay 1280ì760 – 60fps … Thường thỡ cỏc định dạng HD được viết tắt theo kớch thước dọc, vớ dụ: HD 1080i, 1080p, 720p…
+ SD (Standard Definition - độ phõn giải chuẩn): là khung hỡnh phổ biến hiện này và vẫn được cỏc đài truyền hỡnh phỏt súng, cú kớch thước: 720ì575 – 25fps (PAL) và 720ì480 fps (NSTC).