视频显示相关名词解释

视频分辨率

分辨率是用于度量图像内数据量多少的一个参数,通常表示成ppi(每英寸像素Pixel per inch)那个视频的320X180是指它在横向和纵向上的有效像素,窗口小时ppi值较高,看起来清晰;窗口放大时,由于没有那么多有效像素填充窗口,有效像素ppi值下降,就模糊了。(放大时有效像素间的距离拉大,而显卡会把这些空隙填满,也就是插值,插值所用的像素是根据上下左右的有效像素“猜”出来的“假像素”,没有原视频信息)习惯上我们说的分辨率是指图像的高/宽像素值,严格意义上的分辨率是指单位长度内的有效像素值ppi。差别就在这里。图像的高/宽像素值的确和尺寸无关,但单位长度内的有效像素值ppi和尺寸就有关了,显然尺寸越大ppi越小。

像素密度

Pixels Per Inch也叫像素密度单位,所表示的是每英寸所拥有的像素数量。因此PPI数值越高,即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。当然,显示的密度越高,拟真度就越高
Pixels Per Inch是像素的密度单位,就像PPI值越高,画面的细节就会越丰富,所以数码相机拍出来的图片因品牌或生产时间不同可能有所不同,常见的有72PPI,180PPI和300PPI,默认出来就是这么多(A710拍出的是180PPI)。 DPI(Dots Per Inch)是指输出分辨,针对于输出设备而言的,一般的激光打印机的输出分辨率是300PPI-600PPI,印刷的照排机达到1200PPI-2400PPI,常见的冲印一般在150PPI到300PPI之间。

视频帧率

视频帧率(Frame rate)是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second,简:FPS)或“赫兹”(Hz)。此词多用于影视制作和电子游戏。
由于人类眼睛的特殊生理结构,如果所看画面之帧率高于16的时候,就会认为是连贯的,此现象称之为视觉停留。这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来,然后快速播放的。
而对游戏,一般来说,第一人称射击游戏比较注重FPS的高低,如果FPS<30的话,游戏会显得不连贯。所以有一句有趣的话:“FPS(指FPS游戏)重在FPS(指帧率)。
每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感,但是一般来说超过75fps一般就不容易察觉到有明显的流畅度提升了。如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为监视器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。

比特率

视频帧率(Frame rate)是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second,简:FPS)或“赫兹”(Hz)。此词多用于影视制作和电子游戏。
由于人类眼睛的特殊生理结构,如果所看画面之帧率高于16的时候,就会认为是连贯的,此现象称之为视觉停留。这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来,然后快速播放的。
而对游戏,一般来说,第一人称射击游戏比较注重FPS的高低,如果FPS<30的话,游戏会显得不连贯。所以有一句有趣的话:“FPS(指FPS游戏)重在FPS(指帧率)。
每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感,但是一般来说超过75fps一般就不容易察觉到有明显的流畅度提升了。如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为监视器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。

码流

码流(Data Rate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量,也叫码率,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。同样分辨率下,视频文件的码流越大,压缩比就越小,画面质量就越好。
一般情况下,DVD格式歌曲的码流为6~8M;VCD歌曲的码流约为1.5M。相同配置和同样网络环境下,DVD歌曲和VCD歌曲的并发流是不一样的。
视频比特率与码流只是同一个问题两种叫法,比如一个MPEG2视频文件,一般不但包含视频信息还有音频信息,音频也有自己的比特率,这是音视信息复合在一起的文件,这个文件的码流是其音视码流的总和。

视频码率

视频码率就是视频或者音频单位时间内传递的数据量,一般用Kbps,Mbps表示。

1.视频码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数,一般我们用的单位是kbps即千位每秒。通俗一点的理解就是取样率或者比特率(并不等同与采样率,采样率的单位是Hz,表示每秒采样的次数),单位时间内取样率越大,精度就越高,处理出来的文件就越接近原始文件。
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2.不论拍摄还是后期,做视频的都会遇到一个专业的概念:码率(码流)。码率的大小与视频的清晰度有关,也与压缩格式有关,一般来说相同压缩格式下码率越高视频越清晰。码率×时间(秒)÷8=视频的大小。
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3.视频码率越大,说明单位时间内取样率越大,数据流精度就越高,这样表现出来的的效果就是,视频画面更清晰画质更高。 视频在经过编码压缩时可能会降低码率,过低的码率会造成画面中出现马赛克,既画面中一些区域的色阶劣化,而造成颜色混乱导致看不清细节的情况。
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帧率、码流、分辨率定义
帧率是每秒显示图像的数量,在摄像头参数经常会看到这个概念,比如一个摄像头帧率参数25fps,其实表示的就是1秒钟显示25个画面;分辨率表示每副图像的尺寸,即像素数量,常见的比如200W像素的摄像头,那它的分辨就是指的1920X1080;码流指的是视频数据的流量,而压缩则是去掉了图像的空间冗余和时间冗余。对于基本上静态的画面场景,可以使用很低的码流获取较好的图像质量,对于剧烈运动的场景,可能很高的码流也得不到好的图像质量。帧率则表示每秒钟传输,数据的画面,设置帧率表示想要视频的连续和实时性,设置分辨率表示是想要看到监控画面的尺寸大小,而码流的场景取决于存储、网络及视频应用场景的具体情况。

码流的作用
码流就是指视频数据在单位时间内的数量大小,也叫码率,是视频编码画面质量控制中最重要的部分,同样的分辨率和帧率下,视频码流越大,画面质量越高,对应的存储容量也就越大。

帧率、分辨率与码流的关系

  1. 视频监控存储容量计算

    视频监控的存储容量跟码流有着密切的关系,现在主流摄像头编码技术主要有H.264和H.265两种编码格式,一般一个130W像素H.264编码的摄像头码流为2M,200W像素的码流为4M,而H.265编码格式摄像头为H.264摄像头码流的一半,那么200W像素的摄像头码流大概为2M。

    计算公式:

    录像容量(1天)(单位为G)=码流X3600X24÷8÷1024;

    举个例子,1个200w像素H.264编码的摄像头存储一天需要存储录像占用硬盘多少容量?

    4MX3600X24÷8÷1024=42.19G;

    举个例子,1个200w像素H.265编码的摄像头存储一天需要存储录像占用硬盘多少容量?

    2MX3600X24÷8÷1024=21.1G;

    接下来再说说和高清摄像头密切相关的三码流技术。

  2. 三码流技术

    高清网络摄像头在编码的时候会有3个码流产生,分别是主码流、子码流、辅码流,这3个码流的概念最开始是由安防厂家海康威视提出的,主码流主要用于本地高清录像的存储,子码流主要用于网络视频传输,辅码流主要是手机端APP通过移动网络预览视频画面,使用辅码流技术使得通过移网络,手机也能获取流畅的视频图像和视频录像。

  3. 帧率的作用

    帧率指的就是1秒钟时间里传输、显示图片的帧数,每一帧就是一副静止的画面,快速连续的多帧就形成了运动的动态效果。高的帧率可以得到更加流畅,更加逼真的画面。每秒钟的帧数越多,fps指就是越高,所显示的视频动作画面就会越流畅,码流就会需要越大,比如普通的视频监控画面的帧率一般就是25fps,普通场景下,这个视频画面以及非常流畅,而对于高速上的抓拍摄像头,25fps的帧率往往不够,对快速过来的车辆抓拍往往会形成视频画面拖尾的现象,这就需要配置高帧率摄像头,比如常用的有120fps的高帧率工业摄像头。

  4. 分辨率的作用

    分辨率指的就是图像的尺寸或者大小,我们平时见到的很多,比如显示器的分辨率,摄像头的分辨率,常见的摄像头分辨率主要有1920X960(960P),1920X1080(1080P),4K超高清。在成像的两组数字中,前者表示图片长度,后者表示为图片的宽度,两者相乘就是图片的像素,比如1920X1080就表示200W像素,长宽比有4:3和16:9,在视频监控中,主要是16:9的格式。

    最后做个小结,在调试摄像头参数的时候,会经常碰到帧率、码流、分辨率3个参数,帧率表示每秒显示图像的数量,在监控系统中常用的帧率为25fps,码流表示的单位时间内视频数据的流量,码流越大,存储的空间也就越大,分辨率指的图像的尺寸或者是画面大小,比如摄像头分辨率1920X1080指的就是200万的高清像素,监控系统的常用的长宽比主要是16:9 的格式。

画幅

单反画幅

感光元件的区别
  1. 【全画幅】

    所谓全画幅是针对传统135胶卷的尺寸来说的。传统的照相机胶卷尺寸为35mm,35mm为胶卷的宽度(包括齿孔部分),35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。数码单反的CCD(或CMOS的感光成像的元件)尺寸和135胶卷的尺寸相同36 x 24mm,称之为“全画幅”。

  2. 【非全幅-APS】

    1996年由FujiFilm、Kodak、Canon、Minolta、Nikon五大公司联合开发的APS系统开始面世。APS是“Advance Photo System”的缩写,在国内译为:“APS先进摄影系统”。 APS开发商在原135规格的基础上进行了彻底改进,包括相机、感光材料、冲印设备以及相关的配套产品上都全面创新,大幅度缩小了胶片尺寸,使用了新的智能暗盒设计,融入了当代的数字技术,成为了能记录光学信息、数码信息的智能型胶卷。
    APS定位于业余消费市场。和135系统的画幅格式完全不同,共设计了三种底片画幅(H、C、P):
    H型是满画幅(30.3×16.6mm),长宽比为16:9;
    C型是在满画幅的左右两头各挡去一端,长宽比为3:2(24.9×16.6mm),于135底片同比例;
    P型是满幅的上下两边各挡去一条,使画面长宽比例为3:1(30.3×10.1mm),被称为全景模式。
    在数码单反相机中,大多是采用了小于135规格的CCD或CMOS感光器件,除了奥林帕斯的4/3系统和佳能全画幅以外,几乎全部都是和APS-C型胶片近似一样的大小,所以人们就把这种大小的感光器件称之为“APS-C规格”。

  3. 视场大小区别

    非全幅的感光元件尺寸还不及全画幅一半大 这个差别其实就已经很大了 用同一只镜头 非全画幅要乘以1.6或1.5的换算系数 这就导致了很多135相机上的理论在非全画幅数码相机上不适用 ,视场明显减小。

  4. 解析度的区别

    非全幅和全画幅如果像素相同,因为非全画幅感光元件面积小,导致密度过高, 所以使用小光圈时有衍射 成像质量会直线下降 而且过高的密度使得镜头成为瓶颈 所以并不能提供更为精细的画质 ,所以非全画幅表现的图像模糊、反差低、高感光度成像噪点多。(具体区别可以到相关论坛比较全画幅和非全画幅图片,看全图)

  5. 暗角的区别

    非全幅在大光圈下不易出现暗角,但全画幅可能出现暗角。主要原因在于镜头,视场越大,透镜的聚光作用,导致周边光线弱出现暗角。而非全幅感光面积小,集中利用的中央的亮光区,暗角相对于全画幅难出现。

镜头感光元件

  1. 电荷藕合器件图像传感器CCD

    电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。
    CCD和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。有能力生产 CCD 的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本厂商。

  2. 互补性氧化金属半导体CMOS

    互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

  3. 不同之处
    由两种感光元件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。同时,这几年来,CCD从30万像素开始,一直发展到600万,像素的提高已经到了一个极限。
    在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上,若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器,厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传,甚至冠以“数码相机”之名。一时间,是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
    CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。但CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。

显示屏幕技术

屏幕分类

屏幕从功能上分为反射式、透射式两类。反射式用于正投,透射式用于背投。正投幕又分为平面幕、弧型幕。平面幕增益较小,视角较大,环境光必须较弱;弧型幕增益较大,视角较小,环境光可以较强,但屏幕反射的入射光在各方向不等。从质地上分为玻璃幕、金属幕、压纹塑料幕等,为一般适用范围。

LCD

LCD,简单地说有三层,发光的背光层、控制开启和关闭的液晶分子层、滤光片层。
在这里插入图片描述
发光层的 LED 灯珠发光后,通过控制液晶分子层的开启和关闭控制光线通过与否,通过就会亮起,不通过就会灭。

光线通过后经过滤光片层就会显示出滤光片的颜色,没通过就是暗色。
在这里插入图片描述

因为是滤光片控制颜色,底部发光层的 LED 只负责发光,所以 LCD 不容易出现烧屏的问题。(不是完全不会出现)

OLED

OLED 简单理解就是把 LCD 里面的滤光片弄到通电后自己能发光,这里面采用的是有机材料。

这些有机材料通电就会发光,不通电就会完全熄灭。
在这里插入图片描述
因为这些像素点的发光材料各不相同,在使用过程中的损耗也不一样,所以容易让屏幕出现显示烧屏问题。

另外,OLED 屏幕的亮度也取决于这些发光材料的性质。

mini LED

mini LED,是 LCD 的小改款。

它们的原理和 LCD 一模一样,不过,mini LED 是把 LCD 里面的背光层分区小型化。
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mini LED 使用了更小型化(200微米)的 LED 灯珠,把这些灯珠分区进行控制,实现分区亮、灭,而不需要整个屏幕的背光层同时亮起。

它能够在维持 LCD 优良品质的情况下实现更接近 OLED 的对比度,其实就是让屏幕显示黑色的时候更黑。

同时,由于区域内集合了更多小尺寸的灯珠,mini LED 的亮度也会更集中且更高。

Micro LED

Micro LED,则是几乎把 LCD 变成了 OLED。

Micro LED 的发光层大小是 μm 级别,而且和滤光片完全一对一。

一块 Micro LED 屏幕有多少像素,独立的发光 LED 就会有多少,而且所有灯珠通过芯片控制都可以独立亮灭。

在这里插入图片描述
由于每一颗像素都是单独控制单独发光的这个特性,厂商会把 Micro LED 当作一种「自发光」的 LED 来宣传。

就像是 OLED 一样。

但是 OLED 和 Micro LED 有本质上的区别 —— Micro LED 用的还是无机物发光,而不是有机物发光,它本身并不会让发光的分子和颜色老化。

它集合了 LCD 和 OLED 的几乎所有优点,它亮度超高、它耐用、它对比度高、它能耗还低。

不过,Micro LED 也有很明显的缺陷 —— 难做。

DLP

DLP技术是一种独创的、采用光学半导体产生数字式多光源显示的解决方案。 它是可靠性极高的全数字显示技术,能在各类产品(如大屏幕数字电视、公司/家庭/专业会议投影机和数码相机(DLP Cinema))中提供最佳图像效果。同时,这一解决方案也是被全球众多电子企业所采用的完全成熟的独立技术。自1996年以来,已向75 家的制造商供货500多万套系统。
DLP技术已被广泛用于满足各种追求视觉.图像优异质量的需求。它还是市场上的多功能显示技术。它是唯一能够同时支持世界上最小的投影机(低于2-lbs)和最大的电影屏幕(高达75英尺)的显示技术。这一技术能够使图像达到极高的保真度,给出清晰、明亮、色彩逼真的画面。Digital Light Processing技术是一项全数字化的显示解决方案。它能够让企业、家庭娱乐和电影院的投影系统将影像和图形展现得淋漓尽致。DLP 投影技术对光进行精密控制,以重复显示全数字化的图像。这些图像在任何光线中都明亮夺目,在任何分辨率下都清晰分明。

  1. 清晰度

    DLP技术生成原始资料镜像的准确性方面优于其他显示系统。这也是采用DLP技术投影的图像总能保持水晶般清晰水平的原因。
    DLP技术的核心是由数以万计的镜片组成的数字显微镜系统,每块镜片之间的距离不到1微米,从而可以达到极高的占空因数。最大限度地缩小投影图像像素之间距离,可以生成无缝的数字化图片,在任何尺寸下都可以保持良好的锐度,不会出现其他技术造成的像素痕或"筛孔"。

  2. 亮度

    由于以镜片为基础,提高了光通效率,因此DLP投影系统比所有其他显示系统具有更强的亮度。
    采用所有其他技术时,光在传输过程中会受到一定损失,而DLP投影系统的显微镜却可以将照明灯光源的更大光量传输到屏幕上。
    二者之间存在着明显的差距。采用DLP技术,家用视频娱乐产品可产生足以令人陶醉的视觉享受。商务交流可演示清晰的图像,且无论是否有灯光照明。大型场所放映时,15,000流明的高亮度足以满足大量观众的观看要求。

  3. 色彩

    DLP技术的色彩范围的丰富性可还原350万亿种色素。
    在电视和家庭影院系统中,与所有其他技术相比,DLP投影技术可给出丰富的黑色层次和阴影效果。放映电影时,DLP Cinema™技术可还原350万亿种色素,超过影片的八倍。
    精巧的产品规格

  4. 设计

    DLP技术的核心是数字显微镜器件,其对光信号的调制速度比所有其他显示装置要快得多。这意味着DLP投影系统只需要一块面板,而所有其他技术则需要三块。
    这样一来,投影子系统可以做得很小,重量也相应轻了许多,为创新设计留下充分的空间。产品设计师可以构思体积小、重量轻、更加时尚的产品。
    超薄大屏幕电视可以节省客厅占用空间。便携式投影仪的重量可以设计成两磅,亮度可供观看会议演示。

  5. 可靠性

    DLP技术可以使放映机、家庭影院系统和电视的性能更加稳定可靠
    DLP技术的数字化特点是产品耐热、不受潮湿或振动等环境因素的影响,图像不会因设备长期使用而褪色。
    每次使用时,DLP投影系统都可以显示原汁源味的画面,无需调谐,维护量很少。自1996年以来,已向75 家的制造商供货500多万套系统,DLP®技术的可靠性已为实践所证实。

  6. 多功能

    在家用、商务和娱乐方面,DLP投影技术可达到同样出色的视觉标准。
    创新与灵活性:凡需要的一个都不能少。
    DLP技术可在生活中的各种场合下,满足放映画面的视觉享受。DLP技术可供家庭观看出色画质的图像。DLP Cinema™技术可使影院放映的电影产生动人的效果。用于演示的投影仪也可以在客厅中放映图像,甚至可以放映PC游戏供儿童娱乐(如果他们喜欢的话)。
    采用DLP技术的全数字式电视和家庭影院系统可用来赏心悦目地看电视节目、欣赏网上大片、玩游戏软件、观看数字静止图片,真正实现一机多用的完美享受。
    DLP技术的应用—DLP/DMD投影机工作原理
    DLP投影机也称数据投影机,即数据光处理,其核心部件为DMD,即数据微镜装置,其它的部件还有氙灯泡、光学棱镜和镜头。
    其工作原理是:当光线经过棱镜分解成R、G、B三原色后,投射到DMD芯片,DMD芯片上由很多微小的镜片组成(如果分辨率是800×600,则DMD芯片上有48万个小镜片),每个镜片均可在-10°与+10°之间自由旋转并且由电荷定位,信号输入经过处理后作用于DMD芯片,从而控制镜片的偏转,入射光线在经过DMD镜片的反射后到投影镜头投影成像。
    DMD只有EPROM那么大,每一个微镜对应一个像素点,DLP投影机的物理分辨率就是由微镜的数目决定的。

    DLP投影机是一种继LCD后发展起来的投影显示技术,是一种全数字反射式投影技术。其特点是数字优势。数字技术的采用,使图像的灰度等级提高,图像噪声消失,画面质量稳定,数字图像非常精确。
    其次是反射优势,反射式DMD器件的应用,使成像器件的总光效大大提高,对比度、亮度、均匀度都非常出色。DLP投影机清晰度高、画面均匀、色彩锐利、三片机可达到很高的亮度,且可随意变焦,调整十分方便。在分辨率方面,部份机型可达到1280×1024。
    DLP投影机分为:单片DMD机,主要应用在便携投影产品;两片DMD机,主要应用于大型拼接显示墙;三片DMD机,主要应用于超高亮度投影机。

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