嵌入式視頻處理基本原理
作為消費(fèi)者，我們對(duì)于各種形式的視頻系統(tǒng)都已經(jīng)了如指掌。不過，從嵌入式開發(fā)者的角度來看，視頻技術(shù)就好象是一個(gè)具有不同的分辨率、格式、標(biāo)準(zhǔn)、信源和顯示的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。
章中，我們只對(duì)視頻中的某些方面進(jìn)行具體闡述，這些方面都是當(dāng)今多媒體處理系統(tǒng)中比較常見的問題。首先，簡要介紹視頻方面的基本知識(shí)，然后，將會(huì)重點(diǎn)討論一些在嵌入式多媒體設(shè)計(jì)中常見的問題，同時(shí)，也將針對(duì)一些具有挑戰(zhàn)性的視頻設(shè)計(jì)問題，提供一些技巧與竅門。
人類視覺感知
來討論一些簡單的生理學(xué)問題。正如我們將看到的那樣，對(duì)我們的眼睛的工作原理的理解為視頻和成像技術(shù)的發(fā)展鋪設(shè)出一條重要的道路。
眼睛包含兩種視覺細(xì)胞：桿狀細(xì)胞和視錐細(xì)胞。桿狀細(xì)胞主要對(duì)亮度信息敏感，而對(duì)顏色信息不敏感，它們使我們具備夜視能力。與此相反，視錐細(xì)胞對(duì)亮度并不敏感，但對(duì)400nm（紫光）～770nm（紅光）波長范圍內(nèi)的光比較敏感。因此，這些視錐細(xì)胞使我們能夠感知色彩。
視錐細(xì)胞有3種，每一種都帶有不同的色素，分別對(duì)紅光、綠光或者藍(lán)光波長敏感，雖然這3種細(xì)胞的響應(yīng)特性有重疊區(qū)域。總的說來，視錐細(xì)胞對(duì)波長在555nm左右的綠光區(qū)域最為敏感。這也就是為什么在LCD顯示器中，綠色通道的分辨率高于紅色和藍(lán)色通道。
紅色、綠色和藍(lán)色視錐細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)大大促進(jìn)了三色理論的發(fā)展，該理論認(rèn)為，任何一種有色光，可以通過不同比例的紅光、綠光和藍(lán)光的組合生成。
由于人眼含有的桿狀細(xì)胞的數(shù)量要遠(yuǎn)多于視錐細(xì)胞，故眼睛對(duì)亮度的敏感度要高于對(duì)色彩的敏感度。這使得我們可以借助對(duì)色彩信息的子采樣來節(jié)省視頻和圖像信息的帶寬。
我們對(duì)亮度的感受特性是對(duì)數(shù)性的，而非線性的。換句話說，用于產(chǎn)生50％灰度圖（恰好在全黑和全白之間的正中）所需的實(shí)際的光強(qiáng)僅為我們需要產(chǎn)生全白圖像所需的光強(qiáng)的18％。這一特性在相機(jī)傳感器和顯示技術(shù)中尤為重要，正如我們將在后面的伽馬校正中討論的。此外，這一效應(yīng)還將導(dǎo)致人眼對(duì)高亮度環(huán)境下的量化失真的感知度下降，導(dǎo)致這一特性被許多媒體編碼算法所利用。
視覺方面的另一新奇之處在于，人眼可以適應(yīng)環(huán)境，創(chuàng)建自己的白光參考，即使在低照明或者人工照明的情況下也是如此。因?yàn)閿z像傳感器自身并不具有這一特性，因此它需要使用參考量作為絕對(duì)白色，并對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)整，這一過程稱為白平衡控制。