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[整理][DVDrip]Crop&Resize原因浅析

dizyh@2005-06-22 13:55

[DVDrip]Crop&Resize原理浅析

SilkyBible对我们动漫系的人来说是个很有贡献的人，很多的DVDriper都得益于他所写的系列教程。不过，SilkyBible写文通常是因为回贴，所以就看起来有些繁杂，所以这里整理精简了一下。加入极少原因补充，因通常涉及到大量电视信号技术，所以只描述一下，我们知道有这码子事，明白到这么做是有理由的就行了。不至于与别人讨论只就数据乱说一把。我这人也是典型的追半个根，寻半个尾的满大街都是的半瓶子醋，就不那么严格了^0^。如果有错误，那可能只是我理解错误。注：这个帖子是个临时，可能看了后会可以更方便看[SilkyBible] Crop&Resize系列了。

1。为什么影视的长宽要保持为16的倍数（在技术发展中，这一条已经有一定的灵活性了。）？
2。为什么要做“Resize”（重置尺寸）？为什么ITU-R BT.601标准会这样规定？
3。为什么要“Crop”（切边）？
4。为什么要加“黑边”
5。为什么Resize时要加滤镜“过滤”高频（画面尺寸重置所带来的一些问题。）？

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1。为什么影视的长宽要保持为16的倍数（在技术发展中，这一条已经有一定的灵活性了。）？

在各种编码技术中，编码通常都是把画面分成X*X的小正方块来处理。例如MPEG以16*16的小方块处理。如果待处理影象的尺寸不是16的倍数，那么在编码时，就不太方便。甚至这个缺陷会造成编码瑕龇。对于另外一些编码如XVID虽然可以处理非正常尺寸的影象，但从压制效率上来看，也建议以标准尺寸来做。而在NERO的H264方案中甚至不能处理非标准尺寸画面。


2。为什么要做“Resize”（重置尺寸）？为什么ITU-R BT.601标准会这样规定？

关于第一个小问题，请看下面的图示。



这个是把原始影象加工成DVD的简易说明。从这个图来分析，如果想反过来获得原始图象，该如何做就很明白了。下面的解释是比较通常的，继续讨论它的近似性，请看[SilkyBible] Crop&Resize系列。

根据 ITU-R BT.601（这是一个视频技术规范），做DVD取样的时候长宽的取样比例不是 1:1，
PAR（Pixel Aspect Ratio）（象素纵横比）不是正方形的 pixel，而是长方形的 pixel。
NTSC 的 PAR 是 10:11，也就是说如果横轴每隔 1cm 取样一点，纵轴就是每隔 1.1cm 取样一点，取样的间距是 1:1.1 = 10:11。
横轴取样的间距比较短，也就是取样的次数比较密集，也就是取样出来的点数会比较多。
假设原始影像是 PAR 1:1 640x480 的图形，经过 ITU-R BT.601 重新取样后，分办率会变成 PAR 10:11 704x480（高度 480 不变，长度变为原本的 1.1 倍，640*1.1=704，横轴的点数变多），而不是 720x480。
所以 NTSC PAR 10:11 720x480 的 DVD 要 resize 到 PAR 1:1 640x480，要左右共砍 16 个点，变成 704x480 再 resize 到 640x480 才会正确。（如果有注意到DVD播放机，它们也是有这个切边并重置的动作的）

关于第二个问题“为什么ITU-R BT.601标准会这样规定？”，那就是因为“人眼对水平方向上的细节更敏感一些”。


3。为什么要“Crop”（切边）？

这个问题的答案在第2个问题中已经很明白的回答了。至于切成多少比较好呢？有704、702、711等多种说法，但是，无论哪一种切法，都因为ITU-R BT.601标准而注定是一种近似。所以我的建议是请选取最方便的切法，以及最保留质量的切法，另外，关于可视面积的地方请参考第4个问题的回答。

画面比例在这里并不是需要强调的。因为我们通常是分辨不出的。除非Resize太夸张的错误。而且从目前的经验来看，还是使用 704 比较好，704 这个数字刚好可以被 16 整除，704 这个数字刚好是 VCD 352 的两倍，704 刚好是 VCD 可以存放的静态图片的最大分办率，704 刚好是 ATSC 数字电视的标准分办率...有这么多的 "巧合"，所以我们还是选择削边为 704 来处理。DVD2AVI 的作者也是建议，还是以 704 来处理。


4。为什么要加“黑边”？

注意这个图示，我们换一种思路来还原画面比例：通过上下加黑边补足横轴多采集的16象素所对应的纵轴象素，再Resize也可以得到正确的比例。很多人对于这个很感兴趣。因为保留了所有原始细节。

但是，这里多说一下。
A、 事实上 DVD 的画面也是经过切过的，原始电影胶片上的画面更多，胶片转到 DVD 上时切掉的东西更多，如果要追求完整画面，恐怕得拿原始胶片来转才可以 :P 所以可见画面的多寡不是重点，画面的比例是否正确，反而是更值得注意的焦点。
B、 如果添加黑边，那么补多少才正确，很显然16象素纵轴对应的不是整数。所以第一个问题就是画面尺寸比例近似问题。当然，会有人说，切到704本身也是近似的。好，这个先略过。
C、 如果保留成720*（480+16*10/11），那么重置尺寸到640*480再全屏后的可视面积会减小。在通常的4:3的电视或者显示器上水平方向如果全屏到640，那么，竖直方向肯定会小于480。
D、 因为纵横轴全部变形，产生的质量下降会更多。详细解释请稍后看第5个问题“高频相关”的解释。

总上：4:3屏幕比例时，最好直接切边重置尺寸，16:9会比较适合这种办法。反正本来在4:3屏幕上放就是上下黑边。不过，随着，16:9的宽屏电视与显示器的出现，恐怕也要注意了。


5。为什么Resize要加滤镜“过滤”高频（画面尺寸重置所带来的一些问题。）？

关于这个问题请先参看下面的几幅图片。先给个结论：如果没有特别需要，请直接做成原始大小。





我们缩小画面的时候，譬如说由 256x256 变成 128x128，我们知道「分辨率」变小了，原本 256x256 画面有很密集，变化很快，空间频率很高的成分，在新的 128x128 这样少数的 pixel 上表现不出来，「分辨」不出来。学术的讲法就是，取样间距变宽，取样点不足，取样频率不够，无法记录取样频率一半以上的高频。这些高频的成分在缩小后的图形会变成以低频的形式出现，造成画面上出现许多原来没有的图形，这个瑕疵我们称为 aliasing，好像有翻译翻为「假频」。

第1个是原图。第2个图是一个有比较明显瑕疵的算法结果，多了好多没有的圈，产生的原因是如上段分析。第3个则是换用一个比较精细的算法后的结果。第4个则是相当完美的一个了（不过滤得越干净，通常也代表画面越模糊）。

看过上边的几个图，应该明白处于放大或者缩小时，所补充出来的象素需要重新计算它的像素值。如何计算，这个算法就需要个方面的考虑。这个 pre-filter（也就是一个 low pass filter）的设计有两个困难。不同种类的 filter 滤除高频的特性不一样，有的会造成画面模糊。如果 filter 的 tap 数越高（计算的像素个数越多），计算越精确，品质当然越好。但是 tap 数太高，会造成另一种瑕疵叫做 ringing effect，所以这个 filter tap 数不能太高。但是如果 tap 数太低，无法良好的滤除高频，又会发生 aliasing 的瑕疵。所以这是一个两难，必须视缩小率来调整最恰当的设计。

常见的有以下几种方法：
1. Nearest neighbor: 最近邻居法，就是很简单的直接拿最靠近的邻居（像素）数值来使用。
2. bilinear: 使用周围 2x2，4 个邻居做垂直、水平的线性内插。
3. bicubic: 使用周围 4x4，16 个邻居来做内插，内插的算式比较复杂，按距离的远近有不同的权重。

另外推荐一个 resize 的王者，叫做 lanczos3。这个 resize 法是一种 decimation filter，本身具有 low pass 的效果，也就是使用 lanczos windowed 的 FIR Low Pass Filter，它的 tap 数会根据缩小率自动变化，在清晰度和 ringing effect/aliasing 等瑕疵之间取得最佳的平衡点。所以 lanczos3 等于自己是一个完美的 low pass filter :p 根据大家的实验，lanczos3 可以保留最多的细节，而又不会造成太大的压缩困难，所以建议如果码率够的话，用 lanczos3 可以得到最佳的结果。相关讨论，可以看日本的网站或 Doom9。
另外，lanczos3 处理放大，效果也很不错。放大缩小都行，所以说它是 resize 的王者 :p

通过以上分析，明白为什么质量会下降了吧。幸亏我们Resize都会或多或少带个某软件默认的filter。比如“lanczos3”。所以，没特别需要的话建议是统统作成原始大小，播放时放大或者缩小画面都交给显卡去做。
引用

adamhj@2005-06-22 15:54

求教，tap是什么意思？我一直没搞懂
引用

lady@2005-06-22 15:58

幸好后面有补充说明
要不是,我又要大汗了

尽量保持原始的画面比例比保持MODE16/8等更重要,但切边也是要切的,保留更多的非黑边画面,并非像S大说的那么不重要

到底,还是要看所使用的FLITER的支持
幸好不用AVS,少了不少这方面的麻烦
AVIUTL的FLITER,基本大多数是可以像lanczos3那样"强"来的
引用

dizyh@2005-06-23 11:02

引用
最初由 adamhj 发布
求教，tap是什么意思？我一直没搞懂


我手上的资料是这个：

从技术文档看，这是可编程五行动态自适应梳状滤波器（Programmable 5 Tap adaptive comb filter），这属于2D梳状滤波的高阶形态，包括三个垂直信号行相关性判断的五行梳状滤波器是针对PAL制式专门研发的梳状滤波电路，能把前端产生的多余信号准确梳理干净，并准确还原高频亮度信号以提高清晰度。大家注意，其中N制滤波比起PAL要简单些，不需五行梳状滤波就能达到良好效果。

明白它是什么东西了吧。

其实我自己是就S的内容分析理解成“target”暂用。这些东西还是留给专业电视技术人员搞吧。我们自己了解它的大致意思就行了。
引用

大虾@2005-06-23 13:04

|||||||||||SilkyBible是net1999总结的Silky的经典言论的系列的名字……Bible是圣经的意思:D
Silky才是他的名字~
引用

dizyh@2005-06-23 14:39

引用
最初由 大虾 发布
|||||||||||SilkyBible是net1999总结的Silky的经典言论的系列的名字……Bible是圣经的意思:D
Silky才是他的名字~


昏倒，闹大笑话啦~~~:p
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