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打破窠臼 用12位元色彩畫素編碼實現24位元影像品質

上網時間: 2006年07月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:嵌入式系統  視錐細胞  色彩受體  影像編碼  影像表現 

過去幾周,我逐漸發現許多我們過去以為瞭解的‘事實’其實不如我們想像的那樣正確。舉例來說,以前在學校讀書時,老師告訴我們,人類眼睛有三個分別識別紅光、綠光和藍光的色彩受體(color receptors),我們能識別的其它顏色都是這三種基色的混合色。我被告知,這就解釋了為什麼電子彩色顯示器(如電視機或電腦顯示螢幕)的每個畫素都是由紅、綠、藍三色構成的。

而如今,我發現實際情況要複雜得多。雖然我們大多數人的確有3個色彩受體,其中一個對藍紫色(blue-violet)最敏感、其它兩個分別對偏藍的綠色和偏黃的綠色最敏感。但現在我們瞭解到,人類的視覺系統‘被設計成’來察覺不同視錐細胞(cones)的反應的差異。也就是說:當黃綠色視錐細胞受到比藍綠色視錐細胞稍強些的刺激時,我們看到的就是黃色;同理,當黃綠色視錐細胞受到比藍綠色視錐細胞強烈得多的刺激時,我們看到的就是紅色。

圖1:作者:Clive (Max) Maxfield,EE Times姊妹網站《Programmable Logic DesignLine》(www.pldesignline.com)主編。

在所有這些發現當中,有趣的一點是我們的藍紫色視錐細胞比藍綠色和黃綠色視錐細胞數少一個數量級。另外,由於藍綠色和黃綠色視錐細胞都對綠色敏感,所以,人眼對光譜內的綠色部份的變化尤其敏感。

所有這些促使我們重新審視用於表現彩色顯示器畫素的位元的數量。我再一次發現,過去以為自己瞭解的東西其實並不是那麼準確地瞭解。過去的記憶體比現在貴得多,那時,設計人員在對每個畫素進行編碼時,極力將所用位元數減至最少。例如,在用15位元對畫素進行編碼時,以用5位元表現紅色、5位元表現綠色、5位元表現藍色的5-5-5方案為例,它能表現215=32,768種顏色。

而採用5-6-5方案的16位元編碼則更進一步,能表現更豐富的色彩,共能提供216=65,536種色彩。在5-6-5模式中,5位元表現紅色、6位元表現綠色、5位元表現藍色。用更多位元表現綠色的原因是因人眼對各種綠色更敏感,前文對此已有論述。

但我曾被告知,要實現照片品質的影像,須使用24位元色彩(即所謂的‘真彩’),其中紅、綠、藍三基色各用8位元來表現,這樣,總共就能表現出224=16,777,216種顏色。

當你不假思索地照本宣科時,這些似乎都對,但事實真是這樣的嗎?我們確實需要用多達24位元來表現每一個畫素嗎?能不能少用些?對大型系統來說,這也許不那麼要緊,但對嵌入式系統來說就很重要。在嵌入式系統中,使用的畫素越少,就等於晶片的佔用空間更小、運算要求降低,並且功耗也更少。

我質疑‘傳統智慧’的原因是我近期拜讀了IBM資深專家Mike Cowlishaw撰寫的一篇文章。這篇名為《影像呈現的基本要求(Fundamental Requirements for Picture Presentation)》的文章發表於1985年,論證了不超過17位元就能再現最理想的色彩(5位元紅、7位元綠、5位元藍),但採用(4位元紅、5位元綠、3位元藍)的12位元方案幾乎能實現同樣好的效果。另外,該文還展示了一張栩栩如生的照片,它竟是由8位元(2位元紅、4位元綠、2位元藍)方案實現的。

我仍在咀嚼從該文中學習到的一切,我堅信,任何想要產生一幅電子影像或研發一個顯示系統的人都應讀一讀這篇文章。

作者:Clive Maxfield




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