Введение
Отношение ширины и высоты пикселя Отношение ширины и высоты пикселя (часто сокращаемое как PAR) - это математическое соотношение, которое описывает, как ширина пикселя в цифровом изображении сравнивается с высотой этого пикселя. Большинство цифровых систем отображения отображают изображение как сетку крошечных квадратных пикселей. Однако некоторые системы визуализации, особенно те, которые должны быть совместимы с телевизионными фильмами стандартной четкости, отображают изображение в виде сетки прямоугольных пикселей, в которых ширина и высота пикселей различны. Отношение пикселей к сторонам описывает эту разницу. Использование соотношения сторон пикселей в основном включает в себя изображения, относящиеся к телевидению стандартной четкости и некоторым другим исключительным случаям. Большинство других систем визуализации, в том числе и те, которые соответствуют стандартам и практике SMPTE, используют квадратные пиксели. PAR также известен как соотношение сторон образца и сокращенно SAR, хотя его можно спутать с соотношением сторон хранения.
A Pixel aspect ratio (often abbreviated PAR) is a mathematical ratio that describes how the width of a pixel in a digital image compared to the height of that pixel. Most digital imaging systems display an image as a grid of tiny, square pixels. However, some imaging systems, especially those that must be compatible with standard definition television motion pictures, display an image as a grid of rectangular pixels, in which the pixel width and height are different. Pixel aspect ratio describes this difference. Use of pixel aspect ratio mostly involves pictures pertaining to standard definition television and some other exceptional cases. Most other imaging systems, including those that comply with SMPTE standards and practices, use square pixels. PAR is also known as sample aspect ratio and abbreviated SAR, though it can be confused with storage aspect ratio.
Введение
Отношение ширины к высоте изображения известно как соотношение сторон, или точнее соотношение сторон дисплея (DAR) соотношение сторон изображения, как отображается; для телевизора DAR традиционно составлял 4:3 (так называемый полный экран), а 16:9 (так называемый широкоэкранный) теперь является стандартом для HDTV. В цифровых изображениях существует различие с соотношением сторон хранения (SAR), которое является соотношением размеров пикселей. Если изображение отображается с квадратными пикселями, то эти соотношения согласуются; если нет, то используются не квадратные, "прямоугольные" пиксели, и эти соотношения не согласуются. Соотношение сторон самих пикселей известно как соотношение сторон пикселей (PAR) для квадратных пикселей это 1:1 и они связаны идентичностью: {adj class="wikitable" █████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████████ Напротив, изображение PAL 720 × 576 D 1 имеет SAR 720/576 = 5:4, но если отображается на дисплее 4:3 (DAR = 4:3) PAR равен 4/3: 5/4 = 16:15 ≈ 1.066. Это означает, что пиксели изображения PAL должны быть "расширены" на это количество, чтобы поместиться на дисплее 4:3. В аналоговых изображениях, таких как пленка, нет понятия пикселя, а также понятия SAR или PAR, но при оцифровке аналоговых изображений полученное цифровое изображение имеет пиксели, следовательно, SAR (и соответственно PAR, если отображается в том же соотношении сторон, что и оригинал). Не квадратные пиксели часто появляются в ранних стандартах цифрового телевидения, связанных с цифровизацией аналоговых телевизионных сигналов, чьи вертикальные и "эффективные" горизонтальные разрешения отличаются и, таким образом, лучше всего описываются не квадратными пикселями, а также в некоторых цифровых видеокамерах и режимах компьютерного отображения, таких как цветной графический адаптер (CGA). Сегодня они возникают также при транскодировании между резолюциями с различными SAR. Фактические дисплеи обычно не имеют не квадратных пикселей, хотя цифровые датчики могут; они скорее являются математической абстракцией, используемой при переобразовании изображений для преобразования между разрешениями. Есть несколько факторов, осложняющих понимание PAR, особенно в отношении оцифровки аналогового видео: во-первых, аналоговое видео не имеет пикселей, а скорее растровое сканирование, и, таким образом, имеет хорошо определенное вертикальное разрешение (линии растра), но не хорошо определенное горизонтальное разрешение, поскольку каждая линия является аналоговой сигналом. Однако при стандартизированной скорости отбора образцов эффективное горизонтальное разрешение может быть определено теоремой отбора образцов, как это сделано ниже. Во-вторых, из-за пересканирования некоторые линии в верхней и нижней части растра не видны, как и некоторые из возможных изображений слева и справа. См. Overscan: Аналогичные проблемы с цифровым разрешением. Кроме того, разрешение может быть о�...
{| class="wikitable"
|
| SAR × PAR = DAR
|}
Rearranging (solving for PAR) yields:
{| class="wikitable"
|
| PAR = DAR / SAR
|}
For example:
A 640 × 480 VGA image has a SAR of 640/480 = 4:3, and if displayed on a 4:3 display (DAR = 4:3) has square pixels, hence a PAR of 1:1. By contrast, a 720 × 576 D 1 PAL image has a SAR of 720/576 = 5:4, but if displayed on a 4:3 display (DAR = 4:3) the PAR is 4/3 : 5/4 = 16:15 ≈ 1.066. This means that the pixels of the PAL picture must be "stretched" by this amount to fit in the 4:3 display. In analog images such as film there is no notion of pixel, nor notion of SAR or PAR, but in the digitization of analog images the resulting digital image has pixels, hence SAR (and accordingly PAR, if displayed at the same aspect ratio as the original). Non square pixels arise often in early digital TV standards, related to digitalization of analog TV signals – whose vertical and "effective" horizontal resolutions differ and are thus best described by non square pixels – and also in some digital video cameras and computer display modes, such as Color Graphics Adapter (CGA). Today they arise also in transcoding between resolutions with different SARs. Actual displays do not generally have non square pixels, though digital sensors might; they are rather a mathematical abstraction used in resampling images to convert between resolutions. There are several complicating factors in understanding PAR, particularly as it pertains to digitization of analog video:
First, analog video does not have pixels, but rather a raster scan, and thus has a well defined vertical resolution (the lines of the raster), but not a well defined horizontal resolution, since each line is an analog signal. However, by a standardized sampling rate, the effective horizontal resolution can be determined by the sampling theorem, as is done below. Second, due to overscan, some of the lines at the top and bottom of the raster are not visible, as are some of the possible image on the left and right – see Overscan: Analog to digital resolution issues. Also, the resolution may be rounded (DV NTSC uses 480 lines, rather than the 486 that are possible). Third, analog video signals are interlaced – each image (frame) is sent as two "fields", each with half the lines. Thus either the pixels are twice as tall as they would be without interlacing, or the image is deinterlaced.
Предыстория
Видео представлено как последовательная серия изображений, называемых видеокадрами. Исторически видеокадры создавались и записывались в аналоговой форме. Поскольку технология цифрового отображения, технология цифрового вещания и сжатие цифрового видео развивались отдельно, это привело к различиям видеокадров, которые должны быть решены с использованием соотношения сторон пикселей. Цифровые видеокадра обычно определяются как сетка пикселей, используемых для представления каждого последовательного изображения. Горизонтальная составляющая определяется пикселями (или образцами) и известна как видеолиния. Вертикальная составляющая определяется количеством строк, как в 480 строк. Стандартные телевизионные стандарты и практика были разработаны как технологии вещания и предназначены для наземного вещания, и поэтому не были разработаны для цифрового видео. Такие стандарты определяют изображение как массив хорошо определенных горизонтальных "линий", хорошо определенной вертикальной "длительности линии" и хорошо определенного центра изображения. Однако не существует стандартного телевизионного стандарта, который бы правильно определял края изображения или явно требовал определенного количества элементов изображения на одну строку. Кроме того, аналоговые видеосистемы, такие как NTSC 480i и PAL 576i, вместо использования прогрессивно отображаемых кадров, используют поля или переплетенные полукадра, отображаемые в переплетенном виде, чтобы уменьшить мерцание и удвоить скорость изображения для более плавного движения.
Несоответствие в определенных значениях соотношения сторон пикселей
В Интернете и в различных других опубликованных СМИ часто встречаются многочисленные источники, которые представляют различные и крайне несовместимые значения как соотношения сторон пикселей различных видеоизображений и видеосистем. (См. раздел "Дополнительные источники".) Для того, чтобы непредвзято оценить точность и/или осуществимость этих источников, обратите внимание, что поскольку цифровые кинофильмы были изобретены спустя годы после традиционных кинофильмов, все видеофильмы, предназначенные для телевидения стандартной четкости и совместимых носителей, цифровые или другие, имеют (и должны иметь) спецификации, совместимые с телевидением стандартной четкости. Поэтому отношение пикселей к цифровому видео должно рассчитываться исходя из спецификации обычного традиционного оборудования, а не спецификаций цифрового видео. В противном случае, любое отношение по размеру пикселей, рассчитанное с цифрового видеоисточника, может быть использовано только в определенных случаях для того же типа видеоисточников и не может рассматриваться/использоваться в качестве общего соотношения по размеру пикселей любой системы телевидения стандартной четкости. Кроме того, в отличие от цифрового видео, которое имеет четко определенные края изображения, традиционные видеосистемы никогда не стандартизировали четко определенный край для изображения. Поэтому отношение пикселей к стандартным телевизионным системам не может быть рассчитано на основе краев изображений. Такое рассчитанное значение соотношения сторон не было бы полностью неверным, но также не может рассматриваться как общее соотношение сторон пикселей какой-либо конкретной видеосистемы. Использование таких значений будет ограничено только определенными случаями.
Современные стандарты и практика
В современных цифровых системах изображения и телевизорах высокой четкости, особенно в тех, которые соответствуют стандартам и практике SMPTE, для трансляции и отображения используются только квадратные пиксели. Однако некоторые форматы (например, HDV, DVCPRO HD) используют не квадратные пиксели для внутреннего хранения изображений, чтобы уменьшить количество данных, которые должны быть обработаны, таким образом ограничивая необходимые скорости передачи и поддерживая совместимость с существующими интерфейсами.
Проблемы не квадратных пикселей
Прямое отображение изображения с определенным соотношением сторон пикселей на устройстве, соотношение сторон которого отличается, делает изображение неестественно растянутым или прижатым в горизонтальном или вертикальном направлении. Например, круг, созданный для компьютерного дисплея с квадратными пикселями, выглядит как вертикальный эллипс на телевидении стандартной четкости NTSC, использующем вертикально прямоугольные пиксели. Эта проблема более очевидна на широкоэкранных телевизорах. Соотношение пикселей должно учитываться при редактировании видеофайлов с не квадратными пикселями, особенно при смешивании видеоклипов с различными соотношениями пикселей. Это может быть случаем при создании видеомонтажа с различных камер, использующих разные видео стандарты (относительно редкая ситуация). Программные продукты специальных эффектов также должны учитывать отношение пикселей, поскольку некоторые специальные эффекты требуют расчета расстояний от определенной точки, чтобы они выглядели визуально правильно. Примером такого эффекта может быть радиальное размытие, размытие движения или даже простое вращение изображения.
Использование соотношения пикселей
Значение соотношения пикселей используется в основном в цифровом видео-программном обеспечении, где кинокартины должны быть преобразованы или восстановлены для использования видеосистем, отличных от оригинальных. Программное обеспечение видеоплеера может использовать отношение сторон пикселей для правильного отображения цифрового видео на экране. Программное обеспечение для редактирования видео использует соотношение сторон пикселей для правильного масштабирования и рендеринга видео в новый формат. Поддержка соотношения пикселей также требуется для отображения, без искажения, старых цифровых изображений из компьютерных стандартов и видеоигр, которые существовали в 80-х годах. В то время квадратные пиксели были слишком дорогими, поэтому машины и видеокарты, такие как SNES, CGA, EGA, Hercules, C64, MSX, PC 88, X68000 и т. Д., имели не квадратные пиксели.
Смешение с пропорцией экрана
Отношение сторон пикселей часто путают с различными типами соотношений сторон изображения; соотношение ширины и высоты изображения. Из-за не квадратности пикселей в телевизоре стандартного разрешения существует два типа таких соотношений сторон: соотношение сторон хранения (SAR) и соотношение сторон дисплея (сокращенно DAR, также известное как соотношение сторон изображения и соотношение сторон изображения). Кроме того, соотношение сторон пикселей (PAR) также известно как соотношение сторон образца (сокращенно SAR) в некоторых промышленных стандартах (таких как H.264) и выходе программ (таких как ffmpeg). Обратите внимание на повторное использование аббревиатур PAR и SAR. В этой статье используются только термины "пиксельное соотношение", "соотношение дисплея" и "соотношение накопителя" для избежания двусмысленности. Соотношение сторон хранилища - это соотношение ширины изображения к высоте в пикселях, и его можно легко рассчитать из видеофайла. Отношение сторон дисплея - это отношение ширины изображения к высоте (в единицах длины, таких как сантиметры или дюймы), когда оно отображается на экране, и рассчитывается из сочетания соотношения сторон пикселей и соотношения сторон хранения. Однако пользователи, знающие определение этих понятий, могут также запутаться. Недостаточно продуманный пользовательский интерфейс или плохо написанная документация могут легко вызвать такую путаницу: некоторые приложения для редактирования видео часто просят пользователей указать "соотношение сторон" для своего видеофайла, предлагая ему или ей выбор "4:3" и "16:9". Иногда эти варианты могут быть "PAL 4:3", "NTSC 4:3", "PAL 16:9" и "NTSC 16:9". В таких ситуациях программа редактирования видео косвенно запрашивает отношение пикселей к видеофайлу, запрашивая информацию о видеосистеме, из которой был создан видеофайл. Затем программа использует таблицу (похожую на приведенную ниже) для определения правильного значения соотношения сторон пикселей. Вообще говоря, чтобы избежать путаницы, можно предположить, что продукты видеоредактирования никогда не запрашивают соотношение сторон хранения, поскольку они могут непосредственно извлекать или рассчитывать его. Приложениям, не использующим квадратные пиксели, также достаточно только запросить отношение стороны пикселя или отношение стороны дисплея, из которого они могут рассчитать другое.
Соотношение пикселей и сторон распространенных видеоформатов
Значения соотношения сторон пикселей для распространенных форматов видео стандартной четкости приведены ниже. Обратите внимание, что для видеоформатов PAL перечислены два различных типа значений соотношения сторон пикселей: Rec.601, значение, соответствующее Rec.601, которое считается реальным соотношением сторон пикселей видео стандартной четкости этого типа. Цифровой, который примерно эквивалентен Rec.601 и более подходит для использования в программном обеспечении для редактирования цифрового видео. Обратите внимание, что источники различаются по PAR для общих форматов например, 576 строк (PAL), отображаемых в 4:3 (DAR), соответствует PAR 12:11 (если 704 × 576, SAR = 11:9), или PAR 16:15 (если 720 × 576, SAR = 5:4). См. ссылки на источники, дающие и то, и другое, и SDTV: Разрешение для таблицы соотношений хранения, отображения и размера пикселей. Также обратите внимание, что на телевидении с КРТ не используются пиксели, а сканлины. + Не квадратные соотношения сторон распространенных видеоформатов Видеосистема DAR (Display Aspect Ratio) Размеры изображения SAR (Storage Aspect Ratio) PAR (Pixel Aspect Ratio) PAR (Pixel Aspect Ratio) (децимальная) Ширина (px) Тип PAL 1.0 769, 385 Rec.601 1. 768, 384 цифровой 1.0 1. 1026, 513 Резолюция 601 1. 1024, 512 цифровой 1.4 NTSC 0. 640, 320 1. 853, 427 HDV / HDCAM 1. 1920 + Образцовые соотношения сторон с заранее определенными показателями в семействе видеокодеков H.26x Индекс Соотношение сторон 0 Неопределен 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 255 расширенный
Rec.601, a Rec.601 compliant value, which is considered the real pixel aspect ratio of standard definition video of that type. Digital, which is roughly equivalent to Rec.601 and is more suitable to use in Digital Video Editing software. Note that sources differ on PARs for common formats – for example, 576 lines (PAL) displayed at 4:3 (DAR) corresponds to either PAR of 12:11 (if 704×576, SAR = 11:9), or a PAR of 16:15 (if 720×576, SAR = 5:4). See references for sources giving both, and SDTV: Resolution for a table of storage, display and pixel aspect ratios. Also note that CRT televisions do not have pixels, but scanlines. + Non square aspect ratios of common video formats Video system DAR (Display Aspect Ratio) Picture dimensions SAR (Storage Aspect Ratio) PAR (Pixel Aspect Ratio) PAR (Pixel Aspect Ratio) (decimal) Width (px) Type PAL 1.0 769, 385 Rec.601 1. 768, 384 digital 1.0 1. 1026, 513 Rec.601 1. 1024, 512 digital 1.4 NTSC 0. 640, 320 1. 853, 427 HDV / HDCAM 1. 1920
+ Sample aspect ratios with predefined indicators in the H.26x family of video codecs Index Aspect ratio 0 unspecified 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 255 extended
Основные источники
На дату получения бесплатным членством в Интернет-книжной лавке МСЭ можно будет бесплатно скачать до трех Рекомендаций МСЭ R. Этот стандарт, который является основой для HDMI, определяет 16:15 (1.0666) как отношение стороны пикселей 4:3 576i/p и 8:9 (0.888) как отношение стороны пикселей 4:3 480i/p.