Ce este 4: 4: 4, 4: 2: 2 și 4: 2: 0 sau culoarea sub-eșantionare

Este posibil ca, la un moment dat, să fi auzit despre termenii luminanță și cromanță, deși nu ați înțeles exact ce înseamnă aceste concepte sau care au fost funcțiile lor specifice. Ambii termeni sunt de asemenea folosiți atunci când este nevoie de subamplere sau subamplere de culoare.

Când se citesc seturi de cifre 4: 4: 4, 4: 2: 2 și 4: 2: 0, înseamnă că prin aceste notații se exprimă o formulă video legată de subamplasarea cromatică (numită și subamplere cromozianță).. Aceste combinații de numere pot fi găsite în fotografii și videoclipuri, de aceea este necesar să știți pentru ce sunt ele.

Înainte de a analiza aceste notații, trebuie să se considere că atât conținutul din fotografii, cât și din videoclipuri determină încetinirea distribuției acestora, în funcție de limitele oferite de banda largă.

În acest scenariu, și pentru a obține o mai mare viteză de compresie și transfer în conținut audiovizual, se utilizează sub-eșantionare de cromatină, utilizat pe scară largă în diferite formate de conținut, precum discuri Blu-ray și servicii de streaming.

Indice de conținut

Ce este sub-eșantionarea sau subamplerea cromatică?

Subsantionarea cromatică (subamplerea culorilor) este o tehnică prin care informațiile de culoare conținute într-un semnal sunt comprimate pentru a favoriza informațiile conținute în lumină. În acest fel, lățimea de bandă este redusă, dar fără a afecta calitatea acestei imagini comprimate.

Cu câțiva ani în urmă, odată cu introducerea videoclipurilor digitale, videoclipurile cântăreau foarte mult, ceea ce îngreunează transmiterea și stocarea acestora. Încercând să găsească o soluție la aceste probleme de mărime, s-a ajuns la eșantionarea cromozentei.

Dacă vom investiga compoziția tuturor videoclipurilor digitale, vom găsi două componente principale pe care le numim luminanță și cromanță.

Primul termen, pe care îl cunoaștem și luminozitate sau contrast, cuprinde toate diferențele pe care le vedem între cele mai întunecate și cele mai ușoare zone din videoclip.

La rândul său, cromoanța este componenta saturației culorii a videoclipului. Deoarece viziunea asupra unei ființe umane are mai multă sensibilitate la contrast (luminanță) decât la saturația culorilor (crominanță), s-a decis că există o parte a videoclipului care poate fi comprimată fără a afecta calitatea acestuia.

Prin urmare, pentru a facilita gestionarea video digitală, a fost implementată tehnica de compresie. Aceasta înseamnă că un adevărat semnal video color (4: 4: 4) în care găsim toate informațiile despre roșu, verde și albastru în fiecare pixel, acest lucru va fi comprimat dacă se aplică subamplerea cromatică, ceea ce o face transferul său este mai ușor și necesită o lățime de bandă mai mică atunci când culoarea a fost deja îndepărtată.

Odată ce imaginea este comprimată, calitatea alb-negrului nu va fi mai mică decât calitatea culorilor, deoarece, așa cum este indicat, viziunea umană are o capacitate mai mică de asimilare a cromozentei. În acest fel, după subamplasare, videoclipul va avea mai multă luminanță decât informațiile despre cromatanță.

Prin aceasta este posibilă menținerea calității imaginii, făcând în același timp o reducere semnificativă a dimensiunii acesteia cu până la 50%. În unele formate precum YUV, cantitatea de luminanță atinge doar o treime din total, astfel încât există o marjă largă pentru a reduce cromoanța și, astfel, pentru a obține o compresie mai mare.

Ținând cont de faptul că există anumite limitări ale vitezei care constituie benzile largi de internet și HDMI, de exemplu, această compresie realizează că un videoclip digital poate fi transmis cu o eficiență mai mare.

Atât monitoarele CRT, LCD-urile și dispozitivele cuplate cu încărcare (CCD) folosesc componente pentru a capta culorile roșu, verde și albastru. Cu toate acestea, într-un videoclip digital se face o distincție între luma și croma doar pentru a putea face o compresie și pentru a o face mai ușoară pentru transmisie.

Există mai multe metode de eșantionare cromă care folosesc diferite notații pe care le vom explica pe scurt, menționând că primul număr este pentru luma și al doilea și al treilea număr sunt pentru cromă.

Metodele de prelevare / eșantionare a culorilor

4: 4: 4

Aceasta este rezoluția completă și originală, în care nu există o compresie de niciun fel, cu primul număr care indică luminanța (4) și următoarele două numere (4: 4) utilizate pentru componentele Cb și Cr. 4: 4: 4 este utilizat în mod obișnuit pentru imaginile RGB, deși este utilizat și pentru spațiul color YCbCr.

4: 2: 2

În primul număr, vedem o rezoluție completă a luma, în timp ce vedem o jumătate de rezoluție pentru crominanță. Această notare este standardul în imagini și poartă o compresie care nu afectează calitatea imaginii. Este utilizat pentru formatele video DVCpro50 și Betacam Digital, printre altele.

4: 1: 1

Din nou, avem o lumă de rezoluție completă, în timp ce acum avem și mai puțină cromanță - doar un sfert. Aceasta este schema de subamplere utilizate de formatele DVSP NTSC DV și PAL.

4: 2: 0

Această notare indică faptul că rezoluția luma este completă (4), în timp ce are o jumătate de rezoluție pe direcția verticală și orizontală pentru componentele cromatică. De fapt, 4: 2: 0 este o probă de culoare destul de dificilă, care include o mulțime de variații, luând în considerare dacă videoclipul este întrețesut sau progresiv sau dacă este folosit de MPEG2 sau PAL DV.

Cu această eșantionare 4: 2: 0, veți obține o rezoluție de culoare 1/4, la fel ca eșantionarea 4: 1: 1. Cu toate acestea, în primul caz culoarea este comprimată orizontal și vertical, în timp ce în a doua notare compresia este orizontală.

1920 x 1080 eșantionare color

Analog HDTV a fost urmat de HDTV digital, o tehnologie de calitate și rezoluție superioară. Cu toate acestea, aceasta a adus și o mare provocare inginerilor, deoarece au trebuit să creeze o formă care să facă posibilă utilizarea acestei noi tehnologii în sistemele prezente la acea vreme, în principal PAL și NTSC.

În consecință, toate eforturile au trebuit să fie îndreptate către o compatibilitate între PAL și NTSC. Noul standard HDTV trebuia să fie compatibil atât pentru PAL cât și pentru NTSC, printre principalele sale caracteristici.

Variațiile pe care acest standard le-a suferit de-a lungul anilor au fost multe, până când a fost stabilit în sfârșit la 1125 de linii verticale, cu 1080 dintre acestea dedicate exclusiv imaginii. La acel moment, rata maximă pentru 1080 era de 29, 97 fps (NTSC), în timp ce pentru 720 era de 59, 94 fps (NTSC).

Acestea sunt unele dintre cele mai utilizate valori de subamplere cromatică în diferitele formate video digitale populare:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0 Video video Internet: 4: 2: 0HDTV Calitate de transmisie: 4: 2: 2 Necomprimat (informații complete): 4: 4: 4: 4

Este o sub-eșantionare 3: 1: 1 mai bună decât 4: 2: 2?

În vechiul format HDCAM 1080p, s-a utilizat 3: 1: 1, în timp ce rezoluția de 720p a avut și mai are încă sub-eșantionare 4: 2: 2. Dar care dintre acestea a fost cel mai bun?

Dacă ne bazăm doar pe date, este un răspuns simplu: 4: 2: 2 este de două ori 3: 1: 1 în ceea ce privește eșantionarea culorilor, deci am putea afirma clar că cel mai bun în acest caz este 4: 2: 2.

Totuși, acesta nu poate fi un răspuns absolut, deoarece dimensiunea imaginii nu este luată în considerare în notațiile 4 × 4 ale eșantionării culorilor.

Deci, care dintre aceste notații este mai bună? O imagine care conține o mulțime de informații despre culoare sau alta cu mai puține informații, dar cu o culoare mai bună a eșantionului? Nu există un răspuns clar.

Intenția acestei analize a fost pentru noi să vedem că o imagine are mult mai multe informații și complexitate ca fundal decât ceea ce se vede superficial.

Desigur, ținând cont întotdeauna că folosim un eșantion de imagine la 4: 4: 4, deoarece aceasta este o notare completă în care se obține cea mai bună frecvență de eșantionare.

Subsample 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Numărul 4, care este primul număr din stânga, indică dimensiunea eșantionului.

În ceea ce privește cele două numere care preced acest lucru, acestea sunt legate de informațiile despre cromă. Acestea depind de primul număr (4) și sunt responsabile de definirea eșantionării orizontale și, respectiv, verticale.

O imagine cu o componentă de culoare 4: 4: 4: 4 nu este deloc comprimată, ceea ce înseamnă că nu a fost sub-eșantionată și, prin urmare, conține pe deplin datele de lumină și culoare.

Analizând o matrice de patru pixeli cu doi pixeli, vedem că 4: 2: 2 conține jumătate din cromă pe care o găsim într-un semnal 4: 4: 4, în timp ce analizăm o matrice 4: 2: 0 vedem că conține și mai puțin: numai o sală de informare a culorilor.

Rata de eșantionare orizontală pe un semnal 4: 2: 2 va fi doar jumătate (2), în timp ce prelevarea sa verticală va fi completă (4). În schimb, într-un semnal 4: 2: 0, există doar eșantionare de culoare în jumătate din pixeli din primul rând, ignorând complet pixelii din al doilea rând al semnalului.

Calcularea dimensiunii datelor de prelevare

Există un calcul destul de simplu cu ajutorul căruia putem ști exact cât de multe informații se pierd după ce au fost sub-eșantionate culoarea. Calculul este următorul:

După cum am indicat deja, calitatea maximă pentru un eșantion este de 4 + 4 + 4 = 12

Acest lucru înseamnă că o imagine cu culoare completă este 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, unde găsim o calitate 100%, fără compresie. Din acest moment, calitatea unui eșantion poate varia astfel:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, care este 66, 7% din 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, care este 50% din 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, care este 50% din 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, care este 42% din 4: 4: 4 (12)

Prin urmare, dacă un semnal color 4: 4: 4 are o dimensiune de 24 MB, înseamnă că un semnal 4: 2: 2 va avea o dimensiune de aproximativ 16 MB, în timp ce un semnal 4: 2: 0 Acesta va avea dimensiunea de 12 MB și un semnal 3: 1: 1 va fi de 10 MB.

Prin aceasta, putem înțelege deja de ce subamplurarea cromatică este atât de importantă și continuă să existe. Pentru sectoare precum internetul și televiziunea este esențial, deoarece reduce dimensiunea fișierelor și, prin urmare, necesită mai puține resurse de lățime de bandă.

Concluzie despre eșantionare

Cu ajutorul eșantionării cromatice putem comprima un fișier de imagine pentru a reduce dimensiunea acestuia în acest fel. Prin aceasta, se obține că este necesară o lățime de bandă mai mică pentru a o transmite, fără a pierde calitatea imaginii cu ochiul liber. Acest lucru înseamnă că, după subamplere sau subamplere de culoare, nu se observă vizual imperfecțiuni majore.

În prezent, eșantionul 4: 2: 0 este esențial pentru platformele de conținut audiovizual, deci fără această tehnică de comprimare, cu siguranță ar fi fost mult mai dificil și mai scump accesul la servicii precum conținut 4K de la Amazon și Netflix.

Sursa Wikipedia