Čo je farba 4: 4: 4, 4: 2: 2 a 4: 2: 0 alebo podvzorkovacia farba

Je možné, že ste v určitom okamihu počuli o výrazoch jas a chrominancie, aj keď ste nerozumeli presne, čo tieto pojmy znamenajú alebo aké boli ich konkrétne funkcie. Obidva výrazy sa používajú aj vtedy, keď je potrebný podvzorkovanie alebo podvzorkovanie farieb.

Keď sa čítajú číselné súpravy 4: 4: 4, 4: 2: 2 a 4: 2: 0, znamená to, že prostredníctvom týchto zápisov sa vyjadruje video vzorec týkajúci sa podvzorkovania chroma (tiež nazývaného podvzorkovanie chrominancie)., Tieto číselné kombinácie nájdete na fotografiách a videách, preto je potrebné vedieť, pre čo sú.

Pred analýzou týchto záznamov je potrebné vziať do úvahy, že tak obsah na fotografiách, ako aj na videách spôsobí spomalenie ich distribúcie, čo súvisí s limitmi, ktoré ponúka širokopásmové pripojenie.

V tomto scenári a na dosiahnutie väčšej kompresie a rýchlosti prenosu audiovizuálneho obsahu sa používa vzorkovanie chrominancie, ktoré sa bežne používa v rôznych formátoch obsahu, ako sú napríklad disky Blu-ray a streamingové služby.

Index obsahu

Čo je podvzorkovanie alebo podvzorkovanie chroma?

Chromatické podvzorkovanie (podvzorkovanie farieb) je technika, pri ktorej sa informácie o farbe obsiahnuté v signáli skomprimujú, aby sa zvýhodnili informácie obsiahnuté v jase. Týmto spôsobom je šírka pásma znížená, ale bez ovplyvnenia kvality tohto komprimovaného obrazu.

Pred niekoľkými rokmi, so zavedením digitálneho videa, boli videá vážne vážené, čo sťažuje ich prenos a ukladanie. V snahe nájsť riešenie týchto problémov s veľkosťou sa dospelo k vzorkovaniu chrominancie.

Ak preskúmame zloženie všetkého digitálneho videa, nájdeme dve hlavné zložky, ktoré nazývame jas a chrominancie.

Prvý výraz, ktorý poznáme aj jas alebo kontrast, zahŕňa všetky rozdiely, ktoré vidíme medzi najtmavšími a najsvetlejšími oblasťami vo videu.

Chrominancia je súčasťou farebnej saturácie videa. Pretože vízia človeka má väčšiu citlivosť na kontrast (jas) ako na sýtosť farieb (chrominancia), rozhodlo sa, že časť videa sa dá komprimovať bez toho, aby to ovplyvnilo jeho kvalitu.

Aby sa uľahčila správa digitálneho videa, bola implementovaná kompresná technika. To znamená, že skutočný farebný video signál (4: 4: 4), v ktorom nájdeme všetky informácie o červenej, zelenej a modrej v každom pixeli, bude komprimovaný, ak sa použije chromatický podvzorkovanie, čo z neho urobí jeho prenos je ľahší a vyžaduje menšiu šírku pásma, ak už bola farba odstránená.

Keď je obrázok komprimovaný, kvalita čiernej a bielej nebude nižšia ako kvalita farieb, pretože, ako je uvedené, ľudské videnie má menšiu kapacitu na asimiláciu chrominancie. Týmto spôsobom bude mať video po prevzorkovaní viac jasu ako chrominančné informácie.

Vďaka tomu je možné zachovať kvalitu obrazu a súčasne výrazne zmenšiť jeho veľkosť až o 50%. V niektorých formátoch, ako je YUV, množstvo jasu dosahuje iba tretinu celkového súčtu, takže existuje veľká rezerva na zníženie chrominancie, a teda na dosiahnutie väčšej kompresie.

Ak vezmeme do úvahy, že existujú určité obmedzenia v rýchlostiach, ktoré tvoria široké pásmo internetu a HDMI, tak táto kompresia vedie k tomu, že digitálne video sa môže prenášať s väčšou účinnosťou.

Monitory CRT, LCD a zariadenia s väzbou na náboj (CCD) používajú komponenty na zachytenie červenej, zelenej a modrej farby. V digitálnom videu sa však rozlišuje medzi lumou a chromou, aby bolo možné urobiť kompresiu a urobiť ju ľahšou pre prenos.

Existuje niekoľko metód podvzorkovania chroma, ktoré používajú rôzne zápisy, ktoré stručne vysvetlíme, pričom poznamenávame, že prvé číslo je pre luma a druhé a tretie číslo pre chroma.

Metódy podvzorkovania / podvzorkovania farieb

4: 4: 4

Toto je úplné a pôvodné rozlíšenie, pri ktorom nedochádza k žiadnej kompresii, pričom prvé číslo udáva jas (4) a nasledujúce dve čísla (4: 4) použité pre zložky chromozómu Cb a Cr. 4: 4: 4 sa bežne používa pre obrázky RGB, hoci sa používa aj pre farebný priestor YCbCr.

4: 2: 2

V prvom čísle vidíme úplné rozlíšenie lumy, zatiaľ čo vidíme polovičné rozlíšenie pre chrominanciu. Tento zápis je štandardom v obrázkoch a prináša kompresiu, ktorá nemá vplyv na kvalitu obrazu. Používa sa okrem iného pre digitálne video formáty DVCpro50 a Betacam.

4: 1: 1

Opäť máme lúmen s plným rozlíšením, zatiaľ čo teraz máme ešte menej chrominancie - iba štvrtinu. Toto je schéma vzorkovania používaná vo formátoch NTSC DV a PAL DVCPro.

4: 2: 0

Tento zápis naznačuje, že rozlíšenie lúm je úplné (4), zatiaľ čo má polovičné rozlíšenie vo vertikálnom a horizontálnom smere pre chroma komponenty. V skutočnosti je 4: 2: 0 dosť zložité vzorkovanie farieb, ktoré obsahuje veľa variácií, ktoré zvažujú, či je video prekladané alebo progresívne, alebo či ho používa MPEG2 alebo PAL DV.

S týmto vzorkovaním 4: 2: 0 získate farebné rozlíšenie 1/4, rovnako ako vzorkovanie 4: 1: 1. V prvom prípade je však farba stlačená horizontálne a vertikálne, zatiaľ čo v druhom zápise je kompresia horizontálna.

Podvzorkovanie farieb 1920 x 1080

Po analógovom HDTV nasledovala digitálna HDTV, technológia vyššej kvality a rozlíšenia. Pre inžinierov to však znamenalo veľkú výzvu, pretože museli vytvoriť formu, ktorá by umožnila použitie tejto novej technológie v systémoch, ktoré sa v tom čase nachádzali, najmä v PAL a NTSC.

Preto sa všetko úsilie malo zamerať na to, aby bola možná kompatibilita medzi PAL a NTSC. Nový štandard HDTV musel byť medzi hlavnými funkciami kompatibilný pre PAL aj NTSC.

Variácie, ktoré tento štandard v priebehu rokov utrpel, boli početné, až kým sa nakoniec nestanovil na 1125 zvislých čiarach, pričom 1080 z nich sa venovalo výlučne obrázku. V tom čase bola maximálna rýchlosť pre 1080 29, 97 fps (NTSC), zatiaľ čo pre 720 to bolo 59, 94 fps (NTSC).

Toto sú niektoré z najčastejšie používaných chromatických podvzorkovacích hodnôt v rôznych populárnych formátoch digitálneho videa:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Internetové video: 4: 2: 0HDTV Kvalita prenosu: 4: 2: 2 nekomprimovaná (úplné informácie): 4: 4: 4: 4

Je podvzorkovanie 3: 1: 1 lepšie ako 4: 2: 2?

V starom formáte HDCAM 1080p sa použili 3: 1: 1, zatiaľ čo rozlíšenie 720p malo a stále má podvzorkovanie 4: 2: 2. Ale ktoré z nich boli najlepšie?

Keby sme vychádzali iba z údajov, je to jednoduchá odpoveď: 4: 2: 2 je dvakrát 3: 1: 1 z hľadiska vzorkovania farieb, takže by sme mohli jasne uviesť, že najlepšie v tomto prípade je 4: 2.: 2.

Toto však nemôže byť absolútna odpoveď, pretože veľkosť obrázku sa nezohľadňuje v zápisoch 4 × 4 na vzorke farieb.

Ktorý z týchto zápisov je teda lepší? Obrázok, ktorý obsahuje veľa farebných informácií alebo iný s menšou informáciou, ale s lepšou farbou vzorky? Neexistuje jasná odpoveď.

Zámerom tejto analýzy bolo, aby sme videli, že obrázok má oveľa viac informácií a zložitosti ako pozadie, ako je povrchovo viditeľné.

Samozrejme, vždy s ohľadom na to, že používame vzorku obrázka pri 4: 4: 4, pretože ide o úplný zápis, v ktorom sa získa najlepšia vzorkovacia frekvencia.

Prevzorkovanie 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Číslo 4, ktoré je prvým číslom zľava, označuje veľkosť vzorky.

Pokiaľ ide o dve čísla, ktoré tomu predchádzajú, súvisia s chroma informáciami. Závisia od prvého čísla (4) a zodpovedajú za definovanie horizontálneho a vertikálneho odberu vzoriek.

Obrázok s farebnou zložkou 4: 4: 4: 4 nie je vôbec komprimovaný, čo znamená, že nebol vzorkovaný vo vzorke, a preto obsahuje všetky údaje o jase a farbe.

Pri analýze matice 4 x 2 pixelov vidíme, že 4: 2: 2 obsahuje polovicu chrómu, ktorý nachádzame v signáli 4: 4: 4, zatiaľ čo pri analýze matice 4: 2: 0 vidíme, že obsahuje ešte menej: iba farebná informačná miestnosť.

Horizontálna vzorkovacia frekvencia pri signáli 4: 2: 2 bude iba polovica (2), zatiaľ čo jej vertikálne vzorkovanie bude plné (4). Naopak, v signáli 4: 2: 0 je vzorkovanie farieb iba v polovici pixelov v prvom riadku, pričom sa úplne ignorujú pixely v druhom riadku signálu.

Výpočet veľkosti čiastkových údajov

Existuje pomerne jednoduchý výpočet, pomocou ktorého vieme presne, koľko informácií sa stratí po vzorkovaní farieb. Výpočet je nasledujúci:

Ako sme už uviedli, maximálna kvalita vzorky je 4 + 4 + 4 = 12

To znamená, že obrázok s plnou farbou je 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, kde nájdeme 100% kvalitu, bez akejkoľvek kompresie. Od tejto chvíle sa kvalita vzorky môže líšiť takto:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, čo je 66, 7% zo 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, čo je 50% 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, čo je 50% zo 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, čo je 42% zo 4: 4: 4 (12)

Ak má teda farebný signál 4: 4: 4 veľkosť 24 MB, znamená to, že signál 4: 2: 2 bude mať veľkosť približne 16 MB, zatiaľ čo signál 4: 2: 0 Bude mať veľkosť 12 MB a signál 3: 1: 1 bude 10 MB.

Vďaka tomu už vieme pochopiť, prečo je chromatické podvzorkovanie také dôležité a stále existuje. Pre sektory, ako je internet a televízia, je to nevyhnutné, pretože zmenšuje veľkosť súborov, a preto si vyžaduje menšie zdroje šírky pásma.

Záver o podvzorkovaní

Pomocou chromatického podvzorkovania môžeme týmto spôsobom komprimovať obrazový súbor a zmenšiť tak jeho veľkosť. Tým sa dosiahne, že na prenos je potrebná menšia šírka pásma bez toho, aby sa voľným okom stratila kvalita obrazu. To znamená, že po podvzorkovaní farieb alebo podvzorkovaní nie sú vizuálne viditeľné žiadne väčšie nedostatky.

V súčasnosti je vzorka 4: 2: 0 nevyhnutná pre platformy audiovizuálneho obsahu, takže bez tejto kompresnej techniky by bolo určite oveľa ťažšie a drahšie získať prístup k službám, ako je napríklad obsah 4K od spoločností Amazon a Netflix.

Zdroj Wikipedia