Hvad er 4: 4: 4, 4: 2: 2 og 4: 2: 0 eller underprøver farve

Det er muligt, at du på et tidspunkt har hørt om udtrykkene luminance og krominans, selvom du ikke har forstået nøjagtigt, hvad disse begreber betød, eller hvad deres specifikke funktioner var. Begge udtryk bruges også, når der er behov for underampling eller underampling af farve.

Når 4: 4: 4, 4: 2: 2 og 4: 2: 0- cifrede sæt læses, betyder det, at der gennem disse notationer udtrykkes en videoformel relateret til chroma-underampling (også kaldet krominansundersampling).. Disse nummerkombinationer findes på fotos og videoer, det er derfor, det er nødvendigt at vide, hvad de er til.

Før man analyserer disse notationer, skal det overvejes, at både indholdet i fotos og i videoer får deres distribution til at aftage, relateret til grænserne, der tilbydes af bredbånd.

I dette scenarie, og for at opnå større komprimering og overførselshastighed i audiovisuelt indhold, bruges chrominance-underampling, meget brugt i forskellige indholdsformater, såsom Blu-ray-diske og streamingtjenester.

Indholdsindeks

Hvad er chroma subsampling eller subsampling?

Kromatisk underampling (farveundersampling) er en teknik, hvormed farveinformationen indeholdt i et signal komprimeres for at favorisere informationen indeholdt i luminansen. På denne måde reduceres båndbredden, men uden at det påvirker kvaliteten af ​​dette komprimerede billede.

For flere år siden, med introduktionen af ​​digital video, vejes videoer tungt, hvilket gjorde det vanskeligt at transmittere og opbevare dem. Forsøg på at finde en løsning på disse størrelsesproblemer ankom chrominansundersampling til.

Hvis vi undersøger sammensætningen af ​​al digital video, finder vi to hovedkomponenter, som vi kalder luminance og krominans.

Det første udtryk, som vi også kender lysstyrke eller kontrast, omfatter alle de forskelle, vi ser mellem de mørkeste og lyseste områder i videoen.

På sin side er krominansen komponenten i videoens farvemætning. Da visionen om et menneske har mere følsomhed over for kontrast (luminans) end for farvemætning (krominans), blev det besluttet, at der var en del af videoen, der kunne komprimeres uden at påvirke dens kvalitet.

For at gøre digital videostyring lettere, blev komprimeringsteknikken implementeret. Dette betyder, at et ægte farvevideosignal (4: 4: 4), hvor vi finder alle oplysninger om rød, grøn og blå i hver pixel, dette komprimeres, hvis der anvendes kromatisk underampling, hvilket gør det dens overførsel er lettere, og det kræver mindre båndbredde, når farven allerede er fjernet.

Når billedet er komprimeret, vil kvaliteten af ​​sort og hvid ikke være mindre end kvaliteten af ​​farverne, da menneskesynet, som angivet, har mindre kapacitet til at assimilere krominans. På denne måde har videoen efter delprøve mere luminans end krominansinformation.

Med dette er det muligt at bevare billedets kvalitet, samtidig med at det reduceres betydeligt med op til 50%. I nogle formater som YUV når luminansmængden kun en tredjedel af det samlede antal, så der er en bred margin for at reducere krominansen og dermed opnå større komprimering.

Under hensyntagen til, at der er visse begrænsninger i hastighederne, der udgør de brede bånd af internet og HDMI, for eksempel opnår denne komprimering, at en digital video kan transmitteres med større effektivitet.

Både CRT-skærme, LCD'er og opladningskoblede enheder (CCD'er) bruger komponenter til at optage røde, grønne og blå farver. I en digital video sondres der imidlertid mellem luma og kroma bare for at være i stand til at lave en komprimering og gøre den lettere til transmission.

Der er flere chroma-undersamplingsmetoder, der bruger forskellige notationer, som vi kort vil forklare, og bemærke, at det første tal er for luma, og det andet og tredje tal er for chroma.

Metoder til underampling af farver / undersampling

4: 4: 4

Dette er den fulde og originale opløsning, hvor der ikke er nogen komprimering af nogen art, med det første tal, der angiver luminansen (4) og de følgende to tal (4: 4), der bruges til Cb- og Cr-kroma-komponenterne. 4: 4: 4 bruges ofte til RGB-billeder, selvom det også bruges til YCbCr-farverummet.

4: 2: 2

I det første nummer ser vi en fuld opløsning af lumaen, mens vi ser en halv opløsning for krominansen. Denne notation er standarden i billeder og bærer en komprimering, der ikke påvirker billedkvaliteten. Det bruges til bl.a. DVCpro50 og Betacam Digital-videoformater.

4: 1: 1

Igen har vi en fuld opløsnings-luma, mens vi nu har endnu mindre krominans - kun et kvarter. Dette er det underprøvningsskema, der bruges af NTSC DV- og PAL DVCPro-formaterne.

4: 2: 0

Denne notation angiver, at lumens opløsning er fuldstændig (4), mens den har en halv opløsning i lodret og vandret retning for kromkomponenterne. Faktisk er 4: 2: 0 en temmelig vanskelig farveudtagning, der inkluderer en masse variationer i betragtning af, om videoen er sammenflettet eller progressiv, eller hvis den bruges af MPEG2 eller PAL DV.

Med denne 4: 2: 0-prøveudtagning får du en 1/4 farveopløsning, ligesom 4: 1: 1-sampling. I det første tilfælde komprimeres farven imidlertid vandret og lodret, mens kompressionen i den anden notation er vandret.

1920 x 1080 farveundersampling

Analog HDTV blev efterfulgt af digital HDTV, en teknologi af højere kvalitet og opløsning. Det bragte imidlertid også en stor udfordring for ingeniørerne, da de måtte skabe en form, der gjorde det muligt for denne nye teknologi at blive brugt i de systemer, der var til stede på det tidspunkt, hovedsageligt PAL og NTSC.

Derfor måtte alle bestræbelser rettes mod at muliggøre kompatibilitet mellem PAL og NTSC. Den nye HDTV-standard måtte være kompatibel med både PAL og NTSC, blandt dens vigtigste funktioner.

Variationerne, som denne standard blev lidt under årene, var mange, indtil den endelig blev indstillet til 1125 lodrette linjer, med 1080 af disse udelukkende dedikeret til billedet. På det tidspunkt var den maksimale hastighed for 1080 29, 97 fps (NTSC), mens den for 720 var 59, 94 fps (NTSC).

Dette er nogle af de mest anvendte kromatiske underamplingværdier i de forskellige populære digitale videoformater:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Internetvideo: 4: 2: 0HDTV transmissionskvalitet: 4: 2: 2 Ukomprimeret (fuld information): 4: 4: 4: 4

Er en 3: 1: 1 -undersampling bedre end 4: 2: 2?

I det gamle 1080p HDCAM-format blev 3: 1: 1 brugt, mens 720p-opløsning havde og stadig har 4: 2: 2-undersampling. Men hvilken af ​​disse var bedst?

Hvis vi kun baserer på dataene, er det et simpelt svar: 4: 2: 2 er to gange 3: 1: 1 med hensyn til farveudtagning, så vi kunne klart sige, at det bedste i dette tilfælde er 4: 2: 2.

Dette kan dog ikke være et absolut svar, da størrelsen på billedet ikke betragtes som 4 × 4-notationer for farveudtagning.

Så hvilken af ​​disse notationer er bedre? Et billede, der indeholder en masse farveoplysninger eller et andet med mindre information, men med en bedre prøvefarve? Der er ikke et klart svar.

Intensionen med denne analyse var for os at se, at et billede har meget mere information og kompleksitet som baggrund end det, der er set overfladisk.

Selvfølgelig skal du altid huske, at vi bruger en prøve af et billede ved 4: 4: 4, da dette er en komplet notation, hvor den bedste samplingsfrekvens opnås.

Underampling 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Tallet 4, som er det første tal fra venstre, angiver størrelsen på prøven.

Hvad angår de to numre, der går forud for dette, er de relateret til kromainformationen. Disse afhænger af det første tal (4) og er ansvarlige for at definere henholdsvis den horisontale og lodrette prøveudtagning.

Et billede med en 4: 4: 4: 4-farvekomponent er ikke komprimeret overhovedet, hvilket betyder, at det ikke blev undersamplet og derfor fuldt ud indeholder luminans- og farvedata.

Ved at analysere en matrix på fire efter to pixels ser vi, at 4: 2: 2 indeholder halvdelen af ​​kroma, som vi finder i et 4: 4: 4-signal, mens vi analyserer en 4: 2: 0-matrix, ser vi, at det indeholder endnu mindre: kun et farveinformationsrum.

Den horisontale samplingshastighed på et 4: 2: 2-signal vil kun være halvdelen (2), mens dets lodrette samplinghastighed er fuld (4). I modsætning hertil er der i et 4: 2: 0-signal kun farveudtagning i halvdelen af ​​pixels i den første række, idet pixlerne i signalets anden række ignoreres fuldstændigt.

Beregning af størrelsen på underamplingdataene

Der er en temmelig enkel beregning, som vi kan vide nøjagtigt, hvor meget information der går tabt efter at have taget en samplet farve. Beregningen er som følger:

Som vi allerede har indikeret, er den maksimale kvalitet for en prøve 4 + 4 + 4 = 12

Dette betyder, at et billede med fuld farve er 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, hvor vi finder 100% kvalitet, uden komprimering. Fra dette tidspunkt kan en prøvekvalitet variere som følger:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, hvilket er 66, 7% af 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, hvilket er 50% af 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, hvilket er 50% af 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, hvilket er 42% af 4: 4: 4 (12)

Derfor, hvis et 4: 4: 4-farvesignal er 24 MB i størrelse, betyder det, at et 4: 2: 2-signal vil være omkring 16 MB i størrelse, mens et 4: 2: 0-signal Det vil være 12 MB i størrelse og et 3: 1: 1 signal vil være 10 MB.

Med dette kan vi allerede forstå, hvorfor kromatisk underampling er så vigtig og fortsætter med at eksistere. For sektorer som internettet og tv er det vigtigt, fordi det reducerer størrelsen på filerne og derfor kræver mindre båndbredde ressourcer.

Konklusion om underampling

Med kromatisk underampling kan vi komprimere en billedfil for at reducere dens størrelse på denne måde. Med dette opnås det, at der kræves mindre båndbredde for at overføre det uden at miste billedets kvalitet med det blotte øje. Dette betyder, at efter farvesubprøve eller underampling, er der ingen større ufuldkommenheder synligt.

I øjeblikket er prøven 4: 2: 0 vigtig for platforme til audiovisuelt indhold, så uden denne komprimeringsteknik ville det helt sikkert have været meget vanskeligere og dyrere at få adgang til tjenester som 4K-indhold fra Amazon og Netflix.

Wikipedia kilde