Wat is 4: 4: 4, 4: 2: 2 en 4: 2: 0 of subsampling kleur

Het is mogelijk dat u op een gegeven moment hebt gehoord van de termen luminantie en chrominantie, hoewel u niet precies hebt begrepen wat deze concepten betekenden of wat hun specifieke functies waren. Beide termen worden ook gebruikt wanneer subsampling of subsampling van kleur nodig is.

Wanneer de 4: 4: 4, 4: 2: 2 en 4: 2: 0 cijfersets worden gelezen, betekent dit dat door deze notaties een video-formule met betrekking tot chromasubsampling (ook wel chrominantiesubsampling genoemd) wordt uitgedrukt.. Deze cijfercombinaties zijn te vinden in foto's en video's, daarom is het noodzakelijk om te weten waarvoor ze dienen.

Voordat we deze notaties analyseren, moet er rekening mee worden gehouden dat zowel de inhoud in foto's als in video's ervoor zorgt dat de verspreiding ervan vertraagt, in verband met de beperkingen die door breedband worden geboden.

In dit scenario en om een ​​grotere compressie- en overdrachtssnelheid in audiovisuele inhoud te bereiken, wordt chrominantiesubsampling gebruikt, die veel wordt gebruikt in verschillende inhoudsindelingen, zoals Blu-ray-schijven en streamingdiensten.

Inhoudsindex

Wat is chromasubsampling of subsampling?

Chromatische subsampling (kleursubsampling) is een techniek waarbij de kleurinformatie in een signaal wordt gecomprimeerd om de informatie in de luminantie te begunstigen. Op deze manier wordt de bandbreedte verminderd, maar zonder de kwaliteit van dit gecomprimeerde beeld te beïnvloeden.

Enkele jaren geleden, met de introductie van digitale video, wogen video's zwaar, waardoor ze moeilijk konden worden verzonden en opgeslagen. Om een ​​oplossing te vinden voor deze grootteproblemen, werd de chrominantiesubsampling bereikt.

Als we de samenstelling van alle digitale video onderzoeken, zullen we twee hoofdcomponenten vinden die we luminantie en chrominantie noemen.

De eerste term, die we ook helderheid of contrast kennen, omvat alle verschillen die we zien tussen de donkerste en lichtste delen van de video.

De chrominantie van haar kant is het onderdeel van de kleurverzadiging van de video. Omdat de visie van een mens gevoeliger is voor contrast (helderheid) dan voor kleurverzadiging (chrominantie), werd besloten dat een deel van de video kon worden gecomprimeerd zonder de kwaliteit te beïnvloeden.

Daarom werd de compressietechniek geïmplementeerd om digitaal videobeheer gemakkelijker te maken. Dit betekent dat een videosignaal met ware kleuren (4: 4: 4) waarin we alle informatie van rood, groen en blauw in elke pixel vinden, dit wordt gecomprimeerd als chromatische subsampling wordt toegepast, waardoor het de overdracht is lichter en het vereist minder bandbreedte wanneer de kleur al is verwijderd.

Als het beeld eenmaal is gecomprimeerd, zal de kwaliteit van het zwart-wit niet minder zijn dan de kwaliteit van de kleuren, omdat, zoals aangegeven, het menselijk zicht minder vermogen heeft om chrominantie te assimileren. Op deze manier zal de video na subsampling meer helderheid hebben dan chrominantie-informatie.

Hiermee is het mogelijk om de kwaliteit van de afbeelding te behouden terwijl de grootte aanzienlijk wordt verkleind tot 50%. In sommige formaten zoals de YUV bereikt de hoeveelheid luminantie slechts een derde van het totaal, dus er is een brede marge om de chrominantie te verminderen en dus een grotere compressie te bereiken.

Rekening houdend met het feit dat er bepaalde beperkingen zijn in de snelheden die de brede banden van internet en HDMI vormen, zorgt deze compressie ervoor dat een digitale video efficiënter kan worden verzonden.

Zowel CRT-monitoren, LCD's als ladingsgekoppelde apparaten (CCD's) gebruiken componenten om rode, groene en blauwe kleuren vast te leggen. In een digitale video wordt echter onderscheid gemaakt tussen luma en chroma om een ​​compressie te kunnen maken en deze lichter te maken voor transmissie.

Er zijn verschillende chromasubsamplingmethoden die verschillende notaties gebruiken die we kort zullen uitleggen, waarbij we opmerken dat het eerste nummer voor luma is en het tweede en derde nummer voor chroma.

Kleur subsampling / subsampling methoden

4: 4: 4

Dit is de volledige en originele resolutie, waarbij er geen enkele compressie is, waarbij het eerste nummer de luminantie (4) aangeeft en de volgende twee nummers (4: 4) die worden gebruikt voor de Cb- en Cr-chromacomponenten. 4: 4: 4 wordt vaak gebruikt voor RGB-afbeeldingen, hoewel het ook wordt gebruikt voor de YCbCr-kleurruimte.

4: 2: 2

In het eerste nummer zien we een volledige resolutie van de luma, terwijl we een halve resolutie zien voor de chrominantie. Deze notatie is de standaard in afbeeldingen en heeft een compressie die de beeldkwaliteit niet beïnvloedt. Het wordt onder andere gebruikt voor DVCpro50 en Betacam Digital videoformaten.

4: 1: 1

Nogmaals, we hebben een luma met volledige resolutie, terwijl we nu nog minder chrominantie hebben - slechts een kwart. Dit is het subsamplingschema dat wordt gebruikt door de formaten NTSC DV en PAL DVCPro.

4: 2: 0

Deze notatie geeft aan dat de resolutie van de luma volledig is (4), terwijl deze een halve resolutie heeft in verticale en horizontale richting voor de chromacomponenten. Eigenlijk is 4: 2: 0 een vrij moeilijke kleursampling die veel variaties bevat, rekening houdend met het feit of de video geïnterlinieerd of progressief is, of dat deze wordt gebruikt door MPEG2 of PAL DV.

Met deze 4: 2: 0-bemonstering krijgt u een 1/4 kleurresolutie, net als 4: 1: 1-bemonstering. In het eerste geval wordt de kleur echter horizontaal en verticaal gecomprimeerd, terwijl in de tweede notatie de compressie horizontaal is.

1920 x 1080 subsampling in kleur

Analoge HDTV werd gevolgd door digitale HDTV, een technologie van hogere kwaliteit en resolutie. Het was echter ook een grote uitdaging voor de ingenieurs, omdat ze een vorm moesten creëren die het mogelijk maakte om deze nieuwe technologie te gebruiken in de systemen die op dat moment aanwezig waren, voornamelijk PAL en NTSC.

Daarom moesten alle inspanningen worden gericht op het mogelijk maken van compatibiliteit tussen PAL en NTSC. De nieuwe HDTV-standaard moest compatibel zijn voor zowel PAL als NTSC, een van de belangrijkste kenmerken.

De variaties waaraan deze standaard in de loop der jaren te lijden had, waren talrijk, totdat hij uiteindelijk werd vastgesteld op 1125 verticale lijnen, waarvan 1080 exclusief aan het beeld waren gewijd. Op dat moment was de maximale snelheid voor 1080 29, 97 fps (NTSC), terwijl het voor 720 59, 94 fps (NTSC) was.

Dit zijn enkele van de meest gebruikte chromatische subsamplingwaarden in de verschillende populaire digitale videoformaten:

• HDCAM: 3: 1: 1 NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0 Internetvideo: 4: 2: 0 HDTV-overdrachtskwaliteit: 4: 2: 2 ongecomprimeerd (volledige informatie): 4: 4: 4: 4

Is een subsampling van 3: 1: 1 beter dan 4: 2: 2?

In het oude 1080p HDCAM-formaat werd 3: 1: 1 gebruikt, terwijl 720p-resolutie 4: 2: 2-subsampling had en heeft. Maar welke was het beste?

Als we alleen op de gegevens gebaseerd zijn, is het een eenvoudig antwoord: 4: 2: 2 is tweemaal 3: 1: 1 in termen van kleursampling, dus we kunnen duidelijk stellen dat het beste in dit geval 4: 2 is: 2.

Dit kan echter geen absoluut antwoord zijn, aangezien de grootte van de afbeelding niet wordt meegenomen in de 4 × 4-notaties van de kleursampling.

Dus welke van deze notaties is beter? Een afbeelding die veel kleurinformatie bevat of een andere met minder informatie maar met een betere voorbeeldkleur? Een duidelijk antwoord is er niet.

De bedoeling van deze analyse was dat we zouden zien dat een afbeelding veel meer informatie en complexiteit als achtergrond heeft dan wat oppervlakkig gezien wordt.

Natuurlijk, altijd in gedachten houdend dat we een voorbeeld van een afbeelding gebruiken in 4: 4: 4, omdat dit een volledige notatie is waarin de beste bemonsteringsfrequentie wordt verkregen.

Subsampling 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Het nummer 4, het eerste nummer van links, geeft de grootte van de steekproef aan.

De twee cijfers die hieraan voorafgaan, zijn gerelateerd aan de chroma-informatie. Deze zijn afhankelijk van het eerste nummer (4) en zijn verantwoordelijk voor het definiëren van respectievelijk de horizontale en verticale bemonstering.

Een afbeelding met een 4: 4: 4: 4-kleurcomponent wordt helemaal niet gecomprimeerd, wat betekent dat deze niet subsampled is en daarom de luminantie- en kleurgegevens volledig bevat.

Als we een matrix van vier bij twee pixels analyseren, zien we dat 4: 2: 2 de helft van de chroma bevat die we in een 4: 4: 4-signaal vinden, terwijl we bij analyse van een 4: 2: 0-matrix zien dat het nog minder bevat: alleen een kleur informatieruimte.

De horizontale bemonsteringsfrequentie op een 4: 2: 2-signaal is slechts de helft (2), terwijl de verticale bemonstering vol is (4). Daarentegen is er bij een 4: 2: 0-signaal alleen kleurbemonstering in de helft van de pixels in de eerste rij, waarbij de pixels in de tweede rij van het signaal volledig worden genegeerd.

Het berekenen van de grootte van de submonstergegevens

Er is een vrij eenvoudige berekening waarmee we precies kunnen weten hoeveel informatie er verloren gaat na subsampled kleur. De berekening is als volgt:

Zoals we al hebben aangegeven, is de maximale kwaliteit voor een monster 4 + 4 + 4 = 12

Dit betekent dat een afbeelding met full colour 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12 is, waarbij we 100% kwaliteit vinden, zonder enige compressie. Vanaf dit punt kan de kwaliteit van een monster als volgt variëren:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, dat is 66, 7% van 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, dat is 50% van 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, dat is 50% van 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, dat is 42% van 4: 4: 4 (12)

Dus als een 4: 4: 4-kleurensignaal 24 MB groot is, betekent dit dat een 4: 2: 2-signaal ongeveer 16 MB groot is, terwijl een 4: 2: 0-signaal Het zal 12 MB groot zijn en een 3: 1: 1 signaal zal 10 MB zijn.

Hiermee kunnen we al begrijpen waarom chromatische subsampling zo belangrijk is en blijft bestaan. Voor sectoren als internet en televisie is het essentieel omdat het de omvang van de bestanden verkleint en daarom minder bandbreedtebronnen vereist.

Conclusie over subsampling

Met chromatische subsampling kunnen we een afbeeldingsbestand comprimeren om de grootte op deze manier te verkleinen. Hiermee wordt bereikt dat er minder bandbreedte nodig is om het te verzenden, zonder de kwaliteit van het beeld met het blote oog te verliezen. Dit betekent dat er na kleursubsampling of subsampling geen grote imperfecties zichtbaar zijn.

Momenteel is het 4: 2: 0-voorbeeld essentieel voor audiovisuele inhoudplatforms, dus zonder deze compressietechniek zou het zeker veel moeilijker en duurder zijn geweest om toegang te krijgen tot diensten zoals 4K-inhoud van Amazon en Netflix.

Wikipedia-bron