Komputery zajmują się przestrzeniami kolorów RGB, mieszając kombinacje czerwieni, zieleni i błękitu, aby renderować kolory na ekranie. Ale RGB nie nadaje się do przechowywania i przesyłania, ponieważ zapewnia nadmiarowość.
Na szczęście ludzką percepcję można oszukać za pomocą techniki znanej jako podpróbkowanie chrominancji. Jest to rodzaj kompresji zdjęć i filmów, który odrzuca niektóre informacje o kolorze bez pogorszenia postrzeganej jakości wizualnej.
Pomaga to zmniejszyć rozmiar pliku i wykorzystanie przepustowości.
Dołącz do nas, aby dowiedzieć się, jak działa podpróbkowanie chrominancji, jak różne tryby próbkowania wpływają na jakość obrazu i jak najlepiej skonfigurować swoje urządzenia.
Co to jest podpróbkowanie Chroma? Co to robi?
Ludzki układ wzrokowy znacznie gorzej rozumie zmiany w różnicach kolorów niż jasność. Podpróbkowanie Chroma wykorzystuje ten fakt, zmniejszając ilość informacji o kolorze w sygnale źródłowym, aby umożliwić zamiast tego więcej danych o luminancji. Innymi słowy, składowe kolorów są próbkowane w rozdzielczości niższej niż jasność.
Ograniczenie informacji o kolorze umożliwia efektywne przesyłanie sygnału wideo przez kable HDMI o ograniczonej przepustowości i przez Internet. Ponieważ Twoje oko jest znacznie mniej wrażliwe na kolory niż na jasność, podczas oglądania ulubionych filmów nie zauważysz znaczącej różnicy w jakości.
Podpróbkowanie Chroma jest również używane w kodowaniu JPEG.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
W cyfrowym wideo i fotografii składowa jasności — lub luma — jest zwykle oznaczana jako Y. Dane koloru (zwane chrominancją lub po prostu nasyceniem) składają się z dwóch różnych składowych: Cb (projekcja koloru niebieskiego) i Cr (projekcja czerwieni). Ich kombinacja, znana jako YCbCr, określa kolory widoczne na ekranie.
Urządzenia do przetwarzania obrazu, takie jak kamery wideo, wykorzystują złożone sygnały analogowe (YUV), które można cyfrowo zakodować jako YCbCr. Ponieważ urządzenia projekcyjne takie jak Zamiast tego telewizory i telefon w Twojej kieszeni obsługują RGB, konwertują cyfrowy sygnał YCbCr z powrotem na przestrzeń kolorów RGB przed wyświetleniem obrazu.
Typowe typy podpróbkowania Chroma
Przestrzeń kolorów YCbCr obsługuje kilka schematów podpróbkowania chrominancji wyrażonych jako stosunek A: B:C. A to pozioma szerokość próbkowanego obszaru w pikselach, B oznacza liczbę próbek chrominancji (Cr, Cb) w pierwszym rzędzie, a C oznacza próbkowanie pionowe.
Na przykład schemat 4:2:2 definiuje segment składający się z czterech pikseli poziomo w dwóch rzędach. Sampluje cztery elementy luminancji i miesza je z dwoma chrominancjami (jednym Cr i jednym Cb).
4:4:4, 4:2:2 i 4:2:0: Jaka jest różnica?
Poniżej przedstawiono najczęstsze kombinacje podpróbkowania chrominancji:
- 4:4:4 jest używany dla nieskompresowanego sygnału bez redukcji kolorów. Otrzymujesz pełną rozdzielczość kolorów w poziomie i pionie bez utraty jakości. Jest też 4:4:4:4, gdzie czwarta czwórka to kanał przezroczystości.
- 4:2:2 ma połowę nasycenia 4:4:4, zmniejszając poziomą rozdzielczość kolorów o połowę w porównaniu z lumą. Zmniejsza rozmiar pliku nieskompresowanego sygnału o jedną trzecią, z niewielkimi lub zerowymi artefaktami kompresji. W związku z tym format 4:2:2 jest często używany w grach i profesjonalnych formatach wideo, takich jak Digital Betacam, DVCPRO 50 i MPEG-2.
- 4:2:0 transportuje jedną czwartą próbek lumy. Próbkowana jest tylko połowa pikseli w pierwszym rzędzie, a drugi rząd jest odrzucany. Przy częstotliwości próbkowania zmniejszonej o połowę w poziomie i w pionie, 4:2:0 praktycznie zachowuje bezstratną jakość wizualną. Te funkcje pomogły przekształcić go w standard branżowy dla filmów, programów telewizyjnych i sportu.
Korzystanie z próbkowania 4:4:4 dla multimediów ma niewielką przewagę wizualną. Dlatego większość cyfrowych kamer wideo i wiele filmów Blu-ray używa kodowania 4:2:0. I na te chwile, kiedy trzeba wyeksportuj wideo z Premiere Pro na swoim komputerze, popularne kodeki wideo, takie jak MPEG-1, MPEG-2 i H.261/263, również obsługują format 4:2:0.
4:2:1 przeciwko 4:1:1 przeciwko 4:4:0
Inne schematy pobierania próbek nie są szeroko stosowane, takie jak poniższe przykłady.
- 4:2:1 to nieco przestarzały tryb próbkowania z rozdzielczością poziomą Cb o połowę mniejszą niż Cr i jedną czwartą rozdzielczości poziomej Y.
- 4:1:1 ćwierć rozdzielczości chrominancji i zmniejsza o połowę przepustowość, co ma wpływ na jakość wizualną. Podczas gdy niektóre cyfrowe formaty wideo, takie jak DV, DVCAM i DVCPRO, używają formatu 4:1:1, ten tryb próbkowania nie zapewnia jakości transmisji.
- 4:4:0 zmniejsza o połowę współczynnik próbkowania w pionie, ale utrzymuje go w poziomie.
Podpróbkowanie chrominancji w tekście, aplikacjach i mediach
Różne tryby podpróbkowania chrominancji są ukierunkowane na określone przypadki użycia.
Nikt nie lubi oglądać artefaktów kompresji na treściach o wysokim kontraście i doskonałej rozdzielczości, takich jak tekst na jednolitym kolorze. Dlatego komputery, telefony, tablety i konsole do gier używają wyłącznie próbkowania 4:4:4. Kodowanie multimediów w formacie 4:4:4 to przesada — nie ma dostrzegalnej różnicy wizualnej, a rozmiar pliku przekracza dach.
Jak przetestować podpróbkowanie Chroma
Najprostszym sposobem sprawdzenia podpróbkowania chrominancji byłaby cyfrowa karta testowa wbudowana w telewizor, znana również jako „startup test” lub „wzór testowy”. Włączenie tej funkcji w ustawieniach telewizora spowoduje wyświetlenie zestawu wzorów i skalibrowanych kolorów słupy.
Kolorowe paski na telewizorze nie tylko pozwala sprawdzić, czy stosowane jest podpróbkowanie chrominancji, ale także upewnić się, że kolor i tonacja są zgodne z oryginalnym sygnałem wyjściowym.
Jeśli nie możesz znaleźć tej opcji, wyszukaj w Google „wzorce testowe podpróbkowania chrominancji” lub użyj obrazu testowego chrominancji dostarczonego przez RYNKI. Otwórz to zdjęcie na komputerze lub obejrzyj na telewizorze. Pamiętaj, aby ustawić skalowanie na 100% przed szukaniem charakterystycznych artefaktów, takich jak rozmyte krawędzie tekstu, zanikanie kolorów oraz rozmycie linii i tekstu.
Jeśli ich nie ma, telewizor korzysta z trybu próbkowania 4:4:4 bez kompresji.
Jak wybrać najlepsze podpróbkowanie Chroma
Uzbrojony w całą tę wiedzę, powinieneś mieć podstawową wiedzę na temat podpróbkowania chrominancji i tego, jak działają różne tryby kompresji.
Z reguły kable HDMI powinny obsługiwać zarówno format 4:2:0, jak i 4:2:2. Aby cieszyć się nieskompresowanym wideo 4:4:4 bez podpróbkowania chrominancji, potrzebujesz kabla HDMI Ultra High-Speed o określonej przepustowości w zakresie 18-48 Gb/s.
Jeśli podłączasz komputer, dekoder lub konsolę do gier do telewizora, pamiętaj, aby ustawić format wideo na YCbCr/YUV (nie martw się o nieostrość tekstu w grach — dzisiejsze silniki graficzne uwzględniają chrominancję podpróbkowanie).
- LG: Przejdź do ustawień obrazu i włącz Głęboki kolor HDMI ULTRA HD. Teraz kliknij Wejście przycisk, wybierz Wszystkie wejściai wybierz port, aby używać tego trybu.
- TLC: 4:4:4 powinno być domyślnie włączone po podłączeniu komputera. Jeśli nie, pamiętaj, aby ustawić typ wejścia na Komputer w interfejsie ustawień.
- SAMSUNG: Idź do Ustawienia menu i kliknij Ustawienia eksperckie poniżej Ustawienia obrazu nagłówek. Teraz przewiń w dół do Kolor HDMI UHD u dołu ekranu wybierz wejście, które będzie używało 4:4:4: i ustaw je na komputer tryb.
- Sony: otwarty Ustawienia i przejdź do menu wejść zewnętrznych, a następnie wybierz Ulepszony format HDMI. Musisz także ustawić tryb obrazu na Grafika w ustawieniach obrazu.
- Vizio: Wybierz dane wejściowe w Wyświetlacz ustawienia aplikacji SmartCast. Teraz wybierz Podpróbkowanie kolorów HDMI, przypisz go do żądanego portu wejściowego, a następnie ustaw na Komputer.
W przypadku streamerów multimediów, takich jak Apple TV, ustaw wyjście sygnału HDMI na YCbCr w Ustawieniach.
W końcu podpróbkowanie Chroma ma znaczenie
Zrozumienie, jak działa podpróbkowanie chrominancji, nie tylko pomoże ci rozszyfrować znaczenie tych dziwnych skrótów wydrukowane obok portów I/O z tyłu telewizora, ale także wybierz odpowiednie ustawienie, aby uzyskać optymalną jakość obrazu.
Bez podpróbkowania chrominancji strumienie wideo 4K zacinałyby się, a do zapisywania filmów i zdjęć zrobionych telefonem potrzebne byłyby ogromne ilości pamięci.