Vad är 4: 4: 4, 4: 2: 2 och 4: 2: 0 eller underprövningsfärg

Det är möjligt att du någon gång har hört talas om termerna luminans och krominans, även om du inte har förstått exakt vad dessa begrepp betydde eller vad deras specifika funktioner var. Båda termerna används också när det behövs delprövning eller delprövning av färg.

När sifferuppsättningarna 4: 4: 4, 4: 2: 2 och 4: 2: 0 läses betyder det att genom dessa notationer uttrycks en videoformel relaterad till chroma subampling (även kallad chrominance subampling).. Dessa nummerkombinationer finns i foton och videor, det är därför det är nödvändigt att veta vad de är till för.

Innan man analyserar dessa notationer måste det beaktas att både innehållet i foton och i videor gör att distributionen bromsas, relaterad till de gränser som bredband erbjuder.

I det här scenariot, och för att uppnå större komprimering och överföringshastighet i audiovisuellt innehåll, används champinansundampling, allmänt använt i olika innehållsformat, såsom Blu-ray-skivor och strömmningstjänster.

Innehållsindex

Vad är chroma subsampling eller subsampling?

Kromatisk undersampling (färgundersampling) är en teknik genom vilken färginformationen i en signal komprimeras för att gynna informationen i luminansen. På detta sätt reduceras bandbredden, men utan att det påverkar kvaliteten på denna komprimerade bild.

För flera år sedan, med introduktionen av digital video, vägde videor tungt, vilket gjorde det svårt att överföra och lagra dem. Försöket hitta en lösning på dessa storleksproblem kom champinansundprovningen till.

Om vi ​​undersöker sammansättningen av all digital video hittar vi två huvudkomponenter som vi kallar luminans och krominans.

Den första termen, som vi också känner ljusstyrka eller kontrast, omfattar alla skillnader vi ser mellan de mörkaste och lättaste områdena i videon.

Krominansen är för sin del en del av filmens färgmättnad. Eftersom en människas vision har mer känslighet för kontrast (luminans) än för färgmättnad (krominans), beslutades det att det fanns en del av videon som kunde komprimeras utan att påverka dess kvalitet.

För att underlätta digital videohantering implementerades komprimeringstekniken. Detta innebär att en riktig färgvideosignal (4: 4: 4) där vi hittar all information om rött, grönt och blått i varje pixel, kommer att komprimeras om kromatisk undersampling används, vilket gör det till dess överföring är lättare och det kräver mindre bandbredd när färgen redan har tagits bort.

När bilden är komprimerad kommer kvaliteten på svartvitt inte att vara mindre än färgen, eftersom människans syn, som indikerat, har mindre kapacitet att assimilera krominans. På detta sätt kommer videon att ha mer luminans än krominansinformation efter delprovning.

Med detta är det möjligt att bibehålla bildkvaliteten samtidigt som man minskar storleken på upp till 50%. I vissa format som YUV når luminansmängden bara en tredjedel av det totala, så det finns en bred marginal för att minska krominansen och därmed uppnå större kompression.

Med tanke på att det finns vissa begränsningar i hastigheterna som utgör det breda bandet av internet och HDMI, till exempel, uppnår denna kompression att en digital video kan sändas med större effektivitet.

Både CRT-skärmar, LCD-skärmar och laddningskopplade enheter (CCD) använder komponenter för att fånga röda, gröna och blå färger. I en digital video görs emellertid en skillnad mellan luma och kroma bara för att kunna göra en komprimering och göra den lättare för överföring.

Det finns flera chroma-undersamplingsmetoder som använder olika notationer som vi kort kommer att förklara och notera att det första numret är för luma och det andra och det tredje numret är för kroma.

Färgundersamplingsmetoder

4: 4: 4

Detta är den fullständiga och ursprungliga upplösningen, i vilken det inte finns någon komprimering av något slag, med det första numret som indikerar luminansen (4) och följande två siffror (4: 4) som används för Cb- och Cr-kromkomponenterna. 4: 4: 4 används vanligtvis för RGB-bilder, även om det också används för YCbCr-färgutrymmet.

4: 2: 2

I det första numret ser vi en fullständig upplösning av luman, medan vi ser en halv upplösning för krominansen. Denna notering är standarden i bilder och har en komprimering som inte påverkar bildkvaliteten. Det används bland annat för DVCpro50 och Betacam Digital videoformat.

4: 1: 1

Återigen har vi en fullständig upplösning, medan vi nu har ännu mindre krominans - bara en fjärdedel. Detta är det undersamplingsschema som används av NTSC DV- och PAL DVCPro-format.

4: 2: 0

Denna notering indikerar att lumans upplösning är fullständig (4), medan den har en halv upplösning i vertikal och horisontell riktning för kromkomponenterna. Egentligen är 4: 2: 0 en ganska svår färgprovtagning som innehåller många variationer med tanke på om videon är sammanflätad eller progressiv, eller om den används av MPEG2 eller PAL DV.

Med denna 4: 2: 0-sampling får du en 1/4 färgupplösning, precis som 4: 1: 1-sampling. Men i det första fallet komprimeras färgen horisontellt och vertikalt, medan kompressionen i den andra notationen är horisontell.

1920 x 1080 färgunderprovning

Analog HDTV följdes av digital HDTV, en teknik med högre kvalitet och upplösning. Men det gav också en stor utmaning för ingenjörerna, eftersom de var tvungna att skapa en form som gjorde det möjligt för denna nya teknik att användas i de system som var närvarande vid den tiden, främst PAL och NTSC.

Följaktligen måste alla ansträngningar riktas mot att möjliggöra kompatibilitet mellan PAL och NTSC. Den nya HDTV-standarden måste vara kompatibel för både PAL och NTSC, bland dess huvudfunktioner.

Variationerna som denna standard led under åren var många, tills den äntligen sattes till 1125 vertikala linjer, med 1080 av dessa uteslutande avsedda för bilden. Vid den tiden var den högsta hastigheten för 1080 29, 97 fps (NTSC), medan den för 720 var 59, 94 fps (NTSC).

Dessa är några av de mest använda kromatiska underamplingsvärdena i de olika populära digitala videoformaten:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0 Internetvideo: 4: 2: 0HDTV Sändningskvalitet: 4: 2: 2 Okomprimerad (fullständig information): 4: 4: 4: 4

Är en 3: 1: 1-undersampling bättre än 4: 2: 2?

I det gamla 1080p HDCAM-formatet användes 3: 1: 1, medan 720p-upplösningen hade och fortfarande har 4: 2: 2-undersampling. Men vilken av dessa var bäst?

Om vi ​​bara litar på uppgifterna är det ett enkelt svar: 4: 2: 2 är två gånger 3: 1: 1 när det gäller färgprovtagning, så vi kan tydligt säga att det bästa i detta fall är 4: 2: 2.

Detta kan emellertid inte vara ett absolut svar, eftersom bildens storlek inte beaktas i 4 × 4-notationerna för färgprovet.

Så vilken av dessa notationer är bättre? En bild som innehåller mycket färginformation eller en annan med mindre information men med en bättre provfärg? Det finns inget tydligt svar.

Avsikten med denna analys var att vi skulle se att en bild har mycket mer information och komplexitet som bakgrund än vad som ytligt sett.

Tänk naturligtvis alltid på att vi använder ett exempel på en bild vid 4: 4: 4, eftersom detta är en komplett notation där den bästa samplingsfrekvensen erhålls.

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

Siffran 4, som är det första numret från vänster, indikerar provets storlek.

När det gäller de två siffrorna som föregår detta är de relaterade till krominformationen. Dessa beror på det första numret (4) och är ansvariga för att definiera den horisontella respektive vertikala samplingen.

En bild med en färgkomponent 4: 4: 4: 4 komprimeras inte alls, vilket innebär att den inte subprovades och därför innehåller luminans- och färgdata helt.

Genom att analysera en matris med fyra av två pixlar ser vi att 4: 2: 2 innehåller halva krom som vi hittar i en signal på 4: 4: 4, medan vi analyserar en 4: 2: 0-matris ser vi att den innehåller ännu mindre: endast ett färginformationsrum.

Den horisontella samplingshastigheten på en 4: 2: 2-signal kommer att vara endast hälften (2), medan dess vertikala sampling är full (4). Däremot, i en 4: 2: 0-signal, finns det bara färgprovtagning i hälften av pixlarna i den första raden, helt ignorerar pixlarna i den andra raden i signalen.

Beräknar storleken på undersamplingsdata

Det finns en ganska enkel beräkning med vilken vi kan veta exakt hur mycket information som går förlorat efter att färgen har tagits i prov. Beräkningen är som följer:

Som vi redan har angett är den maximala kvaliteten för ett prov 4 + 4 + 4 = 12

Detta innebär att en bild med full färg är 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, där vi hittar 100% kvalitet, utan komprimering. Från denna punkt kan kvaliteten på ett prov variera enligt följande:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, vilket är 66, 7% av 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, vilket är 50% av 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, vilket är 50% av 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, vilket är 42% av 4: 4: 4 (12)

Därför, om en 4: 4: 4-färgsignal är 24 MB stor, betyder det att en 4: 2: 2-signal kommer att vara ungefär 16 MB i storlek, medan en 4: 2: 0-signal Det kommer att vara 12 MB i storlek och en signal på 3: 1: 1 är 10 MB.

Med detta kan vi redan förstå varför kromatisk undersampling är så viktig och fortsätter att existera. För sektorer som internet och tv är det viktigt eftersom det minskar filernas storlek och därför kräver mindre bandbreddresurser.

Slutsats om delprovning

Med kromatisk undersampling kan vi komprimera en bildfil för att minska storleken på detta sätt. Med detta uppnås att mindre bandbredd krävs för att överföra den, utan att tappa kvaliteten på bilden med blotta ögat. Detta innebär att efter färgundersampling eller underprovning inte syns några större felaktigheter visuellt.

För närvarande är exemplet 4: 2: 0 viktigt för plattformar för audiovisuella innehåll, så utan denna komprimeringsteknik skulle det säkert ha varit mycket svårare och dyrare att få tillgång till tjänster som 4K-innehåll från Amazon och Netflix.

Wikipedia-källa