Что такое 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0 или цвет субдискретизации

Вполне возможно, что в какой-то момент вы слышали о терминах « яркость» и «цветность», хотя вы точно не поняли, что означают эти понятия или каковы их конкретные функции. Оба термина также используются, когда необходима субдискретизация или субдискретизация цвета.

Когда считываются наборы цифр 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0, это означает, что через эти обозначения выражается формула видео, связанная с подвыборкой цветности (также называемой подвыборкой цветности)., Эти комбинации номеров можно найти на фотографиях и видео, поэтому необходимо знать, для чего они нужны.

Прежде чем анализировать эти обозначения, необходимо учесть, что как содержание на фотографиях, так и в видеороликах приводит к замедлению их распространения, что связано с ограничениями, предлагаемыми широкополосной связью.

В этом сценарии и для достижения большей скорости сжатия и передачи в аудиовизуальном контенте используется субдискретизация цветности, широко используемая в различных форматах контента, таких как диски Blu-ray и потоковые сервисы.

Указатель содержания

Что такое субсэмплирование по цветности или субсэмплирование?

Хроматическая субсэмплирование (цветовая субсэмплирование) - это метод, с помощью которого информация о цвете, содержащаяся в сигнале, сжимается, чтобы отдавать предпочтение информации, содержащейся в яркости. Таким образом, пропускная способность уменьшается, но не влияет на качество этого сжатого изображения.

Несколько лет назад, с появлением цифрового видео, видео очень сильно весили, что затрудняло их передачу и хранение. Пытаясь найти решение этих проблем размера, была достигнута подвыборка цветности.

Если мы исследуем композицию всего цифрового видео, мы найдем два основных компонента, которые мы называем яркостью и цветностью.

Первый термин, который мы также знаем яркость или контраст, охватывает все различия, которые мы видим между самыми темными и самыми светлыми областями видео.

В свою очередь, цветность является компонентом цветовой насыщенности видео. Поскольку зрение человека обладает большей чувствительностью к контрасту (яркости), чем к насыщенности цвета (цветности), было решено, что есть часть видео, которая может быть сжата без ущерба для ее качества.

Поэтому, чтобы упростить управление цифровым видео, была применена технология сжатия. Это означает, что видеосигнал истинного цвета (4: 4: 4), в котором мы находим всю информацию о красном, зеленом и синем в каждом пикселе, будет сжат при применении хроматической подвыборки, что сделает его его передача легче и требует меньшей полосы пропускания, когда цвет уже удален.

Как только изображение будет сжато, качество черного и белого будет не меньше, чем качество цветов, поскольку, как указано, человеческое зрение обладает меньшей способностью ассимилировать цветность. Таким образом, после подвыборки видео будет иметь больше яркости, чем информации о цветности.

Благодаря этому можно сохранить качество изображения, существенно уменьшив его размер до 50%. В некоторых форматах, таких как YUV, уровень яркости достигает только одной трети от общего, поэтому существует большой запас для уменьшения цветности и, таким образом, для достижения большего сжатия.

Принимая во внимание, что существуют определенные ограничения в скоростях, которые составляют, например, широкие полосы интернета и HDMI, это сжатие позволяет передавать цифровое видео с большей эффективностью.

Как мониторы CRT, так и ЖК-дисплеи и устройства с зарядовой связью (CCD) используют компоненты для захвата красного, зеленого и синего цветов. Тем не менее, в цифровом видео различие между яркостью и цветностью делается только для того, чтобы иметь возможность сделать сжатие и сделать его легче для передачи.

Существует несколько методов подвыборки цветности, в которых используются разные обозначения, которые мы кратко объясним, отметив, что первое число относится к яркости, а второе и третье - к цветности.

Методы цветовой подвыборки

4: 4: 4

Это полное и оригинальное разрешение, в котором отсутствует сжатие любого вида, причем первое число указывает яркость (4), а следующие два числа (4: 4) используются для компонентов цветности Cb и Cr. 4: 4: 4 обычно используется для изображений RGB, хотя также используется для цветового пространства YCbCr.

4: 2: 2

В первом выпуске мы видим полное разрешение яркости, в то время как мы видим половинное разрешение для цветности. Это обозначение является стандартом в изображениях и содержит сжатие, которое не влияет на качество изображения. Он используется для форматов DVCpro50 и Betacam Digital, среди прочего.

4: 1: 1

Опять же, у нас есть разрешение с полным разрешением, а у нас теперь еще меньше цветности - всего четверть. Это схема подвыборки, используемая форматами NTSC DV и PAL DVCPro.

4: 2: 0

Это обозначение указывает, что разрешение яркости завершено (4), в то время как оно имеет половину разрешения в вертикальном и горизонтальном направлении для компонентов цветности. Фактически 4: 2: 0 - довольно сложная цветовая выборка, которая включает в себя множество вариаций, учитывая, является ли видео чересстрочным или прогрессивным, или оно используется MPEG2 или PAL DV.

С помощью этого сэмплирования 4: 2: 0 вы получите цветопередачу 1/4, как и 4: 1: 1. Однако в первом случае цвет сжимается по горизонтали и вертикали, а во втором обозначении сжатие является горизонтальным.

1920 x 1080 цветовой подвыборки

За аналоговым HDTV последовало цифровое HDTV, технология более высокого качества и разрешения. Однако это также стало большой проблемой для инженеров, поскольку они должны были создать форму, которая позволила бы использовать эту новую технологию в системах, присутствовавших в то время, главным образом в PAL и NTSC.

Следовательно, все усилия должны были быть направлены на обеспечение совместимости между PAL и NTSC. Новый стандарт HDTV должен был быть совместимым как для PAL, так и для NTSC, среди его основных функций.

Вариаций, которым этот стандарт подвергался в течение многих лет, было много, пока он не был окончательно установлен на 1125 вертикальных линий, причем 1080 из них предназначались исключительно для изображения. В то время максимальная скорость для 1080 составляла 29, 97 к / с (NTSC), а для 720 - 59, 94 к / с (NTSC).

Вот некоторые из наиболее широко используемых значений хроматической подвыборки в различных популярных форматах цифрового видео:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Интернет-видео: 4: 2: 0HDTV Качество передачи: 4: 2: 2 Несжатый (полная информация): 4: 4: 4: 4

Является ли субсэмплинг 3: 1: 1 лучше, чем 4: 2: 2?

В старом формате 1080p HDCAM использовалось 3: 1: 1, в то время как разрешение 720p имело и все еще имеет субсэмплинг 4: 2: 2. Но какой из них был лучшим?

Если мы опираемся только на данные, это простой ответ: 4: 2: 2 в два раза 3: 1: 1 с точки зрения выборки цвета, поэтому мы можем четко заявить, что лучшим в этом случае является 4: 2.: 2.

Однако это не может быть абсолютным ответом, так как размер изображения не учитывается в обозначениях 4 × 4 выборки цвета.

Итак, какое из этих обозначений лучше? Изображение, которое содержит много информации о цвете или другое с меньшим количеством информации, но с лучшим образцом цвета? Четкого ответа нет.

Намерение этого анализа состояло в том, чтобы мы увидели, что изображение имеет гораздо больше информации и сложности в качестве фона, чем видимое на поверхности.

Конечно, всегда помните, что мы используем образец изображения в формате 4: 4: 4, так как это полная запись, в которой получается лучшая частота дискретизации.

Подвыборка 4: 4: 4 против 4: 2: 2 против 4: 2: 0

Число 4, которое является первым числом слева, указывает размер образца.

Что касается двух чисел, которые предшествуют этому, они связаны с информацией цветности. Они зависят от первого числа (4) и отвечают за определение горизонтальной и вертикальной выборки соответственно.

Изображение с цветным компонентом 4: 4: 4: 4 вообще не сжимается, что означает, что оно не было подвергнуто дополнительной выборке и поэтому полностью содержит данные о яркости и цвете.

Анализируя матрицу четыре на два пикселя, мы видим, что 4: 2: 2 содержит половину цветности, которую мы находим в сигнале 4: 4: 4, а анализ матрицы 4: 2: 0 показывает, что она содержит еще меньше: only цветная информационная комната.

Частота дискретизации по горизонтали для сигнала 4: 2: 2 будет только наполовину (2), тогда как частота дискретизации по вертикали будет полной (4). Напротив, в сигнале 4: 2: 0 выборка цвета происходит только в половине пикселей в первой строке, полностью игнорируя пиксели во второй строке сигнала.

Расчет размера данных подвыборки

Существует довольно простое вычисление, с помощью которого мы можем точно знать, сколько информации теряется после выбора цвета. Расчет выглядит следующим образом:

Как мы уже указывали, максимальное качество для образца составляет 4 + 4 + 4 = 12.

Это означает, что полноцветное изображение имеет формат 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, где мы находим 100% качество без какого-либо сжатия. С этого момента качество образца может варьироваться следующим образом:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, что составляет 66, 7% от 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, что составляет 50% от 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, что составляет 50% от 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, что составляет 42% от 4: 4: 4 (12)

Следовательно, если полноцветный сигнал 4: 4: 4 имеет размер 24 МБ, это означает, что сигнал 4: 2: 2 будет иметь размер около 16 МБ, а сигнал 4: 2: 0. Его размер составит 12 МБ, а сигнал 3: 1: 1 - 10 МБ.

Благодаря этому мы уже можем понять, почему хроматическая субсэмплинг так важен и продолжает существовать. Для таких секторов, как интернет и телевидение, это важно, так как это уменьшает размер файлов и, следовательно, требует меньше ресурсов полосы пропускания.

Вывод о подвыборке

С помощью хроматической подвыборки мы можем сжать файл изображения таким образом, чтобы уменьшить его размер. Благодаря этому достигается меньшая полоса пропускания, необходимая для его передачи, без потери качества изображения невооруженным глазом. Это означает, что после цветовой подвыборки или подвыборки, никаких серьезных дефектов визуально не заметно.

В настоящее время образец 4: 2: 0 необходим для платформ аудиовизуального контента, поэтому без этого метода сжатия было бы гораздо труднее и дороже получить доступ к таким услугам, как контент 4K от Amazon и Netflix.

Википедия источник