Mikä on 4: 4: 4, 4: 2: 2 ja 4: 2: 0 tai alinäytteen väri

On mahdollista, että jossain vaiheessa olet kuullut termeistä luminanssi ja krominanssi, vaikka et ole ymmärtänyt tarkalleen, mitä nämä käsitteet tarkoittivat tai mitä niiden erityiset toiminnot olivat. Molempia termejä käytetään myös silloin, kun tarvitaan värin alinäytteenottoa tai osa-otanta.

Kun 4: 4: 4, 4: 2: 2 ja 4: 2: 0 -merkkijoukot luetaan, se tarkoittaa, että näiden merkintöjen kautta ilmaistaan kroman alinäytteenottoon liittyvä videokaava (jota kutsutaan myös krominanssin alinäytteen ottamiseksi).. Nämä numeroyhdistelmät löytyvät valokuvista ja videoista, siksi on tarpeen tietää, mihin ne ovat.

Ennen näiden merkintöjen analysointia on otettava huomioon, että sekä valokuvien että videoiden sisältö aiheuttaa niiden jakelun hidastumisen suhteessa laajakaistan tarjoamiin rajoituksiin.

Tässä skenaariossa ja audiovisuaalisen sisällön suuremman pakkaamisen ja siirtonopeuden saavuttamiseksi käytetään krominanssin alinäytteenottoa, jota käytetään laajasti erilaisissa sisältömuodoissa, kuten Blu-ray-levyt ja streaming-palvelut.

Sisällysluettelo

Mikä on kroman alinäytteenotto tai alinäytteistys?

Kromaattinen alinäytteistys (värien alinäytteenotto) on tekniikka, jolla signaalin sisältämät väritiedot puristetaan valonvoimaan sisältyvien tietojen suosimiseksi. Tällä tavalla kaistanleveyttä pienennetään, mutta vaikuttamatta tämän pakatun kuvan laatuun.

Useita vuosia sitten, kun digitaalinen video otettiin käyttöön, videot painoivat raskaasti, mikä vaikeutti niiden siirtämistä ja tallentamista. Yritettäessä löytää ratkaisu näihin kokoongelmiin, saatiin krominanssin alinäytteenotto.

Jos tutkimme kaikkien digitaalisten videoiden koostumusta, löydämme kaksi pääkomponenttia, joita kutsumme luminanssiksi ja krominanssiksi.

Ensimmäinen termi, jonka tiedämme myös kirkkaudesta tai kontrastista, kattaa kaikki videon tummeimpien ja vaaleimpien alueiden väliset erot.

Krominance on puolestaan ​​komponentti videon värikylläisyydestä. Koska ihmisen visiossa on enemmän herkkyyttä kontrastille (luminanssi) kuin värikylläisyydelle (krominanssi), päätettiin, että videosta oli osa, jota voidaan pakata vaikuttamatta sen laatuun.

Siksi digitaalisen videonhallinnan helpottamiseksi otettiin käyttöön pakkaustekniikka. Tämä tarkoittaa, että todellinen värivideosignaali (4: 4: 4), josta löytyy kaikki punaisen, vihreän ja sinisen informaation tiedot jokaisesta pikselistä, tämä pakkataan, jos käytetään kromaattista alinäytteenottoa, mikä tekee siitä sen siirto on kevyempi ja vaatii vähemmän kaistanleveyttä, kun väri on jo poistettu.

Kun kuva on pakattu, mustan ja valkoisen laatu ei ole huonompi kuin värien laatu, koska ihmisen näkökyvyllä on, kuten osoitettu, vähemmän kykyä omaksua krominanssia. Tällä tavalla videolla on alinäytteenoton jälkeen enemmän luminanssia kuin krominanssitietoja.

Tällä on mahdollista ylläpitää kuvan laatua pienentämällä sen kokoa merkittävästi jopa 50%. Joissakin muodoissa, kuten YUV, luminanssin määrä saavuttaa vain kolmanneksen kokonaisarvosta, joten värien vähentämiseksi ja siten suuremman puristuksen saavuttamiseksi on suuri marginaali.

Kun otetaan huomioon, että esimerkiksi Internetin ja HDMI: n laajoja kaistoja muodostavissa nopeuksissa on tiettyjä rajoituksia, tämä pakkaus saavuttaa sen, että digitaalinen video voidaan lähettää paremmin.

Molemmat CRT-näytöt, LCD-näytöt ja latauskytketyt laitteet (CCD) käyttävät komponentteja punaisen, vihreän ja sinisen värin sieppaamiseen. Digitaalisessa videossa kuitenkin erotetaan luma ja kroma toisiinsa vain, jotta kompressio voidaan tehdä ja tehdä siitä kevyempi lähetystä varten.

On olemassa useita kroman alinäytteenottomenetelmiä, joissa käytetään erilaisia ​​merkintöjä, jotka selitämme lyhyesti, huomauttaen, että ensimmäinen numero on lumalle ja toinen ja kolmas numero ovat kromille.

Värien alinäytteenoton / alinäytteenottomenetelmät

4: 4: 4

Tämä on täydellinen ja alkuperäinen resoluutio, jossa ei ole minkäänlaista pakkausta. Ensimmäinen luku osoittaa luminanssin (4) ja seuraavat kaksi numeroa (4: 4), joita käytetään Cb- ja Cr-kromikomponenteille. 4: 4: 4 käytetään yleisesti RGB-kuvissa, vaikka sitä käytetään myös YCbCr-väriavaruudessa.

4: 2: 2

Ensimmäisessä numerossa näemme luman täydellisen resoluution, kun taas krominanssille nähdään puoli resoluutiota. Tämä merkintä on standardi kuvissa ja sisältää pakkauksen, joka ei vaikuta kuvan laatuun. Sitä käytetään muun muassa DVCpro50- ja Betacam Digital -videomuotoihin.

4: 1: 1

Jälleen kerran, meillä on täysi resoluutio luma, kun taas meillä on nyt vielä vähemmän värivalintaa - vain neljäsosa. Tätä alinäytteenottotapaa käytetään NTSC DV- ja PAL DVCPro -muodoissa.

4: 2: 0

Tämä merkintä osoittaa, että luman resoluutio on täydellinen (4), kun taas sen kromakomponenttien resoluutio on puoli vertikaalisesti ja vaakasuunnassa. Oikeastaan ​​4: 2: 0 on melko vaikea värinäyte, joka sisältää paljon variaatioita ottaen huomioon, onko video lomitettu vai progressiivinen vai onko MPEG2 tai PAL DV sitä käyttävä.

Tällä 4: 2: 0 -näytteellä saat 1/4 väritarkkuuden, kuten 4: 1: 1 -näytteen. Kuitenkin ensimmäisessä tapauksessa väri puristetaan vaaka- ja pystysuunnassa, kun taas toisessa merkinnässä pakkaus on vaakasuora.

1920 x 1080 -värinäyte

Analogista HDTV: tä seurasi digitaalinen HDTV, korkealaatuisempi ja resoluutioisempi tekniikka. Se toi kuitenkin myös suuren haasteen insinööreille, koska heidän oli luotava muoto, jonka avulla tätä uutta tekniikkaa voidaan käyttää tuolloin olemassa olevissa järjestelmissä, lähinnä PAL ja NTSC.

Tämän seurauksena kaikki ponnistelut oli suunnattava PAL: n ja NTSC: n yhteensopivuuden mahdollistamiseksi. Uuden HDTV-standardin piti olla yhteensopiva sekä PAL: n että NTSC: n kanssa sen pääominaisuuksista.

Vaihteluita, joita tämä standardi kärsi vuosien varrella, oli paljon, kunnes se lopulta asetettiin 1125 pystysuoraan viivaan, joista 1080 oli omistettu yksinomaan kuvalle. Tuolloin maksimiarvo 1080: lle oli 29, 97 fps (NTSC), kun taas 720: lle se oli 59, 94 fps (NTSC).

Nämä ovat joitain yleisimmin käytetyistä kromaattisista alinäytteenottoarvoista eri suosituissa digitaalisissa videoformaateissa:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Internet Video: 4: 2: 0HDTV Lähetyksen laatu: 4: 2: 2 Pakkaamaton (täydelliset tiedot): 4: 4: 4: 4

Onko 3: 1: 1-alinäyte parempi kuin 4: 2: 2?

Vanhassa 1080p HDCAM-muodossa käytettiin 3: 1: 1, kun taas 720p-resoluutiolla oli ja on edelleen 4: 2: 2 alinäyte. Mutta mikä näistä oli paras?

Jos luotamme vain tietoihin, se on yksinkertainen vastaus: 4: 2: 2 on kaksinkertainen 3: 1: 1 värinäytteen suhteen, joten voimme selvästi todeta, että tässä tapauksessa paras on 4: 2: 2

Tämä ei kuitenkaan voi olla ehdoton vastaus, koska kuvan kokoa ei oteta huomioon värinäytteen 4 x 4 -merkinnöissä.

Joten mikä näistä merkinnöistä on parempi? Kuva, joka sisältää paljon väritietoja tai toinen, jossa on vähemmän tietoa, mutta jolla on parempi näyteväri? Ei ole selkeää vastausta.

Tämän analyysin tarkoituksena oli nähdä, että kuvan taustalla on paljon enemmän tietoa ja monimutkaisempaa kuin pinnallisesti nähty.

Tietysti pitää aina mielessä, että käytämme kuvanäytettä kuvasuhteessa 4: 4: 4, koska tämä on täydellinen merkintä, jossa saadaan paras näytteenottotaajuus.

Alinäytteitys 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Numero 4, joka on ensimmäinen numero vasemmalta, osoittaa näytteen koon.

Kaksi tätä edeltävää numeroa ovat suhteessa kromatietoihin. Ne riippuvat ensimmäisestä numerosta (4) ja vastaavat vastaavasti vaaka- ja pystysuuntaisen näytteenoton määrittämisestä.

Kuvaa, jonka värikomponentti on 4: 4: 4: 4, ei pakata ollenkaan, mikä tarkoittaa, että siitä ei ollut otettu alinäytteitä, ja se sisältää siksi täysin kirkkauden ja väritiedot.

Analysoimalla neljään pikselin matriisia näemme, että 4: 2: 2 sisältää puolet kromasta, jonka löydämme 4: 4: 4 -signaalista, kun analysoimme 4: 2: 0-matriisia, näemme, että se sisältää vielä vähemmän: vain väritietohuone.

Vaakasuuntainen näytteenottotaajuus 4: 2: 2 -signaalissa on vain puoli (2), kun taas sen pystysuuntainen näytteenotto on täynnä (4). Sitä vastoin 4: 2: 0 -signaalissa on vain värinäytteitä puolella ensimmäisen rivin pikseliä, huomioimatta kokonaan signaalin toisen rivin pikselit.

Alinäytteenoton koon laskeminen

On melko yksinkertainen laskelma, jonka avulla voimme tietää tarkalleen kuinka paljon tietoa menetetään sen jälkeen, kun väri on otettu alinäytteeseen. Laskelma on seuraava:

Kuten olemme jo todenneet, näytteen enimmäislaatu on 4 + 4 + 4 = 12

Tämä tarkoittaa, että värillinen kuva on 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, jossa löydämme 100% laatua, ilman pakkausta. Tästä hetkestä lähtien näytteen laatu voi vaihdella seuraavasti:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, mikä on 66, 7% suhteessa 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, mikä on 50% 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, mikä on 50% suhteessa 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, mikä on 42% suhteesta 4: 4: 4 (12)

Siksi, jos 4: 4: 4 -värisignaalin koko on 24 Mt, se tarkoittaa, että 4: 2: 2 -signaalin koko on noin 16 Mt, kun taas 4: 2: 0 -signaalin Sen koko on 12 Mt ja signaali 3: 1: 1 on 10 Mt.

Tämän avulla voimme jo ymmärtää, miksi kromaattiset alinäytteet ovat niin tärkeitä ja edelleen olemassa. Sellaisilla aloilla kuin Internet ja televisio on välttämätöntä, koska se pienentää tiedostojen kokoa ja vaatii siksi vähemmän kaistanleveysresursseja.

Johtopäätös alinäytteenotosta

Kromaattisen alinäytteenoton avulla voimme pakkaa kuvatiedoston pienentääksesi sen kokoa tällä tavalla. Tällä saavutetaan se, että sen lähettämiseen tarvitaan vähemmän kaistaleveyttä menettämättä kuvan laatua paljain silmin. Tämä tarkoittaa, että värien alinäytteenoton tai alinäytteenoton jälkeen suuria puutteita ei ole visuaalisesti havaittavissa.

Tällä hetkellä 4: 2: 0-malli on välttämätön audiovisuaalisille sisältöalustoille, joten ilman tätä pakkaustekniikkaa olisi varmasti ollut paljon vaikeampaa ja kalliimpaa käyttää palveluita, kuten Amazonin ja Netflixin 4K-sisältöä.

Wikipedian lähde