Datamaskiner håndterer RGB-fargerom, og blander røde, grønne og blå kombinasjoner for å gjengi farger på skjermen. Men RGB er ikke egnet for lagring og overføring da den har redundans.
Heldigvis kan menneskelig oppfatning bli lurt med en teknikk kjent som chroma subsampling. Det er en type komprimering for stillbilder og video som forkaster noe fargeinformasjon uten å forringe den oppfattede visuelle kvaliteten.
Dette bidrar til å redusere filstørrelse og båndbreddebruk.
Følg med oss for å lære hvordan chroma subsampling fungerer, hvordan ulike samplingsmoduser påvirker bildekvaliteten og hvordan du best konfigurerer enhetene dine.
Hva er Chroma Subsampling? Hva gjør den?
Det menneskelige visuelle systemet har en mye lavere forståelse av endringer i fargeforskjeller enn lysstyrke. Chroma subsampling utnytter dette faktum ved å redusere mengden fargeinformasjon i et kildesignal for å tillate mer luminansdata i stedet. Med andre ord samples fargekomponenter med en lavere oppløsning enn lysstyrke.
Ved å redusere fargeinformasjon kan et videosignal reise effektivt via HDMI-kabler med begrenset båndbredde og over internett. Fordi øyet ditt er langt mindre følsomt for farger enn lysstyrke, vil du ikke merke noen stor kvalitetsforskjell når du ser på favorittfilmene dine.
Chroma subsampling brukes også i JPEG-koding.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
I digital video og fotografering er lysstyrkekomponenten – eller luma – vanligvis betegnet Y. Fargedataene (kalt chrominance eller ganske enkelt chroma) består av to forskjellige komponenter: Cb (blå projeksjon) og Cr (rød projeksjon). Kombinasjonen deres, kjent som YCbCr, er det som definerer fargene du ser på skjermen.
Bildeenheter som videokameraer bruker sammensatte analoge signaler (YUV), som kan kodes digitalt som YCbCr. Fordi projeksjonsenheter som TV-er og telefonen i lommen håndterer RGB i stedet, de konverterer det digitale YCbCr-signalet tilbake til RGB-fargerommet før de viser bilder.
Vanlige typer Chroma Subsampling
YCbCr-fargerommet støtter flere chroma subsampling-skjemaer uttrykt som et A: B:C-forhold. A er den horisontale bredden av det samplede området i piksler, B angir antall krominansprøver (Cr, Cb) i den første raden, og C angir vertikal sampling.
For eksempel definerer 4:2:2-skjemaet et segment på fire piksler horisontalt i to rader. Den prøver fire luma-elementer og blander dem med to chroma-elementer (en Cr og en Cb).
4:4:4, 4:2:2 og 4:2:0: Hva er forskjellen?
Følgende er de vanligste kombinasjonene for chroma subsampling:
- 4:4:4 brukes for et ukomprimert signal uten fargereduksjon. Du får full horisontal og vertikal fargeoppløsning uten kvalitetstap. Det er også 4:4:4:4, der den fjerde fire er en gjennomsiktighetskanal.
- 4:2:2 har halvparten av chroma på 4:4:4, og halverer den horisontale fargeoppløsningen sammenlignet med luma. Det reduserer filstørrelsen til et ukomprimert signal med en tredjedel, med lite eller ingen komprimeringsartefakter. Som sådan brukes 4:2:2 ofte i spill og profesjonelle videoformater som Digital Betacam, DVCPRO 50 og MPEG-2.
- 4:2:0 transporterer en fjerdedel av lumaprøvene. Bare halvparten av pikslene i den første raden blir samplet, og den andre raden forkastes. Med samplingshastigheten halvert horisontalt og vertikalt, beholder 4:2:0 praktisk talt tapsfri visuell kvalitet. Disse funksjonene har bidratt til å gjøre det til en bransjestandard for filmer, TV-serier og sport.
Det er liten visuell fordel ved å bruke 4:4:4-sampling for media. Dette er grunnen til at de fleste digitale videokameraer og mange Blu-ray-filmer bruker 4:2:0-koding. Og for de gangene du trenger det eksportere en video fra Premiere Pro på datamaskinen, populære videokodeker som MPEG-1, MPEG-2 og H.261/263 støtter alle også 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Andre prøvetakingsordninger er ikke mye brukt, slik som eksemplene nedenfor.
- 4:2:1 er en noe utdatert samplingsmodus med den horisontale Cb-oppløsningen halvparten av Cr og en fjerdedel av den horisontale Y-oppløsningen.
- 4:1:1 firedeler chroma-oppløsningen og halverer båndbredden, noe som påvirker visuell kvalitet. Mens noen digitale videoformater som DV, DVCAM og DVCPRO bruker 4:1:1, er denne samplingsmodusen ikke kringkastingskvalitet.
- 4:4:0 halverer prøvetakingsforholdet vertikalt, men opprettholder det horisontalt.
Chroma-undersampling i tekst, apper og media
Ulike chroma subsampling-moduser retter seg mot spesifikke brukstilfeller.
Ingen liker å se komprimeringsartefakter på høykontrast, pikselperfekt innhold, for eksempel tekst på toppen av en flat farge. Det er derfor datamaskiner, telefoner, nettbrett og spillkonsoller utelukkende bruker 4:4:4-samplingen. Koding av media med 4:4:4 er overkill – det er ingen synlig visuell forskjell, og filstørrelsen går gjennom taket.
Hvordan teste for Chroma Subsampling
Den enkleste måten å sjekke for chroma subsampling på ville være et digitalt testkort innebygd i TV-en din, også kjent som en "oppstart" test" eller "testmønster." Hvis du slår på denne funksjonen i innstillingene på TV-en din, sendes et sett med mønstre og kalibrerte farger barer.
De fargede søylene på TV-en ikke bare lar deg sjekke om chroma subsampling brukes, men også sikre at utgangen er sann til farge og tone i henhold til det originale signalet.
Hvis du ikke finner dette alternativet, google "chroma subsampling test patterns" eller bruk et chroma testbilde levert av RTINGS. Åpne dette bildet på en datamaskin eller se det på TV-en. Sørg for å sette skaleringen til 100 % før du leter etter karakteristiske artefakter som uklare tekstkanter, fargeutfall og uskarphet i linjer og tekst.
Hvis ingen er til stede, bruker TV-en samplingsmodusen 4:4:4 uten komprimering.
Hvordan velge den beste Chroma-undersamplingen
Bevæpnet med all denne kunnskapen, bør du ha en grunnleggende forståelse av chroma subsampling og hvordan forskjellige kompresjonsmodi fungerer.
Som en tommelfingerregel bør HDMI-kablene støtte både 4:2:0 og 4:2:2. For å nyte ukomprimert 4:4:4-video uten chroma-subsampling, trenger du en HDMI Ultra High-Speed-kabel med en oppgitt båndbredde i området 18-48 Gbps.
Hvis du kobler en datamaskin, set-top-boks eller spillkonsoll til en TV, sørg for å stille inn videoformatet til YCbCr/YUV (ikke bekymre deg for uklar tekst i spill – dagens grafikkmotorer står for chroma delprøvetaking).
- LG: Gå til bildeinnstillingene og slå på HDMI ULTRA HD dyp farge. Klikk nå på Inndata knappen, velg Alle innganger, og velg porten for å bruke denne modusen.
- TLC: 4:4:4 skal være aktivert som standard når du kobler til en PC. Hvis ikke, sørg for å angi inndatatypen til Datamaskin i innstillingsgrensesnittet.
- Samsung: Gå til Innstillinger menyen og klikk Ekspertinnstillinger under Bildeinnstillinger Overskrift. Bla nå ned til HDMI UHD farge nederst på skjermen, velg inngangen som vil bruke 4:4:4: og sett den til PC modus.
- Sony: Åpen Innstillinger og gå til menyen for eksterne innganger, og velg deretter HDMI forbedret format. Du må også sette bildemodus til Grafikk i bildeinnstillingene.
- Vizio: Velg innspillet ditt i Vise innstillingene til SmartCast-appen. Velg nå HDMI farge subsampling, tilordne den til ønsket inngangsport, og sett den til Datamaskin.
For mediastreamere som Apple TV, sett HDMI-signalutgangen til YCbCr i Innstillinger.
Chroma-subsampling betyr tross alt
Å forstå hvordan chroma subsampling fungerer vil ikke bare hjelpe deg med å tyde betydningen av disse rare forkortelsene trykket ved siden av I/O-portene på baksiden av TV-en, men velg også riktig innstilling for optimal bildekvalitet.
Uten chroma-subsampling ville 4K-videostrømmer stamme, og du trenger tonnevis med lagringsplass bare for å lagre filmer og bilder tatt med telefonen.
