Mi a 4: 4: 4, 4: 2: 2 és 4: 2: 0, vagy az alminták színe

Lehetséges, hogy egy bizonyos ponton már hallottál a luminancia és a krominance kifejezésről, bár nem értette pontosan, mit jelentenek ezek a fogalmak, vagy mi volt a funkciójuk. Mindkét kifejezést akkor is használják, amikor a szín mintavételére vagy részmintavételére van szükség.

A 4: 4: 4, 4: 2: 2 és 4: 2: 0 számkészletek beolvasása azt jelenti, hogy ezen jelölések révén kifejezésre kerül a kroma-almintázáshoz kapcsolódó videoformula (más néven krominancia-almintázás).. Ezek a számkombinációk megtalálhatók a fotókban és a videókban, ezért fontos tudni, hogy mi a cél.

Ezen jelölések elemzése előtt figyelembe kell venni, hogy mind a fényképek, mind a videók tartalma lecsökkenti azok terjesztését, a szélessávú szolgáltatások által kínált korlátokkal összefüggésben.

Ebben a forgatókönyvben és az audiovizuális tartalmak nagyobb tömörítésének és átviteli sebességének elérése érdekében a krominancia almintázást alkalmazzák, széles körben használják különféle tartalmi formátumokban, például Blu-ray lemezeknél és streaming szolgáltatásokban.

Tartalom index

Mi a chroma almintázás vagy almintázás?

A kromatikus részmintavétel (színes részmintavétel) egy olyan módszer, amellyel a jelben lévő színinformációt tömörítik a fénysűrűségben található információ javítása érdekében. Ily módon csökken a sávszélesség, anélkül, hogy ez befolyásolja a tömörített kép minőségét.

Néhány évvel ezelőtt, a digitális videó bevezetésével a videók súlyosan súlyoztak, megnehezítve a továbbítást és tárolást. Megpróbálva megoldást találni ezekre a méretproblémákra, megérkezett a krominancia almintája.

Ha megvizsgáljuk az összes digitális videó összetételét, akkor két fő összetevőt találunk, amelyeket luminanciának és krominanciának nevezünk.

Az első kifejezés, amelyre fényerőt vagy kontrasztot is tudunk, magában foglalja az összes különbséget, amelyet a videó sötétebb és legvilágosabb területei között látunk.

A krominance a videó színtelítettségének alkotóeleme. Mivel az ember látása jobban érzi a kontrasztot (fényerő), mint a színtelítettséget (krominance), úgy döntöttek, hogy van egy olyan videó rész, amelyet tömöríteni lehet annak minőségének befolyásolása nélkül.

Ezért a digitális videokezelés megkönnyítése érdekében bevezették a tömörítési technikát. Ez azt jelenti, hogy egy valódi színes videojel (4: 4: 4), amelyben minden vörös, zöld és kék információ megtalálható az egyes pixelekben, ez tömörítve lesz, ha kromatikus részmintavételt alkalmazunk, így átvitele könnyebb, és kevesebb sávszélességet igényel, ha a színt már eltávolították.

A kép tömörítése után a fekete-fehér minőség nem lesz kevesebb, mint a színek minősége, mivel - amint jeleztük - az emberi látás kevésbé képes a színképe asszimilálására. Ilyen módon az almintavétel után a videó nagyobb fényerővel bír, mint a színhatással kapcsolatos információ.

Ezzel meg lehet őrizni a kép minőségét, miközben a képet akár 50% -kal is jelentősen csökkentheti. Bizonyos formátumokban, például a YUV, a fényerősség csak a teljes harmadát éri el, tehát széles mozgástér áll rendelkezésre a krómozás csökkentése és ezáltal a nagyobb tömörítés elérése érdekében.

Figyelembe véve, hogy például az internet és a HDMI széles sávját képező sebesség korlátozott, ez a tömörítés azt eredményezi, hogy a digitális videó nagyobb hatékonysággal továbbítható.

Mindkét CRT monitor, az LCD és a töltéscsatolt eszköz (CCD) alkatrészeket használ a vörös, zöld és kék szín rögzítéséhez. A digitális videóban azonban különbséget kell tenni a luma és a króma között, csak azért, hogy kompressziót készítsenek, és könnyebbé tegyék az átvitelt.

Számos kroma-almintázási módszer alkalmaz különféle jelöléseket, amelyeket röviden ismertetünk, megjegyezve, hogy az elsõ szám a luma, a második és a harmadik szám a kroma.

Színes almintavétel / almintázási módszerek

4: 4: 4

Ez a teljes és eredeti felbontás, amelyben semmiféle tömörítés nem létezik. Az első szám a luminanciát jelzi (4) és a következő két számot (4: 4), amelyet a Cb és a Cr króma komponensekhez használnak. A 4: 4: 4 formátumot általában az RGB képekhez használják, bár az YCbCr színteret is használják.

4: 2: 2

Az első kiadásban a luma teljes felbontása, míg a színhatás fele felbontása látható. Ez a jelölés a képek szabványa, és tartalmaz egy tömörítést, amely nem befolyásolja a kép minőségét. Többek között a DVCpro50 és a Betacam Digital video formátumokhoz használható.

4: 1: 1

Megint egy teljes felbontású luma van, miközben most még kevesebb krómképességünk van - mindössze egynegyede. Ez az NTSC DV és PAL DVCPro formátumok által használt almintavételi séma.

4: 2: 0

Ez a jelölés azt jelzi, hogy a luma felbontása teljes (4), míg a kromakomponensek függőleges és vízszintes irányában felefelé mutat. Valójában a 4: 2: 0 egy elég nehéz színmintavétel, amely sok variációt tartalmaz, figyelembe véve, hogy a videó átlapolt vagy progresszív, vagy ha az MPEG2 vagy a PAL DV használja.

Ezzel a 4: 2: 0 mintavétellel 1/4-es színes felbontást kap, akárcsak a 4: 1: 1-es mintavételt. Az első esetben azonban a színt vízszintesen és függőlegesen tömörítik, míg a második jelölésben a tömörítés vízszintes.

1920 x 1080 színes alminták

Az analóg HDTV-t a digitális HDTV követte, a magasabb minőségű és felbontású technológia. Ugyanakkor nagy kihívást jelentett a mérnökök számára is, mivel olyan formát kellett létrehozniuk, amely lehetővé tette az új technológia alkalmazását az akkoriban létező rendszerekben, elsősorban a PAL és az NTSC rendszerekben.

Következésképpen minden erőfeszítést a PAL és az NTSC közötti kompatibilitás lehetővé tételére kellett irányítani. Az új HDTV szabványnak kompatibilisnek kellett lennie a PAL és az NTSC számára is, főbb jellemzői között.

A variációk, amelyeket ez a szabvány szenvedett az évek során, sok volt, amíg végül 1125 függőleges vonalra nem állították, ebből 1080-at kizárólag a képnek szenteltek. Abban az időben az 1080 maximális sebessége 29, 97 fps (NTSC) volt, míg a 720 esetében 59, 94 fps (NTSC).

Ez a legszélesebb körben használt kromatikus alminták értéke a különböző népszerű digitális video formátumokban:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Internet videó: 4: 2: 0HDTV átviteli minőség: 4: 2: 2 Tömörítetlen (teljes információ): 4: 4: 4: 4

A 3: 1: 1-es mintavétel jobb, mint 4: 2: 2?

A régi 1080p HDCAM formátumban 3: 1: 1 arányt használtunk, míg a 720p felbontásnak volt és továbbra is 4: 2: 2 almintája van. De melyik volt a legjobb?

Ha csak az adatokra támaszkodunk, ez egy egyszerű válasz: 4: 2: 2 kétszer 3: 1: 1 a színmintavétel szempontjából, tehát világosan kijelenthetjük, hogy ebben az esetben a legjobb a 4: 2.: 2

Ez azonban nem lehet abszolút válasz, mivel a kép méretét nem veszik figyelembe a színes mintavétel 4 × 4 jelöléseiben.

Tehát ezek közül a jelölések közül melyik a jobb? Olyan kép, amely sok színes információt tartalmaz, vagy más, kevesebb információval, de jobb mintaszíngel? Nincs világos válasz.

Ennek az elemzésnek az a szándéka volt, hogy észrevegyük, hogy egy kép sokkal több információval és összetettséggel rendelkezik háttérként, mint ami felületesen látszik.

Természetesen, mindig szem előtt tartva, hogy egy kép mintáját használjuk 4: 4: 4 arányban, mivel ez egy teljes jelölés, amelyben a legjobb mintavételi gyakoriságot kapjuk.

Almintázás 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

A 4-es szám, amely a balról az első szám, jelzi a minta méretét.

Ami az ezt megelőző két számot illeti, a krómainformációval kapcsolatosak. Ezek az első számtól (4) függnek, és felelősek a vízszintes és a függőleges mintavétel meghatározásáért.

A 4: 4: 4: 4 színkomponensű képet egyáltalán nem tömörítik, ami azt jelenti, hogy nem került sor mintavételre, és ezért teljes mértékben tartalmazza a fényerő és a szín adatait.

A négy, két pixel mátrixot elemezve azt látjuk, hogy a 4: 2: 2 a króma felét tartalmazza, amelyet egy 4: 4: 4 jelben találunk, míg a 4: 2: 0 mátrix elemzésekor azt látjuk, hogy még kevesebbet tartalmaz: csak színes információs szoba.

A vízszintes mintavételi arány a 4: 2: 2 jelnél csak fele (2), míg függőleges mintavétele teljes (4). Ezzel szemben a 4: 2: 0 jel esetében csak az első sor pixeleinek felében történik színmintavétel, teljesen figyelmen kívül hagyva a jel második sorában található pixeleket.

Az almintavételi adatok méretének kiszámítása

Van egy meglehetősen egyszerű számítás, amellyel pontosan tudhatjuk, mennyi információ veszik el azután, hogy az almintán színt vettünk. A számítás a következő:

Mint már jeleztük, a minta maximális minősége 4 + 4 + 4 = 12

Ez azt jelenti, hogy egy színes színes kép 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, ahol 100% -os minőséget találunk, tömörítés nélkül. Ettől kezdve a minta minősége a következőképpen változhat:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, ami 66, 7% a 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, ami 50% -a 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, ami a 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5 50% -a, ami a 4: 4: 4 42% -a (12)

Ezért, ha a 4: 4: 4 színes színes jel mérete 24 MB, ez azt jelenti, hogy a 4: 2: 2 jel kb. 16 MB, míg a 4: 2: 0 jel 12 MB méretű, a 3: 1: 1 jel pedig 10 MB.

Ezzel már megérthetjük, hogy a kromatikus alminták miért olyan fontosak és továbbra is fennállnak. Az olyan ágazatokban, mint az internet és a televízió, ez alapvető fontosságú, mivel csökkenti a fájlok méretét, és ezért kevesebb sávszélességű erőforrást igényel.

Következtetés az almintavételről

A kromatikus részmintavétel segítségével tömöríthetünk egy képfájlt, hogy így csökkentse annak méretét. Ezzel elérjük, hogy kevesebb sávszélességre van szükség annak továbbításához, anélkül, hogy szabad szemmel elveszítenénk a kép minőségét. Ez azt jelenti, hogy a színes részmintavétel vagy részmintavétel után vizuálisan nem észlelhetők nagyobb hiányosságok.

Jelenleg a 4: 2: 0 mintavétel elengedhetetlen az audiovizuális tartalomplatformokhoz, így ezen tömörítési technika nélkül sokkal nehezebb és drágább lett volna hozzáférni az olyan szolgáltatásokhoz, mint például az Amazon és a Netflix 4K-tartalma.

Wikipedia forrás