Що таке 4: 4: 4, 4: 2: 2 і 4: 2: 0 або кольори субсимпліфікації

Цілком можливо, що ви в якийсь момент почули про терміни яскравість і кольоровість, хоча ви не зрозуміли, що саме означають ці поняття або які їх конкретні функції. Обидва терміни також використовуються тоді, коли потрібно піддиампліфікація або піддиагностика кольору.

Коли читаються набори цифр 4: 4: 4, 4: 2: 2 і 4: 2: 0, це означає, що через ці позначення виражається формула відео, що стосується підсимулювання кольоровості (також називається підсимульованістю хромування).. Ці комбінації чисел можна знайти у фотографіях та відео, тому необхідно знати, для чого вони призначені.

Перш ніж проаналізувати ці позначення, слід врахувати, що як вміст фотографій, так і відеозаписів призводить до уповільнення їх розповсюдження, пов'язаного з обмеженнями, пропонованими широкосмуговою мережею.

У цьому сценарії, а також для досягнення більшої швидкості стиснення та передачі аудіовізуального контенту, використовується підсимулювання кольоровості, широко використовується в різних форматах контенту, таких як диски Blu-ray та потокові послуги.

Зміст індексу

Що таке підсвідомість або підсистема кольоровості?

Хроматична підсимуляція (кольорова підсистема) - це техніка, за допомогою якої кольорова інформація, що міститься в сигналі, стискається, щоб сприяти інформації, що міститься в яскравості. Таким чином зменшується пропускна здатність, але не впливає на якість цього стисненого зображення.

Кілька років тому, впроваджуючи цифрове відео, відео важило велику вагу, що ускладнювало їх передачу та зберігання. Намагаючись знайти рішення цих проблем із розмірами, було досягнуто підсимулювання кольоровості.

Якщо ми дослідимо склад всього цифрового відео, то знайдемо два основних компоненти, які ми називаємо яскравістю та кольоровістю.

Перший термін, про який ми також знаємо яскравість чи контраст, охоплює всі відмінності, які ми бачимо між найтемнішими та найсвітлішими областями відео.

Зі свого боку, кольоровість є складовою кольорової насиченості відео. Оскільки бачення людини має більшу чутливість до контрасту (яскравості), ніж до насиченості кольорів (кольоровості), було вирішено, що є частина відео, яке можна стиснути, не впливаючи на його якість.

Тому, щоб полегшити управління цифровим відео, було впроваджено техніку стиснення. Це означає, що справжній кольоровий відеосигнал (4: 4: 4), у якому ми знаходимо всю інформацію червоного, зеленого та синього кольорів у кожному пікселі, ця кнопка буде стискатися, якщо застосовано хроматичну підсимуляцію, зробивши її його передача легша і вимагає меншої пропускної здатності, коли колір вже видалений.

Після стискання зображення якість чорно-білого не буде меншою, ніж якість кольорів, оскільки, як зазначалося, людський зір має меншу здатність до засвоєння кольоровості. Таким чином, після підсистеми відео, відео буде мати більше освітленості, ніж інформацію про кольоровість.

Завдяки цьому можна зберегти якість зображення, одночасно зробивши значне зменшення його розміру до 50%. У деяких форматах, таких як YUV, кількість освітленості досягає лише третини від загальної кількості, тому існує широкий запас для зменшення кольоровості та, таким чином, досягнення більшої компресії.

Беручи до уваги, що є певні обмеження в швидкості, які становлять широкі смуги Інтернету та HDMI, наприклад, завдяки цьому стисненню досягається можливість передачі цифрового відео з більшою ефективністю.

Обидва CRT-монітори, РК-дисплеї та пристрої, пов'язані із зарядкою (CCD), використовують компоненти для зйомки червоного, зеленого та синього кольорів. Однак у цифровому відеоролику робиться відмінність між luma та chroma лише для того, щоб можна було стиснути та зробити його легшим для передачі.

Існує кілька методів підсимулювання кольоровості, які використовують різні позначення, які ми коротко пояснимо, зазначивши, що перше число - для луми, а друге та третє - для кольоровості.

Методи кольорової піддиагностики / підсистеми

4: 4: 4

Це повна та оригінальна роздільна здатність, в якій не відбувається стиснення будь-якого виду, при цьому перше число вказує на яскравість (4) та два наступні числа (4: 4), що використовуються для компонентів кольоровості Cb і Cr. 4: 4: 4 зазвичай використовується для RGB-зображень, хоча він також використовується для кольорового простору YCbCr.

4: 2: 2

У першому випуску ми бачимо повну роздільну здатність луми, тоді як ми бачимо наполовину роздільну здатність для кольоровості. Ця позначення є стандартом у зображеннях і несе стиснення, що не впливає на якість зображення. Він використовується для відеоформатів DVCpro50 та Betacam Digital, серед інших.

4: 1: 1

Знову ж таки, у нас є лума з повною роздільною здатністю, в той час як у нас є ще менша кольоровість - лише чверть. Це схема піддиагностики, що використовується форматами NTSC DV та PAL DVCPro.

4: 2: 0

Ця позначення вказує на те, що роздільна здатність луми є повною (4), тоді як вона має наполовину роздільну здатність у вертикальному та горизонтальному напрямках для компонентів кольоровості. Насправді 4: 2: 0 - це досить складна вибірка кольорів, яка включає безліч варіацій, враховуючи, чи відео переплетене чи прогресивне, або якщо воно використовується MPEG2 або PAL DV.

Завдяки цій вибірці 4: 2: 0 ви отримуєте 1/4 кольорову роздільну здатність, як і 4: 1: 1 вибірку. Однак у першому випадку колір стискається горизонтально та вертикально, тоді як у другому позначенні стиснення - горизонтальне.

1920 х 1080 кольорова підсистема

Аналоговий HDTV супроводжувався цифровим HDTV, технологією більш високої якості та роздільної здатності. Однак це також принесло великий виклик інженерам, оскільки їм довелося створити форму, яка дозволила використовувати цю нову технологію в системах, присутніх на той час, головним чином PAL та NTSC.

Отже, всі зусилля повинні були бути спрямовані на забезпечення можливості сумісності між PAL та NTSC. Новий стандарт HDTV повинен був бути сумісним як для PAL, так і для NTSC, серед його основних особливостей.

Варіацій, які зазнавали цього стандарту протягом багатьох років, було багато, поки він остаточно не був встановлений у 1125 вертикальних лініях, 1080 з яких присвячені виключно зображенню. У той час максимальна швидкість для 1080 становила 29, 97 кадрів в секунду (NTSC), тоді як для 720 - 59, 94 кадрів в секунду (NTSC).

Ось деякі з найбільш широко використовуваних значень хроматичної підсистеми в різних популярних форматах цифрового відео:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Інтернетне відео: 4: 2: 0HDTV Якість передачі: 4: 2: 2 Нестиснений (повна інформація): 4: 4: 4: 4

Чи підсистема 3: 1: 1 краща за 4: 2: 2?

У старому форматі HDCAM 1080p використовувались 3: 1: 1, тоді як роздільна здатність 720p мала і все ще має підсистему 4: 2: 2. Але який із них був найкращим?

Якщо ми базуємось лише на даних, це проста відповідь: 4: 2: 2 - це двічі 3: 1: 1 з точки зору вибірки кольорів, тому ми могли б чітко констатувати, що найкраще в цьому випадку - 4: 2: 2.

Однак це не може бути абсолютною відповіддю, оскільки розмір зображення не враховується в 4 × 4 позначеннях вибірки кольорів.

То яке з цих позначень краще? Зображення, яке містить багато кольорової інформації чи іншу інформацію з меншою кількістю інформації, але з кращим кольором зразка? Однозначної відповіді немає.

Метою цього аналізу було для нас побачити, що зображення має набагато більше інформації та складності як фон, ніж те, що поверхово бачиться.

Звичайно, завжди маючи на увазі, що ми використовуємо зразок зображення у форматі 4: 4: 4, оскільки це повне позначення, в якому виходить найкраща частота вибірки.

Сублімування 4: 4: 4 проти 4: 2: 2 проти 4: 2: 0

Число 4, яке є першим числом зліва, позначає розмір вибірки.

Щодо двох чисел, які передують цьому, вони пов'язані з інформацією про кольоровість. Вони залежать від першого числа (4) і відповідають за визначення відповідно горизонтальної та вертикальної вибірки.

Зображення з кольоровим компонентом 4: 4: 4: 4 взагалі не стискається, це означає, що воно не було відібрано під вибірку і тому повністю містить дані про яскравість та колір.

Аналізуючи чотири на два пікселі матриці, ми бачимо, що 4: 2: 2 містить половину кольоровості, яку ми знаходимо в сигналі 4: 4: 4, а аналізуючи матрицю 4: 2: 0, ми бачимо, що вона містить ще менше: лише кольорова інформаційна кімната.

Частота горизонтальної вибірки для сигналу 4: 2: 2 буде лише половиною (2), тоді як вертикальна вибірка буде повною (4). На відміну від цього, у сигналі 4: 2: 0 є вибірка кольорів лише на половині пікселів у першому рядку, повністю ігноруючи пікселі у другому ряду сигналу.

Обчислення розміру даних про підсистему

Існує досить простий розрахунок, за допомогою якого ми можемо точно знати, скільки інформації втрачається після того, як кольори мають підбірку. Розрахунок такий:

Як ми вже вказали, максимальна якість для вибірки - 4 + 4 + 4 = 12

Це означає, що зображення з повнокольоровим кольором дорівнює 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, де ми знаходимо 100% якість без будь-якого стиснення. З цього моменту якість вибірки може змінюватись так:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, що становить 66, 7% від 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, що становить 50% 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, що становить 50% від 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, що становить 42% від 4: 4: 4 (12)

Отже, якщо повнокольоровий сигнал 4: 4: 4 має розмір 24 ​​МБ, це означає, що сигнал 4: 2: 2 буде розміром приблизно 16 Мб, тоді як сигнал 4: 2: 0 Він буде розміром 12 Мб, а сигнал 3: 1: 1 буде 10 Мб.

З огляду на це ми вже можемо зрозуміти, чому хроматичне підсимулювання так важливе і продовжує існувати. Для таких галузей, як Інтернет та телебачення, це дуже важливо, оскільки воно зменшує розмір файлів і, отже, вимагає менших ресурсів пропускної здатності.

Висновок про підсимуляцію

За допомогою хроматичної підсистеми ми можемо стиснути файл зображення, щоб таким чином зменшити його розмір. Завдяки цьому досягається менша пропускна здатність для його передачі, не втрачаючи при цьому якість зображення неозброєним оком. Це означає, що після кольорової підсистеми або підсилюваності жодних основних недосконалостей візуально не помітні.

В даний час зразок 4: 2: 0 є важливим для аудіовізуальних контентних платформ, тому без цієї методики стиснення, безумовно, було б набагато складніше та дорогіше отримати доступ до таких служб, як вміст 4K від Amazon та Netflix.

Джерело Вікіпедії